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未来管道行业的明星——超高分子量聚乙烯管道行业研究一、行业概况1、超高分子量聚乙烯管道产品介绍(1)超高分子量聚乙烯材料简介超高分子量聚乙烯(英文全称是ultra-highmolecularweightpolyethylenepipe英简写UHMW-PE)是由乙烯、丁二烯单体在催化剂的作用下,聚合而成的平均分子量大于150万的热塑性工程塑料。该材料是国家863计划成果转化项目,2001年被科学技术部国科字(2000)056号文件列为国家科技成果重点推广计划,被国家发改委、科技部、商务部、知识产权局2011年联合发布的《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南》列为重点推荐新材料项目。超高分子量聚乙烯具有无可比拟的性能优势,是新型热塑性工程塑料,分子结构和普通聚乙烯相同,黏均分子量在150万-1,000万(普通聚乙烯在4万-12万)。同众多的聚合物材料相比,UHMW-PE具有摩擦系数小,磨耗低,耐化学药品性优良,耐冲击、耐压性、抗冻性、保温性、自润滑性、抗结垢性、耐应力开裂性、可再生性等优点,其中:耐磨损、耐低温、耐腐蚀、自身润滑、抗冲击性能在所有塑料中为最高,耐磨性能是钢的6-8倍,聚丙烯的10倍,PE的4倍,而且具有不粘附、不吸水、卫生无毒等性能。可长期在-269℃至80℃条件下工作,被人称为“令人惊异”的工程塑料。这些优良特性使UHMW-PE具有重要的实用价值。国外包括美、德、日、韩等发达国家主要将超高分子量聚乙烯工程塑料(UHMW-PE)应用于棒材、板材、纤维绳、防弹衣、薄膜等领域,国内用于制作管道则是全球首创,目前超高分子量聚乙烯管道制作技术在我国日渐成熟,越来越多的工程采用了这种管道,成为一种价格适中性能优良的新型热塑性工程塑料。与其他工程塑料相比,超高分子量聚乙烯的性能主要情况如下表所示:数据来源:Wind资讯(2)超高分子量聚乙烯加工成型方法由于超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)熔融状态的粘度高达108Pa*s,流动性极差,其熔体指数几乎为零,所以很难用一般的机械加工方法进行加工。随着科学技术进步,超高分子量聚乙烯的加工技术得到了迅速发展,通过对普通加工设备的改造,已使超高分子量聚乙烯由最初的压制-烧结成型发展为挤出、吹塑和注射成型以及其它特殊方法的成型。目前,超高分子量聚乙烯管道一般利用挤出方法加工。(3)超高分子量聚乙烯管道的性能作为聚乙烯管道(PE)行业中“第四代”产品,超高分子量聚乙烯管道产品拥有很好的综合性能,具体表现在:耐磨性耐磨性居塑料之冠,比尼龙66高4倍,是钢的6-8倍冲击强度冲击强度列塑料之首,为聚碳酸酯(PC)的2倍、ABS的5倍。润滑性UHMW-PE滑动摩擦系数在塑料中最低,仅为0.07-0.11,自润滑、不粘附、不结垢,摩擦因数低,可与聚四氟乙烯(PTFE)媲美消音性冲击能吸收值在所有塑料中为最高值,具有消音性耐腐蚀性化学稳定性特高,耐腐蚀性特强,耐各种腐蚀性介质(酸碱盐)及溶剂的侵蚀适温能力可长期在-269至+80℃条件下工作,具有比其他塑料更广泛的适温能力,耐低温、耐高温。吸水性UHMW-PE吸水率极低:吸水率小于0.01%,仅为尼龙的1%。其物理机械性能与工作条件无关抗压性耐环境应力开裂性最优:抗环境应力开裂4000小时,是PE100的2倍以上卫生性完全卫生无毒,得到美国FDA的同意,可接触食品和药物。电性能UHMW-PE在很宽的温度范围内,都具有很优良的电性能,它的体积电阻达1017-18SL-CM,击穿电压达50kV/mm,介电常数为2.3。在较宽的温度及频率范围内,它的电性能变化极小。在耐热温度范围内,很适宜用作电气工程的结构材料。安装方便用超高分子量聚乙烯做输送管道,无需防腐和其它建筑保护措施便可直埋地下,土壤腐蚀、外力冲击和地壳变形都难以破坏它。超高管道焊接快捷、简便,可直接弯曲铺设,耐候性好又便于存放,大幅度减少了安装过程中人力、物力的消耗,降低了工程造价。经济性安装费用比传统材料低得多,加之耐腐蚀、耐磨损、耐候性等诸多因素综合对比,经济效益是钢管的6倍左右。注:FDA是食品药品监督管理局(FoodandDrugAdministration)的简称数据来源:《超高分子量聚乙烯管道的应用》——《华北电力技术》2002.10《超高分子量聚乙烯管材的性能与市场分析》——《塑料》2000.4(29)2、行业发展历程(1)塑料管道行业的发展及现状欧美等发达国家早在20世纪30年代就开始生产应用塑料管道。1933年塑料管道首先在法国和美国开始工业化生产。1936年德国开发应用塑料管道并用于水、酸、施工污水输送。1939年英国铺设世界第一条塑料输水管道。由于塑料管道具有耐腐蚀、不结水垢、摩擦阻力小、安装方便等诸多优势,随后发达国家纷纷效仿,塑料管道产业发展迅速,不断替代金属管道或其它传统管道。欧美等发达国家和地区塑料管道的应用已非常普遍,由于基数较大,市场年增长率不高,但人均塑料管道使用量较高。发展中国家塑料管道的应用仍处于快速增长期,人均塑料管道使用量较低,但整个市场保持着较快的增长速度。塑料管道在全球范围内的快速发展主要得益于给水管、排水和排污管、通信和电缆护套管、天然气输送管等的大量应用,其次发达国家及地区建筑物中老化管道的替换也为塑料管道创造出了新的市场需求。发展中国家和地区为改善居民饮用水和开展污、废水排放和治理,也将刺激塑料管道的消费。经过几十年发展,塑料管道应用范围已十分广泛,且产品品种众多,主要品种基本都分为PVC、PE和PP三大类。其中,PVC管道应用最早,也是目前全球用量最大的塑料管道品种。我国塑料管道发展大致经历了研究开发、推广应用和产业化发展三个阶段。1994年以前为研究开发阶段,这期间主要是技术和设备的引进、消化与研究开发,以及工程试点,初步显示了塑料管道的优良性能和发展前景;以1994年全国化学建材推广应用协调工作会议为标志,塑料管道发展进入了推广应用阶段,这期间主要是对重大技术装备进行自主研究开发,对引进技术进行消化、吸收和创新,同时开始在工程建设中推广应用塑料管道;以1999年全国化学建材工作会议为标志,塑料管道发展进入产业化阶段。目前,我国已成为塑料管道生产和应用大国之一。2005年中国塑料管道产量仅有236万吨,2010年我国已经超越美国成为世界最大塑料管道生产国,产量为840万吨,5年复合增长率为28.8%。据中国塑料加工协会统计,2010年1-11月我国塑料管道出口额创历年新高,出口额实现10.53亿美元,出口量达36.23万吨。另外,我国塑料管道在产量增加的同时,产品质量也不断提高,行业的技术进步不断加快。(2)超高分子量聚乙烯管道行业的发展及现状超高分子量聚乙烯管道行业属于塑料管道打的细分行业。1957年,德国和美国都采用低压法进行了工业化生产。根据生产工艺条件、催化剂等不同,采用低压法也可以获得相对分子质量在100万以上的超高分子量聚乙烯。1984年全世界UHMWPE用量仅为2.75万t,随着加工技术的不断发展,这种价廉性能高的工程塑料应用范围不断扩大,消费量也不断增长。十年时间,消费量翻翻。我国上海高桥化工厂于1964年最早研制成功并实现UHMWPE的工业化生产。20世纪70年代后期,安徽化工研究院,广州塑料厂和北京助剂二厂均开始UHMWPE的生产,但限于当时技术,分子量只达到150万左右。经过不断发展,现在UHMWPE的生产厂家有北京东方石油化工有限公司助剂二厂(原北京助剂二厂)、上海化工研究院、上海联乐化工科技有限公司、淄博易丰材料厂等。2008年,张家港江苏联冠科技发展有限公司5,000t/aUHMWPE项目投产。除了国内企业,外资企业也相继在国内投资建设UHMWPE生产装置。2008年泰科纳工程塑料公司位于南京的2万t/a超高分子量聚乙烯装置启动。1997年,北京化工大学研制出单螺杆挤出UHMW-PE管材技术,实现了UHMW-PE管材的工业化连续生产。UHMW-PE管以其性能卓越、经济性佳、输送介质范围囊括固、液、气三态的优点成为塑料管材行业前途广阔的崭新品种,“建设UHMW-PE管材生产线”的目标已被列入1999年国家发展计划委员会和科学技术部编制的《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南》。由于UHMW-PE管材挤出技术的限制、生产成本的限制。行业内企业大多规模不大,生产效率较低。行业发展初期,行业内仅有不足10家企业,且大多为国营企业。由于国营企业管理效率相对较低且技术发展迟滞,行业产能较低,市场开发缓慢。近几年,更多的投资者看到超高分子量聚乙烯管道行业未来良好的发展前景,截止2014年底,已有近百家企业开始生产超高分子量聚乙烯管道,市场得到进一步开发。超高分子量聚乙烯管道产品得到了市场的认可,越来越多的下游企业开始使用超高管道来代替原有混凝土管道、金属管道和常规塑料管道。国际超高分子量聚乙烯产品企业更多的把重点放在棒材、板材、纤维绳、防弹衣、薄膜等相关领域,而管材涉及较为稀少。随着市场的进一步开拓,国润管业成为首个打开国外市场的企业,在国外也已与菲律宾、越南、孟加拉等国的客户建立良好的合作关系。1、行业发展环境分析1、政策环境2001年,超高分子量聚乙烯管材被科学技术部国科计字(2000)056号文件列为国家科技成果重点推广计划,属化工类新材料、新产品。国家计划发展委和国家经贸委分别将超高分子量聚乙烯管道列为当前优先发展的高科技产业化重点领域项目和国家“十一五规划”重点推广应用项目;2005年12月,国家《产业结构调整指导目录(2005年本)》中鼓励类项目(十六、轻工,第11条),符合“新型塑料保温板、大口径塑料管材(直径0.5米以上)、超低噪音排水塑料管、防渗土工膜、医用塑料等新型塑料产品开发、制造”项目条款;2007年12月,国家《产业结构调整指导目录(2007年本)》(征求意见稿)也已经将“大口径塑料管材(直径0.5米以上)”列入国家产业调整鼓励类项目;2011年,《国家化学建材产业“十二五”计划和2015年发展规划纲要》中明确指出,到2015年,塑料管的推广应用主要以PE管为主,并大力发展新型塑料管。在全国新建、改建、扩建工程中,新建住宅室内排水管85%采用塑料管,基本淘汰传统铸铁管。建筑电线穿线护套管90%采用塑料管,建筑雨水排水管80%采用塑料管;建筑给水、热水供应和供暖管85%采用塑料管,基本淘汰镀锌钢管。城市供水管道(DN400mm以下)80%采用塑料管,村镇供水管道90%采用塑料管,城市燃气塑料管的应用量达到40%,城市排水管道的塑料管使用量达到50%。2011年6月,国家《产业结构调整指导目录(2011年本)》(发展改革委令2011第9号)中鼓励项目(十九、轻工,第7条),符合“新型塑料建材(高气密性节能塑料窗、大口径排水排污管道、抗冲击改性聚氯乙烯管、地源热泵系统用聚乙烯管、非开挖用塑料管材、复合塑料管材、塑料检查井);防渗土工膜;塑木复合材料和分子量≥200万的超高分子量聚乙烯管材及板材生产”项目条款。2012年11月,中国塑料加工工业协会塑料管道专业委员会公布《中国塑料管道行业“十二五”期间(2011-2015)发展建议》,显示,“十二五”期间,塑料管道生产量将保持10%左右的速度增长,到2015年,预期全国塑料管道产量将超过1,320万吨。塑料管道在全国各类管道中市场占有率超过50%。上述国家的政策和措施对行业有着深远的影响,都能够促进超高管道行业蓬勃的发展。2、技术环境超高分子量聚乙烯管道行业最大的发展瓶颈就是技术。目前国家委托上海化工研究院等科研机构进行科研攻关,相关企业积极与这些研究机构合作,形成“研发——制造——研发”的双向研发模式。目前,UHMWPE的挤出成型,可采用单螺杆挤出机,双螺杆挤出机和柱塞挤出机,其中以柱塞挤出机最为常用。此外,以洛阳国润新材料科技股份有限公司为首的一批行业领先企业,在自身挤出技术基础上对装置进行改进,发明熔融挤出技术,大大提高了生产效率,使得产能有了较大幅度的提升。随着超高管材产品进一步被市场认可,市场需求量的上升会激发生产企业不断创新,
本文标题:超高分子量聚乙烯管道行业研究
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