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玻璃钢复合材料的发展、应用与展望

日期: 2019-02-25 22:33:23

摘要:随着现代科学技术的调整发展,璃璃钢复合材料行业增长相对较快,行业发展潜力巨大。中国复合材料工业将继续保持世界第一并将适度增长,环保及绿色制造方面会有很大潜力。文童重点介绍了玻璃钢复合材料的性能、发展、应用、行业存在问题与展望。
材料工业是一切工业的基础,新型材料工业又是发展现代科学技术所必不可少的。随着现代科技的发展,单一的材料性能已无法满足生产和社会发展的需要。利用复合技术将不同特性的物质结合在一起,制成具有优异综合性能的复合材料自此应运而生。
1玻璃钢/复合材料的性能
璃璃钢是近几十年来发展迅速的一种复合材料。玻璃纤维产量的70%都是用来制造璃璃钢。璃璃钢的硬度比较高,比钢材料轻很多,是纤维强化塑料,是指用璃璃纤维增强不饱和聚酯、环氧树脂与酚醛树脂为基体,其质轻而硬,不导电,机械强度高,回收利用少,耐腐蚀,可以代替钢材制造机器零件和汽车、船舶外壳等。自于玻璃钢是一种复合材料,其性能适应范围非常广泛,固此它的市场开发前导十分广阔。
 2我国璃璃钢/复合材料的发展
玻璃钢一词是在1956年的时候,赖际发同志去前苏联考察,想到材料里有玻璃,其强度又较高,就使用了玻璃钢这个词。1958年北京玻璃陶瓷研究院成立玻璃钢研究小组,后同玻璃工业设计院新材料室及北京251厂合并成立北京玻璃钢研究所。1965年10月,我国国家科委、国防科委、建筑材料部联合召开了玻璃钢工作会议,这对我国今后基体树脂和复合材料的发展起到了至关重要的启蒙作用。
1978年改革开放,璃璃钢生产走向了社会化,产品有了极大的丰富,生产方法也从简单的方法提升扩展到机械化程度比较高的工艺。引进了纤维缠绕管道与罐生产线(夹砂管、高压管、卧式、互式贮罐等)、SMC/BMC、RTM、连续采光板、拉挤等设备,以及环氧树脂、不饱和聚酯软硬件。通过吸收国际先进技术和自主创新,FRP/CM已成为我国的朝阳产业。
健康地发展。飞船发射成功,其返回能等玻璃钢件获国家科技进步二等奖,从此我国复合材料科技达到国际先进水平。
3玻璃钢/复合材料的应用
3 1玻璃钢/复合材料的应用模式
世界三大主要玻璃钢复合材料生产地区对复合材料应用模式各异,以美国为例,玻璃钢复合材料在市场的应用比例如表1、表2所示:

表1    玻璃钢/复合材料在市场的应用比例(美国)  单位(%)
运输工具 建筑市场 化工防腐制品 船舶游艇 电气电子 消费品 家电办公 航空航天 其他
31.86 20.81 11.59 10.05 10.03 6.26 5.5 0.06 3.2
表2    玻璃钢/复合材料在市场的应用比例(亚太地区)  单位(%)
电子电力 建筑市场 交通运输 体育休闲 工农业设施 消费品 其他
32 30 17 11 8 6.26 2
 
在我国,尚未对玻璃钢复合材料在市场的应用比例做出分娄统计,主要产品包括各种规格冷却塔、玻璃钢管道、贮罐、拉挤型材、建筑环保设备、风电设备等。我国在上世纪引进并自行设计了大量机械化成型设备,但目前我国玻璃钢成型工艺仍以手糊为主,该方式占总量70%。
3 2玻璃钢/复合材料的应用特点
近几年,国家政府一直在倡导生态环保这个主题,而玻璃钢由于其自身独特的组成,也被列为环保行业中,并得到相应支持,有了较好的发展前导。主要工业发达国家玻璃钢复合材料的产量增长连续多年超过国民经济GDP的增长,其产品品种不断增加,应用领域也不断扩大。在中国,复合材料工艺的发展也是突飞猛进,应用领域也越来越广泛。主要是在以下六个领域:
(1)基础设备市场。姜国与欧洲都面临着已使用多年的基础设施需要翻新、加固与重建的问题。高速公路、桥梁、码头、水工建筑、输变电线路等都需要使用大量的复合材料。目前复合材料的桥梁、输变电塔、灯杆都已获实际应用。特别要提及的是近年来出现的玻璃纤维拉挤钢筋代替传统钢筋,用在沿海地区钢筋混凝土建筑中防止海水及含盐潮湿空气对钢筋的侵蚀有着巨大的潜在市场。
(2)风力发电
风能是清洁的能源,由于风力发电技术的日臻成熟以及市场规模不断扩大,建造成本逐渐降低。加上国家政策上的扶持,我国风力发电事业呈现出高速发展的态势。根据中国资源综合利用协会可再生能源专业委员会的统计数据显示:截至2010年底,中国全年风力发电新增装机达1600万千瓦,累计装机容量达到4182.7千瓦,首次超过美国,跹居世界第一。
(3)建筑市场
除了传统的玻璃钢整体卫生间、浴缸、净化槽等,近年来玻璃钢型材制造的窗框正在迅速增长。由于与塑钢窗框相比,它的强度、刚度高,耐老化性好,使用寿命可比塑钢窗框延长一倍以上,阻燃性及保温性均很优良,固此它被称为第五代窗框型材。此外,用玻璃璃微珠填充树脂做芯层的聚酯玻璃钢可以建造房屋,使住宅重量大为腻轻。
(4)电子工业
近年来电子工业特别是个人电脑、移动通讯等迅猛发展导孔对印制电路板用的玻纤增强环氧树脂层压板有巨大的需求。尤其是世界电子工业的重心转移到亚洲地区,促使这地区玻纤及玻纤增强树脂层压板产量剧增,这也结我国带来很大的机遇。
(5)陆地交通运输工具
随着汽车及城市轻轨交通的发展,对各种复合材料的需求增长迅速。以欧洲为例,每年要将20万吨玻纤增强热塑料用在各种娄型的汽车上,陈此之外,用SMC、BMC工艺制造的大量增强热固性塑料部件也呈增长趋势。汽车用蓄电池托架、保险杠、前后车灯、仪表盘、发动机罩下的部件如过气岐管都已采用玻纤复合材料。轻轨车辆中的门、窗、座椅、行李架及至车体板、车头均可采用玻璃钢制造。
(6)光缆加强芯
通讯光缆加强芯包括两个部分,一是光缆中心的加强芯,这是玻璃纤维拉挤产品,另一部分是玻璃纤维被覆上特种树脂并吸附一种流水粉末,它可防止水份对光纤传光带来的不良影响。全球该市场的总值在每年25亿美元左右。
4玻璃钢/复合材行业的问题与展望
4 1玻璃钢/复合材行业存在的问题
玻璃钢复合材料已经成为现代工业不可缺少的基础材料,也是新技术革命赖以发展的重要物质基础,是新材料领域的主体材料,也是国家战略性的新兴产业之一。从产业角度考虑,玻纤、树脂、复合材料产品,中国已经成为复合材料产量全球第一大国。但是从技术水平上看,国内复合材料的制造水平与国际先进水平还有一定的差距,主要体现在:
(1)玻璃纤维表面处理技术落后。
玻璃纤维表面处理技术落后导致许多品种的璃璃纤维制品仍是空自,如用于油口输送的拉挤璃璃纤维无摭粗纱等,我国目前还不能生产,完全依籁进口。
    (2)我国的增强热塑性塑料用的璃璃纤维制品仍是空自,就连适用于各种热塑性塑料的璃纤矩切原丝,其规格和质量仍不能满足用户的需求。
    (3)多轴向玻纤编织物在我国基本空自。
    (4)连续原丝毡在我国仅有一条中试生产线,无法满足国内外市场需求。
    4.2玻璃钢复合材料行业发展趋势探讨
    为了促进国内复合材料行业的健康有序发展,国内已经形成共识,国家的引导措施也会相继出台,未来的行业发展趋势表现为:
  4 21材料高性能化
  以碳纤维为代表的高性能材料应用将推动整个复合材料行业技术进步、产品升级、装备提升。2013年11月7日国家工信印印发关于《加快推进碳纤维行业发展行动计划》,在3年时间里初步建立碳纤维及其复合材料产业体系,工业应用市场初具规模。到2020年我国碳纤维品种规格齐全,基本满足国民经济和国防科技工业对各类碳纤维及其复合材料产品的需求,形成几家具有国际责争力的大型碳纤维企业集团及若干创新能力强、特色鲜明、产业链完善的碳纤维及其复合材料产业集聚区。
4 2 2应用高端化和产品化
以航空航天为主要方向,包括通用航空飞机和新能源汽车,有可能爆发式增长,接替2005年开始的风力发电叶片领域增长势头。德国BMW公司发布的第一辆纯电动汽车,车身大量使用碳纤维复合材料,采用树脂传递模塑工艺,比传统同类汽车质量减轻约3000厅,且生产周期降低一半,制造和原材料成本也降低了近30% -40%。
4 2 3设计先行,制造自动化和绿色复合材料成为行业发展必然趋势
复合材料是材料结构体化产物。由于复合材料的优异性能必须通过优化设计才能制造出来,复合材料的设计将更加专业化、职业化和市场化。制造自动化是高性能复合材料的必由之路,预浸料、自动铺放、高温高压固化一起一直是航空复合材料的标准工艺,通过自动化可有效提高质量和效益,降低成本。
  4 2 4科技创新能力持续提高,知识产权保护意识增强
  目前我国已成为复合材料大国,拥有强大的制造能力。在技术引进方面,或者购买代价不菲,或者很难买到适用技术。通过建立市场引导的创新能力体系,产、学、研密切合作已成为共识,合作会取得良好效果。
我国FRP行业存在有轻原材料、重产品、重学术研究、轻商品化的倾向,这是极不利于行业健康发展的。现在原辅材料的重要性已为世界逐渐认识,国家提倡产、学、研相结合,即企业、学校、研究单位相结合发展产业,有的企业因此而取得了显著的成功。中国FRP业界是世界FRP行业大家庭的员,在一个开放的社会里,顺应行业发展的共同规律,发扬我中华民蔟勤劳智彗的传统,才能使我国FRP行业健康发展。

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