國(guó)內(nèi)外玻璃鋼/復(fù)合材料工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀[轉(zhuǎn)貼]

frp · 發(fā)表于 2003-9-11 15:40:40

國(guó)內(nèi)外玻璃鋼/復(fù)合材料工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 張耀明：中國(guó)工程院院士一、玻璃鋼復(fù)合材料工業(yè)發(fā)展回顧 　　上個(gè)世紀(jì)30年代美國(guó)伊里諾玻璃公司與康寧公司成立合資企業(yè)，先后開發(fā)出玻璃棉、連續(xù)玻璃纖維等生產(chǎn)技術(shù)。1939年E玻璃纖維正式問世。幾乎與此同時(shí)，環(huán)氧樹脂及不飽和聚酯相繼出現(xiàn)，從而為玻璃纖維增強(qiáng)塑料工業(yè)的發(fā)展奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。1945年年玻璃鋼用的主要增強(qiáng)材料——短切原絲氈及連續(xù)原絲氈投入生產(chǎn)，1952年美國(guó)杜邦公司發(fā)明了沃蘭偶聯(lián)劑解泱了增強(qiáng)塑料中玻纖與樹脂的界面粘結(jié)問題，同一年硅烷偶聯(lián)劑也問世，此后一系列的偶聯(lián)劑產(chǎn)品的出現(xiàn)全面改進(jìn)了玻纖——樹脂基復(fù)合材料的性能，為其在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用鋪平了道路。 　　第二次世界大戰(zhàn)對(duì)玻纖、玻鋼的發(fā)展起了催化劑的作用，許多適應(yīng)戰(zhàn)爭(zhēng)需要的玻璃鋼產(chǎn)品如防彈片刺穿的玻璃鋼油桶、雷達(dá)罩、軍用盔甲被研制出來(lái)并投入為戰(zhàn)爭(zhēng)服務(wù)。戰(zhàn)后的1945年，美國(guó)的二十幾家玻璃鋼公司成立了美國(guó)塑料工業(yè)協(xié)會(huì)低壓層合材料工業(yè)分會(huì)，它標(biāo)志著玻璃鋼／復(fù)合材料作為一門獨(dú)立的工業(yè)體系已從傳統(tǒng)的塑料工業(yè)中分離出來(lái)。 　　1958－1959年期間，玻纖池窯拉絲投入生產(chǎn)，這是對(duì)傳統(tǒng)的玻璃球法拉絲工藝的重大技術(shù)突破。初期的玻纖池窯日產(chǎn)量只有3噸，時(shí)至今日全世界95％以上的連續(xù)玻璃纖維都已用池窯法生產(chǎn)，最大的無(wú)堿玻纖池窯達(dá)到日熔化玻璃150噸以上。池窯拉絲的普遍推廣為玻璃纖維產(chǎn)品大規(guī)模經(jīng)濟(jì)有效的生產(chǎn)提供了可能，并使玻纖產(chǎn)品的質(zhì)量得以保證。半年多世紀(jì)的發(fā)展歷史證明，玻璃纖維與玻璃纖維增強(qiáng)塑料工業(yè)的發(fā)展是相輔相成、互相依賴互相促進(jìn)的。近些年來(lái)，出現(xiàn)了一些高性能的增強(qiáng)纖維，如高模量碳纖維、陶瓷纖維、芳倫纖維、高強(qiáng)玻璃纖維等，它們推動(dòng)了高性能、高附加值復(fù)合材料的發(fā)展，但由于這些高性能纖維價(jià)格昂貴，阻礙了它們?cè)趶?fù)合材料工業(yè)中的大規(guī)模應(yīng)用，放至今95％以上的纖維——樹脂基復(fù)合材料仍然使用玻璃纖維，在可以預(yù)見的未來(lái)一段時(shí)間里，這種情況仍將持續(xù)。 　　我國(guó)的玻璃纖維及玻璃鋼工業(yè)均奠基于1958年，在改革開放年代之前，玻璃纖維與玻璃鋼發(fā)展緩慢，截止到1978年玻璃鋼全國(guó)年產(chǎn)量只有6000噸左右，主要是一些手糊的和模壓的軍工產(chǎn)品，而玻璃纖維只有3萬(wàn)噸左右，其中大多為我國(guó)自行研發(fā)的中堿玻璃纖維，主要產(chǎn)品為細(xì)紗薄布，主要工藝為代鉑爐球法拉絲。改革開放以后特別是近十年來(lái)我國(guó)玻纖玻鋼工業(yè)顯現(xiàn)出前所未有的發(fā)展活力，無(wú)論是工藝技術(shù)裝備還是產(chǎn)量質(zhì)量品種均發(fā)生了巨大的變化，這兩門工業(yè)已成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)體系中不可缺少的環(huán)節(jié)。 二、因內(nèi)外玻璃鋼/復(fù)合材料及玻纖工業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展特點(diǎn) 1．產(chǎn)量 　　據(jù)統(tǒng)計(jì)截止1998年底全球玻璃鋼/復(fù)合材料的總產(chǎn)量為550萬(wàn)噸，其中北美（美國(guó)、加拿大）約生產(chǎn)183萬(wàn)噸，占總量的33％，而歐洲各國(guó)為153萬(wàn)噸，占 27．6％，亞太地區(qū)各國(guó)總產(chǎn)量為159萬(wàn)噸，占28.6％，其它地區(qū)（包括東歐、南美、中東、非洲等地區(qū)）為60萬(wàn)噸，占10．8％。在上述550噸的復(fù)合材料中，玻纖增強(qiáng)熱固性塑料約占70％，增強(qiáng)熱塑性塑料約30％。在歐洲方面，德國(guó)、奧地利的玻璃鋼/復(fù)合材料產(chǎn)量占?xì)W洲總產(chǎn)量的33%，意大利占19％，法國(guó)占14％，比、荷、盧三國(guó)占13％，英國(guó)占9％，西班牙、葡萄牙為8％，瑞典、挪威、丹麥、芬蘭等占4％。在歐洲的玻璃鋼復(fù)合材料總量中熱固性玻璃鋼占63％，熱塑性玻璃鋼占37％。這突出地反應(yīng)了西歐玻纖增強(qiáng)熱塑料發(fā)展之迅速。 　　在亞太地區(qū)，日本是最大的玻璃鋼/復(fù)合材料生產(chǎn)國(guó)，占亞太地區(qū)總量的44％，我國(guó)大陸占23％，我國(guó)臺(tái)灣省占15％，南韓占7.4％，印度占2.6％，泰國(guó)、馬來(lái)西亞、菲律賓、印尼、越南及新加坡總共占8％。 美國(guó)是世界上最大的玻璃鋼/復(fù)合材料生產(chǎn)國(guó)，在上述的1998年北美的183萬(wàn)噸中美國(guó)占163.3萬(wàn)噸，1999年美國(guó)總產(chǎn)量達(dá)170萬(wàn)噸，2000年達(dá)177萬(wàn)噸，這是1991年以來(lái)美國(guó)玻璃鋼/復(fù)合材料工業(yè)連續(xù)第九個(gè)增長(zhǎng)年頭，這在美國(guó)復(fù)合材料工業(yè)發(fā)展史上是罕見的。 　　另外需指出的是近年來(lái)以高強(qiáng)玻纖、芳倫纖維、碳纖維、陶瓷纖維及硼纖維作為增強(qiáng)材料，以環(huán)氧及各種高性能樹脂為基村的高性能復(fù)合材料發(fā)展較為迅速。以美國(guó)為例，它在1999年總共生產(chǎn)236萬(wàn)噸高性能復(fù)合材料，其總價(jià)值達(dá)507億美元，預(yù)計(jì)今后年增長(zhǎng)率為8．4％，2003年總產(chǎn)值可達(dá)70億美元。高性能復(fù)合材料最主要的生產(chǎn)工藝為預(yù)浸料工藝， 1999年僅預(yù)浸料工藝生產(chǎn)的復(fù)合材料其價(jià)值就達(dá)20.7億美元。 　　我國(guó)玻璃鋼工業(yè)近年來(lái)發(fā)展迅速，下面兩表格列出了1994年以來(lái)我國(guó)大陸及臺(tái)灣省熱固性玻璃鋼、熱塑性玻璃鋼及覆銅板的年產(chǎn)量。 表1，我國(guó)大陸玻璃鋼復(fù)合材料年產(chǎn)量（萬(wàn)噸） 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 熱固性玻璃鋼 15 15 17 22 25 30 35 熱塑性玻璃鋼 2.0 2.5 2.5 3.0 3.5 8 15 覆銅板 1.75 2.0 2.0 2.0 3.3 6 8 表2，我國(guó)臺(tái)灣省玻璃鋼復(fù)合材料年產(chǎn)量（萬(wàn)噸） 1995 1996 1997 1998 1999 2000 熱固性玻璃鋼 5.71 4.62 4.54 3.98 4.39 4.44 熱塑性玻璃鋼 3.60 3.80 4.26 4.96 5.325 6.435 碳纖維增強(qiáng)塑料 0.22 0.12 0.105 0.087 0.052 0.075 覆銅板 8.30 9.50 11.75 13.84 16.515 19.118 　　從上表看出臺(tái)灣由于電子工業(yè)近年來(lái)的擴(kuò)張迅速，導(dǎo)致對(duì)覆銅板的需求有巨大增長(zhǎng)。 2．玻璃鋼/復(fù)合材料的應(yīng)用模式 　　世界三個(gè)主要玻璃鋼/復(fù)合材料生產(chǎn)地區(qū)的復(fù)合材料應(yīng)用模式不盡相同。以美國(guó)1999年的玻璃鋼/復(fù)合材料市場(chǎng)為例，這一年美國(guó)共生產(chǎn)1703522噸玻璃鋼復(fù)合材料（包括熱固性及熱塑性玻璃鋼，不包括覆銅板），它在各個(gè)市場(chǎng)的應(yīng)用比例如下：陸地運(yùn)輸工具（主要為汽車）： 31.86％ 建筑市場(chǎng)： 20.81％ 化工防腐制品： 11.59％ 船舶游艇： 10.05％ 電氣電子： 10.03％ 消費(fèi)品（包括休閑運(yùn)動(dòng)）： 6.26％ 家電/辦公設(shè)備： 5.50％ 航空航天： 0.06％ 其它： 3.20％ 　　由上看出汽車、建筑及化工防腐是美國(guó)玻璃鋼的三大支柱市場(chǎng)。 　　歐洲玻璃鋼/復(fù)合材料市場(chǎng)情況如下：交通運(yùn)輸（汽車、火車）： 33％ 建筑與公共設(shè)施： 31％ 工農(nóng)業(yè)設(shè)備（包括防腐等）： 14％ 消費(fèi)品（體育、休閑）： 10％ 電子、電氣： 8％ 其它： 4％ 　　故歐洲復(fù)合材料占前三位的市場(chǎng)分別是交通運(yùn)輸、建筑及工農(nóng)業(yè)設(shè)備，與美國(guó)大體相仿。 　　而亞太地區(qū)（不包括中國(guó)），復(fù)合材料各市場(chǎng)比例如下：電子/電力： 32％ 建筑與公共設(shè)施： 30％ 交通運(yùn)輸： 17％ 體育林閑設(shè)施： 11％ 工農(nóng)業(yè)設(shè)備： 8％ 其它： 2％ 　　居前三位的市場(chǎng)為電子/電力，建筑與公用設(shè)施及交通運(yùn)輸，其排序與歐美不同。 　　我國(guó)大陸玻璃鋼/復(fù)合材料市場(chǎng)迄今尚沒有較為準(zhǔn)確的分類統(tǒng)計(jì)，其產(chǎn)品大致包括各種噸位的冷卻塔，玻璃鋼管道與貯罐（用于防腐工程及流體輸送工程），拉擠型材（用于化工防腐、采油、電工、門窗等），建筑及環(huán)保設(shè) 備（水箱、凈化槽、整體衛(wèi)生間、浴缸等），汽車火車部件及天然氣瓶，運(yùn) 動(dòng)及休閑器材及船艇（各種工作艇、游艇及少量漁船），用于汽車、電器設(shè)備等的增強(qiáng)熱塑性塑料注射件（以增強(qiáng)聚丙烯為主），總的來(lái)說玻璃鋼在陸地交通運(yùn)輸工具、建筑、化工防腐及環(huán)保、船舶、電氣/電子等方面尚有十分廣闊的待開發(fā)的市場(chǎng)。 3．玻璃鋼/復(fù)合材料成形工藝 　　目前國(guó)外熱固性玻璃鋼成形工藝以機(jī)械化成形為主。以下是歐、美、日等國(guó)的各種熱固性玻璃鋼成型工藝所占的比例。 美國(guó)各種聚酯玻璃鋼工藝所占比例如下：手糊： 18％ 噴射： 20％ 模壓（包括 SMC、BMC等)： 40％ 纖維纏繞： 3％ 拉擠： 2％ 其它（包括 RTM、離心澆鑄等）： 17％ 　　日本各種聚酯玻璃鋼工藝所占比例：手糊： 17.9％ 噴射： 20.3％ 模壓： 43.5％ 其它壓制工藝： 2.4％ 纖維纏繞： 6.1％ 拉擠： 4.4％ 其它： 5.4％ 歐洲各種玻璃鋼工藝所占比例如下：噴射與手糊： 31.8％ 拉擠、纏繞、離心澆注： 25％ SMC、BMC等： 18.2％ 機(jī)械化制板： 11.4％ RTM： 4.5％ 　　我國(guó)自從上個(gè)世紀(jì)助年代以來(lái)引進(jìn)并自行制造了大量的機(jī)械化成型設(shè)備，據(jù)中國(guó)玻璃鋼協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)目前我國(guó)擁有定長(zhǎng)管道及貯罐纏繞生產(chǎn)線220條，連續(xù)制管線2條，離心管道生產(chǎn)線6條，SMC機(jī)組40臺(tái)，BMC機(jī)組50 臺(tái)，拉擠生產(chǎn)線140條，噴射設(shè)備550臺(tái)，RTM設(shè)備90臺(tái)。但由于產(chǎn)品開發(fā)滯后等原因至個(gè)機(jī)械化設(shè)備利用率不高，平均利用率不超過50％，大量設(shè)備處于半閑置狀態(tài)。據(jù)統(tǒng)計(jì)目前我國(guó)大陸玻璃鋼成型工藝仍以手糊為主，占總產(chǎn)量的 70％，管道纏繞工藝占 18％， SMC、 BMC占 8％，拉擠占 4％。 　　在熱塑性玻璃鋼工藝方面，目前國(guó)外大多數(shù)熱塑性玻璃鋼制品是用玻璃纖維與玻纖短切絲制成料粒，然后再將料粒經(jīng)注射成形為各種制品。但近十年來(lái)各種新型的增強(qiáng)熱塑料工藝不斷出現(xiàn)，如可以改進(jìn)制品機(jī)械性能的長(zhǎng)纖維料粘注射工藝，干法與濕法玻纖氈增強(qiáng)熱塑料，以玻纖與有機(jī)纖維形成的混合粗紗（TWintex）及織物進(jìn)行模壓或拉擠，增強(qiáng)熱塑性塑料拉擠工藝等均已投入工業(yè)化生產(chǎn)階段。 4．近年來(lái)玻璃鋼/復(fù)合材料工業(yè)發(fā)展的若干特點(diǎn) 　　1）主要工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家玻璃鋼/復(fù)合材料的產(chǎn)量增長(zhǎng)連續(xù)多年超過國(guó)民經(jīng)濟(jì)GDP的增長(zhǎng)，其產(chǎn)品品種不斷增加，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大，特別是在以下七個(gè)領(lǐng)域。 　　a．基礎(chǔ)設(shè)備市場(chǎng)。美國(guó)與歐洲都面臨著已多年使用的基礎(chǔ)設(shè)施的翻新。加固與重建。高速公路、橋梁、碼頭、水工建筑、輸變電線路等都需要使用大量的復(fù)合材料。目前全復(fù)合材料的橋梁、輸變電塔、燈桿都已獲實(shí)際應(yīng)用。特別要提及的是近年來(lái)出現(xiàn)的玻璃纖維拉擠鋼筋代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼筋，用在沿海地區(qū)鋼筋混凝土建筑中防止海水及含鹽潮濕空氣對(duì)鋼筋的侵蝕有著巨大的潛在市場(chǎng)。僅在歐洲每年混凝土用鋼筋即達(dá)1100萬(wàn)噸，如果有 4％的鋼筋被玻纖拉擠鋼筋代替，每年即需11萬(wàn)噸這種代鋼筋材料。目前各國(guó)都在開發(fā)這種新材料，預(yù)期在解決了這種玻璃鋼鋼筋的延展性（即脆性）問題后，這種材料將會(huì)有突破性的發(fā)展。 　　b．風(fēng)力發(fā)電。風(fēng)力是清潔的能源，目前德國(guó)的風(fēng)力發(fā)電居世界第一位，達(dá)611萬(wàn)千瓦，美國(guó)居第二位為255萬(wàn)千瓦，我國(guó)居第九位，風(fēng)力發(fā)電總量為34．5萬(wàn)千瓦，只相當(dāng)于居第五位的印度的l/3。目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一般發(fā)電能力為600千瓦/臺(tái)，但德國(guó)目前正在建造發(fā)電能力達(dá)5000千瓦的巨型發(fā)電機(jī)組，其玻璃鋼葉片長(zhǎng)度達(dá)56米。世界最大的風(fēng)機(jī)葉片生產(chǎn)廠南丹麥的LM玻纖公司已在中國(guó)的天津建廠生產(chǎn)玻璃鋼風(fēng)機(jī)葉片，而按照我國(guó)規(guī)劃到2005年新增風(fēng)力發(fā)電100萬(wàn)瓦千，這將需要 1萬(wàn)多噸的玻纖增強(qiáng)塑料。 　　c．建筑市場(chǎng)。除了傳統(tǒng)的玻璃鋼整體衛(wèi)生間、浴缸、凈化槽等，近年來(lái)玻璃鋼型材制造的窗框正在迅速增長(zhǎng)。由于與塑鋼窗框相比它的強(qiáng)度、剛度高，耐老化性好，使用壽命可比塑鋼窗框延長(zhǎng)一倍以上，阻燃性及保溫性均很優(yōu)良，因此它被稱為第五代窗框型材。目前在國(guó)內(nèi)外都有快速的成長(zhǎng)。此外，用玻璃微珠填充樹脂作芯層的聚酯玻璃鋼可以建造房屋，使住宅重量大為減輕。美國(guó)OC公司為土耳其大地震后建造的玻璃鋼房屋造價(jià)每套僅1.5萬(wàn)美元，據(jù)該公司估計(jì)這種玻璃鋼房屋的全球市場(chǎng)總值達(dá)60億美元。 　　d．電子工業(yè)。近年來(lái)電子工業(yè)特別是個(gè)人電腦、移動(dòng)通訊等的迅猛發(fā)展導(dǎo)致對(duì)印制電路板用的玻纖增強(qiáng)環(huán)氧樹脂層壓板有巨大的需求。尤其是世界電子工業(yè)的重心轉(zhuǎn)移到亞洲地區(qū)，促使這一地區(qū)玻纖及玻纖增強(qiáng)樹脂層壓板產(chǎn)量劇增，這也給我國(guó)帶來(lái)很大的機(jī)遇。 　　e．陸地交通運(yùn)輸工具。隨著汽車及城市輕軌交通的發(fā)展，對(duì)各種復(fù)合材料的需求增長(zhǎng)迅速。以西歐為例，西歐每年要將20萬(wàn)噸玻纖增強(qiáng)熱塑料用在各種類型的汽車上，除此之外，用 SMC、 BMCI藝制造的大量增強(qiáng)熱固性塑料部件也仍呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。汽車用蓄電池托架、保險(xiǎn)杠、前后車燈、儀表盤、發(fā)動(dòng)機(jī)罩下的部件如過氣歧管都已廣泛采用玻纖復(fù)合材料。輕軌車輛中的門、窗、座椅、行李架及至車體板、車頭均可采用玻璃鋼制造。 　　此外近年來(lái)，玻璃纖維在代替石棉制造摩擦材料方面發(fā)展也很迅速，由于公認(rèn)的石棉對(duì)人體健康的危害性，許多國(guó)家開始采用玻纖——酚醛樹脂代替石棉一酚醛樹脂制造機(jī)動(dòng)車的剎車片等并已取得滿意的效果。 　　f光纜加強(qiáng)芯。通訊光纜加強(qiáng)芯包括兩個(gè)部分，一是光纜中心的加強(qiáng)芯，這是玻璃纖維拉擠產(chǎn)品，另一部分是玻璃纖維被覆上特種樹脂并吸附一種流水粉末，它可防止水份對(duì)光纖傳光帶來(lái)的不良影響。全球該市場(chǎng)的總值在每年25億美元左右。 　　2）玻璃纖維增強(qiáng)熱塑料近年來(lái)一直以快于熱固性玻璃鋼的發(fā)展速度在發(fā)展，而且增強(qiáng)熱塑料的新的生產(chǎn)技術(shù)也在不斷出現(xiàn)，這是玻璃鋼/復(fù)合材料工業(yè)發(fā)展的另一個(gè)特點(diǎn)。 　　如前所述，國(guó)外玻璃纖維增強(qiáng)塑料中有l(wèi)/3為增強(qiáng)熱塑料，按樹脂用量的多少排序，占首位的是尼龍（尼龍6和尼龍66），熱塑性聚酯PBT和PET，以及聚丙烯。目前增強(qiáng)熱塑料主要用于汽車制造和電氣/電子工業(yè)產(chǎn)品的制造。 　　在生產(chǎn)工藝方面，多數(shù)增強(qiáng)熱塑性塑料是用玻纖短切原絲與樹脂料粒在雙螺桿擠出機(jī)中擠出復(fù)合制成粒粒，然后再注射成形。這種工藝的缺點(diǎn)是玻纖原絲在樹脂充分塑化并將玻纖原絲包覆之前玻纖原絲暴露于雙螺桿機(jī)的剪切作用之下，纖維被切短。當(dāng)注射成形時(shí)纖維還會(huì)被進(jìn)一步損傷，故在最終制品中纖維長(zhǎng)度很短，增強(qiáng)效果不理想。針對(duì)這一問題，近年來(lái)開發(fā)出所謂長(zhǎng)玻纖料粒，它是借用熱塑性樹脂拉擠技術(shù)，使連續(xù)玻纖無(wú)捻粗紗通過模頭、粗紗被強(qiáng)制散開使每根單絲都受到樹脂包覆，然后經(jīng)冷卻短切成料粒。這種粒料在注射成形時(shí)纖維處干熔融塑料包圍之中，從而使纖維受注射螺桿的損傷降至最低，使得在最終制品中玻纖保持較長(zhǎng)的長(zhǎng)度，目前這種工藝被用在越來(lái)越多汽車制品的生產(chǎn)中。 　　增強(qiáng)熱塑料的另一個(gè)發(fā)展是所謂的玻璃氈增強(qiáng)熱塑料，即GMT，它是將連續(xù)玻璃纖維針刺氈或連續(xù)原絲氈與熔融聚丙烯或PET復(fù)合成片材，再將這種片材裁切成預(yù)定形狀，經(jīng)加熱沖壓成最終制品。由于它采用連續(xù)玻纖，其機(jī)械強(qiáng)度高，目前這種GMT片材已廣泛用于制造汽車工業(yè)的部件。 　　屬于GMT范疇的還有一種濕法成型的玻纖增強(qiáng)熱塑料片材。它是將玻纖短切絲與塑料粒子（如聚丙烯料粒）在水中混合，利用助劑使塑料粒子懸浮在水中，將玻纖短切絲與塑料粒子形成的漿料通過專用的紙機(jī)按成片材，經(jīng)加熱加壓使塑料領(lǐng)熔后，纖維與塑料熔成一體。這種片材與上述GMT一樣可以用加熱沖壓成型工藝制造各種制品。這種制品的外觀好，可以用于制造汽車上的一些外觀要求高的部件，其機(jī)械強(qiáng)度低于上述干法GMT片材制品。 　　增強(qiáng)熱塑性塑料生產(chǎn)技術(shù)的最新進(jìn)展是TWintex的出現(xiàn)，它是在玻纖拉絲的同時(shí)用擠出機(jī)將樹脂（如聚丙烯）通過模頭形成有機(jī)纖維，兩種纖維摻混排列在一起形成一種混合無(wú)捻粗紗，在這種混合粗紗中，玻纖紗含量可達(dá)60－75％，這是一般增強(qiáng)熱塑料所達(dá)不到的。這種無(wú)捻粗紗可以織成方格布或制成針刺織物，通過加熱使有機(jī)纖維熔化成樹脂基材，從而使玻璃纖維與樹脂固結(jié)在一起，可以通過模壓工藝將其制成模壓制品，混合無(wú)捻粗紗也可以用拉擠工藝制成型材，用含玻纖60％的混雜無(wú)捻粗紗方格布模壓出的制品機(jī)械性能遠(yuǎn)勝于GMT制品。具體對(duì)比見以下數(shù)據(jù)。 GMT TWintex-60 拉伸強(qiáng)度 MPa 95 240 抗彎強(qiáng)度 MPa 150000 300000 懸臂梁抗沖(缺口）KJ/m 70 220 玻纖含量 40 60 　　從上表看出TWintex的物理機(jī)械性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出GMT，就抗沖擊性能而言，它甚至超過了聚酯玻璃鋼的抗沖性能。目前Twintex業(yè)已投入工業(yè)化生產(chǎn)。除了玻璃纖維的TWintCX之外，碳纖維與有機(jī)纖維的混合纖維也在開發(fā) 之中。 　　增強(qiáng)熱塑性塑料拉擠工藝在最近幾年也取得了一定的突破。由于熱塑性塑料在熔融態(tài)粘度很高，很難浸透玻璃纖維以實(shí)現(xiàn)纖維與樹脂的牢固粘結(jié)，因此增強(qiáng)熱塑性塑料拉擠多年來(lái)沒有能獲得廣泛應(yīng)用。最近美國(guó)道化學(xué)公司采用一種工程熱塑料聚氨酯與玻纖經(jīng)過拉擠制成強(qiáng)度、韌性、抗損傷性能均很優(yōu)良的型材。這種聚氨酯在加熱熔融狀態(tài)分子量降低導(dǎo)致粘度很低，極易浸透玻璃纖維，而當(dāng)冷卻固化時(shí)分子量又重新恢復(fù)到原始狀態(tài)，從而既使拉擠工藝易于進(jìn)行，又保證了最終產(chǎn)品的性能。其拉擠速度可達(dá)到熱固性塑料拉擠速度的10倍。這種拉擠型材與聚酯玻璃鋼拉擠型材機(jī)械性能對(duì)比見下表。 玻纖聚氨酯拉擠型材玻纖聚酯拉擠型材 抗彎強(qiáng)度MPa 1000 990 斷裂伸長(zhǎng)率% 2.5 1.3 橫向搞彎強(qiáng)度MPa 151 69 這種拉擠型材還可以用金屬對(duì)模壓工藝進(jìn)行后加工，如將桿狀型材加工成各種彎曲甚至彈簧形狀。道化學(xué)公司認(rèn)為這種新型復(fù)合材料不僅可與聚酯玻璃鋼競(jìng)爭(zhēng)，更重要的是它將大大延伸復(fù)合材料的領(lǐng)域。 　　3）在熱固性玻璃鋼技術(shù)方面，近年來(lái)由于環(huán)保的要求日趨嚴(yán)格，苯乙烯散發(fā)嚴(yán)重的敞模模塑工藝如手糊及噴射成型受到越來(lái)越大的壓力，閉模模塑工藝特別是RTM及各種在RTM基礎(chǔ)上改進(jìn)的工藝方法正在逐漸取代敞 模工藝。RTMI藝是將增強(qiáng)材料鋪放在上下模具中，泵入樹脂，為了改進(jìn)樹脂對(duì)纖維的浸透及適應(yīng)制造大尺寸玻璃鋼制品的需求，在RTM的基礎(chǔ)上開發(fā)了真空輔助的RTM工藝，一方面籍助壓力使樹脂強(qiáng)制通過增強(qiáng)材料層， 而在玻纖層合材料的另一面則藉助真空泵形成的真空增加樹脂對(duì)纖維的浸透作用，目前有多種改進(jìn)的 RTM工藝，而尤以所謂的 SCWP工藝最為著名，它不用樹脂注射而是全部采用真空的辦法使樹脂流過纖維，按照這種工藝，層合的增強(qiáng)材料鋪放在剛性的模具底部，表面上覆蓋真空織物袋，這種真空袋的內(nèi)側(cè)設(shè)有許多使樹脂分流的渠道，在模具的一端接上真空泵，在真空作用下催化的樹脂從模具中心通過真空袋下面的分流渠道均勻流過纖維增強(qiáng)層，從而達(dá)到樹脂與纖維結(jié)合為一體。在抽真空的過程中，增強(qiáng)材料上面覆蓋的真空袋會(huì)壓縮纖維使其致密。這種真空袋是用PTEE涂覆的硅橡膠制成，可反復(fù)使用，該工藝適合用于不飽和聚酯、環(huán)氧及乙烯基酯樹脂。該工藝可以用于制造輕質(zhì)、大尺寸的結(jié)構(gòu)材料，其成本也較低。最為重要的是由于它是閉模模塑，苯乙烯在樹脂與纖維融合過程中已通過化學(xué)反應(yīng)而基本上消耗殆盡，散發(fā)到環(huán)境中的苯乙烯濃度不到 10PPM，大大改善了環(huán)境。 　　 4）在玻璃鋼/復(fù)合材料用增強(qiáng)纖維方面，除了傳統(tǒng)的玻璃纖維及一些高性能纖維以外，包括木纖維在內(nèi)的天然纖維越來(lái)越多地用在復(fù)合材料的生產(chǎn)中，這構(gòu)成了近年來(lái)復(fù)合材料工業(yè)發(fā)展的另一個(gè)特色。 　　按照2001年世界水纖維——塑料復(fù)合材料會(huì)議發(fā)表的文獻(xiàn)的統(tǒng)計(jì)，2000年北美（美國(guó)、加拿大）用于塑料復(fù)合材料的增強(qiáng)材料及填料總量為250萬(wàn)噸。其中玻纖775萬(wàn)噸，碳酸鈣100萬(wàn)噸，其它礦物填料55萬(wàn)噸，天然纖維為17．5萬(wàn)噸。天然纖維中包括水纖維、亞麻、黃麻、洋麻、大麻、劍麻等。與玻纖不同的是，天然纖維幾乎全部用于增強(qiáng)熱塑性塑料的復(fù)合材料，常用的熱塑料包括聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯及高密度聚乙烯。 從歷史的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，1980年天然纖維在北美復(fù)合材料中的用量?jī)H為4.76萬(wàn)噸， 1990年為 5.22萬(wàn)噸，而到 2000年即達(dá) 17.5萬(wàn)噸，其中木纖維占據(jù)絕大部分，麻類等天然纖維為0．7萬(wàn)噸。而今后的發(fā)展趨勢(shì)是天然纖維將更多地用在復(fù)合材料中。天然纖維復(fù)合材料主要應(yīng)用在建筑材料及汽車制造中。按照預(yù)測(cè)，從2000年到2005年建筑用復(fù)合材料所使用的天然纖維將達(dá)到年增長(zhǎng)率60％，使用的主要纖維為木纖維，亞麻及大麻纖維。目前主要產(chǎn)品形式為戶外用鋪地板、裝飾板條、籬笆、扶手、門窗型材，正在開發(fā)的有百頁(yè)窗、房屋被疊板、屋面瓦多。天然纖維復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)是吸水性很低，不霉?fàn)€，故維修成本低、抗翹曲性好、防蟲蛀、美觀、使用壽命長(zhǎng)。預(yù)計(jì)到2005年北美建筑市場(chǎng)需要136萬(wàn)噸天然纖維制造復(fù)合材料。 　　天然纖維復(fù)合材料另一個(gè)大市場(chǎng)是汽車工業(yè)。目前天然纖維復(fù)合材料在汽車上的主要用建為門邊銀板、行李托盤、承載地板、備用股罩、椅背。正在開發(fā)的用途為椅子扶手、后貨架、車項(xiàng)內(nèi)社、遮陽(yáng)板等。目前汽車用復(fù)合材料中所用的天然纖維多為亞麻、大麻、洋麻，樹脂為聚丙烯及酚醛，纖維含量為50％。天然纖維復(fù)合材料在汽車應(yīng)用方面的優(yōu)勢(shì)有如下幾方面：①綠色環(huán)保，纖維本身是符合環(huán)保的，使用過程及所制造的制品均為環(huán)保型的；②減輕汽車部件的重量。玻璃纖維的比重為26克/厘米’，而木纖維及天然纖維的比重為1.5－1.6克/立方厘米之間；③天然纖維制成的復(fù)合材料部件成本低，玻纖的價(jià)格平均為0.9美元/磅，而水纖維為0.12美元/磅，其它天然纖維約在外15一0．3美元/磅；④良好的抗控性能；⑤隔音性能：③可回收性。 　　預(yù)計(jì)從2000年到2005年北美天然纖維用在汽車復(fù)合材料方面年增長(zhǎng)率超過50％，到2005年總量將達(dá)到4．5萬(wàn)噸當(dāng)然在天然纖維用于復(fù)合材料方面尚有一系列問題需要解決，如選用合適的添加助劑，包括潤(rùn)滑劑、紫外吸收劑、界面粘結(jié)促進(jìn)劑等，另外一般而言天然纖維的運(yùn)輸成本也較高，有時(shí)運(yùn)輸成本甚至相當(dāng)于天然纖維成本的50％乃至100％，因此考慮就近取材是降低成本的一個(gè)重要因素。 　　目前就發(fā)展速度而言，歐洲在天然纖維復(fù)合材料的開發(fā)應(yīng)用方面領(lǐng)先于北美。世界最大的玻纖公司美國(guó)OC公司針對(duì)歐洲汽車工業(yè)對(duì)天然纖維復(fù)合材料的需求最近開發(fā)出亞麻纖維增強(qiáng)聚丙烯，可以用于汽車內(nèi)裝飾及發(fā)動(dòng)機(jī)罩下面的若干部件。 　　除了天然植物纖維外，近年來(lái)另一種由天然礦物玄武巖制成的連續(xù)纖維作為塑料的增強(qiáng)材料也顯示了很大的潛力。這種玄武巖纖維的抗拉強(qiáng)度與高強(qiáng)玻纖相近，其耐酸性、耐堿性均遠(yuǎn)勝于傳統(tǒng)的E玻璃纖維，這種纖維在增強(qiáng)塑料方面可以代替E玻璃纖維制成許多高性能的復(fù)合材料。相信在解決了大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的一些技術(shù)問題之后，玄武巖連續(xù)纖維增強(qiáng)塑料將會(huì)獲得較快的發(fā)展。 　　5．玻璃纖維工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀 　　作為玻璃鋼/復(fù)合材料工業(yè)最主要的纖維增強(qiáng)材——玻璃纖維，在經(jīng)歷了60多年的發(fā)展后，全世界的總生產(chǎn)能力已接近300萬(wàn)噸，2000年實(shí)際生產(chǎn)量達(dá)230萬(wàn)噸，其中增強(qiáng)塑料用玻纖占65％，增強(qiáng)瀝青材料用玻纖占19％，其余16％為紡織用玻纖細(xì)紗，即使這16％的紡織用玻纖細(xì)紗中有70％仍然是用于玻纖增強(qiáng)環(huán)氧樹脂以制造電子工業(yè)用的覆銅板。 　　北美地區(qū)（美、加）2000年總共使用105.3萬(wàn)噸玻纖，西歐地區(qū)用量為68萬(wàn)噸，亞太地區(qū)43萬(wàn)噸（不包括中國(guó)），東歐地區(qū)為10.76萬(wàn)噸，南美、中東及非洲地區(qū)為9萬(wàn)噸。居世界三大玻纖公司首位的是美國(guó)的歐文斯·科寧公司，它在全球有20 座玻纖工廠，年產(chǎn)玻纖約65萬(wàn)噸。法國(guó)圣戈班集團(tuán)的維托泰克斯玻纖公司居第二位，其總生產(chǎn)能力接近 60萬(wàn)噸。目前它在中國(guó)有兩座玻纖工廠分別位于北京、杭州。美國(guó)PPG公司的玻纖分部居世界第三位，年生產(chǎn)能力約50萬(wàn)噸，目前它正在我國(guó)的昆山建設(shè)一座年產(chǎn)2.5萬(wàn)噸玻纖的大型池窯，其遠(yuǎn) 期目標(biāo)為7.5萬(wàn)噸/年。 　　用于玻璃鋼/復(fù)合材料的玻纖增強(qiáng)材料的主要品種為各種捻粗紗、玻纖短切原絲、各種玻纖織物、短切氈、連續(xù)原絲氈、表面氈、磨碎纖維、玻纖針刺氈及多軸向緩編織物。近年來(lái)多軸向玻纖縫編織物發(fā)展很快，這種織物的特點(diǎn)是玻纖經(jīng)緯紗呈挺直排列、無(wú)彎曲，玻纖紗可以技照要求排在0＋90度及全45度的方向上。也即按照玻璃鋼受力方向布置纖維以便最大限度地發(fā)揮纖維的增強(qiáng)作用。這種多軸向縫編織物大量用于風(fēng)力發(fā)電的葉片及FRP船艇的制造上。 　　在連續(xù)玻璃纖維所用的玻璃成份方面，由于環(huán)保的要求，為了消除硼與氟對(duì)環(huán)境的污染，一些國(guó)外公司已將傳統(tǒng)的含硼含氟的無(wú)堿玻璃纖維改成無(wú)硼無(wú)氟或無(wú)棚的無(wú)堿玻璃纖維，這種趨勢(shì)正在加快發(fā)展。 　　在玻璃纖維生產(chǎn)技術(shù)方面重大的進(jìn)展是全氧助燃的玻纖窯爐的出現(xiàn)。由于使用純氧代替空氣幫助燃料燃燒，窯爐排放的氮氧化物大為降低，在改善環(huán)境同時(shí)提高了玻璃熔制效率，提高玻璃液質(zhì)量。目前國(guó)外已有相當(dāng)多的玻纖池窯使用純氧助燃。 　　我國(guó)的玻纖工業(yè)近年來(lái)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，2001年總產(chǎn)量已達(dá)到27萬(wàn)噸，增強(qiáng)型玻纖制品占50％，無(wú)堿玻璃纖維約占55％。2000年我國(guó)玻纖的出口總量達(dá)11.2萬(wàn)噸，總金額為1.9億美元。目前正在運(yùn)行的無(wú)堿玻璃纖維池窯有10座，總生產(chǎn)能力近12.5萬(wàn)噸。此外，兩座中堿玻纖池窯總生產(chǎn)能力約1.5萬(wàn)噸/年。另有兩座使用廢絲生產(chǎn)E一玻纖的池窯，總生產(chǎn)能力為 0.7萬(wàn)噸。正在建設(shè)的無(wú)堿玻纖池窯有9座，總生產(chǎn)能力達(dá)15.2萬(wàn)噸，預(yù)計(jì)2003年可全部投產(chǎn)。另外，目前正計(jì)劃建造的池窯尚有6座，總生產(chǎn)能力11.8萬(wàn)噸。如果上述計(jì)劃近期全部實(shí)現(xiàn)則我國(guó)的無(wú)堿玻纖池窯的總生產(chǎn)能力將很快達(dá)到每年近40萬(wàn)噸，加上近20萬(wàn)噸的球法玻纖，總生產(chǎn)能力將超過日本成為世界第二大玻纖生產(chǎn)國(guó)。 　　我國(guó)目前已能生產(chǎn)國(guó)際市場(chǎng)上大多數(shù)品種的玻璃鋼用增強(qiáng)材料，前些年存在的增強(qiáng)玻璃纖維切不斷、浸不透、分不散的狀況已有很大改觀、玻璃纖維行業(yè)已能向玻璃鋼工業(yè)提供質(zhì)量較好的玻纖增強(qiáng)材料，但總的來(lái)說玻纖質(zhì)量仍存在許多問題，即使池窯拉絲所生產(chǎn)的玻纖增強(qiáng)材料在質(zhì)量方面在國(guó)際市場(chǎng)中也只居中等水平。在國(guó)際市場(chǎng)上我國(guó)生產(chǎn)的玻璃纖維在多數(shù)情況下是以低價(jià)而取勝。在玻璃纖維品種規(guī)格質(zhì)量方面與國(guó)外相比仍然有很大差距，突出表現(xiàn)在： 　　1）玻纖表面處理技術(shù)落后，導(dǎo)致若干品種的玻璃纖維制品仍然是空白。如適用于玻纖增強(qiáng)環(huán)氧耐高壓管道所用的玻纖纏繞紗，油田輸油管用的拉擠玻璃纖維無(wú)捻粗紗等我國(guó)均不能生產(chǎn)，仍需從國(guó)外進(jìn)口。 　　2）增強(qiáng)熱塑料用的玻纖制品在國(guó)外已形成一個(gè)大的系列，而我國(guó)還大部分屬于空白狀態(tài)，即使是適合于各種熱塑料（如尼龍、聚丙烯、熱塑性聚酯PET和PBT）所專用的玻纖短切原絲，其規(guī)格品種及質(zhì)量尚不能滿足用戶需求。 　　3）多軸向玻璃纖維縫編織物在我國(guó)基本上還是空白。 　　4）連續(xù)原絲氈目前我國(guó)只有一條中試生產(chǎn)線，無(wú)論質(zhì)量還是數(shù)量均不能滿足國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的需求。 　　以上情況說明我國(guó)玻纖工業(yè)在提升整體技術(shù)水平及產(chǎn)品質(zhì)量方面仍需做很多工作，這一點(diǎn)從我國(guó)進(jìn)口的玻纖產(chǎn)品的數(shù)量和金額也可以證明。2001年，我國(guó)進(jìn)口玻纖制品達(dá)近10萬(wàn)噸，總金額為2億多美元，它說明我國(guó)所需要的許多高質(zhì)量的玻璃纖維產(chǎn)品仍需從國(guó)外進(jìn)口。 三、結(jié)束語(yǔ) 　　以上簡(jiǎn)要介紹了國(guó)內(nèi)外玻璃鋼/復(fù)合材料工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及特點(diǎn)，從中可以看到盡管我國(guó)的玻璃鋼/復(fù)合材料及玻纖工業(yè)已有了很大發(fā)展，逐漸成長(zhǎng)為玻璃鋼/復(fù)合材料的大國(guó)，但我們與國(guó)際先進(jìn)水平仍有相當(dāng)大的差距，特別是在技術(shù)與產(chǎn)品質(zhì)量方面，還有很長(zhǎng)的路要走。相信在我國(guó)玻璃鋼/復(fù)合材料業(yè)界人士的共同努力下，我們一定會(huì)迅速縮小這種差距，從而使我國(guó)玻璃鋼/復(fù)合材料工業(yè)能對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

ccomed · 發(fā)表于 2003-9-20 10:01:10

支持國(guó)內(nèi)玻璃鋼的發(fā)展。