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玻璃钢论文:国内外玻璃钢工业发展概况及发展趋势

[2019-10-15] 点击:

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1.国外玻璃钢发展概况

玻璃钢是多种复合材料中的一种。玻璃钢是玻璃纤维增强塑料的俗称,是目前技术比较成熟且应用最为广泛的一类复合材料。玻璃钢于1932年在美国出现,1940年以手糊成型制成了玻璃纤维增强聚酯的军用飞机的雷达罩,其后不久,美国莱特空军发展中心设计制造了一架以玻璃钢为机身和机翼的飞机,并于1944年3月在莱特一帕特空军基地试飞成功。从此纤维增强复合材料开始受到军界和工程界的注意。第二次世界大战以后这种材料迅速扩展到民用,风靡一时,发展很快,1946年纤维缠绕成型技术在美国出现,为纤维缠绕压力容器的制造提供了技术贮备。1949年研究成功玻璃纤维预混料并制出了表面光洁,尺寸、形状准确的玻璃钢模压件。

玻璃钢除雾器阳极管束

河北威美环保生产制作的玻璃钢除雾器阳极系统

1950年真空袋和压力袋成型工艺研究成功,并制成直升机的螺旋浆。60年代在美国利用纤维缠绕技术,制造出北极星、土星等大型固体火箭发动机的壳体,为航天技术开辟了轻质高强结构的最佳途径。在此期间,玻璃纤维-聚酯树脂喷射成型技术得到了应用,使手糊工艺的质量和生产效率大为提高。1961年,片状模塑料(简称SMC)在法国问世,利用这种技术可制出大幅面表面光洁,尺寸、形状稳定的制品,如汽车、船的壳体以及卫生洁具等大型制作,从而更扩大了玻璃钢的应用领域。1963年前后在美、法、日等国先后开发了高产量、大幅宽、连续生产的玻璃钢板材生产线,使玻璃钢制品形成了规模化生产。拉挤成型工艺的研究始于50年代,60年代中期实现了连续化生产,在70年代拉挤技术又有了重大的突破,近年来发展更快。除圆棒状制品外,还能生产管、箱形、槽形、工字形等复杂截面的型材,并带有环向缠绕纤维以增加型材的侧向强度。在70年代树脂反应注射成型(简称RIM)和增强树脂反应注射成型(简称RRIM)两种成型技术研究成功,进一步改善了手糊工艺,使产品两面光洁,现已大量用于卫生洁具和汽车的零件生产。1972年美国PPG公司研究成功热塑性片状模型料成型技术,1975年投入生产。这种玻璃钢最大的特点改变了热固性基体复合材料生产周期长、废料不能回收的问题,并能充分利用塑料加工的技术和设备,因而发展快。制造管状构件的工艺除缠绕成型外,80年代又发展了离心浇铸成型法,英国曾使用这种工艺生产10m长的复合材料电线杆、大口径受外压的管道等。从上述可知,新生产工艺的不断出现推动着玻璃钢工业的发展。

进入20世纪70年代,对玻璃钢的研究改变了仅仅采用玻璃纤维增强树脂的局面,人们一方面不断开辟玻纤—树脂复合材料的新用途,同时也发现,这类复合材料的比刚度、比强度不够理想,满足不了对重量敏感,强度和刚度要求很高的尖端技术要求,因而开发了一批如碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、硼纤维、芳纶纤维、高密度聚乙烯纤维等高性能增强材料,并使用高性能树脂、金属与陶瓷为基体,制成先进复合材料(简称ACM)。这种先进复合材料具有比玻璃纤维复合材料更好的性能,是用于飞机、火箭、卫星、飞船等航空航天飞行器的理想材料。

在飞机上培育的碳纤维技术的应用逐渐扩大到体育用品(网球拍、高尔夫杆、钓鱼杆、比赛用汽车、比赛用快艇等)、由于地震而引进的道路或桥梁的修建。碳纤维增强塑料需求量逐年增长,目前世界上碳纤维的需求量大约在4万吨左右。现在,研究开发汽车、高速铁路车辆、舟船、风力发电机、高速转动的制纸机、机器人、高层建筑、大桥、开采深海石油等方向的应用取得了进步。今天,在地球方面必须解决的一个问题是如何防止地球环境的恶化。人口的增长和产业的发展,化学燃料的使用量的增大,这些都导致空气中的二氧化碳的含量增高及气温上升,为了有效地利用石油、煤炭、天燃气,需要移动的器械必须轻量化。玻璃钢/复合材料可以使重量变轻,高性能玻璃钢/复合材料的应用将越来越广泛。

2.我国玻璃钢/复合材料行业基本概况

2.1 玻璃钢概况

我国玻璃钢/复合材料工业起步于1958年,历经50多年。特别是改革开放以来,通过国内外玻璃钢/复合材料同行的交流、合作及设备、技术水平、装备制造技术和成型工艺技术得到了长足发展与技术进步,形成了较完整的研发体系及工业生产体系。

目前,我国玻璃钢/复合材料总产量居世界前列,2009年我国热固性玻璃钢/复合材料197万吨,热塑性复合材料达73万吨,玻纤基覆铜板达53万吨,复合材料总量达323万吨,较上年增长约11。4%。

2.2 原辅材料发展情况

2.2.1 增强材料

⑴ 玻璃纤维

自1997年建立了我国第一个玻璃纤维拉丝池窑,至今我国在线池窑共56座,年产能逾200万t。ECR(耐酸、高强度、高电阻无碱玻璃纤维)于2005年在重庆问世。

除传统的中碱、无碱、高强度、高模量、高硅氧、耐碱玻璃纤维外,还开发了D(低介电)玻璃纤维、镀金属玻璃纤维2009年我国玻璃纤维产量达205万吨,比上年同期下降5。17%。2009年我国下班纤维进口量为19。14万吨,比上年同期下降8。89%。2009年我国玻纤消耗量为126。48万吨。

⑵ 玄武岩连续纤维及其复合材料

玄武岩纤维自2003年起步,现采用纯天然玄武岩可拉制单丝直径为5。5 m、长度5万m不断头的连续纤维; 已研发成功混凝土用筋材、建筑结构补强材料、高温过滤毡、多轴向织物等,并已出口到发达国家与地区,其生产工艺与产品质量达到国际先进水平。

2009年我国上海、浙江横店、四川成都、辽宁营口等地生产的玄武岩连续纤维,年产量达1万多吨,预计2010年我国玄武岩纤维的产量可以达到24000吨/年以上。目前,我国玄武岩纤维的产量占世界总产量80%,产量居第一。
我国大陆地区玄武岩纤维及制品已出口欧美、日本等国及台湾地区。

玄武岩纤维具有综合性能好、性价比好的产品特点。这是其它纤维所难以比拟的,堪称是21世纪无污染的“绿色工业材料”。

2.2.2 基体材料

⑴ UPR(不饱和聚酯树脂)

我国从1986年开始引进美国、日本、英国、意大利、挪威、芬兰、德国、荷兰等国的不饱和树脂生产技术开始。不饱和聚酯树脂产能、产量逐年递增。到今天,我国已超美国成为世界上不饱和聚酯树脂产量与用量最大的国家。

目前国内已经有不饱和树脂生产企业约160家,并且随着中国市场需求的增加,除国内树脂企业亚邦、天和、福田、华迅等都在扩产外,外资企业包括帝斯曼、华日、亚什兰等也已经进行了扩能增产的布局,美国AOC、法国克雷威利、日本UPAK、美国雷可德、意大利郎基尔和德国纪曼佐利也纷纷登陆中国建厂。

2009年据中国UPR行业协会初步统计,总产量达到153万吨,比上年增长了5.5%,其中环氧乙烯基酯树脂达到3.3万吨,增长11%。2009年进口树脂3.69万吨,市场总需求量达158万吨。

⑵ 环氧树脂

我国现在已经是环氧树脂产量、进口量、消费量最大的国家。上世纪8O年代后期,我国岳阳、无锡分别自日本东都化成、德国巴克利特(bakelite)引进年产能3 000 t的生产设备,大陆环氧树脂开始了规模化生产。目前环氧树脂年生产能力逾120万t。2008年,产量约70万t。2004年,我国自行研发成功环氧胶衣。

⑶ 酚醛树脂

1986年,我国研发成功酚醛发泡技术;1994年,研发成功现场发泡技术;1996年,可用于接触成型、拉挤、缠绕、RTM等工艺的 新型酚醛树脂 项目通过国家验收。

我国生产酚醛树脂已有60年历史,由于其耐温、阻燃、低烟密度等特点,至今在复合材料(含纸基覆铜板)方面仍应用广泛。

2006年,我国酚醛树脂产量约40万t,约为日本年产量的1。4倍。同年,酚醛树脂胶衣研发成功,性能优于英国水平

3.玻璃钢/复合材料发展趋势

我国玻璃钢/复合材料生产总量居世界前列,玻璃钢/复合材料已被广泛地应用于建筑工程、石油化工、交通运输、能源工业、机械制造、船艇、体育器械、航空航天等领域,为国民经济和国防建设做出了重要贡献。
由于玻璃钢/复合材料具有重量轻、强度高、绝缘性好、耐疲劳、耐腐蚀、加工成型方便、易维护等特点,在电力行业得到了广泛应用。玻璃钢/复合材料在电力行业的应用除传统输变电设备、设施外,玻璃钢杆塔和复合电缆芯成为行业关注的热点之一。

2009年我国汽车产销量达1300万辆。随着国家振兴汽车产业规划出台,将加速提升玻璃钢/复合材料制品在汽车上的应用总量。同时,国家节能减排政策和新能源电力汽车的发展,以及汽车材料轻量化的发展趋势,也为玻璃钢/复合材料制品在汽车上的应用提供了更加广阔的市场发展空间。

玻璃钢/复合材料制品在建筑领域的应用除传统产品,如冷却塔、风机、水箱、管道、门窗、采光瓦、装饰装修等和建筑材料外,建筑补强和玻璃钢/复合材料在桥梁上的应用成为新的关注点。

石油化工是玻璃钢/复合材料的重要应用领域之一。除传统防腐工程外,玻璃钢高压管道、贮罐、塔器等产品持续增长,玻璃钢/复合材料在地下贮油罐(双壁罐)和海洋石油工程中的应用成为关注热点。

水处理一般分为纯净水处理、循环水处理和原水废水处理。由于玻璃钢/复合材料所具有的比强度高、优良的耐腐蚀性能和无锈蚀等特点在水处理工程上得到广泛的应用。随着国家环保节能减排政策和法律法规的出台,国家会加大在这一领域的投资,玻璃钢/复合材料在水处理设施上的应用会有一个大的进展。

环境保护和新农村建设是国家重点关注和支持的项目,也是玻璃钢/复合材料行业近年来关注的应用领域。玻璃钢净化(槽)池和玻璃钢沼气池是受到行业关注的项目,具有广阔的市场发展空间。例如在新农村建设中,玻璃钢沼气池因其材料耐腐蚀好、可工厂化生产、安装方便、产气快、寿命长、使用安全等优异性能得到农户的欢迎,受到农业部重视和大力推广。据农业部农村新能源办公室介绍,2010年将安排实施500万个农村户用沼气池的计划。

全世界游艇拥有量约为1800余万艘。在美国注册和使用中的各种游艇总数已达1200万艘。目前,世界各国大小各类游艇的年产量约为90万艘。

随着全球经济形势的好转,外资游艇企业向大陆迁移和我国高收入阶层的需求,以及海南国际旅游岛和沿海发达地区的游艇设施规划建设,未来几年我国游艇行业将有一个大的发展。

今后玻璃钢/复合材料行业必须立足自主创新,重点开发环保、可再生能源、建筑、化工防腐、交通(含陆地车辆、船舶、航空航天)等领域的产品与市场。同时,新能源和电力等行业对玻璃钢/复合材料的需求也将持续增长。玻璃纤维增强热塑性复合材料(FRTP)越来越受到关注,FRTP市场有望在近几年大幅度增长。

材料是人类赖以生存与发展的物质基础,随着社会的进步,玻璃钢/复合材料工业必将通过创新铸就更大的辉煌。

李彦春 建筑材料工业技术情报研究所

河北威美环保设备科技有限公司

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