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隨著科技的發(fā)展,樹脂與玻璃纖維在技術(shù)上不斷進(jìn)步,生產(chǎn)廠家的制造能力普遍提高,使得玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料的價(jià)格成本已被許多行業(yè)接受,但玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料的強(qiáng)度尚不足以和金屬匹敵。因此,碳纖維、硼纖維等增強(qiáng)復(fù)合材料相繼問世,使高分子復(fù)合材料家族更加完備,已經(jīng)成為眾多產(chǎn)業(yè)的必備材料。目前全世界復(fù)合材料的年產(chǎn)量已達(dá)550多萬(wàn)噸,年產(chǎn)值達(dá)1300億美元以上,若將歐、美的軍事航空航天的高價(jià)值產(chǎn)品計(jì)入,其產(chǎn)值將更為驚人。從全球范圍看,世界復(fù)合材料的生產(chǎn)主要集中在歐美和東亞地區(qū)。近幾年歐美復(fù)合材料產(chǎn)需均持續(xù)增長(zhǎng),而亞洲的日本則因經(jīng)濟(jì)不景氣,發(fā)展較為緩慢,但中國(guó)尤其是中國(guó)內(nèi)地的市場(chǎng)發(fā)展迅速。據(jù)世界主要復(fù)合材料生產(chǎn)商PPG公司統(tǒng)計(jì),2000年歐洲的復(fù)合材料全球占有率約為32%,年產(chǎn)量約200萬(wàn)噸。與此同時(shí),美國(guó)復(fù)合材料在20世紀(jì)90年代年均增長(zhǎng)率約為美國(guó)GDP增長(zhǎng)率的2倍,達(dá)到4%~6%。2000年,美國(guó)復(fù)合材料的年產(chǎn)量達(dá)170萬(wàn)噸左右。特別是汽車用復(fù)合材料的迅速增加使得美國(guó)汽車在全球市場(chǎng)上重新崛起。亞洲近幾年復(fù)合材料的發(fā)展情況與政治經(jīng)濟(jì)的整體變化密切相關(guān),各國(guó)的占有率變化很大??傮w而言,亞洲的復(fù)合材料仍將繼續(xù)增長(zhǎng),2000年的總產(chǎn)量約為145萬(wàn)噸,預(yù)計(jì)2005年總產(chǎn)量將達(dá)180萬(wàn)噸。 copyright 123456
從應(yīng)用上看,復(fù)合材料在美國(guó)和歐洲主要用于航空航天、汽車等行業(yè)。2000年美國(guó)汽車零件的復(fù)合材料用量達(dá)14.8萬(wàn)噸,歐洲汽車復(fù)合材料用量到2003年估計(jì)可達(dá)10.5萬(wàn)噸。而在日本,復(fù)合材料主要用于住宅建設(shè),如衛(wèi)浴設(shè)備等,此類產(chǎn)品在2000年的用量達(dá)7.5萬(wàn)噸,汽車等領(lǐng)域的用量?jī)H為2.4萬(wàn)噸。不過從全球范圍看,汽車工業(yè)是復(fù)合材料最大的用戶,今后發(fā)展?jié)摿θ允志薮螅壳斑€有許多新技術(shù)正在開發(fā)中。例如,為降低發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲,增加轎車的舒適性,正著力開發(fā)兩層冷軋板間粘附熱塑性樹脂的減振鋼板;為滿足發(fā)動(dòng)機(jī)向高速、增壓、高負(fù)荷方向發(fā)展的要求,發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、連桿、軸瓦已開始應(yīng)用金屬基復(fù)合材料。為滿足汽車輕量化要求,必將會(huì)有越來(lái)越多的新型復(fù)合材料將被應(yīng)用到汽車制造業(yè)中。與此同時(shí),隨著近年來(lái)人們對(duì)環(huán)保問題的日益重視,高分子復(fù)合材料取代木材方面的應(yīng)用也得到了進(jìn)一步推廣。例如,用植物纖維與廢塑料加工而成的復(fù)合材料,在北美已被大量用作托盤和包裝箱,用以替代木制產(chǎn)品;而可降解復(fù)合材料也成為國(guó)內(nèi)外開發(fā)研究的重點(diǎn)。 內(nèi)容來(lái)自123456
另外,納米技術(shù)逐漸引起人們的關(guān)注,納米復(fù)合材料的研究開發(fā)也成為新的熱點(diǎn)。以納米改性塑料,可使塑料的聚集態(tài)及結(jié)晶形態(tài)發(fā)生改變,從而使之具有新的性能,在克服傳統(tǒng)材料剛性與韌性難以相容的矛盾的同時(shí),大大提高了材料的綜合性能。
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樹脂基復(fù)合材料的增強(qiáng)材料
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樹脂基復(fù)合材料采用的增強(qiáng)材料主要有玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等。 copyright 123456
1、玻璃纖維
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目前用于高性能復(fù)合材料的玻璃纖維主要有高強(qiáng)度玻璃纖維、石英玻璃纖維和高硅氧玻璃纖維等。由于高強(qiáng)度玻璃纖維性價(jià)比較高,因此增長(zhǎng)率也比較快,年增長(zhǎng)率達(dá)到10%以上。高強(qiáng)度玻璃纖維復(fù)合材料不僅應(yīng)用在軍用方面,近年來(lái)民用產(chǎn)品也有廣泛應(yīng)用,如防彈頭盔、防彈服、直升飛機(jī)機(jī)翼、預(yù)警機(jī)雷達(dá)罩、各種高壓壓力容器、民用飛機(jī)直板、體育用品、各類耐高溫制品以及近期報(bào)道的性能優(yōu)異的輪胎簾子線等。石英玻璃纖維及高硅氧玻璃纖維屬于耐高溫的玻璃纖維,是比較理想的耐熱防火材料,用其增強(qiáng)酚醛樹脂可制成各種結(jié)構(gòu)的耐高溫、耐燒蝕的復(fù)合材料部件,大量應(yīng)用于火箭、導(dǎo)彈的防熱材料。迄今為止,我國(guó)已經(jīng)實(shí)用化的高性能樹脂基復(fù)合材料用的碳纖維、芳綸纖維、高強(qiáng)度玻璃纖維三大增強(qiáng)纖維中,只有高強(qiáng)度玻璃纖維已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,且擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),形成了小規(guī)模的產(chǎn)業(yè),現(xiàn)階段年產(chǎn)可達(dá)500噸。
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2、碳纖維 copyright 123456
碳纖維具有強(qiáng)度高、模量高、耐高溫、導(dǎo)電等一系列性能,首先在航空航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,近年來(lái)在運(yùn)動(dòng)器具和體育用品方面也廣泛采用。據(jù)預(yù)測(cè),土木建筑、交通運(yùn)輸、汽車、能源等領(lǐng)域?qū)?huì)大規(guī)模采用工業(yè)級(jí)碳纖維。1997~2000年間,宇航用碳纖維的年增長(zhǎng)率估計(jì)為31%,而工業(yè)用碳纖維的年增長(zhǎng)率估計(jì)會(huì)達(dá)到130%。我國(guó)的碳纖維總體水平還比較低,相當(dāng)于國(guó)外七十年代中、末期水平,與國(guó)外差距達(dá)20年左右。國(guó)產(chǎn)碳纖維的主要問題是性能不太穩(wěn)定且離散系數(shù)大、無(wú)高性能碳纖維、品種單一、規(guī)格不全、連續(xù)長(zhǎng)度不夠、未經(jīng)表面處理、價(jià)格偏高等。 copyright 123456
3、芳綸纖維20世紀(jì)80年代以來(lái),荷蘭、日本、前蘇聯(lián)也先后開展了芳綸纖維的研制開發(fā)工作。日本及俄羅斯的芳綸纖維已投入市場(chǎng),年增長(zhǎng)速度也達(dá)到20%左右。芳綸纖維比強(qiáng)度、比模量較高,因此被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的高性能復(fù)合材料零部件(如火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)艙、整流罩、方向舵等)、艦船(如航空母艦、核潛艇、游艇、救生艇等)、汽車(如輪胎簾子線、高壓軟管、摩擦材料、高壓氣瓶等)以及耐熱運(yùn)輸帶、體育運(yùn)動(dòng)器材等。
4、超高分子量聚乙烯纖維
超高分子量聚乙烯纖維的比強(qiáng)度在各種纖維中位居第一,尤其是它的抗化學(xué)試劑侵蝕性能和抗老化性能優(yōu)良。它還具有優(yōu)良的高頻聲納透過性和耐海水腐蝕性,許多國(guó)家已用它來(lái)制造艦艇的高頻聲納導(dǎo)流罩,大大提高了艦艇的探雷、掃雷能力。除在軍事領(lǐng)域,在汽車制造、船舶制造、醫(yī)療器械、體育運(yùn)動(dòng)器材等領(lǐng)域超高分子量聚乙烯纖維也有廣闊的應(yīng)用前景。該纖維一經(jīng)問世就引起了世界發(fā)達(dá)國(guó)家的極大興趣和重視。 copyright 123456
5、熱固性樹脂基復(fù)合材料
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熱固性樹脂基復(fù)合材料是指以熱固性樹脂如不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、乙烯基酯樹脂等為基體,以玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等為增強(qiáng)材料制成的復(fù)合材料。環(huán)氧樹脂的特點(diǎn)是具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、電絕緣性、耐腐蝕性、良好的粘接性能和較高的機(jī)械強(qiáng)度,廣泛應(yīng)用于化工、輕工、機(jī)械、電子、水利、交通、汽車、家電和宇航等各個(gè)領(lǐng)域。1993年世界環(huán)氧樹脂生產(chǎn)能力為130萬(wàn)噸,1996年遞增到143萬(wàn)噸,1997年為148萬(wàn)噸,1999年150萬(wàn)噸,2003年達(dá)到180萬(wàn)噸左右。我國(guó)從1975年開始研究環(huán)氧樹脂,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前我國(guó)環(huán)氧樹脂生產(chǎn)企業(yè)約有170多家,總生產(chǎn)能力為50多萬(wàn)噸,設(shè)備利用率為80%左右。酚醛樹脂具有耐熱性、耐磨擦性、機(jī)械強(qiáng)度高、電絕緣性優(yōu)異、低發(fā)煙性和耐酸性優(yōu)異等特點(diǎn),因而在復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。1997年全球酚醛樹脂的產(chǎn)量為300萬(wàn)噸,其中美國(guó)為164萬(wàn)噸。我國(guó)的產(chǎn)量為18萬(wàn)噸,進(jìn)口4萬(wàn)噸。乙烯基酯樹脂是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一類新型熱固性樹脂,其特點(diǎn)是耐腐蝕性好,耐溶劑性好,機(jī)械強(qiáng)度高,延伸率大,與金屬、塑料、混凝土等材料的粘結(jié)性能好,耐疲勞性能好,電性能佳,耐熱老化,固化收縮率低,可常溫固化也可加熱固化。南京金陵帝斯曼樹脂有限公司引進(jìn)荷蘭Atlac系列強(qiáng)耐腐蝕性乙烯基酯樹脂,已廣泛用于貯罐、容器、管道等,有的品種還能用于防水和熱壓成型。南京聚隆復(fù)合材料有限公司、上海新華樹脂廠、南通明佳聚合物有限公司等廠家也生產(chǎn)乙烯基酯樹脂。 內(nèi)容來(lái)自123456
1971年以前我國(guó)的熱固性樹脂基復(fù)合材料工業(yè)主要是軍工產(chǎn)品,70年代后開始轉(zhuǎn)向民用。從1987年起,各地大量引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)如池窯拉絲、短切氈、表面氈生產(chǎn)線及各種牌號(hào)的聚酯樹脂(美、德、荷、英、意、日)和環(huán)氧樹脂(日、德)生產(chǎn)技術(shù);在成型工藝方面,引進(jìn)了纏繞管、罐生產(chǎn)線、拉擠工藝生產(chǎn)線、SMC生產(chǎn)線、連續(xù)制板機(jī)組、樹脂傳遞模塑(RTM)成型機(jī)、噴射成型技術(shù)、樹脂注射成型技術(shù)及漁竿生產(chǎn)線等,形成了從研究、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及原材料配套的完整的工業(yè)體系,截止2000年底,我國(guó)熱固性樹脂基復(fù)合材料生產(chǎn)企業(yè)達(dá)3000多家,已有51家通過ISO9000質(zhì)量體系認(rèn)證,產(chǎn)品品種3000多種,總產(chǎn)量達(dá)73萬(wàn)噸/年,居世界第二位。產(chǎn)品主要用于建筑、防腐、輕工、交通運(yùn)輸、造船等工業(yè)領(lǐng)域。在建筑方面,有內(nèi)外墻板、透明瓦、冷卻塔、空調(diào)罩、風(fēng)機(jī)、玻璃鋼水箱、衛(wèi)生潔具、凈化槽等;在石油化工方面,主要用于管道及貯罐;在交通運(yùn)輸方面,汽車上主要有車身、引擎蓋、保險(xiǎn)杠等配件,火車上有車廂板、門窗、座椅等,船艇方面主要有氣墊船、救生艇、偵察艇、漁船等;在機(jī)械及電器領(lǐng)域如屋頂風(fēng)機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)、電纜橋架、絕緣棒、集成電路板等產(chǎn)品都具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模;在航空航天及軍事領(lǐng)域,輕型飛機(jī)、尾翼、衛(wèi)星天線、火箭噴管、防彈板、防彈衣、魚雷等都取得了重大突破。
熱塑性樹脂基復(fù)合材料
熱塑性樹脂基復(fù)合材料是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的,主要有長(zhǎng)纖維增強(qiáng)粒料(LFP)、連續(xù)纖維增強(qiáng)預(yù)浸帶(MITT)和玻璃纖維氈增強(qiáng)型熱塑性復(fù)合材料(GMT)。根據(jù)使用要求不同,樹脂基體主要有PP、PE、PA、PBT、PEI、PC、PES、PEEK、PI、PAI等熱塑性工程塑料,纖維種類包括玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維和硼纖維等一切可能的纖維品種。隨著熱塑性樹脂基復(fù)合材料技術(shù)的不斷成熟以及可回收利用的優(yōu)勢(shì),該品種的復(fù)合材料發(fā)展較快,歐美發(fā)達(dá)國(guó)家熱塑性樹脂基復(fù)合材料已經(jīng)占到樹脂基復(fù)合材料總量的30%以上。
高性能熱塑性樹脂基復(fù)合材料以注射件居多,基體以PP、PA為主。產(chǎn)品有管件(彎頭、三通、法蘭)、閥門、葉輪、軸承、電器及汽車零件、擠出成型管道、GMT模壓制品(如吉普車座椅支架)、汽車踏板、座椅等。玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯在汽車中的應(yīng)用包括通風(fēng)和供暖系統(tǒng)、空氣過濾器外殼、變速箱蓋、座椅架、擋泥板墊片、傳動(dòng)皮帶保護(hù)罩等。 滑石粉填充的PP具有高剛性、高強(qiáng)度、極好的耐熱老化性能及耐寒性?;墼鰪?qiáng)PP在車內(nèi)裝飾方面有著重要的應(yīng)用,如用作通風(fēng)系統(tǒng)零部件,儀表盤和自動(dòng)剎車控制杠等,例如美國(guó)HPM公司用20%滑石粉填充PP制成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)的吸音天花板和轎車的搖窗升降器卷繩筒外殼。 copyright 123456
云母復(fù)合材料具有高剛性、高熱變形溫度、低收縮率、低撓曲性、尺寸穩(wěn)定以及低密度、低價(jià)格等特點(diǎn),利用云母/聚丙烯復(fù)合材料可制作汽車儀表盤、前燈保護(hù)圈、擋板罩、車門護(hù)欄、電機(jī)風(fēng)扇、百葉窗等部件,利用該材料的阻尼性可制作音響零件,利用其屏蔽性可制作蓄電池箱等。
本文來(lái)自123
我國(guó)的熱塑性樹脂基復(fù)合材料的研究開始于20世紀(jì)80年代末期,近十年來(lái)取得了快速發(fā)展,2000年產(chǎn)量達(dá)到12萬(wàn)噸,約占樹脂基復(fù)合材料總產(chǎn)量的17%,,所用的基體材料仍以PP、PA為主,增強(qiáng)材料以玻璃纖維為主,少量為碳纖維,在熱塑性復(fù)合材料方面未能有重大突破,與發(fā)達(dá)國(guó)家尚有差距。 本文來(lái)自123
我國(guó)復(fù)合材料的發(fā)展?jié)摿蜔狳c(diǎn) 123,123
我國(guó)復(fù)合材料發(fā)展?jié)摿艽螅毺幚砗靡韵聼狳c(diǎn)問題。
1、復(fù)合材料創(chuàng)新
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復(fù)合材料創(chuàng)新包括復(fù)合材料的技術(shù)發(fā)展、復(fù)合材料的工藝發(fā)展、復(fù)合材料的產(chǎn)品發(fā)展和復(fù)合材料的應(yīng)用,具體要抓住樹脂基體發(fā)展創(chuàng)新、增強(qiáng)材料發(fā)展創(chuàng)新、生產(chǎn)工藝發(fā)展創(chuàng)新和產(chǎn)品應(yīng)用發(fā)展創(chuàng)新。到2007年,亞洲占世界復(fù)合材料總銷售量的比例將從18%增加到25%,目前亞洲人均消費(fèi)量?jī)H為0.29kg,而美國(guó)為6.8kg,亞洲地區(qū)具有極大的增長(zhǎng)潛力。
2、聚丙烯腈基纖維發(fā)展 123,123
我國(guó)碳纖維工業(yè)發(fā)展緩慢,從CF發(fā)展回顧、特點(diǎn)、國(guó)內(nèi)碳纖維發(fā)展過程、中國(guó)PAN基CF市場(chǎng)概況、特點(diǎn)、“十五”科技攻關(guān)情況看,發(fā)展聚丙烯腈基纖維既有需要也有可能。
3、玻璃纖維結(jié)構(gòu)調(diào)整 123456
我國(guó)玻璃纖維70%以上用于增強(qiáng)基材,在國(guó)際市場(chǎng)上具有成本優(yōu)勢(shì),但在品種規(guī)格和質(zhì)量上與先進(jìn)國(guó)家尚有差距,必須改進(jìn)和發(fā)展紗類、機(jī)織物、無(wú)紡氈、編織物、縫編織物、復(fù)合氈,推進(jìn)玻纖與玻鋼兩行業(yè)密切合作,促進(jìn)玻璃纖維增強(qiáng)材料的新發(fā)展。 copyright 123456
4、開發(fā)能源、交通用復(fù)合材料市場(chǎng)
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一是清潔、可再生能源用復(fù)合材料,包括風(fēng)力發(fā)電用復(fù)合材料、煙氣脫硫裝置用復(fù)合材料、輸變電設(shè)備用復(fù)合材料和天然氣、氫氣高壓容器;二是汽車、城市軌道交通用復(fù)合材料,包括汽車車身、構(gòu)架和車體外覆蓋件,軌道交通車體、車門、座椅、電纜槽、電纜架、格柵、電器箱等;三是民航客機(jī)用復(fù)合材料,主要為碳纖維復(fù)合材料。熱塑性復(fù)合材料約占10%,主要產(chǎn)品為機(jī)翼部件、垂直尾翼、機(jī)頭罩等。我國(guó)未來(lái)20年間需新增支線飛機(jī)661架,將形成民航客機(jī)的大產(chǎn)業(yè),復(fù)合材料可建成新產(chǎn)業(yè)與之相配套;四是船艇用復(fù)合材料,主要為游艇和漁船,游艇作為高級(jí)娛樂耐用消費(fèi)品在歐美有很大市場(chǎng),由于我國(guó)魚類資源的減少、漁船雖發(fā)展緩慢,但復(fù)合材料特有的優(yōu)點(diǎn)仍有發(fā)展的空間。
國(guó)內(nèi)外復(fù)合材料在橋梁、房屋、道路中的基礎(chǔ)應(yīng)用廣泛,與傳統(tǒng)材料相比有很多優(yōu)點(diǎn),特別是在橋梁上和在房屋補(bǔ)強(qiáng)、隧道工程以及大型儲(chǔ)倉(cāng)修補(bǔ)和加固中市場(chǎng)廣闊。
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6、復(fù)合材料綜合處理與再生
重點(diǎn)發(fā)展物理回收(粉碎回收)、化學(xué)回收(熱裂解)和能量回收,加強(qiáng)技術(shù)路線、綜合處理技術(shù)研究,示范生產(chǎn)線建設(shè),再生利用研究,大力拓展再生利用材料在石膏中的應(yīng)用、在拉擠制品中的應(yīng)用以及在SMC/BMC模壓制品中的應(yīng)用和典型產(chǎn)品中的應(yīng)用。
21世紀(jì)的高性能樹脂基復(fù)合材料技術(shù)是賦予復(fù)合材料自修復(fù)性、自分解性、自診斷性、自制功能等為一體的智能化材料。以開發(fā)高剛度、高強(qiáng)度、高濕熱環(huán)境下使用的復(fù)合材料為重點(diǎn),構(gòu)筑材料、成型加工、設(shè)計(jì)、檢查一體化的材料系統(tǒng)。組織系統(tǒng)上將是聯(lián)盟和集團(tuán)化,這將更充分的利用各方面的資源(技術(shù)資源、物質(zhì)資源),緊密聯(lián)系各方面的優(yōu)勢(shì),以推動(dòng)復(fù)合材料工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。
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