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复合材料产业发展年度发展趋势

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复合材料产业发展趋势

复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。

一、复合材料工业发展现状

(一)我国复合材料产量已经跃居世界第二

历经半个世纪,尤其是改革开放以来的30年,通过自主创新与吸收国际先进技术,复合材料在中国已成为星罗棋布的朝阳产业。

1986-2008,我国复合材料(热固性)增长近60倍。总量在上世纪90年代末期超过德国,本世纪初超过日本,热固性复合材料已超过欧洲总和。如今我国复合材料年产量仅次于美国,而居世界第二位。

(二)建立了较丰厚的原辅材料基础 1、增强材料 (1)玻璃纤维

1997年建立了我国第一个玻璃纤维拉丝池窑。迄今我国在线池窑共56座,年产能逾162万吨。世界上最大的无碱玻璃纤维池窑(10万吨/年)与中碱玻璃纤维池窑(4万吨/年)已于2006年投产。ECR(耐酸、高强度、高电阻无碱玻璃纤维)2005年在重庆问世。

除传统的中碱、无碱、高强、高模、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。 (2)玄武岩连续纤维及其复合材料

2003年起步,现已能采用纯天然玄武岩拉制单丝直径5.5微米、连续长度5万米不断头的连续纤维;已研发成功混凝土用筋材、建筑结构补强材、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国际先进水平。

我(大陆)玄武岩纤维及制品已出口欧美、日本等国,并卖到台湾省。

2007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700吨。 (3)ACM(先进复合材料)用特种纤维

相比玻璃纤维,我国碳纤维、芳纶纤维发展令人扼腕。碳纤维有专门文章论述本文不赘述。“十五”期间自主研发的聚芳砜酰胺纤维(Polysulphonamide fiber)耐热性、阻燃性、染色性、稳定性均优于芳纶。

2、基体材料

(1)不饱和聚酯树脂(UPR)

1986年以来,我国从美国、日本、英国、意大利、挪威、芬兰、德国、荷兰等14个国家引进树脂和胶衣生产技术,促进了技术进步。我自行开发成功乙烯基酯树脂、二甲苯树脂、双环戊二烯(DCPD)树脂、对苯树脂、气干性胶衣、高韧性模具胶衣、紫外光固化树脂与胶衣等品种。2008年我国UPR年产量达1万吨。 (2)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80年代后期,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3000吨的环氧装置,开始了中国大陆环氧树脂的规模化生产。中国大陆环氧树脂年生产能力逾120万吨。我环氧胶衣于2004年自行开发成功。2007年我国产量60万吨,已居世界首位。 (3)酚醛树脂

1986年我国自行研发成功酚醛发泡;1994年现场发泡技术自行研发成功;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。 我国生产酚醛树脂迄今已经60年,由于其耐温、阻燃、烟密度低等,至今在复合材料(含纸基覆铜版)方面仍广泛应用。

2006年我酚醛树脂产量约40万吨,约为日本年产量的1.4倍。

2006年酚醛树脂胶衣研发成功,性能优于英国水平。 (4)辅料

①1991年中空玻璃微球投入量产,用于制作模具、人造玛瑙、浴缸、反光标志等产品,可减重、增加刚度、降低成本。21世纪初,国产酚醛中空微球亦已问世。

②消泡剂、低收缩添加剂、润湿剂、触变剂等助剂可改善工艺性能、提高产品质量、降低成本。“十五”末期年用量为“九五”末期的3倍多。 三、技术与产品开发取得重大进步 (一)、机械化成型比例大幅提高

80年代末期,我国复合材料成型技术,接触(手糊)成型占85%以上,到“十五”末期,机械成型已跃升达60% (二)、产品开发取得重大进步

1、纤维缠绕管道与贮罐生产技术达到世界先进水平 迄今自主开发的纤维缠绕管道制造方面的专利有30项,我已具备纤维缠绕工艺管、夹砂管、高压管的全套生产技术。ф4000mm玻璃钢管试制成功。新疆某输水重点工程成功地采用了ф3.1m玻璃钢管,单管长12m,重16吨。工程一次安装通水成功无泄漏,质量受到了国家发改委表彰。在国家众多油田及西气东输工程中,成功使用了复合材料高压管,

该管已出口巴基斯坦、马来西亚、越南、伊拉克、俄罗斯、哈萨克斯坦、阿联酋等国及台湾省。

复合材料贮罐实际已经做到单罐2000立方米,已出口到香港地区、美国、印度尼西亚、叙利亚等国。为适应城市改造的需要,高校与企业结合,成功开发了复合材料顶管制造关键技术与施工技术。在广州施工内径2.5m的复合材料顶管,日顶进长度达到69m,给排水业内专家称,达到国际领先水平。复合材料夹砂管在十五期间,年用量逾1000公里。高压环氧玻璃钢管2006年用量达3000公里。1996年我国开始生产和使用复合材料电缆套管,现年用量逾5000公里。我缠绕技术及装备已出口日本、韩国、东南亚、伊朗,部件已出口美国。 2、压力容器

1994年我开始开发CNG气瓶,并首先在首都公交车上装车使用(一辆车用90升气瓶9只)。北京已成为世界城市中以CNG为动力的公共汽车拥有量最多的城市。1997年我自主研发的环形压力容器投入使用。2006年我引进国外技术装备(内衬制造设备、纤维缠绕机),在苏州建立了年产能达11万只复合材料气瓶的生产基地。 3、SMC/BMC

迄今我已自日本、美国、德国引进18条SMC生产线,引进4条BMC生产线;今年引进连续法BMC生产装置。BMC

注射技术也已用于规模化生产,所用注射机近年已国产化,台商与日本亦在内地设厂生产。

大量SMC/BMC制品已为日本、法国、德国知名企业配套。进入21世纪5年来,SMC开发成功低温固化快速成型技术、高阻燃A级表面技术,并用于汽车件与火车客车厢内饰件上。 4、拉挤

2000年以来我国陆续引进加拿大两公司共6条复合材料门窗生产线。此前于1992年国内亦已开发拉挤型材组装门窗技术,现已可提供较先进的成套技术。我现拥有国产拉挤生产线300余条,且开发了注射和浸渍树脂技术。1998年企业自主研发成功PU发泡拉挤复合材料保温墙体型材。同年采用国产酚醛树脂拉挤复合材料格栅型材成功。我拉挤产品已出口欧洲、美国、东南亚;成套技术与设备已出口澳大利亚、南非、英国、美国、葡萄牙等国。2006年我国拉挤型材产量逾10万吨,除绝缘棒、管为环氧树脂基体外,大多为不饱和树脂基体。

2006年自主研发成功在线编织玻璃纤维管,直接拉挤成型环氧复合材料电绝缘管。 5、建筑应用

1997年大型玻璃纤维增强塑料冷却塔国家标准出台,促进了1000立方米/小时以上复合材料冷却塔的发展,单塔现

已发展到5000立方米/小时。上世纪90年代,大陆与台商分别研发了无风机冷却塔,其结构较简单、无风机噪音。1999年容积1260立方米组合式水箱投入使用。1997年从日本引进SMC模压整体卫生间生产线投产。喷射成型复合材料浴缸、人造玛瑙浴缸、雅克力浴缸生产已规模化、且批量出口。玻璃纤维增强氯氧镁水泥通风管建材行业标准在1996年发布,产品广泛应用,无机复合材料板批量出口。2004年我自主开发的首条现场发泡酚醛保温板连续生产线投产。企业自主开发的SMC模压门于2003年试生产成功,受到外商青睐,已出口韩国、北美。2006年SMC模压瓦生产自动线投入运行,并通过鉴定。 6、车辆与地面设施

近5年来SMC、GMT模压汽车件,火车内饰件发展迅速,已建成规模化的专业生产企业10家。双层客车壁板、洗手间地面、酚醛复合材料风管等已成功应用。汽车牵引的摩托车复合材料拖车出口欧美。火车铁轨连接用复合材料鱼尾板已投入实用。高速公路上的复合材料防眩板、反光标志已普及。地铁第3轨保护罩及其支座、电缆支架、紧急逃生平台等已规模化采用。 7、船艇

威海中复西港船艇公司向非洲安哥拉出口9.6米复合材料钓鱼船100条,已交付完毕。该公司并中标我国外援印尼

实习船,该船为30.2米延绳钓鱼船,船速12节。太阳鸟游艇公司制造的亚洲第一大的复合材料游览船“名人号”,由洞庭湖畔驶抵上海黄浦江。这条长36米的双体豪华游览观光船是2010年上海世博会接待宾客的定型船艇,载员310人。由湖北三江环松公司开发,山东武城县新明玻璃钢制品公司制造的SMC模压复合材料摩托艇长5.786米,开我国大型金属模具热压成型复合材料之先河。 8、波形板、平板

我国现拥有200条生产线,大多采用毡制作。2006年我引进美国技术,新建一板材幅宽2.8m的生产线,为全国之最。2006年全国产波形板1500万平米。 9、可再生能源方面的应用

2006年上半年有公司两家引进德国技术,制造成功1.5MW风机叶片,单片长37.5m、重5.7吨。1.5MW(MW—兆瓦,1兆瓦=1000千瓦)风机叶片生产企业与拟上者已逾40家。产能最大者当推中复连众公司。北京玻璃钢研究院开发了适合我国风况的1.5MW—2.0MW风机叶片,叶片长40.25米,较37.5米叶片扫风面积提高15%,发电量提高10%以上(理论效率提高26%)。上海玻璃钢研究院开发了兆瓦级风力发电机复合材料叶片的相应软件与专用树脂体系等多项技术。保定已被称为风谷,不下3个企业生产风电叶片。2007年初中国建材集团收购德国诺益(NOI)公司,在德成

立SINOI公司,从事叶片设计、研发、制造、销售,计划年产2~2.5MW叶片100套,为欧洲主机商配套。国内已开发成功太阳能复合材料沼气池(手工积层)、SMC模压沼气池,纤维缠绕沼气池。由于复合材料沼气池产气快、产气率高、运输、安装、使用、维护方便,解决农民做饭、照明、洗澡问题,且废液肥效高,故深受农民欢迎。 10、烟气脱硫

我国二氧化硫排量现居全球首位,烟气脱硫是国家环保的战略措施。1996年我与美公司合作,制作整套烟气脱硫装置。2006年春北京高碑店电厂烟塔合一除硫系统中,烟气管道采用ECR纤维增强乙烯基酯树脂制作的复合材料管,直径达7m,以立式缠绕机与卧式缠绕机现场制造,质量甚得好评。

11、热塑性玻璃钢(FRTP)

1992年玻璃纤维增强聚丙烯管挤出成型,管件注射成型技术研发成功,产品耐化学腐蚀性优于FRSP。2003年开发了PP/GF混编的缝编织物,用于压制FRTP滑水板。长纤维增强热塑性塑料—粒料(LFT-G)生产线近两年已增至11条;台商在长春建成直接法(LFT-D)生产线,其产品为一汽配套。2006年我国自主研发的年产5000吨GMT生产线,2007年下半年在江苏江阴投入运行。泰山玻纤公司开发玻纤/热塑性树脂复合纱(国家863项目)及其复合材料制品生产工艺已

取得突破性进展。当前,我FRTP注射法占90%,按玻璃纤维含量25%计算,2006年中国大陆FRTP产量为48万吨,同比为美国的1/3。 二、发展趋势和需求分析

全球复合材料行业的重心正在从欧美发达国家转向亚洲, 亚洲复合材料产量高速增长是行业发展最明显的趋势之一,产量到2015年有望翻番,达1000万吨。预计亚洲在全球复合材料市场所占比重将从本世纪初的25%提升至2013年的51%。

随着风能和航空航天等高精尖技术的发展,复合材料在高附加值领域的应用将更多。

中国将成为全球复合材料最活跃、发展最快的地区。未来几年随着中国经济结构的转变、经济的转型以及国民经济的高速发展,复合材料在中国将获得更大发展。

印度在复合材料方面也蕴藏着不可忽视的增长潜力,汽车等应用领域的快速发展将带动印度复合材料行业成长。

中东、马来西亚、越南和印度尼西亚也是高增长潜力的国家和地区。

“重点研究开发满足国民经济基础产业发展需求的高性能复合材料及大型、超大型复合结构部件的制备技术”,已纳入《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》制造业领域的基础材料的优先主题。

随着我国加入WTO,一方面,在复合材料民品市场上国外生产原材料、设备及复合材料的跨国公司纷纷进入中国,为我国带来了较先进的原材料、工艺技术及产品,另一方面,先进复合材料是航空、航天和国防工业的关键材料之一,西方发达国家对我国实行严格限制,只有通过自主创新解决。

《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》提出的单位国内生产总值能源消耗降低20%左右、单位工业增加值用水量降低30%、大力发展可再生能源、建成30个10万千瓦级以上的大型风电项目、加快铁路运输、建设铁路新线1.7万Km,加强水污染防治,到2010年城市污水处理率不低于70%,实施科技强军等等宏伟蓝图,为复合材料在节能、节水、水处理、风电、环保、交通等领域的应用展示了可预见的巨大市场空间。

国家投资4万亿元,拉动经济、扩大内需,推动经济平稳较快增长的“国十条”措施,以及各地方政府及行业相继出台加大投资规划 ,我国政府承诺“到2020年在2005年水平上消减碳密度40%--45%” ,国家实施西部大开发发展战略,加大基础设施的投入,能源、交通、水利、建筑等新项目增多,给行业发展又提供了新的发展机遇。 三、发展目标

以自主创新和集成创新为动力,以企业为主体,以市场为导向,拓展复合材料在航空航天、交通运输,风电、新能

源和可再生能源、海洋石油开发、智能电网建设等高端市场的应用。

到2015年,“十二五”期间,每年保持9%的增长幅度,复合材料产量达到600万吨,其中热固性复合材料产量达到300万吨,热塑性复合材料用量达到230万吨。 通过技术进步促进复合材料产业升级,使我国复合材料产业由生产大国向复合材料强国迈进。实现机械化成型设备整体制造水平达到世界一流水平,产品的机械化成型率达到75%以上,比“十一五”提高5-8个百分点;产品制造水平达到世界一流水平。 重点发展与基础设施和建筑、能源及环保、交通运输及航天航空等相关的复合材料系列产品及其装备制造。特别注重新能源领域、海洋石油开发领域、电力建设领域、环保领域以及碳纤维复合材料为代表的先进复合材料的基础研究和应用研究与开发。

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

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