江苏省高性能复合材料产业现状分析

     以往江苏省素有玻璃钢之乡的称呼，因为我省在20世纪60、70年代玻璃钢行业在所处的地位名列位，那时可以说玻璃钢产品及其原材料的一半出自江苏，当时山东的玻璃钢制品80%由江苏提供的。近20年来尽管江苏复合材料产业在发展，但相比以前在所处的地位要大大落后了。主要表现在①量大，但高新技术少，即通用的玻璃钢及其原材料的量大，而高性能的玻璃钢产品如高压玻璃钢天然气气瓶未开发；②面广、特色品种少，即一般玻璃钢产品在许多领域得到了应用，但33m大型玻璃钢渔船先在山东投入运行；③厂多、龙头企业少，我省玻璃钢原材料和制品生产单位有近700家，但不饱和聚酯树脂年产量大的企业在广东，玻璃纤维年产量大的企业在山东，玻璃钢制品年产量大的企业在河北。
    高性能复合材料产业的发展状况与上述一般复合材料产业的发展状况有密切的关系，下面针对各种高性能复合材料作出具体现状分析。
　　（一）高性能热固性玻璃钢
    高性能热固性玻璃钢是选用高性能玻璃纤维为增强材料及高性能热固性树脂（如环氧树脂、乙烯基酯树脂等）为粘结剂，采用先进工艺制成的高性能复合材料。这类材料及制品综合性能好，它既要满足耐腐蚀、耐磨、耐高温、抗渗漏或无污染等功能要求，又要满足高强度、高刚度等结构性能要求。目前我省高性能热固性玻璃钢制品已具有规模化生产能力，多数产品质量、生产工艺技术及设备达到国内先进水平，但仍存在部分引进装置开工不足、产品品种不多、重复引进、技术力量薄弱、缺乏创新机制、产学研脱节等现象，这有待今后产业调整逐步解决。
    全省玻璃钢企业近700余家，其中列入省属高新技术企业30家，占全省玻璃钢企业总数的4．2%，年产值约20多亿元，约占产值的1/3，全省“七五”、“八五”、“九五”期间先后从意大利、美国、日本等国引进管罐生产线6条，SMC生产线2条，板材生产线2条及喷涂、注射成型（RTM）设备20余台套，并从国内大专院校、研究院所、专业设备公司订购各种设备20余台套，具有较强的技术装备水平，并培养了一批能从事生产和研究的技术队伍。所生产的产品涉及航空、航天、建筑、建材、石油，化工、能源、交通、机电、信息、医疗、体育、文化、轻工、食品、农业、兵器等近20个行业和部门。在“七五”、“八五”期间，我省先后从美国、德国、荷兰等引进树脂生产线5条，其中聚酯树脂生产线4条，生产能力7万吨，约占树脂生产量的1/3。环氧树脂1．5万吨。酚醛树脂0．3万吨。南京玻纤院研制、生产的高强、高弹性玻璃纤维是唯一生产单位，这为“十五”期间开发高性能玻璃钢奠定了基础。
    我省高性能热固性玻璃钢制品产业主要包括高性能玻璃钢管道及容器、环境保护用的玻璃钢制品、汽车部件、机械及电器部件、航空、航天等军事用途的高性能玻璃钢制品。
    在管道及容器方面，我省已有一定的规模，通过引进设备，我省可生产常压、中压及高压管道，其中夹砂管道市场占有率40%，纤维缠绕玻璃钢管道市场占有率为20%，高压管道尚处在开发阶段。我省姜堰市天杰玻璃钢管道有限公司已从美国Entec引进微机控制的全套高压管道生产线，可生产直径2″～8″的高压管道，但由于技术力量薄弱、资金短缺，目前处于停产状态，也是我省“十五”期间重点要抓好的高压管道的产业化问题。尽管连众玻璃钢集团有限公司可望于今年11月份生产3．5～24MPa高压环氧玻璃钢管道，引进美国的现场缠绕机可生产2500立方米大型贮罐，但玻璃钢压力容器如汽车用的压缩天然气气瓶等仍为空白点，今后仍然应该作为研发的重点课题之一。
    在环境保护设备方面，除低噪音、中、高温冷却塔外，其它有屋顶风机、空调器、净化槽等。南通申海集团公司生产的屋顶风机在市场占有率9/10。我省生产的各类空调器市场占有率1/3、净化槽占3/4。江苏鹏鹞环保集团有限公司生产的WSZ系列FRP净化槽，处理容积l～60立方米，广泛应用于生活污水及与之类似的工业有机污水处理，累计产值超过10亿元。
    在汽车部件方面，作为高性能玻璃钢汽车部件在我省也初具规模，但品种不多，生产工艺还很落后，有待进一步研发。玻璃钢作为汽车部件的主要优点是重量轻、耐腐蚀、容易修补、噪声小、成型工艺方便、燃油耗量低等。江苏省玻璃钢主要用于汽车覆盖件和受力结构件：如车顶、窗框、保险杠、挡泥板、车身板、门、仪表板等。为汽车配套的专业工厂有宜兴玻璃钢总厂、苏州松达特种玻璃钢厂、扬州亚星-奔驰汽车有限公司等单位，作为南京跃进汽车集团是玻璃钢汽车部件（车顶、保险杠）大的用户，每辆车消耗玻璃钢制品80余公斤。该公司正在委托常州玻璃钢造船厂加工越野车覆盖件。常州华日新材料有限公司建成了具有先进水平的迪美牌10，000吨SMC和BMC生产线，主要为生产汽车部件服务。无疑这将为我省和汽车行业用的高性能玻璃钢汽车部件奠定物质基础。
    在机电行业方面，我省企业在研发和生产的高性能玻璃钢在机电行业方面应用已具有相当规模，在国内同行业具有地位，其产品出口国外。江苏省申海集团股份有限公司生产的玻璃钢空调设备和屋顶风机已在国内重大工程中应用，并已出口国内外。南京兴亚玻璃钢公司用拉挤工艺生产的宽幅电缆桥架矩形方管，专门为南京长桥二桥电缆铺设之用。南京斯贝尔复合材料有限公司采用拉挤成型工艺生产的宽幅空芯桥梁保护板今年出口泰国，预期使用寿命50年。无锡宏泰电器公司为电器部件生产的BMC模塑料已超过2500吨，产品出口日本、德国、法国。连云港华威电子集团有限公司生产的4米集成电路环氧模塑料，年销售收入6000万元。
    在航空航天及军事方面，由于高技术发展，要求所用的材料质轻、高强、耐高温、耐腐蚀、热膨胀系数小。江苏省用于航空航天及军事方面研制及应用也初见端倪，但尚需加大力度开发。南京航空航天大学设计、制造了2人座玻璃钢轻型飞机。
　　（二）高性能热塑性树脂基复合材料
    高性能热塑性树脂基复合材料选用高性能玻璃纤维（或毡）为增强材料，热塑性树脂为粘结剂，采用先进工艺（如注射、挤出、缠绕、连续成型及冲压等成型工艺）制成的高性能热塑性树脂基复合材料，其产品主要用于运输、电气、电子器材及设备等方面。由于这类材料有优异的冲击韧性、耐化学腐蚀。抗损伤能力强、比强度高、成型周期短、生产效率高、可回收利用，在国外已有相当规模，国内预计15万吨之多，但在我省还处在研制开发阶段，生产的产品尚属半成品。由于引进了设备及技术，其主要热塑性树脂如PP、PA、PE、PVC、PS等已具有相当规模，而高性能热塑性树脂（如PEEK、PBT、PPS、PSF、PPO）仍处在研发阶段，这是我省“十五”期间要奋起直追的。我省汽车、机电、建筑等行业应用的几种热塑性树脂基复合材料产业现状概括如下。
　　1．玻璃纤维毡增强热塑性片材（GMT）
    GMT主要是指玻璃纤维增强聚丙烯树脂制成的片材，由于具有成型周期短、冲击韧性好、可再生利用等优点，近年来，北美GMT年增长率达10%，欧洲市场上GMT年增长率预计达15%（1997～2002年）。GMT有80%用于汽车工业，其余200用于建筑、化工、包装、体育器材等领域。江苏“九五”期；司，南京玻纤院与华东理工大学联合承担的“863”计划项目一“玻璃纤维毡增强热塑性片材规模生产技术”已通过“863”专家的验收和鉴定，但在本省尚未建立生产线，有待进一步研究和开发。江苏省是汽车大省，针对跃进汽车集团、亚星公司等市场需求，GMT开发前景广阔。扬子石化公司新建年产20万吨聚丙烯生产线，必将为今后GMT的生产提供物质保证。金陵石化公司塑料厂生产的聚丙烯也将是GMT专用料的选择对象之一。而玻璃纤维毡则由南京玻纤院提供，但GMT片材的生产企业有待落实。
2．高密度聚乙烯管材
    扬子石化公司设计、建成了年产2000T的高密度聚乙烯管道生产线，性能指标与德国Hoechst及北欧化工公司的专用料性能相当，管材具有耐磨、不易结垢、安装方便、阻燃、抗静电等优良性能，广泛应用于各种色浆的输送。管材直径从5mm至630mm各种规格，压力等级从0．25MPa～16MPa。扬子石化公司生产的高密度聚乙烯也是我省及铝塑复合管生产的专用料。
　　3．高性能聚苯酯复合材料密封件
　 南京玻纤院为跟踪国际油封新材料的发展方向，配合我国汽车工业油封的国产化，“九五”期间承担了科技攻关项目“旋转轴油封规模生产技术研究”，2000年通过了建材局组织的专家鉴定，并已申请了，已形成年产100万只油封生产能力，为跃进汽车集团等国内十余家工厂作为汽车油封专用件。2001年预计将生产10万只油封。2005年市场占有率将达到50%，数量超过120万只以上。此油封用的热塑性树脂是对羟基苯甲酸酯（简称聚苯酯），具有耐油、耐温、耐腐蚀及抗磨性能。
　　4．高性能包装材料
    江阴申达集团公司采用改性共挤多层复合材料新工艺，制成高阻隔、无菌包装等新型包装材料，系我省包装材料的主要企业，包装工业园即建在江阴。据1999年统计，我省包装工业的产值占全省工业产值的2．58%。申达集团公司计划“十五”期间投入30亿元，形成软塑包装基材20万吨，复合软塑包装5万吨，实现销售收入50亿元。
　　（三）先进复合材料
    先进复合材料是指高性能增强材料（碳纤维、凯夫拉纤维、超高分子量聚乙烯纤维、植物纤维等）增强高性能树脂制成的复合材料，其在我省研制开发的产品中有所应用，但规模不大，仍在开发阶段，其碳纤维的生产线仍在筹建阶段，其凯夫拉纤维仅限于编织及应用（如防弹板、防弹衣等），而超高分子量聚乙烯纤维的生产在我省仍是空白。
    20世纪80年代中期，南京航空航天大学试制的轻型飞机曾采用碳纤维及高强玻璃纤维作为增强材料，采用环氧树脂作为粘结剂制成。宜兴市天鸟高新技术有限公司是专业生产织造碳纤维布、芳纶纤维布及开发新型复合材料的专业公司，其产品主要服务于人造卫星、运载火箭、飞机、防弹制服等领域，也应用于体育用品、高级音响设备等方面。为适应我国先进复合材料工业的发展，扬州市惠通聚酯技术有限公司与科学院太原煤炭研究所等合作开发生产的高性能聚丙烯睛碳纤维，已列入江苏省2001年重点攻关项目，将生产系列碳纤维产品，包括T-300、T-400H、T-800H、T-1000H产品的研发生产，必将推动我省先进复合材料及其制品的发展。
　　（四）高性能金属基复合材料
    高性能金属基复合材料在我省尚处于研发阶段，只有东南大学、南京航空航天大学等少数几所院校在从事高性能金属基复合材料的研究与开发工作。
    东南大学从上世纪的80年代初即开始致力于高性能金属基复合材料的研究，先后承担并完成过多项、部、省级科研项目。1983年开始着手进行石墨/铝复合材料活塞的研制工作，并在国内率先试制出石墨/铝复合材料活塞；1985年开始进行氧化铝短纤维增强铝基复合材料和氧化铝短纤维局部增强铝基复合材料活塞的研制工作，并于1988年与一汽合作进行台架试验，表明该活塞耐磨性能优良；“九五”期间，在增压柴油机用纤维增强铝活塞的研制工作方面，东南大学和扬州柴油机厂合作，进行了大量的研发工作，结果陶瓷短纤维局部增强铝活塞成功地通过了600小时全速全负荷台架可靠性耐久试验和500小时台架热冲击试验，达到了设计指标。目前仍需进一步降低成本，以便实施产业化。
    根据目前市场分析，柴油发动机年产量近60万台，将柴油机改为增压柴油机是发展方向，如果国产柴油机50%改为增压柴油机，则增压柴油机所需高性能金属基复合材料活塞将超过120万只，另外，相应的配件市场也颇具潜力，因此金属基复合材料活塞实施产业化的市场前景很好。
    南京航空航天大学于1991年开始承担“八五”科技攻关计划项目“锌基复合材料及其模具实用化成型工艺”，成功地探索出了用锌基复合材料制备模具的实用成型工艺--负压石膏型精铸法，该方法能够制取结构复杂、表面光洁度高的零件，成本低廉，填补了国内外空白，达到了国际先进水平。鉴于各种原因，该项目末实施产业化。现南京航空航天大学正与锡山市三洲线缆厂合作开展“纳米锌铝金属基复合材料镀层钢绞线制备技术研究”，以获得新一代的镀层钢绞线，推向市场。
     钢丝和钢绞线是钢铁制品的常用产品，全每年的需求量目前已达800万吨，而我国去年近45万吨，并且每年以30%的速度递增，它广泛应用于输变电工程、电气化铁路、邮电、通讯和高速公路等领域。因此新一代金属基复合材料镀层钢绞线的市场前景是很大的。

　　（五）高性能功能复合材料
    高性能功能复合材料在此是指两种不同材料经胶接、焊接或其它工艺方法形成的具有特定性能的复合材料，如树脂/陶瓷复合、钛/钢复合、陶瓷/钢复合等。该材料在我省已经形成一定的生产能力，但尚未形成规模生产。南京宝色钛业有限公司，用不同有色金属以爆炸焊接复合及爆炸一轧制复合方法生产复合材料制品，是我国生产不同质材、不同规格、双层和三层金属复合材料如钛/钢、镍/钢、铝/钢、铜/钢、钛/铜/钛、铝/铜、钛（镍）/不锈钢等复合材料制品主要厂家之一。目前市场占有率在40%以上。几年来成功生产了近5千吨，为国防及国民经济发展中关键设备配套，如PTA装置国产化工程生产的大型650m2钛冷凝器，为中科院制作的金钛太空望远镜、为日本TOSHIBA和德国BME公司电子网板生产线生产的配套的钛设备以及国内台四通道金钛螺旋板式换热器和台30m2钛色合金复合材料反应釜等设备配套，填补了国内空白。
南京工业大学在树脂／陶瓷复合材料微波介质材料和金属化基板方面已形成小批量生产，产品品种已覆盖美国ROGERS公司的系列产品。
　　（六）高性能陶瓷基复合材料
    高性能陶瓷基复合材料在我省也是处于研发阶段，离产业化还有很大差距。
我省晶须及纤维增强陶瓷基复合材料的研制工作大大落后于国内某些省市。除南京玻纤院研制过Al2O3和ZrO2短纤维，南京工业大学进行过由碳纤维制备碳芯碳化硅纤维，南京航空航天大学进行过Al2O3短纤维增强羟基磷灰石生物活性材料外，其余几乎是空白，更谈不上产业化的工作。
我省在颗粒弥散增韧陶瓷基复合材料方面有一定的研究基础。南京工业大学、江苏大学等高校、科研单位较早开展了颗粒弥散型陶瓷基复合材料的研究，主要研究了以ZrO2、SiC、TiB2等颗粒为弥散剂的陶瓷基复合材料，取得了一定的成果。“八五”期间，我省曾把ZrO2增韧陶瓷制品的研制作为攻关项目，由江苏省陶瓷研究所、南京化工大学、江苏大学联合攻关，以ZrO2为增强增韧剂，研制并中试生产了ZrO2气流磨内衬、拉丝模等产品，取得了阶段性成果，并通过省级鉴定。目前我省生产高性能结构陶瓷的企业主要有南通申海氮化物公司、宜兴非金属机械厂、江苏省陶瓷研究所、江苏晶辉待种耐火材料公司等。这些企业也进行了少量的颗粒弥散型陶瓷基复合材料制品的开发、试制，用ZrO2或SiC颗粒增强氧化物或氮化物材料。由于生产工艺技术还不完全成熟，因此产品品种少、质量不稳定，尚未形成规模生产。难以满足对高性能陶瓷基复合材料产品日益增长的需要。
　　（七）高性能水泥基复合材料
    高性能水泥基复合材料在我省已进行了大量的研究工作，但在向产业化与工程化方面无突破性进展。
东南大学在九五期间对高性能纤维增强水泥基复合材料的性能做了大量的研究工作，既采用钢纤维增强，也采用聚丙烯纤维增强，并已部分实施了工程应用。江苏省的钢纤维产量曾处于地位，现在已落后于江西、上海，居第三，年产量为1500吨，只有武进东南新型建筑材料厂。扬中新型纤维厂等少数几个小型工厂生产；而聚丙烯纤维只有张家港有机纤维厂试生产，质量分散性差，尚没有过关。然而，随着我省现代化建设工程的不断兴建，如公路和高速公路的基础设施，大跨度桥梁的兴建，地铁、隧道工程的建造等需要大量高性能的水泥基复合材料，才能满足使用环境复杂、要求很高的材料性能。因此发展高性能水泥基复合材料的市场前景是很大的。
　　（八）纳米复合材料
    纳米复合材料在我省的崛起和发展只是近几年的事，纳米塑料已在我省许多学校、研究单位和企业积极进行研究开发，部分已在产品中研制成功，并正在推广应用。
扬子石化公司研究院正在进行“无机纳米粒子增韧、增强PP专用料研究”，常州华源蕾迪斯有限公司进行纳米氧化物等粉体在聚酯中应用作了大量研发工作，南京立汉化学有限公司利用中科院化学所的科研成果已成功研制出纳米PA、纳米PP、纳米PBT、纳米ABS等纳米塑料，并成功地制作出性能优异的高阻隔PE包装材料和汽车用机械零构件，在神龙等汽车上获得应用。
纳米复合材料是纳米技术重要应用领域之一，纳米复合材料又是改造传统产业的重要手段之一，而当前纳米复合材料已处于可积极研究开发的阶段，因此我省发展纳米复合材料有广阔的前途。
　　（九）江苏省发展高性能复合材料产业优势
    江苏省是一个经济大省，又是一个科教大省，具有经济优势、科技优势和人才优势，在高性能复合材料技术及其产业化方面也同样如此，我省有金陵石化公司、扬子石化公司这些经济实力雄厚的特大型企业，还有一些著名的跨国公司合资企业如金陵蒂斯曼公司、常州华日新材料有限公司等，我省高等学校之多在是名列前茅的，具有复合材料专业或相关专业人才培养方面的学校也不少，南京大学、东南大学、南京航空航天大学、南京理工大学、南京工业大学等都为我省高性能复合材料技术及其产业化方面可提供大量专门的人才，我省还有像南京玻璃纤维研究设计院、信息产业部第十四研究所这样的在享在盛名的大型研究单位。另外，江苏省复合材料学会曾举办过五次中欧工业企业经贸洽谈会，成功吸引了不少国外企业到江苏投资，并与欧州复合材料协会（JEC）、亚澳复合材料协会（ACCM）、国际复合材料学会（ICCM）、香港复合材料技术协会建立了广泛联系。因此如何利用我省的人才优势、科技优势和经济优势，将对在国民经济发展中占有重要地位的高性能复合材料产业搞上去是至关重要的。