近年来玻璃钢/复合材料工业发展的若干特点

   1）主要工业发达玻璃钢/复合材料的产量增长连续多年超过国民经济GDP的增长，其产品品种不断增加，应用领域也不断扩大，特别是在以下七个领域。
　　a．基础设备市场。美国与欧洲都面临着已多年使用的基础设施的翻新。加固与重建。高速公路、桥梁、码头、水工建筑、输变电线路等都需要使用大量的复合材料。目前全复合材料的桥梁、输变电塔、灯杆都已获实际应用。特别要提及的是近年来出现的玻璃纤维拉挤钢筋代替传统钢筋，用在沿海地区钢筋混凝土建筑中防止海水及含盐潮湿空气对钢筋的侵蚀有着巨大的潜在市场。仅在欧洲每年混凝土用钢筋即达1100万吨，如果有 4％的钢筋被玻纤拉挤钢筋代替，每年即需11万吨这种代钢筋材料。目前各国都在开发这种新材料，预期在解决了这种玻璃钢钢筋的延展性（即脆性）问题后，这种材料将会有突破性的发展。 
b．风力发电。风力是清洁的能源，目前德国的风力发电居位，达611万千瓦，美国居第二位为255万千瓦，我国居第九位，风力发电总量为34．5万千瓦，只相当于居第五位的印度的l/3。目前风力发电机组一般发电能力为600千瓦/台，但德国目前正在建造发电能力达5000千瓦的巨型发电机组，其玻璃钢叶片长度达56米。大的风机叶片生产厂南丹麦的LM玻纤公司已在的天津建厂生产玻璃钢风机叶片，而按照我国规划到2005年新增风力发电100万瓦千，这将需要 1万多吨的玻纤增强塑料。
　　c．建筑市场。除了传统的玻璃钢整体卫生间、浴缸、净化槽等，近年来玻璃钢型材制造的窗框正在迅速增长。由于与塑钢窗框相比它的强度、刚度高，耐老化性好，使用寿命可比塑钢窗框延长一倍以上，阻燃性及保温性均很优良，因此它被称为第五代窗框型材。目前在国内外都有快速的成长。此外，用玻璃微珠填充树脂作芯层的聚酯玻璃钢可以建造房屋，使住宅重量大为减轻。美国OC公司为土耳其大地震后建造的玻璃钢房屋造价每套仅1.5万美元，据该公司估计这种玻璃钢房屋的市场总值达60亿美元。
　　d．电子工业。近年来电子工业特别是个人电脑、移动通讯等的迅猛发展导致对印制电路板用的玻纤增强环氧树脂层压板有巨大的需求。尤其是电子工业的重心转移到亚洲地区，促使这一地区玻纤及玻纤增强树脂层压 板产量剧增，这也给我国带来很大的机遇。
　　e．陆地交通运输工具。随着汽车及城市轻轨交通的发展，对各种复合材料的需求增长迅速。以西欧为例，西欧每年要将20万吨玻纤增强热塑料用在各种类型的汽车上，除此之外，用 SMC、 BMCI艺制造的大量增强热固性塑料部件也仍呈增长趋势。汽车用蓄电池托架、保险杠、前后车灯、仪表盘、发动机罩下的部件如过气歧管都已广泛采用玻纤复合材料。轻轨车辆中的门、窗、座椅、行李架及至车体板、车头均可采用玻璃钢制造。
　　此外近年来，玻璃纤维在代替石棉制造摩擦材料方面发展也很迅速，由于公认的石棉对人体健康的危害性，许多开始采用玻纤――酚醛树脂代替石棉一酚醛树脂制造机动车的刹车片等并已取得满意的效果。
　　f光缆加强芯。通讯光缆加强芯包括两个部分，一是光缆中心的加强芯，这是玻璃纤维拉挤产品，另一部分是玻璃纤维被覆上特种树脂并吸附一种流水粉末，它可防止水份对光纤传光带来的不良影响。该市场的总值在每年25亿美元左右。
　　2）玻璃纤维增强热塑料近年来一直以快于热固性玻璃钢的发展速度在发展，而且增强热塑料的新的生产技术也在不断出现，这是玻璃钢/复合材料工业发展的另一个特点。
　　如前所述，国外玻璃纤维增强塑料中有l/3为增强热塑料，按树脂用量的多少排序，占位的是尼龙（尼龙6和尼龙66），热塑性聚酯PBT和PET，以及聚丙烯。目前增强热塑料主要用于汽车制造和电气/电子工业产品的制造。
　　在生产工艺方面，多数增强热塑性塑料是用玻纤短切原丝与树脂料粒在双螺杆挤出机中挤出复合制成粒粒，然后再注射成形。这种工艺的缺点是玻纤原丝在树脂充分塑化并将玻纤原丝包覆之前玻纤原丝暴露于双螺杆机的剪切作用之下，纤维被切短。当注射成形时纤维还会被进一步损伤，故在终制品中纤维长度很短，增强效果不理想。针对这一问题，近年来开发出所谓长玻纤料粒，它是借用热塑性树脂拉挤技术，使连续玻纤无捻粗纱通过模头、粗纱被强制散开使每根单丝都受到树脂包覆，然后经冷却短切成料粒。这种粒料在注射成形时纤维处干熔融塑料包围之中，从而使纤维受注射螺杆的损伤降至低，使得在终制品中玻纤保持较长的长度，目前这种工艺被用在越来越多汽车制品的生产中。
　　增强热塑料的另一个发展是所谓的玻璃毡增强热塑料，即GMT，它是将连续玻璃纤维针刺毡或连续原丝毡与熔融聚丙烯或PET复合成片材，再将这种片材裁切成预定形状，经加热冲压成终制品。由于它采用连续玻纤，其机械强度高，目前这种GMT片材已广泛用于制造汽车工业的部件。
　　属于GMT范畴的还有一种湿法成型的玻纤增强热塑料片材。它是将玻纤短切丝与塑料粒子（如聚丙烯料粒）在水中混合，利用助剂使塑料粒子悬浮在水中，将玻纤短切丝与塑料粒子形成的浆料通过专用的纸机按成片材，经加热加压使塑料领熔后，纤维与塑料熔成一体。这种片材与上述GMT一样可以用加热冲压成型工艺制造各种制品。这种制品的外观好，可以用于制造汽车上的一些外观要求高的部件，其机械强度低于上述干法GMT片材制品。
　　增强热塑性塑料生产技术的新进展是TWintex的出现，它是在玻纤拉丝的同时用挤出机将树脂（如聚丙烯）通过模头形成有机纤维，两种纤维掺混排列在一起形成一种混合无捻粗纱，在这种混合粗纱中，玻纤纱含量可达60－75％，这是一般增强热塑料所达不到的。这种无捻粗纱可以织成方格布或制成针刺织物，通过加热使有机纤维熔化成树脂基材，从而使玻璃纤维与树脂固结在一起，可以通过模压工艺将其制成模压制品，混合无捻粗纱也可以用拉挤工艺制成型材，用含玻纤60％的混杂无捻粗纱方格布模压出的制品机械性能远胜于GMT制品。增强热塑性塑料拉挤工艺在近几年也取得了一定的突破。由于热塑性塑料在熔融态粘度很高，很难浸透玻璃纤维以实现纤维与树脂的牢固粘结，因此增强热塑性塑料拉挤多年来没有能获得广泛应用。近美国道化学公司采用一种工程热塑料聚氨酯与玻纤经过拉挤制成强度、韧性、抗损伤性能均很优良的型材。这种聚氨酯在加热熔融状态分子量降低导致粘度很低，极易浸透玻璃纤维，而当冷却固化时分子量又重新恢复到原始状态，从而既使拉挤工艺易于进行，又保证了终产品的性能。其拉挤速度可达到热固性塑料拉挤速度的10倍。
3）在热固性玻璃钢技术方面，近年来由于环保的要求日趋严格，苯乙烯散发严重的敞模模塑工艺如手糊及喷射成型受到越来越大的压力，闭模模塑工艺特别是RTM及各种在RTM基础上改进的工艺方法正在逐渐取代敞模工艺。RTMI艺是将增强材料铺放在上下模具中，泵入树脂，为了改进树脂对纤维的浸透及适应制造大尺寸玻璃钢制品的需求，在RTM的基础上开发了真空辅助的RTM工艺，一方面籍助压力使树脂强制通过增强材料层，
    而在玻纤层合材料的另一面则藉助真空泵形成的真空增加树脂对纤维的浸透作用，目前有多种改进的 RTM工艺，而尤以所谓的 SCWP工艺为著名，它不用树脂注射而是全部采用真空的办法使树脂流过纤维，按照这种工艺，层合的增强材料铺放在刚性的模具底部，表面上覆盖真空织物袋，这种真空袋的内侧设有许多使树脂分流的渠道，在模具的一端接上真空泵，在真空作用下催化的树脂从模具中心通过真空袋下面的分流渠道均匀流过纤维增强层，从而达到树脂与纤维结合为一体。在抽真空的过程中，增强材料上面覆盖的真空袋会压缩纤维使其致密。这种真空袋是用PTEE涂覆的硅橡胶制成，可反复使用，该工艺适合用于不饱和聚酯、环氧及乙烯基酯树脂。该工艺可以用于制造轻质、大尺寸的结构材料，其成本也较低。为重要的是由于它是闭模模塑，苯乙烯在树脂与纤维融合过程中已通过化学反应而基本上消耗殆尽，散发到环境中的苯乙烯浓度不到 10PPM，大大改善了环境。
　　4）在玻璃钢/复合材料用增强纤维方面，除了传统的玻璃纤维及一些高性能纤维以外，包括木纤维在内的天然纤维越来越多地用在复合材料的生产中，这构成了近年来复合材料工业发展的另一个特色。
　　按照2001年水纤维――塑料复合材料会议发表的文献的统计，2000年北美（美国、加拿大）用于塑料复合材料的增强材料及填料总量为250万吨。其中玻纤775万吨，碳酸钙100万吨，其它矿物填料55万吨，天然纤维为17．5万吨。天然纤维中包括水纤维、亚麻、黄麻、洋麻、大麻、剑麻等。与玻纤不同的是，天然纤维几乎全部用于增强热塑性塑料的复合材料，常用的热塑料包括聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯及高密度聚乙烯。
    从历史的统计数据看，1980年天然纤维在北美复合材料中的用量仅为4.76万吨， 1990年为 5.22万吨，而到 2000年即达 17.5万吨，其中木纤维占据绝大部分，麻类等天然纤维为0．7万吨。而今后的发展趋势是天然纤维将更多地用在复合材料中。天然纤维复合材料主要应用在建筑材料及汽车制造中。按照预测，从2000年到2005年建筑用复合材料所使用的天然纤维将达到年增长率60％，使用的主要纤维为木纤维，亚麻及大麻纤维。目前主要产品形式为户外用铺地板、装饰板条、篱笆、扶手、门窗型材，正在开发的有百页窗、房屋被叠板、屋面瓦多。天然纤维复合材料的优势是吸水性很低，不霉烂，故维修成本低、抗翘曲性好、防虫蛀、美观、使用寿命长。预计到2005年北美建筑市场需要136万吨天然纤维制造复合材料。
　　天然纤维复合材料另一个大市场是汽车工业。目前天然纤维复合材料在汽车上的主要用建为门边银板、行李托盘、承载地板、备用股罩、椅背。正在开发的用途为椅子扶手、后货架、车项内社、遮阳板等。目前汽车用复合材料中所用的天然纤维多为亚麻、大麻、洋麻，树脂为聚丙烯及酚醛，纤维含量为50％。天然纤维复合材料在汽车应用方面的优势有如下几方面：①绿色环保，纤维本身是符合环保的，使用过程及所制造的制品均为环保型的；②减轻汽车部件的重量。玻璃纤维的比重为26克/厘米’，而木纤维及天然纤维的比重为1.5－1.6克/立方厘米之间；③天然纤维制成的复合材料部件成本低，玻纤的价格平均为0.9美元/磅，而水纤维为0.12美元/磅，其它天然纤维约在外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。
　　预计从2000年到2005年北美天然纤维用在汽车复合材料方面年增长率超过50％，到2005年总量将达到4．5万吨当然在天然纤维用于复合材料方面尚有一系列问题需要解决，如选用合适的添加助剂，包括润滑剂、紫外吸收剂、界面粘结促进剂等，另外一般而言天然纤维的运输成本也较高，有时运输成本甚至相当于天然纤维成本的50％乃至100％，因此考虑就近取材是降低成本的一个重要因素。
　　目前就发展速度而言，欧洲在天然纤维复合材料的开发应用方面于北美。大的玻纤公司美国OC公司针对欧洲汽车工业对天然纤维复合材料的需求近开发出亚麻纤维增强聚丙烯，可以用于汽车内装饰及发动机罩下面的若干部件。
　　除了天然植物纤维外，近年来另一种由天然矿物玄武岩制成的连续纤维作为塑料的增强材料也显示了很大的潜力。这种玄武岩纤维的抗拉强度与高强玻纤相近，其耐酸性、耐碱性均远胜于传统的E玻璃纤维，这种纤维在增强塑料方面可以代替E玻璃纤维制成许多高性能的复合材料。