全球复合材料流行趋势大扫描

复合材料向结构设计更高层次发展

    复合材料要和其他材料竞争，扩大在现代工业中的应用，必须更充分地发挥其可设计性、比强度高等性能优势，从而取得更好的性价比。这就需要在结构设计等方面提高到更高层次，这种发展趋势是笔者参观2006年JEC展会得到的主要印象。玻纤作为复合材料的增强材料也要主动适应这种发展趋势。
    1.复合材料构件的大型化
    复合材料在公用交通、船艇和大型机电罩等领域的扩大应用，必然带来构件大型化。这种大型壳体的质量要靠精细的结构设计，使其轻质高强、隔音、绝热。其中两个重要元素是型材和板材，以及它们的优组合。而板材多为预制和现场做的空芯板，因此推动了各种空芯板的发展。这些空芯板的芯材有泡沫塑料、化纤制品、塑料格栅、复合蜂窝等。这次有不少专业空芯板芯材制作企业参展，他们可按细部结构、容重和强度要求及整体形状提供芯材。而板的面材则多用玻纤毡、布的预浸料或复合板材与芯板热熔和粘结成一体。
    大型结构件也推动着玻璃钢挤拉型材向断面多样化、复杂化和尺寸大型化发展。
    2.复合材料部件的复杂化和精细化
    展会上展出的一件圆周有薄壁大波浪，一件为夹有许多薄叶片的转体，都在航空工程中使用。这样的部件就要求复合材料方面的专家综合有关多方面的先进技术、设计制造而成，包括高性能树脂基材选择，高质量增强基材选择，预混预浸技术的应用，合理的工艺装备使混合料有很好的流动性、充模性，甚至要采用多种工艺的组合才能完成。形状越复杂越能体现复合材料的优势，同时亦对复合材料基材和生产技术提出了更高的要求。
    3.复合材料表面要求的提高
    复合材料的不少应用，特别在车辆外表及内饰、运动及工业器件都有很高的表面要求。从这次展会可看到，提供以下几方面技术可满足这种高表面要求：①选用专用树脂、高光洁度模具和合理工艺实现SMC件等A级表面。②开发了专用复合材料加工设备和刀具，保持加工后的良好表面状况。③开发专用漆和表面处理、贴膜、表面印刷等新技术，来满足表面的光洁和色彩要求。
    4.复合材料及制品的高效工业化生产
    实现复合材料从原材料到制品的高效工业化生产是稳定产品质量和降低生产成本的重要环节。展会展示了不少研究部门和装备企业在这方面的努力。其中显著的是将复合材料制品的分段生产，变成由原材料到终制品的自动化直接生产，这包括SMC-D、LFT-D，以及热塑性方面的T-RTM和注、挤工艺结合直接出制品等。

玻纤织物增强基材及应用发展快

    复合材料需求的扩大带动了玻纤增强基材的快速发展。随着复合材料闭模成型的发展，去年市场就已明显传递出缝毡、复合毡、复合织物乃至预成型等热点基材的流行信号。今年法国JEC复合材料展会上更为清晰地表现出：随着复合材料强度要求和形状复杂程度的提高，玻纤织物及预浸渍又有明显的快速发展。
      1.各类玻纤织物增强基材的发展
    ①针织物继续发展。这类产品有更好的强度、厚度、方向的适应性，所以多数玻纤生产厂都有这类产品。像AHLSTROM公司有近80台设备。在2006年法国JEC展上，参展的专门从事针织加工的企业有近十家，除SAERTEX、AMT等一些多在发展中的老企业外(SAERTEX在德、法、南非、美、印已建了7个工厂），还增加了一些新企业。另外，这类产品的品种规格也不断增加。我国成如旦公司已生产20几种规格的此类产品；DIPEX公司的多轴向织物有GBX、GTX、GTOX、GQX、M、F、L、C、Y九大系列。由于这些企业和用户的共同努力，不但满足了迅速发展的风力发电机叶片的需要，还开发了在船艇方面的更大应用。
    PARABEAM公司近些年坚持用双针床织物开发空芯聚酯复合材料板，这次展会看到他们在浸胶工艺和板材联接组型技术的进展和完善的电视演示。据介绍，加拿大ZCL复合材料公司购买了这家公司技术用于制造双层贮罐或贮罐内衬产品。其成就使得卡尔迈耶和利巴等设备公司更加大力推荐双针床设备。
    ②单向织物。这类产品叠加时有更好强度的方向选择性，可以针织，也可以机织。一般宽度为300米～600米，玻纤、碳纤、芳纶纤维均可，是加固和预浸渍的主要织物形态之一。
    ③编织物。该类产品向三维化、变径和断面形状复杂化方向发展。有4-5个企业参展。A&P公司和EUROCARBON公司着这方面的技术和产品。
    ④机织带和布。几个大的玻纤织布厂都在扩大增强玻纤布的品种规格，并主动向预渍和复合材料延伸。用于预浸的机织布并不很宽，一般宽尺寸在1.5米一1.6米。
    德国P-D集团interglass公司的复合材料用机织布，规格25克／平方米一900克／平方米，织物结构有平纹、斜纹、缎纹和其他特殊组织，其产品通过了航空部门的认证。
    美国Hexcal公司近年致力开发玻纤织物表面处理和预浸渍技术也取得较大成果。
    2.玻纤织物预浸渍技术和产品迅速发展
    玻纤织物预浸渍是热固性树脂的半固化品再经热压制成为终制品。例如，预浸环氧终压成层压板和覆铜板，这套技术已有多年应用。现有发展主要指预浸热塑性塑料，其中包括PP、PA、PBT、PC、HDPE、PU、PEI、PPS、PEEK、PEKK等。这也是作为玻纤增强热塑性塑料的一个大方面。英国一研究机构把它专称为“连续纤维增强热塑性复合材料”以区别GMT、LFT。他们调查认为，这类材料在过去5年中市场增长率为105%，用量增长主要是受到航空航天和汽车市场的驱动（空中客车公司计划每年增加热塑性复合材料用量20%），另在家具、紧固件、医疗、船艇等方面也不乏使用。
    玻纤织物预浸料一般步先生产成片（块或卷状），然后再热压成（需要时先进行裁剪）层压板、零部件或覆以表面。这次展会除看到玻纤织布企业向这方面延伸外，还有近十家专业开发玻纤织物增强热塑性塑料的单位参展。有的复合材料企业热固、热塑产品都开发。典型的企业有：
    ①美国Phoenixx TPC公司。该公司从事热塑预浸复合材料开发已多年，用玻纤增强的预浸料有PA、PPS、PEI、PEEK、PP、HDPE等。预浸料可用于连续辊压模压和拉挤。展会上这家公司还特别推荐360米宽的单向预浸带、25克／平方米一30克／平方米的超薄产品。
    ②德国Bond-Laminates公司。该公司专门生产各种热塑复合材料板材，产量在不断扩大，供压制各种制品用，包括运动器具、电器件、工业用品、头盔等防护品和汽车件等，还专门推荐玻纤增强PPS用于空中客车部件。
    ③德国KREMPEL公司。这届展会我们看到了该公司在预浸和半固化结构复合材料方面的发展。