略话复合材料发展现状

  复合材料种类繁多,现在人们习惯将纤维增强树脂(塑料、聚合物)称为复合材料。不加注明,一般即指纤维增强塑料(FRP)。实际上它只是复合材料中的一个门类。前几年玻璃钢工业协会更名为复合材料工业协会,其英文名中的FRP就变成了Composites了。
  第二次大战一般认为是1939年希特勒纳粹德国入侵波兰开始,也就在此前后,萌发了FRP-现代意义的复合材料,迄今已70多年了。
  复合材料的技术进步可分为四个阶段:
  代(1949~1960)玻璃钢(GFRP)轻质高效;
  第二代(1960~1980)碳纤维增强塑料(CFRP)、金属纤维增强塑料(MFRP)强度、刚度、韧性;
  第三代(1980~2000)纤维增强金属(FRM)、多功能,基体是金属,就非一般所称的高分子复合材料了;
  第四代(2000~)纳米复合材料。
  今年法国JEC称,复合材料年消费量约870万吨,价值770亿欧元。市场分布为:
  工业设备26%;陆上交通运输24%;建筑与结构18%;基础工程7%;船艇6%;其他
19%。
  JEC公布的数字欠准确,实际上我国大陆的产量已超过产量的1/3,依次连续超过日、欧、美,而居位。
  2011年大陆对外发布的复合材料产量为381万吨,其中:热固性复合材料263万吨;热塑性复合材料118万吨。应该指出的是还有硬质覆铜板(玻纤/环氧树脂)88万吨未计入,故实际逾460万吨。
  相应我国该年:玻纤产量279万吨,占的1/2强,其中池窑产量占87.4%;不饱和
聚酯树脂产量160万吨,占的43%;乙烯基酯树脂消费量5.5万吨,仅次于北美(6万吨);环氧树脂83万吨,占产量(224万吨)的37.1%,已成为上大的环氧树脂生产国。
  我国(大陆)复合材料市场应用比例:基础工程39%;建筑与结构27%;工业设备10%;
陆上交通运输10%:船艇3%:其他11%。
  我国热固性复合材料成型工艺比例:纤维缠绕(FW)30%;接触成型(手糊/喷射Spray30%;SMC/BMC(模压、注射)16%;多种树脂传递成型(RTM)12%;拉挤(PUL)8.5%连续板材(Continu―Panel)3.5%。
  热塑性复合材料(FRTP)长足发展
  GMT(玻纤毡增强热塑性塑料)年用量8000余吨,惜大多用进口料,国产品质有待提升。引进了德国LFT―D(长纤维增强热塑性塑料一直接法)自动生产线。国产线亦在闽研发成功。自主研发的LFT片材生产线已在苏南与上海生产,正推广中。
  TPAC(先进热塑性片材)与轻质GMT已面市。热塑性塑料自我增强复合材料具有界面好、冲击韧性佳及易回收利用等优点,是21世纪复合材料的一个关注点,我国在此领域不乏成果。传统的纤维增强塑料注射产品系列化,仍是FRTP的主角。
  热固性复合材料(FRSP)近年技术进步主要有:
  环氧高压管工艺装备、零角度铺放与缠绕工艺装备、弯头缠绕机、SMC/BMC注射机、酚醛玻璃钢拉挤、热固性聚氨酯玻璃钢拉挤、弯曲型材拉挤、在线编织拉挤、大截面实体型材拉挤、大型风机叶片成型技术、船艇成型技术、优质连续板生产技术、6000立方米大型立式贮罐制作工艺、复杂3D织物复合材料制作技术、复合材料输电塔杆。
  发展中的先进复合材料(ACM)
  先进复合材料系指采用一种或多种高强度高模量的增强纤维(碳纤、芳纶、超高分子量聚乙烯、玄武岩纤维、高强玻纤、石英纤维等)与相容的树脂系统制得的高结构强度材料。2011年消费碳纤维44290吨,我国(大陆)用量达1.1万吨,占全的1/4,所用绝大多数是来自日本、土耳其、台省、美国以至韩国的舶来品。
  2011年我国先进复合材料用纤维产量:碳纤维2200吨;芳纶纤维8300吨;超高分子量聚乙烯纤维4000吨;连续玄武岩纤维2500吨(居位);高强玻璃(S)纤维1100吨。
  碳纤维产业发展喜忧参半
  据不完全统计,已建能力原丝2.8万吨、碳化8542吨;在建能力原丝2.26万吨、碳1.27万吨;计划建设能力原丝10.5万吨、碳化6.28万吨。据分析,碳纤维需求量2015年为8.926万吨,2019年为13.428万吨。然而,2012年国外13家公司和台塑的总产能即达10.28万吨!明显产能过剩!
  由于众所周知的原因,现状正如业内专家称:有产能,无产量;有产量,无质量。
  所幸有的企业成品率渐趋稳定,T800、T700已取得阶段性成果。
  目前我国碳纤维复合材料市场比例:文体60%;工业与能源25%;建筑结构补强10%;航空航天及军工5%。
  2011年碳纤维市场量:总用量4.58万吨(100%);航空航天0.7万吨(15%);工业(含风能)2.98万吨(65%);消费品/运动器材0.9万吨20%。
  我国碳纤维复合材料成型工艺技术近年进展
  预浸料工业及装备水平提升,热塑性塑料预浸料、乙烯基酯树脂预浸料面世。
  铺带铺丝技术取得阶段性成果,并实际用于制造产品。
  编织-RTM成型技术。
  3-D织物及穿刺工艺。
  采用经滴编及其多轴向织物的成型工艺。
  混杂增强纤维与基体树脂混杂技术。
  复杂型面非回转体立体织物编织预制体及其复合材料成型技术。
  预浸料拉挤技术。
  电缆碳芯拉挤技术。
  编织-拉挤及拉挤-缠绕技术。
  CFRP连续抽油杆(带)制造技术。
  我国已是复合材料大国,但非真正意义上的强国。了解,善于学习,自主创新,方能高层次持续发展。