2011-9-16 來源:中國聚合物網(wǎng)
關(guān)鍵詞：高性能纖維 復(fù)合材料 產(chǎn)業(yè)升級
高性能纖維及復(fù)合材料是保障國家安全發(fā)展、清潔發(fā)展和低碳發(fā)展的關(guān)鍵材料，成為解決人類面臨的國防、能源、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域重大問題的戰(zhàn)略性材料之一。其技術(shù)推廣應(yīng)用的覆蓋面，在一定程度上反映一個國家國防建設(shè)、能源利用和環(huán)境保護的水平。近年來全球高性能纖維及復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，行業(yè)總產(chǎn)值超過3000億美元，并保持每年5%～8%的強勁增長，正成為支撐全球經(jīng)濟快速發(fā)展的戰(zhàn)略中堅力量。
高性能纖維及復(fù)合材料主要涵蓋具有高強度、模量特性的聚丙烯腈（PAN）碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纖維和其他高性能有機、無機纖維，以及由高性能纖維作為增強體所制備的具備輕質(zhì)高強特性的一類新材料，對我國實現(xiàn)低碳經(jīng)濟、拉動消費需求，以及帶動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級具有重要意義。
我國碳纖維、對位芳綸纖維、高強度聚乙烯纖維、玄武巖纖維等高性能纖維“十一五”期間已開啟市場應(yīng)用。
高性能玻纖最大的應(yīng)用領(lǐng)域是風電葉片制造。美國OCV公司開發(fā)了高性能玻璃纖維及多軸向織物，搶先趕上了我國大規(guī)模風電市場熱潮。隨后，歐洲著名整機和葉片設(shè)計技術(shù)公司——德國Aerodyn和荷蘭CTC，國際權(quán)威風能設(shè)備認證機構(gòu)——德國GL公司，歐洲先進風電設(shè)備及機倉罩、葉片制造企業(yè)——維斯塔斯、LM、株丕特，歐美、日本等原材料企業(yè)和模具制造商紛紛搶灘中國市場，加快推進和完善了我國風電產(chǎn)業(yè)集成創(chuàng)新體系。
目前國內(nèi)規(guī)模生產(chǎn)兆瓦風機葉片用高性能纖維的玻纖企業(yè)，依進入市場先后順序，分別為OCV、PPG、重慶國際、中國玻纖、泰山玻纖五大企業(yè)。重慶國際是國內(nèi)高性能玻纖產(chǎn)量最大的企業(yè)，在石化、電力行業(yè)的脫硫、脫氮、防腐、玻璃鋼壓力管道和電子器材等領(lǐng)域均已成功應(yīng)用。2010年其風電葉片用玻纖產(chǎn)量達19萬噸，并批量出口，產(chǎn)品性能與國外知名產(chǎn)品不相上下。
兆瓦級葉片需求的快速增長，推動了國內(nèi)外玻纖企業(yè)對高性能玻纖研發(fā)的積極性。完成一件風機葉片涉及到一系列解決方案：高性能玻璃纖維；高性能玻璃纖維表面處理；高性能玻璃纖維多軸向織物；與高性能玻纖維匹配的合成樹脂；結(jié)構(gòu)泡沫在夾層結(jié)構(gòu)的應(yīng)用；RTM抽真空灌注成型工藝；葉片模具制造等。
兆瓦級葉片制造技術(shù)采用的主要增強材料為多軸向經(jīng)編織物，這種織物的紗線層能按照特定方向伸直取向，故每根纖維力學理論值的利用率幾乎能達到100%。多軸向織物實質(zhì)上是一種多層織物，纖維鋪設(shè)在面內(nèi)不同方向（襯紗系統(tǒng)）及沿度方向（綁縛系統(tǒng)），從而形成由纖維束構(gòu)成的三維網(wǎng)絡(luò)整體結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)空隙率小，纖維含量高，適合加工復(fù)雜曲面。此外，織物纖維中容易形成通道，減小了浸潤滲透壓力，樹脂滲透速度快、分布均勻。風機葉片要經(jīng)受風的大小和方向、溫差變化大等極不穩(wěn)定的苛刻自然環(huán)境，選擇多軸向織物是最理想的增強材料。
在國內(nèi)，高性能玻纖有軟質(zhì)和硬質(zhì)紗兩種，在各類海洋工程平臺、管道、玻璃鋼壓力容器中的需求，用高性能玻纖置換無堿玻維的發(fā)展勢頭已逐漸顯現(xiàn)。
高性能玻璃纖維的開發(fā)與傳統(tǒng)玻璃纖維相比，具有更好的技術(shù)效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。技術(shù)效益上，高性能玻纖在重化工防腐、煙氣脫硫、脫氮領(lǐng)域、軌道交通、智能電力電器、節(jié)能建筑、航天航空及軍工等領(lǐng)域扮演重要角色，為實現(xiàn)低碳經(jīng)濟開拓了更廣闊的發(fā)展前景。目前，我國高性能玻纖增強擠拉橋面板、高性能玻纖增強SMC道路井蓋已出口到歐洲；高性能纖維電桿、燈桿，以及高性能纖維光纜增強芯已成為成熟產(chǎn)品走出國外。我國艦艇市場對高性能纖維需求巨大，一批功能型工作船艇，如交通執(zhí)法艇、快艇、邊防巡邏艇、小型潛水艇、豪華游艇、賽艇、救生艇，其對自重更輕、強度更高、航速更快、更經(jīng)濟、更低碳的要求，開啟了高性能纖維更大的應(yīng)用前景。
高性能玻纖開發(fā)，帶來的經(jīng)濟效益是巨大的。就其工藝本身而言，玻璃熔制采用純氧燃燒，不僅節(jié)約燃料和用電，而且大大減少氮氧化物的排放和對環(huán)境的污染。據(jù)河北金牛公司提供數(shù)據(jù)，純氧助燃比空氣助燃節(jié)約燃料50%以上，節(jié)省用電101萬千瓦時/年。
高性能玻纖持續(xù)開發(fā)獲得的環(huán)境效益是多方面的。據(jù)OCV公司對40座全氧燃燒的玻璃熔窯測試數(shù)據(jù)來看，由于玻璃成分中不含硼、氟元素，玻璃熔制中硼化物揮發(fā)得以避免，也減輕了對耐火材料的侵蝕；窯爐采用純氧燃燒技術(shù)，使廢氣排放中的氮氧化物可降低85%以上，鋁硼硅酸鹽玻璃配合料粉塵可降低30%～50%，且綜合設(shè)備投資及生產(chǎn)維修費用相對較低。
通過玻璃成分、表面處理、爐窯結(jié)構(gòu)、漏板結(jié)構(gòu)等一系列技術(shù)設(shè)計，加快推進高性能玻璃纖維向多功能、多品種發(fā)展，可為企業(yè)贏來更大的高端市場份額。
2010年我國復(fù)合材料用玻璃纖維需求量為160多萬噸，高性能玻纖需求量約達26萬噸。“十二五”期間，我國高性能纖維將進入持續(xù)開發(fā)和量產(chǎn)階段。