FRP玻璃鋼復合材料論壇

標題: 我國復合材料工業的發展概況----張貴學，張鳳翻，益小蘇，陳博 [打印本頁]

作者: 促進劑 時間: 2009-9-10 22:35
標題: 我國復合材料工業的發展概況----張貴學，張鳳翻，益小蘇，陳博
我國復合材料工業的發展概況
張貴學，張鳳翻，益小蘇，陳博
一、歷史之回顧
1956年賴際發部長率代表團在蘇聯考察學習4個月，開始認識到復合材料在國防軍工上的重要作用，并把這種材料命名為“玻璃鋼”。這就揭開了我國復合材料工業的序幕。
我國的復合材料工業始于1958年。發展歷程大致可分為兩個階段：以1978年12月份召開的中共十一屆三中全會為界。此前致力于國防軍工，為我國復合材料工業發展打基礎；此后國家經濟建設與人民生活所需的復合材料制品日趨發展。就這個行業本身而言，一直處于由小變大、由弱變強的進程之中。
復合材料主要原材料之一的玻璃纖維工業起步稍早。1957年，在北京管莊的建材研究院與上海耀華玻璃廠先后以坩堝拉制出了無堿玻璃纖維。1959年在廈門、杭州、南京、天津、哈爾濱，次年在沈陽、常州、秦皇島、洛陽、九江建立了玻纖廠或車間，為發展復合材料工業創造了物質條件。
1958年，在管莊玻陶研究院成立了玻璃鋼研究組（后改名為“室”），用國產原材料制得了我國第一塊玻璃鋼板。同年，上海耀華玻璃廠試制成功中國第一條玻璃鋼游艇與波形瓦、管道、坑道支柱與溜槽。

   圖1  1958年10月，朱德委員長聽取我國第一個玻璃鋼研究小組的工作匯報
1960年，復合材料由建材部（后改為局）歸口管理。
1961年國防科委、國家科委同時向管莊玻陶研究院玻璃鋼室和哈爾濱建工學院玻璃鋼室下達了東風二號（1061）耐燒蝕大面積防熱部件的研制任務。1964年6月29日裝有該部件的東風二號發射成功。這就為復合材料工業的發展舉行了奠基禮。
1965年，建材部在北京、上海、哈爾濱三地成立了玻璃鋼研究所。
1965年10月，國家科委、國防科委、建材部聯合召開全國玻璃鋼工作會議，并舉辦展覽會。黨和國家領導人朱德、鄧小平蒞臨參觀。
60年代中期開發的中堿玻纖對發展耐酸蝕復合材料與降低成本、廣為應用頗有意義。酚醛、不飽和聚酯樹脂生產技術，手糊、層壓、模壓、布帶纏繞、纖維纏繞工藝及設備設計技術此時已初步掌握。
1966年，建材部從英國引進不飽和聚酯樹脂生產線，在常州二五三廠投產，對嗣后國內復合材料發展起到了啟蒙和基礎性的作用。直到30多年后的今天，許多當年的牌號還廣被生產與使用。
1973年在郭遇昌、施松生、林希祥、沈沉、朱頤齡、王基春等同志的倡導下，全國性的玻璃鋼技術交流組（現玻璃鋼學會的前身）成立了， 1974年得到國家建材局的正式批準。
1974年，第一臺國產冷卻塔投入使用。
八十年代初我國復合材料工業的發展駛入了快車道。

      圖2  1983年5月，萬里同志到北玻院參觀玻璃鋼展覽
1984年，經國家建材局報呈國家經委，批準中國玻璃鋼工業協會成立。
1986年，引進意大利纖維纏繞復合材料管道與貯罐生產線，首開規模化大生產復合材料制品之先河。以此為契機，建立了我國的復合材料管道與貯罐工業，并促進了玻纖、樹脂、助劑的技術進步。從而帶動了我國整個復合材料工業的高層次、規模化發展。
二十世紀后15年來，引進了SMC、BMC、離心成型管、纖維纏繞連續管、纖維纏繞定長管、拉擠生產線、噴射機、RTM（樹脂傳遞成型）機、連續板材成型機多臺、套；引進了美、德、荷、英、意、日的不飽和聚酯生產技術；從日、德引進了環氧樹脂生產技術；玻纖池窯拉絲已國產化，直接無捻粗紗與多種氈材已能供貨。
進入21世紀以來，SMC與GMT模壓汽車零部件、高壓玻璃鋼管、CNG瓶、拉擠型材組裝的門窗、SMC模壓門等產品長足發展。
臺灣省復合材料行業始于1966年。早期生產浴缸、游艇、冷卻塔、漁船。70年代引入玻纖、不飽和聚酯樹脂、纖維纏繞、拉擠生產技術。80年代發展FRTP（熱塑性玻璃鋼）、碳纖及其運動器材。90年代發展碳纖自行車與高爾夫球桿及CFRTP（碳纖增強熱塑性塑料），開發交通與航空上的應用。行業已從早期的勞力密集型過渡到技術密集/資本密集型，以國際市場為其生產導向。臺商FRTP、膠衣、冷卻塔、運動器材等已到大陸設廠。玻纖、樹脂亦在江蘇昆山與上海、廣東建廠。
二、復合材料工業發展現狀
（一）我國復合材料產量已經躍居世界第二
歷經半個世紀，尤其是改革開放以來的30年，通過自主創新與吸收國際先進技術，復合材料在中國已成為星羅棋布的朝陽產業。
1986-2008，我國復合材料（熱固性）增長近60倍。總量在上世紀90年代末期超過德國，本世紀初超過日本，熱固性復合材料已超過歐洲總和。如今我國復合材料年產量僅次于美國，而居世界第二位。

圖3  1986-2007 年中、美、日熱固性復合材料產量
（二）建立了較豐厚的原輔材料基礎
1、增強材料
（1）玻璃纖維
1997年建立了我國第一個玻璃纖維拉絲池窯。迄今我國在線池窯共56座，年產能逾162萬噸。世界上最大的無堿玻璃纖維池窯（10萬噸/年）與中堿玻璃纖維池窯（4萬噸/年）已于2006年投產。ECR（耐酸、高強度、高電阻無堿玻璃纖維）2005年在重慶問世。
除傳統的中堿、無堿、高強、高模、高硅氧、耐堿玻璃纖維外，還開發了D（低介電）玻璃纖維、鍍金屬玻璃纖維。
（2）玄武巖連續纖維及其復合材料
2003年起步，現已能采用純天然玄武巖拉制單絲直徑5.5微米、連續長度5萬米不斷頭的連續纖維；已研發成功混凝土用筋材、建筑結構補強材、高溫過濾氈、多軸向織物等，并已出口到發達國家與地區，其生產工藝與產品質量達國際先進水平。
我（大陸）玄武巖纖維及制品已出口歐美、日本等國，并賣到臺灣省。
2007年我國上海、浙江橫店、四川成都、遼寧營口等地生產的玄武巖連續纖維，年產量達700噸。
（3）ACM（先進復合材料）用特種纖維
相比玻璃纖維，我國碳纖維、芳綸纖維發展令人扼腕。碳纖維有專門文章論述本文不贅述。“十五”期間自主研發的聚芳砜酰胺纖維（Polysulphonamide fiber）耐熱性、阻燃性、染色性、穩定性均優于芳綸。
2、基體材料
（1）不飽和聚酯樹脂（UPR）
1986年以來，我國從美國、日本、英國、意大利、挪威、芬蘭、德國、荷蘭等14個國家引進樹脂和膠衣生產技術，促進了技術進步。我自行開發成功乙烯基酯樹脂、二甲苯樹脂、雙環戊二烯（DCPD）樹脂、對苯樹脂、氣干性膠衣、高韌性模具膠衣、紫外光固化樹脂與膠衣等品種。
2008年我國UPR年產量達1萬噸。
（2）環氧樹脂
我國現在已經是環氧樹脂產量、進口量、消費量最大的國家。上世紀80年代后期，岳陽、無錫分別自日本東都化成、德國巴克利特（bakelite）引進年產能3000噸的環氧裝置，開始了中國大陸環氧樹脂的規模化生產。中國大陸環氧樹脂年生產能力逾120萬噸。我環氧膠衣于2004年自行開發成功。
2007年我國產量60萬噸，已居世界首位。
（3）酚醛樹脂
1986年我國自行研發成功酚醛發泡；1994年現場發泡技術自行研發成功；1996年可用于接觸成型、拉擠、纏繞、RTM等工藝的“新型酚醛樹脂”項目通過國家驗收。
我國生產酚醛樹脂迄今已經60年，由于其耐溫、阻燃、煙密度低等，至今在復合材料（含紙基覆銅版）方面仍廣泛應用。
2006年我酚醛樹脂產量約40萬噸，約為日本年產量的1.4倍。
2006年酚醛樹脂膠衣研發成功，性能優于英國水平。
（4）輔料
①1991年中空玻璃微球投入量產，用于制作模具、人造瑪瑙、浴缸、反光標志等產品，可減重、增加剛度、降低成本。21世紀初，國產酚醛中空微球亦已問世。
②消泡劑、低收縮添加劑、潤濕劑、觸變劑等助劑可改善工藝性能、提高產品質量、降低成本。“十五”末期年用量為“九五”末期的3倍多。
三、技術與產品開發取得重大進步
（一）、機械化成型比例大幅提高
80年代末期，我國復合材料成型技術，接觸（手糊）成型占85%以上，到“十五”末期，機械成型已躍升達60%（見表）。
“十五”末期我國GF/UPR各類成型工藝產品比例
手糊（含噴射）纖維纏繞 SMC/BMC 拉擠連續板材其它
40 30 14 9 4 3
（二）、產品開發取得重大進步
1、纖維纏繞管道與貯罐生產技術達到世界先進水平
迄今自主開發的纖維纏繞管道制造方面的專利有30項，我已具備纖維纏繞工藝管、夾砂管、高壓管的全套生產技術。ф4000mm玻璃鋼管試制成功。新疆某輸水重點工程成功地采用了ф3.1m玻璃鋼管，單管長12m，重16噸。工程一次安裝通水成功無泄漏，質量受到了國家發改委表彰。

圖4  用國產設備生產的DN4000，壓力0.25Mpa、剛度7500pa的大口徑復合材料夾砂管道
在國家眾多油田及西氣東輸工程中，成功使用了復合材料高壓管，該管已出口巴基斯坦、馬來西亞、越南、伊拉克、俄羅斯、哈薩克斯坦、阿聯酋等國及臺灣省。
復合材料貯罐實際已經做到單罐2000立方米，已出口到香港地區、美國、印度尼西亞、敘利亞等國。
為適應城市改造的需要，高校與企業結合，成功開發了復合材料頂管制造關鍵技術與施工技術。在廣州施工內徑2.5m的復合材料頂管，日頂進長度達到69m，給排水業內專家稱，達到國際領先水平。
復合材料夾砂管在十五期間，年用量逾1000公里。高壓環氧玻璃鋼管2006年用量達3000公里。
1996年我國開始生產和使用復合材料電纜套管，現年用量逾5000公里。
我纏繞技術及裝備已出口日本、韓國、東南亞、伊朗，部件已出口美國。
2、壓力容器
1994年我開始開發CNG氣瓶，并首先在首都公交車上裝車使用（一輛車用90升氣瓶9只）。北京已成為世界城市中以CNG為動力的公共汽車擁有量最多的城市。1997年我自主研發的環形壓力容器投入使用。2006年我引進國外技術裝備（內襯制造設備、纖維纏繞機），在蘇州建立了年產能達11萬只復合材料氣瓶的生產基地。
3、SMC/BMC
迄今我已自日本、美國、德國引進18條SMC生產線，引進4條BMC生產線；今年引進連續法BMC生產裝置。BMC注射技術也已用于規模化生產，所用注射機近年已國產化，臺商與日本亦在內地設廠生產。
大量SMC/BMC制品已為日本、法國、德國知名企業配套。
進入21世紀5年來，SMC開發成功低溫固化快速成型技術、高阻燃A級表面技術，并用于汽車件與火車客車廂內飾件上。
4、拉擠
2000年以來我國陸續引進加拿大兩公司共6條復合材料門窗生產線。此前于1992年國內亦已開發拉擠型材組裝門窗技術，現已可提供較先進的成套技術。
我現擁有國產拉擠生產線300余條，且開發了注射和浸漬樹脂技術。1998年企業自主研發成功PU發泡拉擠復合材料保溫墻體型材。同年采用國產酚醛樹脂拉擠復合材料格柵型材成功。
我拉擠產品已出口歐洲、美國、東南亞；成套技術與設備已出口澳大利亞、南非、英國、美國、葡萄牙等國。
2006年我國拉擠型材產量逾10萬噸，除絕緣棒、管為環氧樹脂基體外，大多為不飽和樹脂基體。
2006年自主研發成功在線編織玻璃纖維管，直接拉擠成型環氧復合材料電絕緣管。
5、建筑應用
1997年大型玻璃纖維增強塑料冷卻塔國家標準出臺，促進了1000立方米/小時以上復合材料冷卻塔的發展，單塔現已發展到5000立方米/小時。上世紀90年代，大陸與臺商分別研發了無風機冷卻塔，其結構較簡單、無風機噪音。
1999年容積1260立方米組合式水箱投入使用。
1997年從日本引進SMC模壓整體衛生間生產線投產。噴射成型復合材料浴缸、人造瑪瑙浴缸、雅克力浴缸生產已規模化、且批量出口。
玻璃纖維增強氯氧鎂水泥通風管建材行業標準在1996年發布，產品廣泛應用，無機復合材料板批量出口。
2004年我自主開發的首條現場發泡酚醛保溫板連續生產線投產。
企業自主開發的SMC模壓門于2003年試生產成功，受到外商青睞，已出口韓國、北美。
2006年SMC模壓瓦生產自動線投入運行，并通過鑒定。
6、車輛與地面設施
近5年來SMC、GMT模壓汽車件，火車內飾件發展迅速，已建成規模化的專業生產企業10家。雙層客車壁板、洗手間地面、酚醛復合材料風管等已成功應用。汽車牽引的摩托車復合材料拖車出口歐美。火車鐵軌連接用復合材料魚尾板已投入實用。高速公路上的復合材料防眩板、反光標志已普及。地鐵第3軌保護罩及其支座、電纜支架、緊急逃生平臺等已規模化采用。
7、船艇

圖5  太陽鳥游艇公司制造的亞洲第一復合材料游覽船“名人號”
威海中復西港船艇公司向非洲安哥拉出口9.6米復合材料釣魚船100條，已交付完畢。該公司并中標我國外援印尼實習船，該船為30.2米延繩釣魚船，船速12節。
太陽鳥游艇公司制造的亞洲第一大的復合材料游覽船“名人號”，由洞庭湖畔駛抵上海黃浦江。這條長36米的雙體豪華游覽觀光船是2010年上海世博會接待賓客的定型船艇，載員310人。
由湖北三江環松公司開發，山東武城縣新明玻璃鋼制品公司制造的SMC模壓復合材料摩托艇長5.786米，開我國大型金屬模具熱壓成型復合材料之先河。
8、波形板、平板
我國現擁有200條生產線，大多采用氈制作。2006年我引進美國技術，新建一板材幅寬2.8m的生產線，為全國之最。
2006年全國產波形板1500萬平米。
9、可再生能源方面的應用

圖6  屹立在威海成山頭的風力發電機群
2006年上半年有公司兩家引進德國技術，制造成功1.5MW風機葉片，單片長37.5m、重5.7噸。
1.5MW（MW—兆瓦，1兆瓦=1000千瓦）風機葉片生產企業與擬上者已逾40家。產能最大者當推中復連眾公司。北京玻璃鋼研究院開發了適合我國風況的1.5MW—2.0MW風機葉片，葉片長40.25米，較37.5米葉片掃風面積提高15%，發電量提高10%以上（理論效率提高26%）。上海玻璃鋼研究院開發了兆瓦級風力發電機復合材料葉片的相應軟件與專用樹脂體系等多項技術。保定已被稱為風谷，不下3個企業生產風電葉片。
2007年初中國建材集團收購德國諾益(NOI)公司，在德成立SINOI公司，從事葉片設計、研發、制造、銷售，計劃年產2~2.5MW葉片100套，為歐洲主機商配套。
國內已開發成功太陽能復合材料沼氣池（手工積層）、SMC模壓沼氣池，纖維纏繞沼氣池。由于復合材料沼氣池產氣快、產氣率高、運輸、安裝、使用、維護方便，解決農民做飯、照明、洗澡問題，且廢液肥效高，故深受農民歡迎。
10、煙氣脫硫
我國二氧化硫排量現居全球首位，煙氣脫硫是國家環保的戰略措施。1996年我與美公司合作，制作整套煙氣脫硫裝置。2006年春北京高碑店電廠煙塔合一除硫系統中，煙氣管道采用ECR纖維增強乙烯基酯樹脂制作的復合材料管，直徑達7m，以立式纏繞機與臥式纏繞機現場制造，質量甚得好評。
11、熱塑性玻璃鋼（FRTP）
1992年玻璃纖維增強聚丙烯管擠出成型，管件注射成型技術研發成功，產品耐化學腐蝕性優于FRSP。
2003年開發了PP/GF混編的縫編織物，用于壓制FRTP滑水板。長纖維增強熱塑性塑料—粒料（LFT-G）生產線近兩年已增至11條；臺商在長春建成直接法（LFT-D）生產線，其產品為一汽配套。
2006年我國自主研發的年產5000噸GMT生產線，2007年下半年在江蘇江陰投入運行。
泰山玻纖公司開發玻纖/熱塑性樹脂復合紗（國家863項目）及其復合材料制品生產工藝已取得突破性進展。
當前，我FRTP注射法占90%，按玻璃纖維含量25%計算，2006年中國大陸FRTP產量為48萬噸，同比為美國的1/3。
材料是人類賴以生存與發展的物質基礎，隨著社會的進步，復合材料工業必將通過創新鑄就更大的輝煌。

參考資料：
1、中國玻璃鋼工業協會編：世紀之交的中國玻璃鋼工業（2001.5）
2、中國復合材料工業協會陳博：中國樹脂基復合材料的發展

作者: 南京老孫 時間: 2009-9-30 14:37
向老師學習，

作者: pupaomo 時間: 2009-11-13 12:11
好文章！！

作者: 隨風逝去 時間: 2009-12-3 11:15
頂一頂

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