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连续玄武岩纤维的发展良机及世界复合材料现状

文章附图
1、复合材料应用的新进展
 从展会上明显可见复合材料正处于蓬勃发展的新阶段,其突出的特点是应用向多领域扩展,应用的规模越来越大,复合材料制件的尺寸越来越大,带动了设计手段、制造工艺方法和设备以及各种原材料向着与之相适应的水平发展和提高。
1.1大型民机上已开始大规模应用复合材料
 大型民机上已开始大规模应用复合材料。航空航天领域历来是先进复合材料的重要领域之一,近年来又有了新的飞跃式发展,这就是大型民机上开始了大规模应用复合材料:欧洲空客集团的大型客机A380全机用复合材料达到结构总重的20%以上,该机已于今年1月18日在法国图鲁兹总装下线。美国波音飞机公司最新研制的“梦想飞机”B787(前B7E7)用复合材料高达50%,机身、机翼等主结构几乎全由复合材料制成。本次会议上空客集团较详细地介绍了A-380全复合材料水平尾翼的研制,该平尾半展长19米,比A320的机翼还要大(其半展长15米),内装燃油,号称世界上最大的复合材料整体油箱。欧洲预测宇航复合材料应用将会持续增加,近期在飞机上即会达到结构总重的35-50%,不但是全复合材料机翼,还会有全复合材料机身,估计2005-2010年间航空复合材料将以超过10%的速率递增。为发展大型飞机的复合材料技术,欧洲正在执行一个SWR计划,德国宇航中心在会上展示了一个全复合材料的机身样段。
1.2汽车工业对复合材料的需求空前高涨
汽车基于希望减轻车体重量,节省燃油,改进耐蚀性和改观表面质量。本次会上展出了大量汽车复合材料零部件,特别是展出了许多台全复合材料整车。美国的HEXCEL公司展出了一台名为K200Road 3bter Micro Car 的全复合材料汽车,采用蜂窝壁板结构,车重仅300kg,号称是世界上最轻的双座型轿车。此外美国Cytec公司、英国SP公司等均展出了全复合材料汽车。会上还展出了一台NunaⅡ太阳能复合材料赛车,重240kg,时速可达170公里,曾获得过世界比赛的冠军。汽车领域复合材料研发的要点在于优化材料和工艺,使之更加优质价廉,从而增强其竞争力。
1.3复合材料制造的风力发电机叶片的市场需求猛增
在世界的能源领域风能发电每年大约以25%的速率递增,因而用复合材料制造的风力发动机叶片的市场需求猛增,而且随着发电功率增大,风机叶片的尺寸越来越大,对强度和刚度的要求也越来越高。过去大多由玻璃钢制成,现在转向以碳纤维复合材料或混合复合材料制成。大型叶片过去大多为30多米,现在已制成50多米,德国最大的风机叶片已长达82米,这必然导致复合材料的用量剧增。会上展出了HEXCEL材料制风机叶片的断面结构,可见其为混合材料制成,桨叶蒙皮为玻璃钢的,主承力梁则为碳复合材料。目前,国内能源短缺,风力发电虽然一次性投入成本较高,但是因其具有独特的环保性,且属于可再生能源,因此,发展风力发电乃是其必然的发展趋势。据知国内已有多家企业正在研制开发该类产品,并且还不断有研究者要加入此项产品的开发。当叶片尺寸不断增大时,解决优化设计,选材和制造工艺等问题就显得尤为重要。
1.4地面运输大规模应用复合材料
该领域系指铁路系统的卧车车箱制造,轻轨系统的快速列车车箱制造等,该领域也包括了汽车用压缩天然气瓶的制造等。地面运输亦强调安全应用和大规模应用的低成本材料与工艺技术。对此国际上新颁布了一个名为EN45545的防火标准。
2、碳纤维严重短缺
 应该说JEC展会主要是以有关复合材料的各种原材料和加工设备为主的展会。各种增强纤维可以说是复合材料领域中最为主要的原材料。以碳纤维而言,世界著名的厂家虽然均有参展,例如日本的东丽(TORAY)、东邦(TOHO),美国的赫克塞尔(HEXCEL)、塞依泰克(CYTEC)、卓尔泰克(ZOLTEK)等公司,且展台的规模比较大,但是如欲购买,碳纤维基本无货,呈极为短缺的状态。
2.1航空业的巨大需求是导致碳纤维供应全面趋紧的主要原因
如前所述,碳纤维应用范围的扩展,应用规模的扩大,制件尺寸的增大,势必导致碳纤维耗量的增长.据统计,一架A380可能用碳纤维35吨左右,正常批量生产后,年耗量需要1000吨。一架B787民航机可能用碳纤维25吨左右,以年产量60架计则年耗量需要1500吨,加上欧洲的大型军用运输机A400M,届时可有3000吨的年耗量。如果再加上其它军机、中小型民机、直升机和各种无人机的复合材料用量,在不久的将来仅航空领域的碳纤维年耗量即可达到5000吨以上。巨大的需求造成了碳纤维供应的全面趋紧,市场供应严重短缺。在这次展会上,我们看到复合材料制造品的台湾厂商们为此叫苦不迭,甚至逼得他们不得不转产其它的产品,估计国内以碳纤维为原料生产的制造商们也会明显感到碳纤维短缺带来的苦恼和压力。
2.2价格暴涨且货源奇缺
“反复无常的碳纤维价格对你的应用是一个威胁”。这是复合材料界
内的一种说法。按照市场的供求规律,供应紧缺必然导致涨价,据说以T700碳纤维12K的产品价格而论,近两年来几乎翻了一番,台塑12K碳纤维产品的每公斤要价达到350~380元人民币即是明证。显然,此前全球材料业界对当今碳纤维市场严重短缺的状态估计不足,亦即对先进复合材料应用发展的积极趋势仍估计不足。
2.3各厂扩产但短期难以缓解
面对碳纤维市场供应的严重短缺,世界上几大碳纤维生产厂家均在制定扩产计划:东丽的法国苏菲卡(SOFICAR)分公司碳纤维年产量拟从800吨扩至2600吨;东邦德国公司碳纤维年生产量拟从1900吨扩至3400吨;台塑也拟从年产1000吨扩至1500吨等。碳纤维的扩产显然需要一个过程,故碳纤维紧缺的状况从会上获取的信息看短期内难以缓解。
此外,从其它纤维的参展情况看,芳伦纤维似乎只有杜邦公司参展。
玻纤的展出厂商则较教多,国内的浙江巨石集团,重庆的国际复合材料公司,泰山玻纤以及台湾的台玻等均赴会参展,普遍看玻纤亦呈供应紧俏状态。
3、玄武岩纤维面临发展的大好商机
本次展会共有3家玄武岩纤维制造商和1家玄武岩纤维批发商参展。在各种高技术纤维供应普遍趋紧、其中碳纤维严重短缺的情况下,具有独特优异性能、且性价比良好的玄武岩纤维的展出则格外引人注目,应该说这也是本届JEC展会的热点和亮点之一。玄武岩纤维的4家参展商分别是俄罗斯的苏达格拉斯纤维技术公司(Sudaglass Fiber Technology),除俄罗斯外其在美国和乌克兰亦在建新厂;俄罗斯的卡莫尼维克.杜伯纳莫斯科公司(Kamenny Vek Dubna Moscow),规模较小,2002年建成投产;还有比利时的一家,主要是代销产品,自己并不生产;第四家就是我们中国的江苏天龙玄武岩连续纤维股份秒速赛车,这是该公司首次参加JEC展会。
3.1连续玄武岩纤维主要特性
连续玄武岩纤维(Continuous Basalt Fiber)是一种新型的高技术纤维,属无机非金属纤维,是一种无污染的绿色工业材料。连续玄武岩纤维由天然的玄武岩岩石在高温熔融状态下通过拉丝漏板拉制而成。我国玄武岩石分布广泛,且质量较好,为玄武岩纤维的生产提供了丰富的原材料。连续玄武岩纤维在强度,刚度上大体和S2高强玻纤相当,优于E玻纤,但其在耐高温,耐酸碱等的化学稳定性及耐水性,吸湿等方面有优异的性价比,其主要性能及和其它纤维性能的比较详见表1:
表1  玄武岩纤维主要性能及和其它纤维的对比
性能
连续玄武岩纤维
E-玻璃纤维
S-玻璃纤维
碳纤维
芳纶纤维
密度(g/cm3
 2.8
2.54
2.54~2.57
   1.78
1.45
拉伸强度(mPa)
3000~4840
3100~3800
4020~4650
3500~6000
2900~3400
弹性模量(GPa)
79.3~93.1
72.5~75.5
83~86
230~600
70~140
断后延伸率(%)
3.1
4.7
5.3
1.5~2.0
2.8~3.6
最高工作温度(℃)
 650
 380
  300
  500
   250
3.2连续玄武岩纤维的主要形式
连续玄武岩纤维可以无捻粗纱、细纱、短切纱、编织布、格栅、单向带和针刺毡等多种形式供货,其可作为增强体与各种树脂复合制成复合材料用于多种技术领域,适用于不同的应用纤维有不同的表面处理(Sizing),以满足其增强体与树脂界面结合力的不同需求。
3.3连续玄武岩纤维的应用
  由连续玄武岩纤维性能特点可扩展其不同的应用领域。①玄武岩纤维可用于防火隔热产品,制成防火服、防火卷帘等等。②用于基础设施领域,修理、加固建筑物,可部分取代价格昂贵的碳纤维;增强水泥,用于筑坝、沿海工程和道路建造。③用于环境防护、隔热、隔音、隔振、高温过滤,吸附有害介质、空气等。④与各种树脂复合形成的材料可作为结构材料应用;可用于风机叶片、车船体结构、耐蚀耐压管道、储罐,以及印刷电路板基材;会上有人展示了玄武岩纤维制照相机三角架以及高压气瓶等。⑤连续玄武岩纤维还可用于国防军工项目,如核辐射防护,吸透波隐身结构,要求电磁性能的雷达罩结构以及防弹材料等等。相信随着玄武岩纤维应用研究的不断深入,会开拓出更多更经济有效的应用领域。
4、结语
碳纤维等增强纤维的严重短缺,为玄武岩纤维的开发和应用提供了前所未有的大好商机,其优异独特的性能加之低成本的价格优势使之必将具有广阔的市场应用前景。江苏天龙玄武岩连续纤维股份秒速赛车首次赴法国巴黎参加JEC展览应该说是成功的,展出引起了与会人士的广泛关注和兴趣,展台前参观和详谈者络绎不绝,其广告资料纷纷被取走,展出后的某些样品也被捷足先登者抢购。总之参展让公司进一步坚定了加快发展玄武岩纤维的信心和决心,将积极和国内外的同仁合作开发下游技术产品,向国内外客户提供优质的连续玄武岩纤维。


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