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1、国 内 不 饱 和 聚 酯 树 脂 基 (UPR)玻 璃 钢 用 玻 璃 纤 维 市 场 分 析赵 鸿 汉(常 州 天 马 集 团 有 限 公 司 )1 前 言2000 年 以 来 ,我 国 不 饱 和 聚 酯 树 脂 (UPR) 年 产量 保 持 持 续 增 长 的 发 展 ,03 07 年 五 年 间 ,平 均 增长 率 达 到 17.8%,2007 年 全 国 产 量 达 到 了 135 万吨 。 UPR除 了 用 作 工 艺 品 、 人 造 石 、 涂 料 (包 括 地坪 ) 、 纽 扣 以 外 ,60% 以 上 是 用 作 制 造 玻 璃 钢 产 品 。2007 年 ,玻 璃 钢 用
2、 UPR达 到 75 万 吨 ,增 强 玻 璃 纤 维用 量 达 到 90 万 吨 ,UPR基 FRP总 量 达 到 170 多 万 吨(表 1、 表 2) 。表 1 2003年 2007年 国 内 UPR产 量年 份 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 平 均 增 长 率产 量 (万 吨 ) 50 56 72 83 94 115 135增 长 率 % 12 28 15 13 22 17 17.8表 2 2007年 国 内 FRP用 UPR和 玻 璃 纤 维 的 比 例各 类 工 艺成 型 名 称 缠 绕 拉 挤 SMC/BMC连 续 透 光 板装 饰 板模
3、塑格 栅 手 糊 工 艺 总 用 量UPR用 量(万 吨 ) 20 4 6 2 2 41 75玻 纤 用 量(万 吨 ) 25 4 6 1.3 3 50 89玻 纤 用 量比 例 % 30.70 30 -33 20 -25 40 60 55 -60 增 强 玻 纤品 种表 面 毡 ,单 向布 、 缠 绕 纱表 面 毡 、 膨 体 纱 、 连续 毡 、 无 捻 粗 纱 、 缝编 织 物短 切 纱 、 无 捻粗 纱短 切 毡 、 无 捻粗 纱 无 捻 粗 纱表 面 毡 、 短 切 毡 、 缝 编 织 物 、多 轴 向 织 物 、 复 合 毡 无 捻 粗纱 布3缠 绕 管 道 包 括 夹 砂 管 道
4、 和 工 艺 管 道 ,夹 砂 管 道 用 玻 纤 30%左 右 ,工 艺 管 道 用 纱 在 70%左 右 。2 我 国 UPR 基 FRP产 品 主 要 应 用领 域 和 成 型 工 艺近 十 年 来 ,我 国 FRP的 发 展 已 进 入 一 个 全 新 的时 期 ,应 用 门 类 广 泛 ,品 种 繁 多 ,体 现 了 轻 质 高 强 多功 能 材 料 FRP在 市 场 竞 争 中 的 优 势 。 (附 表 3)表 3 国 内 UPR基 FRP应 用 领 域 和 成 型应 用 领 域 主 要 FRP产 品 成 型 工 艺化 工 防 腐 管 道 、 贮 罐 、 地 坪 、 脱 硫 装 置
5、 、 净 化 塔 、 冷 却 装 置 、 地 埋 贮 罐 、 电 解 糟 、 烟 囱 缠 绕 、 卷 制 、 手 糊 、 喷 射车 辆 造 船 轿 车 、 重 卡 、 火 车 客 车 、 城 市 客 车 、 轻 轨 地 铁 、 工 程 机 械 等 各 种 车 辆 内 外 饰 结 构 件 ,交 通 艇 、 游 艇 、 快 艇 ,大 型 游 艇 上 层 建 筑 ,钢 质 船 内 舾 装 件 ,导 流 罩 SMC、 RTM、 LRTM、 抽 真 空 灌 注工 艺 、 手 糊 、 喷 射交 通 设 施 道 路 交 通 标 志 、 防 撞 箱 体 、 隔 音 吸 声 屏 、 应 急 电 话 亭 、 盖
6、板 、 护 栏 支 座 抽 真 空 灌 注 工 艺 、 BMC、 SMC、拉 挤城 乡 建 设门 板 、 窗 框 、 冷 却 塔 、 风 筒 、 通 风 柜 、 房 屋 集 装 箱 、 装 饰 格 栅 、 给 排 水 管 道 、 卫 浴 、 平面 和 立 体 雕 塑 、 人 行 河 桥 、 天 桥 、 空 调 积 水 盘 、 透 明 板 瓦 、 游 乐 设 施 、 餐 桌 座 椅 、 屋顶 风 机 、 水 箱 、 冷 藏 车 、 墙 面 饰 板 、 抗 静 电 顶 板 、 简 易 房 、 沼 气 罐 、 安 全 帽 、 拼 装 SMC卫 生 间SMC、 BMC、 手 糊 、 缠 绕 、 挤 拉
7、 、机 械 化 连 续 制 板 、 喷 射电 力 电 工 叶 片 、 机 仓 罩 、 导 流 罩 、 电 气 开 关 、 绝 缘 板 、 电 工 梯 、 电 工 工 具 柄 、 天 线 、 雷 达 罩 、 轴流 和 离 心 风 机 、 电 缆 桥 架 SMC、 BMC、 抽 真 空 灌 注 、 RTM运 动 器 材 兰 球 架 、 乒 乓 桌 台 面 、 滑 板 车 、 赛 艇 、 舢 舨 、 鱼 杆 、 帐 篷 杆 SMC、 抽 真 空 灌 注 、 卷 制 、 拉 挤轻 纺 器 材 衣 车 斗 、 棉 条 筒 、 服 装 模 特 、 戏 剧 道 具 手 糊第 2 期 纤 维 复 合 材 料
8、No12 432008年 6 月 FIBERCOMPOSITES Jun1 ,2008表 4 国 内 高 端 民 用 FRP产 品 成 型 工 艺 和 选 用 玻 纤产 品 成 型 工 艺 采 用 玻 纤 情 况SMC高 强 轻 质 头 盔 SMC模 压 工 艺 改 进 型 E玻 纤 细 直 径 玻 纤BMC燃 料 电 池 双 极 板 BMC模 压 工 艺 细 直 径 玻 纤抽 油 杆 拉 挤 工 艺 E玻 纤光 缆 增 强 芯 拉 挤 工 艺 S玻 纤高 性 能 覆 铜 板 预 浸 模 工 艺 电 子 级 玻 纤 表 面 毡呼 吸 气 瓶 多 轴 向 缠 绕 工 艺 S玻 纤脱 硫 工 程
9、缠 绕 工 艺 ECR纤 维 毡 、 织 物近 海 豪 华 游 艇 抽 真 空 灌 注 多 轴 向 编 织 布兆 瓦 级 叶 片 干 、 湿 法 真 空 灌 注 工 艺 改 进 型 E玻 纤 编 织 布训 练 用 快 艇 、 赛 车 抽 真 空 灌 注 工 艺 多 轴 向 编 织 布 、 复 合 毡3 影 响 增 强 用 玻 璃 纤 维 强 度 的 各 种 可 控 因 素FRP以 玻 纤 为 增 强 材 料 ,其 强 度 主 要 取 决 于 玻璃 纤 维 ;而 玻 璃 纤 维 的 强 度 又 与 玻 璃 纤 维 的 成 分 、 密度 、 成 型 温 度 、 纤 维 直 径 、 表 面 处 理
10、和 编 织 形 式 有 着密 切 的 关 系 。(1)玻 璃 纤 维 因 其 碱 金 属 氧 化 物 ( R2O) 含 量 不一 及 其 成 分 的 差 异 性 ,表 现 出 的 性 能 各 异 。因 此 ,不 同 成 分 的 玻 纤 ,取 向 于 增 强 不 同 条 件 要求 下 的 FRP 制 品 。 E 玻 纤 的 R2O1015 10145 折 射 率 (20 ) 1.5516 1.5214 1.5426 耐 水 性失 重 % 20.98 25.8 65.8析 碱 量 4.65 9.9 22.0表 6 玻 璃 纤 维 直 径 对 玻 璃 钢 强 度 的 影 响单 丝 直 径 , m 树
11、 脂 含 量 ,%玻 璃 钢 的 极 限 强 度 ,MPa抗 拉 抗 压 抗 弯5 -7 20 -25 480 440 70012 -14 470 400 75016 -17 25 -30 420 375 76032 -35 380 470 670(3)玻 璃 纤 维 的 强 度 与 玻 璃 纤 维 表 面 处 理 剂 有着 密 切 关 系 ,FRP 的 强 度 取 决 于 应 力 从 树 脂 传 递 到玻 纤 及 界 面 吸 收 能 量 的 能 力 ,应 力 是 在 剪 切 方 向 传递 的 ,所 以 要 求 玻 纤 与 树 脂 之 间 必 须 有 一 个 良 好 的粘 结 。 玻 璃 纤
12、维 表 面 处 理 后 ,与 UPR 的 复 合 已 不 是填 料 的 概 念 填 充 到 树 脂 中 ,而 是 一 个 经 过 设 计 的 玻璃 纤 维 复 合 到 FRP材 料 中 ,硅 烷 偶 联 剂 是 增 强 型 玻璃 纤 维 浸 润 剂 中 重 要 的 架 桥 剂 ,使 FRP 的 强 度 得 到整 体 的 提 高 。 (表 7)表 7 玻 璃 纤 维 表 面 处 理 和 未 处 理 的 强 度 指 标 对 比树 脂 系 统 硅 烷 处 理 剂抗 弯 强 度 MPa 增 长 率 (倍 )干 湿 干 湿UPR无 429 250A-174 621 5641.44 2.26环 氧无 55
13、7 207A-186 721 4711.29 2.28三 聚 氰 胺无 300 121A-187 650 6142.17 4.91酚 醛无 493 10(高 湿 )A-1100 605 3571.23 35.744 纤 维 复 合 材 料 2008年浸 润 剂 中 其 它 重 要 组 分 ,粘 结 成 膜 剂 对 FRP 制品 起 决 定 性 影 响 ,还 有 降 低 玻 纤 粘 度 及 消 除 静 电 产生 的 润 滑 剂 、 抗 静 电 剂 等 ,组 成 一 个 完 整 的 增 强 玻 璃纤 维 的 浸 润 系 统 。 由 于 FRP成 型 工 艺 的 多 元 化 ,又可 分 为 软 质
14、型 浸 润 剂 和 硬 质 型 浸 润 剂 。 通 过 对 浸 润剂 系 统 中 各 种 粘 结 剂 、 偶 联 剂 和 其 它 化 工 助 剂 的 优化 组 合 ,处 理 出 满 足 缠 绕 、 拉 挤 、 SMC/BMC、 短 切 喷射 成 型 工 艺 等 的 各 类 玻 璃 纤 维 纱 及 制 品 。表 8 不 同 玻 璃 纤 维 结 构 形 式 增 强 的 玻 璃 钢 力 学 性 能性 能 单 位 短 切 纤 维 毡 方 格 布 缎 纹 布 连 续 无 捻 粗 纱玻 纤 含 量 % 30 45 55 70密 度 g/cm3 1.4 1.6 1.7 1.9拉 伸 强 度 MPa 110
15、280 350 840压 缩 强 度 MPa 140 140 250 350弯 曲 强 度 MPa 180 250 420 1100(4)玻 璃 纤 维 的 强 度 还 与 玻 纤 结 构 形 成 有 着 密切 关 系 ,不 同 玻 纤 结 构 形 式 增 强 的 FRP,其 力 学 性 能不 一 样 。(5)玻 璃 纤 维 强 度 与 成 型 温 度 有 密 切 的 关 系 。不 同 生 产 方 法 拉 制 的 玻 璃 纤 维 ,对 纤 维 强 度 的 影 响较 大 ,当 拉 制 相 同 的 纤 维 直 径 ,温 度 从 1200 升 高到 1370 ,纤 维 强 度 可 以 提 高 约 一
16、 倍 。 据 有 关 资 料透 露 ,目 前 ,国 外 先 进 的 改 进 型 E 玻 璃 纤 维 及 其 织物 大 量 进 入 我 国 风 电 行 业 ,用 作 兆 瓦 级 叶 片 增 强 材料 (表 9) 。 资 料 提 示 我 们 ,国 内 企 业 是 否 可 以 对 现有 E玻 璃 配 方 进 行 微 调 及 提 高 拉 丝 温 度 来 研 制 出满 足 风 电 叶 片 用 的 高 强 高 模 量 玻 璃 纤 维 呢 ?表 9 国 外 兆 瓦 级 叶 片 用 玻 纤 的 性 能 与传 统 E玻 纤 强 度 和 模 量 对 比种 类 玻 纤 拉 伸 强 度 (MPa) 玻 纤 拉 伸 模 量 ( GPa)工 业 标 准 E玻 纤 1725 -2240 72.9兆 瓦 级 用 玻 璃 纤 维 2750 79.3国 内 风 电 业 发 展 迅 猛 , 每 年 新 增 容 量 达1500MW,配 套 的 风 叶 片 在 450
