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玻璃纤维制造业范例(3篇)

来源:网友 时间:2024-04-27 手机浏览

玻璃纤维制造业范文篇1

关键词:野战工事;符合材料

中图分类号:E92文献标识码:A

文章编号:1009-0118(2012)04-0221-02

野战工事是战役、战斗的准备和实施过程中,利用、改造地形,使用就便器材或预制构件,快速构筑的临时工事。对常规武器和核武器、生物武器和化学武器的杀伤破坏作用具有较高的抵抗能力和较好的防护效果。50年代以前,我军的野战工事主要是以木材、钢材和钢筋混凝土就便材料工事,作战时临时构筑。60年代以后,先后研制了装配式混凝土预制构件工事、型钢工事、波纹钢工事、钢丝网水泥工事、骨架柔性被覆工事等制式器材。这一时期的工事,重量大、构件体积大、构筑速度慢、土建作业量大、撤收难,阵地转移慢,机动性能不高,难以适应机动作战的需要。从80年代开始,随着复合材料的发展,制作野战工事的材料由传统的钢材、木材和钢筋混凝土材料转向新型复合材料,我军先后研制了玻璃钢工事、玻璃纤维增强水泥工事、玻璃钢或铝合金作面板和泡沫作芯材的复合材料工事。这一时期的工事,虽然重量较轻,构件体积较小,但是工事的跨度较小、抗力低,难以满足部队平战结合的需要。直到90年代,采用“新材料、新工艺、新思想”设计的玻璃钢夹层野战工事系列,才第一次使野战工事轻型化、机动化、标准化,形成单一材料、多种结构型式、多种抗力和多种使用性能的系列化。

国外是从60年代初期开始使用复合材料野战工事的。美国、法国、意大利、日本、德国、瑞典等国都有用玻璃钢制成的掩蔽部、防弹板、弹药库等,对于玻璃钢工事的试验研究,外军早在二次世界大战时就开始了相关研究,并已有各种玻璃钢工事装备部队,如美军的轻型玻璃钢装配式掩盖工事(长6-18米,宽3米,高约3米);英国研制的玻璃钢掩蔽部可容纳6人,复土±115米,抗冲击波超压0186kg/cm2。此外还有日本研制的薄壳形玻璃钢工事顶盖、瑞典的玻璃钢夹层球形掩蔽部等等,均起到了较好的防护效果。

一、玻璃钢复合材料用于野战工事的优点

玻璃钢(FRP)亦称作GRP,即纤维强化塑料,是一种树脂基复合材料。一般指用玻璃纤维增强不饱和聚脂、环氧树脂与酚醛树脂基体。

玻璃钢是目前世界上产量最大、用途最广的复合材料,玻璃钢工业是如今最热门的工业之一,它以其优良的性能在各个领域得到广泛的应用,如:储罐、管道、建筑、交通运输、运动与游乐器材、船艇等方面都得到广泛应用。在野战筑城中,用玻璃钢做的各种工事在战争中起到了重要作用,在未来高技术战争中将发挥越来越大的作用。

FRP(玻璃纤维增强塑料,简称玻璃钢)是以合成树脂为基体、玻璃纤维(织物)为增强材料的复合材料。具有许多优良的特性:

(一)轻质高强,比重114-2.0,约为钢的1/5,铝的1/2,其比强度和比模量超过钢和铝合金;(二)冲击韧性好,适宜于承受动荷载及爆炸冲击荷载;(三)抗老化及阻燃性好(玻璃钢中加入阻燃剂或采用阻燃树脂再加入阻燃剂,可满足防火要求);(四)其夹层结构隔热保温性能好,导热系数和热应力小(分别为钢管的0.14%和1/11);(五)电绝缘性能好,可安全地应用于输电、电信密集区;(六)设计和可施工性好,安装快捷方便、安全,几乎不动火。

因此,FRP极适宜于制作野战工程中的快速装配式预制构件,在防护工程野战工事的应用上越来越受到重视。

目前所用的玻璃纤维,其应力应变曲线如图所示,从图中可以看出,单纤维受力不一致,股纱破坏呈现一个逐步断裂的过程。最常用的玻璃纤维布有平纹、斜纹和缎纹等,其中斜纹中的2/2斜纹布铺覆性较好,较适用于制作玻璃钢工事构件。合成树脂在玻璃钢中的作用,是将分散的玻璃纤维或其织物粘结成一个整体,同时已固化的树脂又是玻璃钢的一组分,其性能将直接影响玻璃钢的力学、耐温、耐腐蚀和介电等性能,此树脂的选择也非常重要。用于玻璃钢的常用树脂大部分为热固性树脂,主要有不饱和聚酯、环氧、酚醛以及改性的聚酯和环氧。玻璃钢工事结构设计时,既要满足构件标准化的要求,又要满足荷载要求,同时尽量使生存空间有舒适感。其结构形式基本上有两类:筒壳和球壳。对于单一玻璃钢材料,壁厚度通常取6-10mm,对于夹层材料,一般取蒙皮厚2-4mm,夹芯厚40-60mm。

二、树脂基复合材料成型方法

(一)手糊成型技术

手糊成型又称手工裱糊成型或接触成型,是热固性树脂基复合材料制品成型较早的方法之一。所谓手糊工艺,是指用树脂将增强材料粘结在一起的一种成型方法,约有50%的玻璃钢复合材料制品是用这种方法成型的,特别是对于用量少、品种多及大型制品,更宜采用此法。但这种方法操作人员多,操作者的技术水平对制品的质量影响大,虽有“一见就会”的说法,但要制得优良得制品也是相当困难得。手糊成型工艺制造制品一般需要经过如下工序:手糊成型工艺可分为接触成型和低压成型两大类:属于前者得有简单手糊法及喷射成型法;属于后者的有压力袋法、真空袋法等。手糊复合材料制品的厚度一般在2-10mm,但对于有些制品,其厚度可以大于10mm,也可小于2mm。典型的手糊制品结构如图。

1、面层;2、短切毡;3、短切毡或粗纱布;4、短切毡;5、表面毡;6、胶衣层;7、脱模剂;8、模具。

因其很少受到制品形状及大小的制约,模具费用较低。因此对于品种多、生产量小的大型制品,手糊成型技术是最合适的。用手糊成型可生产波形瓦、活动房、浴盆、冷却塔、卫生间、贮槽、贮罐、风机叶片、各类渔船和游艇、微型汽车和客车壳体、大型雷达天线罩及天文台屋顶罩、设备防护罩、雕像、舞台道具和飞机蒙布、机翼、火箭外壳、防热底板等大中型零件。总之,由于手糊工艺设计自由,可根据产品的技术要求设计出理想的外观、造型及多种多样、品种繁多的FRP制品。目前,产品达上万种,被广泛应用到各个领域,前景看好。

(二)模压成型技术

适合于生产量大,尺寸要求精确的制品。模压成型的模具由阴、阳两部分组成。增强材料一般为短切纤维毡、连续纤维毡和织物。

(三)RTM成型技术

RTM(树脂传递模塑)成型技术是一种适宜多品种、中批量、高质量复合材料制品生产的成型技术,RTM成型技术有许多优点:能够制造高质量、高精度、低孔隙率高纤维含量的复杂复合材料构件,无须胶衣树脂也可获得光滑的双表面,产品从设计到投产时间短,生产效率高;RTM模具和产品设计可采用CAD进行设计,模具制造容易,材料选择面广;RTM成型的构件与管件易于实现局部增强以及制造局部加厚的构件,带芯材的复合材料能一次成型;RTM成型过程中挥发水分少,有利于劳动保护和环境保护。

(四)纤维缠绕成型技术

纤维缠绕成型是在专门的缠绕机上,将浸润树脂的纤维均匀地、有规律地缠绕在一个转动的芯模上,最后固化、除去芯模获得制品。纤维缠绕成型方法既用于制造简单曲旋转体:如筒、罐、管、球、锥等。也可以用来制备飞机机身、机翼及汽车车身等非旋转体部件:在纤维缠绕成型中常使用的增强材料包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维;缠绕用树脂基体有聚酯、乙烯基、环氧和BMI树脂等。纤维缠绕的主要优点是节省原材料、低的制造成本以及制件的高度重复性,最大的缺点是制件固化后需除芯模以及不适宜于带凹曲表面制件的制造。

(五)拉挤成型技术

用于连续生产纤维复合材料型材。主要过程是依靠牵引将原材料通过一定型面的加热模,完成复合、成型和固化。拉挤成型工艺筒单;效率高;拉挤法制备制件时,增强纤维沿轴向平行排列,能有效地利用其强度。采用纤维毡增强材料可制备各向同性制件,采用编织带可提高制件的横向强度。拉挤成型的关键是固化的控制。固化反应放热峰出现太早制件易开裂、翘曲;出现太迟;制件固化不完全,易分层。取决于型材形状和加热方式,拉挤速度在1.5-60m/h之间。

(六)热压罐成型技术

热压罐成型技术是生产高质量复合材料制件的主要方法。其基本过程是先将预浸料按尺寸裁剪、铺贴,然后将预浸料量叠层和其他工艺辅助材料组合在一起;置于热压罐中在一定压力和温度下固化形成制件。热压罐成型技术的最大优点是仅用一个模具就得到形状复杂、尺寸较大、质量较好的制件。

三、手糊成型工艺在野战工事中的应用

玻璃纤维制造业范文

广西科技大学第二附属医院口腔科,广西柳州545006

[摘要]目的探讨不同表面处理对纤维桩粘结强度造成的不同影响。方法选取2013年1月—2014年1月收治患者临床资料,将60颗离体单根管前牙用于玻璃纤维桩,并随机均分成观察组和对照组。对于观察组的玻璃纤维桩表面进行过氧化氢处理和喷砂处理,而对照组的玻璃纤维桩不进行任何表面处理。在处理完成后将玻璃纤维桩粘固在根管内部,将牙根切片制成试件,利用试验机对其进行推出实验,进而分析不同表面处理对纤维桩粘结强度的不同影响。结果过氧化氢处理的玻璃纤维桩粘结强度最大(23.13±0.58)MPa,其次是经过喷砂处理的玻璃纤维桩(19.02±0.47)MPa,不经过任何表面处理的玻璃纤维桩的粘结强度最低(10.87±0.46)MPa,,观察组和对照差异有统计学意义(P<0.05)。结论经过过氧化氢处理的玻璃纤维桩粘结强度最大,其次是经过喷砂处理的玻璃纤维桩,这两种表面处理方法可以有效提高玻璃纤维桩的粘结强度。

关键词表面处理;玻璃纤维桩;粘结强度

[中图分类号]R783[文献标识码]A[文章编号]1674-0742(2014)12(a)-0063-02

纤维桩是一种新型的非金属复合牙科修复材料,常与树脂核及冠修复体共同使用来修复大面积牙体缺损。目前,因为其无金属腐蚀性、良好的生物相容性、优秀的美观性、适中的弹性模量以及操作简易等优势备受牙科医师和患者的青睐,得到较广的普及应用,被牙科临床视为前牙大面积牙体缺损修复的首选材料。从材料成分上讲,常用的纤维桩有碳纤维桩、玻璃纤维桩、石英纤维桩[1]。对纤维桩进行表面处理可以增强纤维桩的粘结强度,取得更好的效果。为探讨不同表面处理对纤维桩粘结强度造成的不同影响,该研究在2013年1月—2014年1月期间选取不同表面处理对玻璃纤维桩粘结强度的影响进行深入探究,对玻璃纤维桩进行两种表面处理,现报道如下。

1资料与方法

1.1一般资料

该次研究结合2013年1月—2014年1月收治的患者临床资料,将60颗(来自60例患者)离体单根管前牙随机均分为观察组和对照组。观察组患者男14例,女16例,年龄10~65岁,平均(35.6±1.5)岁;对照组患者男15例,女15例,年龄10~64岁,平均(34.8±1.7)岁。观察组15颗玻璃纤维桩进行过氧化氢处理,15颗进行喷砂处理,对照组30颗则不进行任何处理。两组患者的临床资料信息差异无统计学意义,可行组间对比。

该试验需要的材料与仪器为:60颗离体单根管前牙;玻璃纤维桩(美耐宝齿科(上海)有限公司);过氧化氢液(广东恒健制药有限公司,国药准字H44023919);喷砂机(上海麦森医疗科技有限公司);电子显微镜(YYT-530,上海仪圆光学仪器厂)等。

1.2方法

在试验开始前要对研究入选60颗冠形完整、根长相近的离体单根管前牙进行处理,将其放入氯酸钠溶液中2h,之后放入蒸馏水中留待使用,以保证牙齿的表面残留牙石和软组织被去除。

对玻璃纤维桩进行粘结和包埋的方法:将经过过氧化氢表面处理和喷砂处理后的玻璃纤维桩用全酸蚀树脂粘接系统将其粘接于经根管预备处理后的离体牙根管中,在常温下放置在0.9%浓度的氯化钠溶液中,在1d之后,用自凝塑料包把它们埋成圆柱状将牙根所在位置进行标注,利用导线观测仪这一工具保证玻璃纤维桩的长轴和圆柱体的长轴保持平行,利用金刚砂切割机按照垂直于牙根的方向将玻璃纤维桩切割成大约2mm厚度的薄片,最后制成试件[2]。

试验薄片推出试验步骤:将制作好的试件放在万能试验机上,前端逐渐靠近玻璃纤维桩,保证只与玻璃纤维桩相接触,保持0.5mm/min的速度,进行推出实验,在试验后准确计算各试件的玻璃纤维桩截段的粘结面积,得出经过不同表面处理的玻璃纤维的粘结强度,粘结强度是最大负荷和粘结面积的商。

截面断裂的模式如下:在测试结束后,把试件放在20倍电子光学显微镜下,将其放大并观察其破坏类型,主要由以下几类:①粘结材料与牙齿根管之间的破坏;②粘结材料覆盖玻璃纤维桩破坏表面1/2以上;③粘结材料覆盖玻璃纤维桩破坏表面<1/2;④玻璃纤维桩和粘结剂之间的破坏。

粘结评价:该次研究中的样本在疲劳试验机上进行强度测试,直至纤维桩脱出,用显微镜观察破坏情况。优:粘结覆盖桩体表面;良:粘结覆盖面积在50%以下;差:粘结失败,脱落于桩体与粘接剂之间。

1.3统计方法

在进行相应的数据统计时要选用专业的统计软件spss13.0软件,并建立数据库,对数据进行处理,计量资料表示为(x±s),所有数据通过专业的检测和分析,计量资料采用t检验。

2结果

经过过氧化氢处理的15颗玻璃纤维桩粘结强度最大(23.13±0.58)**MPa,其次是经过喷砂处理的15颗玻璃纤维桩(19.02±0.47)*MPa,不经过任何表面处理的30颗玻璃纤维桩的粘结强度最低(10.87±0.46)MPa,观察组和对照差异有统计学意义(P<0.05),见表1。

3讨论

通过该次研究表明,观察组玻璃纤维桩粘结强度在(21.13±0.58)**MPa,而对照组为(10.87±0.46)MPa,结果差异有统计学意义(P=0.018)。经过过氧化氢处理的玻璃纤维桩粘结强度大,其次是经过喷砂处理的玻璃纤维桩,这两种表面处理方法可以有效提高玻璃纤维桩的粘结强度。利用纤维桩与树脂核及冠修复体共同使用来修复大面积牙体缺损相比传统的金属核桩,较少引起牙根折断等并发症的出现,但是临床上也偶有出现纤维桩核粘接失败脱落或纤维桩断裂等情况出现,发生修复失败的原因可能有多种,与临床适应症的选择、牙体预备、纤维桩品牌的选择、冠修复的临床设计或患者本身的使用情况等都可能有关系。从患者的角度来说,要谨遵医嘱,特别是在残根残冠牙体条件本身较差的情况下,要尽量避免患牙和修复体承受过重咬合负荷。但是要特别注意的是并不是所有的牙冠修复都需要使用纤维桩,首先活髓牙的牙冠修复不能用纤维桩,也不能使用任何材料或形式的桩核。纤维桩的使用是在死髓牙或残根残冠在完善根管治疗的前提下,植入粘结到根管内使用的[3]。即便如此,也并非所有的死髓牙都必须使用纤维桩修复,只能当剩余的牙体组织不能给上部结构冠修复提供足够固位力和支持力的情况下,才考虑使用。在后牙牙体缺损不大,仅涉及颌面或少量轴面的情况下,完全没有必要使用纤维桩或任何形式的桩。另一个问题是纤维桩修复失败了,仍然可以再次修复。如果出现纤维桩折断或脱落的情况,只要剩余牙体组织没有发生过大的变化,就可以再次进行纤维桩的修复。即便是在有全部或部分纤维桩滞留在根管内,医师也可以通过专用的工具比较容易的取出滞留在根管内的纤维桩,相比去除金属桩核所产生的对牙体的伤害或患者感知的痛苦程度,要明显小很多[4]。

从材料成分上分类,牙科中较为常用的纤维桩有碳纤维桩、玻璃纤维桩和石英纤维桩[5-7]。不同纤维桩的特点如下:碳纤维桩,早期碳纤维桩内部含有很多黑色的碳纤维,影响到了它的美学性能,但是随着医学技术的进步,现代的碳纤维桩的主体一般都是白色或乳白色的,在美学性能上有很大的改进;玻璃纤维桩,玻璃纤维桩是目前应用最为广泛的纤维桩,它的颜色多为白色、乳白色或半透明,不含有黑色或其他杂色的纤维,美学性能较好;石英纤维桩,石英纤维桩具有较高的抗疲劳强度,可以起到非常优秀的光传导作用,有利于桩核置入根管后树脂的固化[8]。这三种纤维桩虽然在成分上有所不同,但在应用范围和临床操作上没有区别不大,只是不同的品牌的纤维桩因在生产工艺上的差别在强度、韧性、临床远期修复效果等方面仍有一定区别[9]。

卢晓杰[10]等在《玻璃纤维桩和铸造金属桩在牙体缺损修复中的疗效比较》一文的研究中,结合46例患者进行玻璃纤维桩的牙体缺损修复,在治疗后仅有2颗牙齿有轻微松动,治疗效果明显,同该组研究相吻合。随着牙科学的发展和进步,表明利用不同的表面处理方法可以有效提高纤维桩的粘结强度,原理是不同的表面处理方法旨在增大纤维桩的粘结面积以及表面粗糙程度,有效促进材料间的粘合。该次研究过氧化氢处理和喷砂处理这两种表面处理方法对纤维桩粘结强度的影响,需要对这两种方式进行分析。首先,过氧化氢溶液具有较强的氧化性,可以将环氧树脂机制进行溶解,因而过氧化氢溶液经常用于溶解树脂包埋切片的树脂成分,并且经过过氧化氢溶液处理后的纤维桩的粘结强度显著提高,作用明显[11]。其次,对纤维桩进行喷砂处理,其机理是喷砂处理可以使纤维桩的表面清洁和粗糙,纤维桩的表面粗糙可以使粘结面积增大,那么纤维桩和树脂材料之间的摩擦力也显著增加。再加上粘结剂渗透进纤维桩的粗糙表面会使粗糙部位紧紧粘合,从而进一步提高纤维桩的粘结强度。

综上所述,该研究选择例数仍不够多,在后续的研究中应不断综合更多患者资料进行分析,以期得到更加完善的数据支持。同时也应更多的对比其他学者研究成果,吸纳众长,进一步深入研究。

参考文献

[1]李坤.根管内纤维桩在残冠残根修复中的应用[J].中国卫生产业,2012,9(30):143.

[2]张强,李丽萍.玻璃纤维桩粘结强度的影响因素探究[J].上海口腔材料器械杂志,2012,12(33):119-121.

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[4]常志明.玻璃纤维桩与金属桩核修复牙体缺损的比较[J].中国组织工程研究,2013(29):78-79.

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[6]陈晓兵,陈湘涛,陈琳.不同表面处理方法对纤维桩与聚氨酯黏结剂黏结强度的影响.中国组织工程研究与临床康复,2011,15(29):5393-5396.

[7]高士军,李懿,孙世杰,等.不同树脂核材料影响纤维桩核整体抗折强度的比较[J].中国组织工程研究,2014(21):3304-3309.

[8]张云霞,罗晓晋,谭晖.玻璃纤维桩在牙体缺损修复中的临床应用[J].山西医科大学学报,2011,42(3):61-62.

[9]FerrariM,CagidiacoMC,GoracciC.Long-termretrospectivestudyoftheclinicalperformanceoffiberposts[J].AmericanJournalofDentistry,2007(5):287-291.

[10]卢晓杰.玻璃纤维桩和铸造金属桩在牙体缺损修复中的疗效比较[J].中国现代医生,2013(10):133-134.

玻璃纤维制造业范文

复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料,它可以发挥各种材料的优点,克服单一材料的缺陷,扩大材料的应用范围。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点,已逐步取代木材及金属合金,广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域,在近几年更是得到了飞速发展。

随着科技的发展,树脂与玻璃纤维在技术上不断进步,生产厂家的制造能力普遍提高,使得玻纤增强复合材料的价格成本已被许多行业接受,但玻纤增强复合材料的强度尚不足以和金属匹敌。因此,碳纤维、硼纤维等增强复合材料相继问世,使高分子复合材料家族更加完备,已经成为众多产业的必备材料。目前全世界复合材料的年产量已达550多万吨,年产值达1300亿美元以上,若将欧、美的军事航空航天的高价值产品计入,其产值将更为惊人。从全球范围看,世界复合材料的生产主要集中在欧美和东亚地区。近几年欧美复合材料产需均持续增长,而亚洲的日本则因经济不景气,发展较为缓慢,但中国尤其是中国内地的市场发展迅速。据世界主要复合材料生产商PPG公司统计,2000年欧洲的复合材料全球占有率约为32%,年产量约200万吨。与此同时,美国复合材料在20世纪90年代年均增长率约为美国GDP增长率的2倍,达到4%~6%。2000年,美国复合材料的年产量达170万吨左右。特别是汽车用复合材料的迅速增加使得美国汽车在全球市场上重新崛起。亚洲近几年复合材料的发展情况与政治经济的整体变化密切相关,各国的占有率变化很大。总体而言,亚洲的复合材料仍将继续增长,2000年的总产量约为145万吨,预计2005年总产量将达180万吨。

从应用上看,复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。2000年美国汽车零件的复合材料用量达14.8万吨,欧洲汽车复合材料用量到2003年估计可达10.5万吨。而在日本,复合材料主要用于住宅建设,如卫浴设备等,此类产品在2000年的用量达7.5万吨,汽车等领域的用量仅为2.4万吨。不过从全球范围看,汽车工业是复合材料最大的用户,今后发展潜力仍十分巨大,目前还有许多新技术正在开发中。例如,为降低发动机噪声,增加轿车的舒适性,正着力开发两层冷轧板间粘附热塑性树脂的减振钢板;为满足发动机向高速、增压、高负荷方向发展的要求,发动机活塞、连杆、轴瓦已开始应用金属基复合材料。为满足汽车轻量化要求,必将会有越来越多的新型复合材料将被应用到汽车制造业中。与此同时,随着近年来人们对环保问题的日益重视,高分子复合材料取代木材方面的应用也得到了进一步推广。例如,用植物纤维与废塑料加工而成的复合材料,在北美已被大量用作托盘和包装箱,用以替代木制产品;而可降解复合材料也成为国内外开发研究的重点。

另外,纳米技术逐渐引起人们的关注,纳米复合材料的研究开发也成为新的热点。以纳米改性塑料,可使塑料的聚集态及结晶形态发生改变,从而使之具有新的性能,在克服传统材料刚性与韧性难以相容的矛盾的同时,大大提高了材料的综合性能。

树脂基复合材料的增强材料

树脂基复合材料采用的增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。

1、玻璃纤维

目前用于高性能复合材料的玻璃纤维主要有高强度玻璃纤维、石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维等。由于高强度玻璃纤维性价比较高,因此增长率也比较快,年增长率达到10%以上。高强度玻璃纤维复合材料不仅应用在军用方面,近年来民用产品也有广泛应用,如防弹头盔、防弹服、直升飞机机翼、预警机雷达罩、各种高压压力容器、民用飞机直板、体育用品、各类耐高温制品以及近期报道的性能优异的轮胎帘子线等。石英玻璃纤维及高硅氧玻璃纤维属于耐高温的玻璃纤维,是比较理想的耐热防火材料,用其增强酚醛树脂可制成各种结构的耐高温、耐烧蚀的复合材料部件,大量应用于火箭、导弹的防热材料。迄今为止,我国已经实用化的高性能树脂基复合材料用的碳纤维、芳纶纤维、高强度玻璃纤维三大增强纤维中,只有高强度玻璃纤维已达到国际先进水平,且拥有自主知识产权,形成了小规模的产业,现阶段年产可达500吨。

2、碳纤维

碳纤维具有强度高、模量高、耐高温、导电等一系列性能,首先在航空航天领域得到广泛应用,近年来在运动器具和体育用品方面也广泛采用。据预测,土木建筑、交通运输、汽车、能源等领域将会大规模采用工业级碳纤维。1997~2000年间,宇航用碳纤维的年增长率估计为31%,而工业用碳纤维的年增长率估计会达到130%。我国的碳纤维总体水平还比较低,相当于国外七十年代中、末期水平,与国外差距达20年左右。国产碳纤维的主要问题是性能不太稳定且离散系数大、无高性能碳纤维、品种单一、规格不全、连续长度不够、未经表面处理、价格偏高等。

3、芳纶纤维

20世纪80年代以来,荷兰、日本、前苏联也先后开展了芳纶纤维的研制开发工作。日本及俄罗斯的芳纶纤维已投入市场,年增长速度也达到20%左右。芳纶纤维比强度、比模量较高,因此被广泛应用于航空航天领域的高性能复合材料零部件(如火箭发动机壳体、飞机发动机舱、整流罩、方向舵等)、舰船(如航空母舰、核潜艇、游艇、救生艇等)、汽车(如轮胎帘子线、高压软管、摩擦材料、高压气瓶等)以及耐热运输带、体育运动器材等。

4、超高分子量聚乙烯纤维

超高分子量聚乙烯纤维的比强度在各种纤维中位居第一,尤其是它的抗化学试剂侵蚀性能和抗老化性能优良。它还具有优良的高频声纳透过性和耐海水腐蚀性,许多国家已用它来制造舰艇的高频声纳导流罩,大大提高了舰艇的探雷、扫雷能力。除在军事领域,在汽车制造、船舶制造、医疗器械、体育运动器材等领域超高分子量聚乙烯纤维也有广阔的应用前景。该纤维一经问世就引起了世界发达国家的极大兴趣和重视。

5、热固性树脂基复合材料

热固性树脂基复合材料是指以热固性树脂如不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂等为基体,以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等为增强材料制成的复合材料。环氧树脂的特点是具有优良的化学稳定性、电绝缘性、耐腐蚀性、良好的粘接性能和较高的机械强度,广泛应用于化工、轻工、机械、电子、水利、交通、汽车、家电和宇航等各个领域。1993年世界环氧树脂生产能力为130万吨,1996年递增到143万吨,1997年为148万吨,1999年150万吨,2003年达到180万吨左右。我国从1975年开始研究环氧树脂,据不完全统计,目前我国环氧树脂生产企业约有170多家,总生产能力为50多万吨,设备利用率为80%左右。酚醛树脂具有耐热性、耐磨擦性、机械强度高、电绝缘性优异、低发烟性和耐酸性优异等特点,因而在复合材料产业的各个领域得到广泛的应用。1997年全球酚醛树脂的产量为300万吨,其中美国为164万吨。我国的产量为18万吨,进口4万吨。乙烯基酯树脂是20世纪60年展起来的一类新型热固性树脂,其特点是耐腐蚀性好,耐溶剂性好,机械强度高,延伸率大,与金属、塑料、混凝土等材料的粘结性能好,耐疲劳性能好,电性能佳,耐热老化,固化收缩率低,可常温固化也可加热固化。南京金陵帝斯曼树脂有限公司引进荷兰Atlac系列强耐腐蚀性乙烯基酯树脂,已广泛用于贮罐、容器、管道等,有的品种还能用于防水和热压成型。南京聚隆复合材料有限公司、上海新华树脂厂、南通明佳聚合物有限公司等厂家也生产乙烯基酯树脂。

1971年以前我国的热固性树脂基复合材料工业主要是军工产品,70年代后开始转向民用。从1987年起,各地大量引进国外先进技术如池窑拉丝、短切毡、表面毡生产线及各种牌号的聚酯树脂(美、德、荷、英、意、日)和环氧树脂(日、德)生产技术;在成型工艺方面,引进了缠绕管、罐生产线、拉挤工艺生产线、SMC生产线、连续制板机组、树脂传递模塑(RTM)成型机、喷射成型技术、树脂注射成型技术及渔竿生产线等,形成了从研究、设计、生产及原材料配套的完整的工业体系,截止2000年底,我国热固性树脂基复合材料生产企业达3000多家,已有51家通过ISO9000质量体系认证,产品品种3000多种,总产量达73万吨/年,居世界第二位。产品主要用于建筑、防腐、轻工、交通运输、造船等工业领域。在建筑方面,有内外墙板、透明瓦、冷却塔、空调罩、风机、玻璃钢水箱、卫生洁具、净化槽等;在石油化工方面,主要用于管道及贮罐;在交通运输方面,汽车上主要有车身、引擎盖、保险杠等配件,火车上有车厢板、门窗、座椅等,船艇方面主要有气垫船、救生艇、侦察艇、渔船等;在机械及电器领域如屋顶风机、轴流风机、电缆桥架、绝缘棒、集成电路板等产品都具有相当的规模;在航空航天及军事领域,轻型飞机、尾翼、卫星天线、火箭喷管、防弹板、防弹衣、鱼雷等都取得了重大突破。

热塑性树脂基复合材料

热塑性树脂基复合材料是20世纪80年展起来的,主要有长纤维增强粒料(LFP)、连续纤维增强预浸带(MITT)和玻璃纤维毡增强型热塑性复合材料(GMT)。根据使用要求不同,树脂基体主要有PP、PE、PA、PBT、PEI、PC、PES、PEEK、PI、PAI等热塑性工程塑料,纤维种类包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和硼纤维等一切可能的纤维品种。随着热塑性树脂基复合材料技术的不断成熟以及可回收利用的优势,该品种的复合材料发展较快,欧美发达国家热塑性树脂基复合材料已经占到树脂基复合材料总量的30%以上。

高性能热塑性树脂基复合材料以注射件居多,基体以PP、PA为主。产品有管件(弯头、三通、法兰)、阀门、叶轮、轴承、电器及汽车零件、挤出成型管道、GMT模压制品(如吉普车座椅支架)、汽车踏板、座椅等。玻璃纤维增强聚丙烯在汽车中的应用包括通风和供暖系统、空气过滤器外壳、变速箱盖、座椅架、挡泥板垫片、传动皮带保护罩等。

滑石粉填充的PP具有高刚性、高强度、极好的耐热老化性能及耐寒性。滑石粉增强PP在车内装饰方面有着重要的应用,如用作通风系统零部件,仪表盘和自动刹车控制杠等,例如美国HPM公司用20%滑石粉填充PP制成的蜂窝状结构的吸音天花板和轿车的摇窗升降器卷绳筒外壳。

云母复合材料具有高刚性、高热变形温度、低收缩率、低挠曲性、尺寸稳定以及低密度、低价格等特点,利用云母/聚丙烯复合材料可制作汽车仪表盘、前灯保护圈、挡板罩、车门护栏、电机风扇、百叶窗等部件,利用该材料的阻尼性可制作音响零件,利用其屏蔽性可制作蓄电池箱等。

我国的热塑性树脂基复合材料的研究开始于20世纪80年代末期,近十年来取得了快速发展,2000年产量达到12万吨,约占树脂基复合材料总产量的17%,,所用的基体材料仍以PP、PA为主,增强材料以玻璃纤维为主,少量为碳纤维,在热塑性复合材料方面未能有重大突破,与发达国家尚有差距。

我国复合材料的发展潜力和热点

我国复合材料发展潜力很大,但须处理好以下热点问题。

1、复合材料创新

复合材料创新包括复合材料的技术发展、复合材料的工艺发展、复合材料的产品发展和复合材料的应用,具体要抓住树脂基体发展创新、增强材料发展创新、生产工艺发展创新和产品应用发展创新。到2007年,亚洲占世界复合材料总销售量的比例将从18%增加到25%,目前亚洲人均消费量仅为0.29kg,而美国为6.8kg,亚洲地区具有极大的增长潜力。

2、聚丙烯腈基纤维发展

我国碳纤维工业发展缓慢,从CF发展回顾、特点、国内碳纤维发展过程、中国PAN基CF市场概况、特点、“十五”科技攻关情况看,发展聚丙烯腈基纤维既有需要也有可能。

3、玻璃纤维结构调整

我国玻璃纤维70%以上用于增强基材,在国际市场上具有成本优势,但在品种规格和质量上与先进国家尚有差距,必须改进和发展纱类、机织物、无纺毡、编织物、缝编织物、复合毡,推进玻纤与玻钢两行业密切合作,促进玻璃纤维增强材料的新发展。

4、开发能源、交通用复合材料市场

一是清洁、可再生能源用复合材料,包括风力发电用复合材料、烟气脱硫装置用复合材料、输变电设备用复合材料和天然气、氢气高压容器;二是汽车、城市轨道交通用复合材料,包括汽车车身、构架和车体外覆盖件,轨道交通车体、车门、座椅、电缆槽、电缆架、格栅、电器箱等;三是民航客机用复合材料,主要为碳纤维复合材料。热塑性复合材料约占10%,主要产品为机翼部件、垂直尾翼、机头罩等。我国未来20年间需新增支线飞机661架,将形成民航客机的大产业,复合材料可建成新产业与之相配套;四是船艇用复合材料,主要为游艇和渔船,游艇作为高级娱乐耐用消费品在欧美有很大市场,由于我国鱼类资源的减少、渔船虽发展缓慢,但复合材料特有的优点仍有发展的空间。

5、纤维复合材料基础设施应用

国内外复合材料在桥梁、房屋、道路中的基础应用广泛,与传统材料相比有很多优点,特别是在桥梁上和在房屋补强、隧道工程以及大型储仓修补和加固中市场广阔。

6、复合材料综合处理与再生