玻璃鋼材料發(fā)展現(xiàn)狀綜述

吳如艷 陳鳳舞

(中國礦業(yè)大學(xué) 南湖校區(qū)，江蘇 徐州 221116)

一 我國玻璃鋼復(fù)合材料發(fā)展回顧

上世紀60年代中葉，我國就已研發(fā)出多種玻璃鋼制品，包括導(dǎo)彈頭部、槍托、火箭筒、高壓氣瓶、飛機螺旋槳、貯罐、農(nóng)用噴霧器、弓、跳水板等。1965年10月，我國國家科委、國防科委、建材部聯(lián)合召開了玻璃鋼工作會議并舉辦展會，展會期間引進了英國的UPR(不飽和聚酯樹脂)生產(chǎn)線，是的我國的UPR及相關(guān)復(fù)合材料制品的生產(chǎn)技術(shù)進一步發(fā)展和普及，這對我國今后的基體樹脂和GRP的發(fā)展起到至關(guān)重要的啟蒙作用。

隨著改革開放的腳步，我國繼續(xù)引進了纖維纏繞管道與罐生產(chǎn)線(包括夾砂管、高壓管、工藝管、臥式與立式貯罐)、SMC/BMC、RTM、連續(xù)采光板、拉擠等設(shè)備，以及環(huán)氧樹脂與不飽和聚酯生產(chǎn)軟硬件。自此，我國成為繼日本、美國之后自主研發(fā)并具有世界先進水平玻纖工業(yè)的國家。

歷經(jīng)半世紀，我國通過吸收國際先進技術(shù)和自主創(chuàng)新，F(xiàn)RP/CM已成為我國的朝陽產(chǎn)業(yè)。神州飛船發(fā)射成功，其返回艙主承力結(jié)構(gòu)、低密度SMC等玻璃鋼件榮獲國家科技進步二等獎，從此我國復(fù)合材料科技達到世界先進水平。

我國的玻璃纖維及玻璃鋼工業(yè)于1958年正式奠定基礎(chǔ)。改革開放之前，我國玻璃纖維與玻璃鋼產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢，1978年我國的玻璃鋼年產(chǎn)量也僅有6000噸左右，主要是一些模壓和手糊的軍工產(chǎn)品，其中玻璃纖維只有三萬噸左右，主要產(chǎn)品為細紗薄布，其主要工藝是代鉑爐球法拉絲。直到改革開放后，尤其是近十年來，我國的玻纖玻鋼工業(yè)才顯現(xiàn)出旺盛的生命力，在工藝技術(shù)裝備和產(chǎn)量質(zhì)量方面均發(fā)生了翻天覆地的變化，成為我國國民經(jīng)濟體系中不可或缺的重要組成部分。

二 國外玻璃鋼復(fù)合材料發(fā)展回顧

上世紀30年代，美國伊里諾玻璃公司于康寧公司成立合資企業(yè)，先后研發(fā)出玻璃棉、連續(xù)玻璃纖維等生產(chǎn)技術(shù)，E玻璃纖維于1939年正式問世，與此同時，環(huán)氧樹脂和不飽和聚酯接連誕生，為玻璃纖維增強塑料工業(yè)的發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。生產(chǎn)玻璃鋼的主要增強材料——短切原絲氈及連續(xù)原絲氈于1945年相繼投入生產(chǎn)，美國杜邦公司于1952年發(fā)明出沃蘭偶聯(lián)劑，解決了增強塑料中玻璃纖維與樹脂的界面粘結(jié)問題。第二次世界大戰(zhàn)促成了玻璃纖維、玻璃鋼的進一步發(fā)展。為適應(yīng)戰(zhàn)爭需要，許多玻璃鋼產(chǎn)品如玻璃鋼油桶、雷達罩、軍用盔甲被相繼研發(fā)出來為戰(zhàn)爭服務(wù)。戰(zhàn)后的1945年，美國二十多家玻璃鋼公司聯(lián)合成立美國塑料工業(yè)協(xié)會低壓層合材料工業(yè)分會，自此，玻璃鋼/復(fù)合材料成為獨立的工業(yè)體系，從傳統(tǒng)的塑料工業(yè)中獨立出來。

統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截至1998年底，全球玻璃鋼/復(fù)合材料總產(chǎn)量550萬噸，其中北美約占183萬噸、歐洲各國約占153萬噸，亞太地區(qū)各國總產(chǎn)量159萬噸，其他地區(qū)總產(chǎn)量60萬噸。在這550萬噸復(fù)合材料中，玻璃纖維增強熱固塑料約占百分之七十，增強熱塑性塑料約占百分之三十，數(shù)據(jù)顯示西歐玻纖增強熱塑料的迅猛發(fā)展之態(tài)勢。美國是世界最大的玻璃鋼/復(fù)合材料生產(chǎn)國，1998年，北美的183萬噸總產(chǎn)量中美國占據(jù)163.3萬噸，到1999年，美國總產(chǎn)量達170萬噸，2000年達177萬噸。自1991年來，美國玻璃鋼/復(fù)合材料工業(yè)已連續(xù)九年持續(xù)增長。以美國為例，1999年共生產(chǎn)236萬噸高性能復(fù)合材料，總價值達507億美元，足以說明以高強玻纖、芳綸纖維、碳纖維、陶瓷纖維及硼纖維為增強材料，以環(huán)氧及各種高性能樹脂為基材的高性能復(fù)合材料發(fā)展態(tài)勢之強。

三 國內(nèi)外玻璃鋼/符合材料及玻纖工業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展

1.玻璃鋼/復(fù)合材料的應(yīng)用模式

世界三大主要玻璃鋼/復(fù)合材料生產(chǎn)地區(qū)對復(fù)合材料的應(yīng)用模式各異，以美國為例，玻璃鋼/復(fù)合材料在各個市場的應(yīng)用比例如下表所示：

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在亞太地區(qū)(不包括中國)，玻璃鋼/復(fù)合材料在各市場的應(yīng)用比例如下：

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在我國，尚未對玻璃鋼/復(fù)合材料的市場應(yīng)用比例做出分類統(tǒng)計，其產(chǎn)品主要包括各種噸位的冷卻塔，玻璃鋼管道與貯罐(防腐工程和流體輸送工程)，拉擠型材(化工防腐、采油、門窗等)，建筑及環(huán)保設(shè)備(凈化槽、浴缸、水箱)，以及用于汽車和電器設(shè)備等的增強熱塑性塑料注射件等?？傮w而言，玻璃鋼/復(fù)合材料在陸地交通運輸工具、化工防腐、電子電氣設(shè)施等方面有著廣闊發(fā)展的前景。

我國自上世紀引進并自行設(shè)計了大量機械化成型設(shè)備。中國玻璃鋼協(xié)會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國目前擁有定長管道及貯罐纏繞生產(chǎn)線220條，連續(xù)制管線2條，離心管道生產(chǎn)線6條，BMC機組50臺，噴射設(shè)備550太，SMC機組40臺，RTM設(shè)備90臺。但由于產(chǎn)品開發(fā)之后，一些機械化設(shè)備利用率低下，平均利用率還不到50%。目前我國大陸玻璃鋼成型工藝仍以手糊為主，該方式占總產(chǎn)量的70%。

2.玻璃鋼/復(fù)合材料工業(yè)發(fā)展的特點

近年來，工業(yè)發(fā)達國家的玻璃鋼/復(fù)合材料產(chǎn)量增長連續(xù)多年超過國民經(jīng)濟GDP增長，產(chǎn)量增加的同時品種在增加，應(yīng)用領(lǐng)域也在擴大，尤其是在如下領(lǐng)域：

(1)風(fēng)力發(fā)電

德國的風(fēng)力發(fā)電目前排世界第一位，總量為661萬千瓦，美國居第二位，總量為255萬千瓦，我國居第九位，總量為34.5萬千瓦。德國目前正在制造發(fā)電能力達到5000千瓦的巨型發(fā)電機組，該機組的玻璃鋼葉片長度可達56米。

(2)基礎(chǔ)設(shè)備市場

橋梁、高速路、碼頭、輸變電線路等設(shè)施都需使用大量復(fù)合材料，尤其需要提及的是近年出現(xiàn)的玻璃纖維拉擠鋼筋替代傳統(tǒng)鋼筋，它能夠防止海水及含鹽超市空氣對鋼筋的侵蝕，這在沿海地區(qū)鋼筋混凝土建筑中有巨大的潛在市場。目前各國都在積極開發(fā)這種新型材料，如若解決了玻璃鋼鋼筋的延展性問題，這種材料將取得突破性的進展。

(3)建筑市場

玻璃鋼型材與塑鋼窗框相比，具有更好的強度、剛度、耐老化性，使用壽命比塑鋼窗框長達一倍以上，阻燃性及保溫性也由于塑鋼窗框，因而被稱為第五代窗框型材，在國內(nèi)外都有較為迅速的發(fā)展。另外，玻璃微珠填充樹脂作芯層的聚酯玻璃鋼還可用于制造房屋，此類房屋的重量將大幅減輕。

(4)陸地交通工具

汽車及城市輕軌的發(fā)展對各種復(fù)合材料提出了更高的要求。以西歐為例，每年要投入二十萬噸玻璃纖維增強熱塑料用于各類汽車的制造。車用蓄電池托架、保險杠、車燈、儀表盤等部件也已廣泛采用玻纖復(fù)合材料。此外，玻纖在代替石棉制造摩擦材料的勢頭也日趨迅猛，無毒的玻纖代替有毒的石棉制造機動車的剎車片已取得令人滿意的效果。

(5)光纜加強芯

通訊光纜加強芯主要由兩部分構(gòu)成：光纜中心的加強芯和玻璃纖維。加強芯是玻璃纖維拉擠產(chǎn)品，玻璃纖維被附上特種樹脂，再吸附一種流水粉末，可防止水分對光纖傳光產(chǎn)生的不利影響。

我國前些天存在的增強玻璃纖維切不斷、浸不透、分不散的狀況已有較大改觀，但總的來說玻璃纖維的質(zhì)量仍然存在不少問題，在國際市場上我國生產(chǎn)的玻璃纖維在多數(shù)情況下只能以低價取勝，因其質(zhì)量規(guī)格方面與國外相比還存在較大差距，主要體現(xiàn)在：

1.玻纖表面處理技術(shù)落后

玻纖表面處理技術(shù)落后導(dǎo)致許多品種的玻纖制品仍是空白，如用于油田輸油的拉擠玻璃纖維無捻粗紗等，我國目前還不能生產(chǎn)，尚依賴從國外進口。

2.我國的增強熱塑料用的玻纖制品仍是一塊空白，就連適用于各種熱塑料的玻纖短切原絲，其規(guī)格和質(zhì)量仍然不能滿足用戶的需求。

3.多軸向玻纖縫編織物在我國基本空白

4.連續(xù)原絲氈在我國僅有一條中試生產(chǎn)線，無法滿足國內(nèi)外市場需求

由此可見，我國玻纖工業(yè)要趕上國外先進生產(chǎn)水平的國家，還需做大量的技術(shù)研發(fā)工作，盡管我國的玻璃鋼/復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)已有很大發(fā)展，但與國際先進生產(chǎn)水平仍有極大的差距，尤其是在技術(shù)與產(chǎn)品質(zhì)量方面。在玻璃鋼/復(fù)合材料工業(yè)發(fā)展的道路上，還有很長的路要走。