玻璃鋼拉擠工藝制品的應用市場:從門窗幕墻到5G基站

拉擠工藝是一種連續生產復合材料型材方法,是將無捻玻璃纖維粗紗及其他連續增強材料等進行樹脂浸漬,然后通過保持一定截面形狀的成型模具,并使其在模內固化成型后連續出模,形成拉擠制品的一種復合材料生產工藝。
  拉擠工藝制品的拉伸強度優于普通鋼材,其表面富樹脂層又具備良好防腐性,故與鋼材相比有更多優勢,制品廣泛應用于交通運輸、電工、電氣、電氣絕緣、化工、礦山、海洋、船艇、腐蝕性環境及生活、民用各個領域。
  拉擠工藝制品應用市場
  1、電氣市場
  玻璃鋼拉擠應用較早的傳統市場,成功開發的制品有:電纜橋架、梯架、支架、絕緣梯、變壓器隔離棒、電機槽楔、路燈柱、電鐵第三軌護板、光纖電纜芯材等。在這個市場中還有許多值得我們進一步開發的產品。
  2、化工、防腐市場
  化工防腐是玻璃鋼拉擠的一大用戶,傳統制品有:玻璃鋼抽油桿、冷卻塔支架、海上采油設備平臺、行走格柵、樓梯扶手及支架、各種化學腐蝕環境下的結構支架、水處理廠蓋板等。
  3、娛樂休閑市場
  這是一個潛力巨大的市場,目前開發應用的有:釣魚竿、帳篷桿、雨傘骨架、旗桿、工具手柄、燈柱、欄桿、扶手、樓梯、無線電天線、游艇碼頭、園林工具及附件。
  4、建筑市場
  玻璃鋼拉擠制品在建筑市場應用很廣泛,如:門窗幕墻、混凝土模板、腳手架、樓梯扶手、房屋隔間墻板、筋材、裝飾材料等。其中筋材和裝飾材料將有很大上升空間。
  5、道路交通市場
  玻璃鋼拉擠制品在該領域的應用有:高速公路兩側隔離欄、道路標志牌、人行天橋、隔音壁、冷藏車構件等。
  6、通訊基站市場
  通訊基站是拉擠制品的新市場,其中的5G基站由于具備各種優勢,市場前景可觀,那些經常關注行業信息、市場嗅覺靈敏的企業家已經開始關注,并有計劃及行動。
  5G通訊頻率具有波長短、頻率高的特點,這賦予了其更高的網速,但是由于高頻信號的“穿墻”能力差,這也對5G天線外殼的材料的“透波性”提出了更高的要求。
  玻璃鋼相比金屬和陶瓷,具有更好加工性能、更低介電常數,更適合于通過拉擠工藝制作天線罩外殼,通常用于制備天線罩外殼的材料包括FRP,PP, PC, PVC, SMC等。
  玻璃鋼拉擠5G基站外殼具有良好電氣絕緣性和透波性能,減少了5G設備的介電損耗,讓5G設備更好跟穩定運行。同時具備運輸方便高效、模塊化組裝成型、快速便捷完成站點安裝等優點。
  拉擠工藝在歐美得到了更為廣泛的應用,歐美的拉擠工藝生產設備經過多年發展,也處于先進前沿的地位。拉擠工藝制品的應用從門窗幕墻到5G基站,市場越來越廣闊,所以工藝本身及生產設備也越來越受到業界關注。
  憑借高度定制化和無與倫比的耐用性,拉擠材料應用范圍十分廣闊,需求不斷增長。市場研究公司Markets & Markets預計,從2019年到2024年,拉擠市場的復合年增長率將達到4%,預計達到34億美元。
  拉擠工藝起源于20世紀50年代初,用于制造截面恒定的纖維增強塑料復合型材。70多年后的今天,制造商和材料供應商正在探索改變這一工藝的方法。
  拉擠材料的主要優點之一是其所具備的長跨度強度。薩沙·埃布所曾任職于三菱重工維斯塔斯海上風電合資公司(MVOW),在埃布所看來,長跨度強度也是拉擠材料成為風力渦輪機結構構件的“選材料”的原因之一,其中著名的是充當轉子葉片骨架的主梁。
  埃布所表示,應用拉擠成型的碳纖維增強復合材料(CFRP)主梁比早期應用的開模鋪層工藝更為有效,“主要優點就是所有的纖維都在正確的方向上。從理論上講,(通過開模工藝)你可以放入單個的單向纖維層,但如果全部灌注,就很有可能產生褶皺。如果應用拉擠工藝,幾乎可以完全消除這種情況。”
  埃布所預計,隨著風電市場的持續增長,風電部件向拉擠工藝的持續轉變將推動對拉擠技術需求的顯著增加。美國能源部預計,美國風能發電量將從2020年的113.43千兆瓦增加到2030年的224.07千兆瓦,到2050年增加到404.25千兆瓦。
  風電市場快速增長需要另一個關鍵特征:低成本、可復制的快速制造技術。埃布所表示,這是拉擠工藝的另一個明顯優勢。“你可以用預制好的部件以非??煽氐姆绞竭M行組裝。對于關鍵的部分,這是非常有利的。”
  加快風力渦輪機的制造速度將使生產商更具競爭力,并將進一步降低能源成本,從而令安裝風力渦輪機更具吸引力。美國能源部在2019年《風能技術市場報告》中指出,數量更多且更高效的風力渦輪機,正在將風能成本降至每千瓦時不到2美分的歷史低水平。
  美國能源部的報告還表示,增加轉子直徑對提高渦輪效率起著重要的作用。拉擠技術是制造下一代更大、更高效的海上風電葉片轉子的關鍵技術。目前,已研發出來的大型渦輪機,可以在北海海域較為惡劣的環境下高效運行至少30年,北海海域平均風速約為每小時35.4千米。
  位于英國海岸的Burbo Bank海上風電場使用維斯塔斯風電葉片(葉片長為79.8米),將發電量由原來的90兆瓦提升到了258兆瓦。
  埃布所還表示,風力渦輪機制造商將繼續深入研發材料強度和負荷能力,以更好地確定渦輪安全運行的低設計標準。他說:“我認為,在結構設計計算中,很多分項安全系數都是默認添加的。如果設計師們注意到這一點,他們可以顯著減少材料。從根本上說,我并不認為改進這些因素是一個巨大的挑戰,但這需要正確的關注點。”
  此外,埃布所表示,制造商正在關注如何提高CFRP部件的防雷擊。盡管CFRP部件結構上能有效防雷擊,但它們在防雷擊方面還是存在挑戰。“好還是全部采用玻璃和不導電材料,這肯定需要開展大量的工程工作,進行高保真度、多物理性的模擬,以得到良好的防雷擊系統。”
  耐用性是拉擠工藝的一個重要優點,也是吸引風電制造商的原因之一。但對于醫用植入物來說,耐用性更為重要。瑞士連續纖維增強熱塑性板材(CFRTP)材料供應商Suprem一直致力于推動生產技術的進步,以支持用CFRTP制造更耐用的醫療產品。
  雖然碳纖維已經成為許多復合材料制造商尋求強度和剛度的選增強材料,但制造商發現先進的玻璃纖維也可以滿足拉擠結構材料更高的性能強度要求。
  歐文斯科寧公司產品總監帕特里克·哈勒表示,提高增強材料的性能可以顯著影響部件的拉伸、彎曲模量和強度。雖然許多制造商都專注于調整樹脂以實現特定的性能,但圍繞玻璃纖維制造工藝、注入玻璃纖維的化學成分和涂層的創新,也有助于制造商實現更強的增強材料。
  更高性能的玻璃纖維,能確保結構部件在更長的跨度上保持剛度和強度,如風力渦輪機葉片。哈勒表示,“很多拉擠部件本質上是結構性的。通過增加8%到12%的彈性模量,既可以使部件更薄,也可以使部件之間的跨度更長,這可以減輕系統的重量,降低系統的成本,拓寬設計的靈活性等。”
  在許多情況下,面對的挑戰是確定在什么地方使用性能更高、成本更昂貴的增強纖維有意義。同樣需要平衡的行為是,決定什么時候值得在重新設計部件和工具上投入成本,以支持材料的變化。
  哈勒表示,“我們的客戶了解自己的產品,了解自己的工藝,了解自己的設計。但我們能給予幫助的事就是將改進的材料與市場應用中的改進部件聯系起來。”例如,使用輕度更高的玻璃纖維可以使汽車部件更薄、更輕,從而提高電動汽車的燃油經濟性或續航里程。