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復(fù)合材料現(xiàn)狀及連續(xù)玄武巖纖維的發(fā)展良機(jī)

    2005年JEC復(fù)合材料展覽會及第26屆歐洲SAMPE國際會議于今年4月5日一7日在法國巴黎Porte de Versailles會展中心同時舉行。
    2005年JEC展會參展商近900家，參加人數(shù)估計超過2萬人，規(guī)?？涨?。這次除展覽外另一個重要的內(nèi)容就是大型的國際學(xué)術(shù)會議。今年的會議形式似乎有些變化，未設(shè)統(tǒng)一的主會場和分會場，未出統(tǒng)一的論文集，而是組織了4個技術(shù)論壇，每個論壇有5一6個選定的技術(shù)報告，共作了23個報告，各論壇單獨(dú)出論文集。4個論壇的主題分別是：海上艦船應(yīng)用，要點(diǎn)是如何提高艦船制造中的性能；航空航天應(yīng)用，要點(diǎn)是如何降低復(fù)合材料生產(chǎn)的成本；地面大規(guī)模運(yùn)輸方面的應(yīng)用，要點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)服務(wù)于安全的特點(diǎn)與性能；汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，要點(diǎn)是新興的復(fù)合材料從設(shè)計、原材料、制造工藝如何面對競爭的需要。這4個領(lǐng)域代表了目前復(fù)合材料應(yīng)用和研發(fā)的熱點(diǎn)。
    1復(fù)合材料應(yīng)用的新進(jìn)展
    從展會上明顯可見復(fù)合材料正處于蓬勃發(fā)展的新階段，其突出的特點(diǎn)是應(yīng)用向多領(lǐng)域擴(kuò)展，應(yīng)用的規(guī)模越來越大，復(fù)合材料制件的尺寸越來越大，帶動了設(shè)計手段、制造工藝方法和設(shè)備以及各種原材料向著與之相適應(yīng)的水平發(fā)展和提高。
    1.1大型民機(jī)上開始大規(guī)模應(yīng)用復(fù)合材料
    航空航天領(lǐng)域歷來是無進(jìn)復(fù)合材料的重要領(lǐng)域之一，近年來又有了新的飛躍式發(fā)展，這就是大型民機(jī)上開始了大規(guī)模應(yīng)用復(fù)合材料：歐洲空客集團(tuán)的大型客機(jī)A380全機(jī)用復(fù)合材料達(dá)到結(jié)構(gòu)總重的20%以上，美國波音飛機(jī)公司新研制的“夢想飛機(jī)”B787（前B7E7）用復(fù)合材料高達(dá)50%，機(jī)身、機(jī)翼等主結(jié)構(gòu)幾乎全由復(fù)合材料制成。本次會議上空客集團(tuán)較詳細(xì)地介紹了A一380全復(fù)合材料水平尾翼的研制，該平尾半展長19米，比A320的機(jī)翼還要大（其半展長15米），內(nèi)裝燃油，號稱上大的復(fù)合材料整體油箱。歐洲預(yù)測宇航復(fù)合材料應(yīng)用將會持續(xù)增加，近期在飛機(jī)上即會達(dá)到結(jié)構(gòu)總重的35一50%，不但是全復(fù)合材料機(jī)翼，還會有全復(fù)合材料機(jī)身，估計2005一2010年間航空復(fù)合材料將以超過10%的速率遞增。為發(fā)展大型飛機(jī)的復(fù)合材料技術(shù)，歐洲正在執(zhí)行一個SWR計劃，德國宇航中心在會上展示了一個全復(fù)合材料的機(jī)身樣段。
    1.2汽車工業(yè)對復(fù)合材料的需求空前高漲
    汽車基于希望減輕車體重量，節(jié)省燃油，改進(jìn)耐蝕性和表面質(zhì)量。本次會上展出了大量汽車復(fù)合材料零部件，特別是展出了許多臺全復(fù)合材料整車。美國的HEXCEL公司展出了一臺名為K200Road 3bter Micro Car的全復(fù)合材料汽車，采用蜂窩壁板結(jié)構(gòu)，車重僅300kg，號稱是上輕的雙座型轎車。此外美國Cytec公司、英國SP公司等均展出了全復(fù)合材料汽車。會上還展出了一臺NunaⅡ太陽能復(fù)合材料賽車，重240kg,時速可達(dá)170公里，曾獲得過比賽的冠軍。汽車領(lǐng)域復(fù)合材料研發(fā)的要點(diǎn)在于優(yōu)化材料和工藝，使之更加優(yōu)質(zhì)價廉，從而增強(qiáng)其競爭力。
    1.3復(fù)合材料制造的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的市場需求猛增
    在的能源領(lǐng)域風(fēng)能發(fā)電每年大鈞以25%的速率遞增，因而用復(fù)合材料制造的風(fēng)力發(fā)動機(jī)葉片的市場需求猛增，而且隨著發(fā)電功率增大，風(fēng)機(jī)葉片的尺寸越來越大，對強(qiáng)度和剛度的要求也越來越高。過去大多由玻璃鋼制成，現(xiàn)在轉(zhuǎn)向以碳纖維復(fù)合材料或混合復(fù)合材料制成。大型葉片過去大多為30多米，現(xiàn)在已制成50多米，德國大的風(fēng)機(jī)葉片已長達(dá)82米，這必然導(dǎo)致復(fù)合材料的用量劇增。會上展出了HEXCEL材料制風(fēng)機(jī)葉片的斷面結(jié)構(gòu)，可見其為混合材料制成，槳葉蒙皮為玻璃鋼的，主承力梁則為碳復(fù)合材料。目前，國內(nèi)能源短缺，風(fēng)力發(fā)電雖然一次性投人成本較高，但是因其具有獨(dú)特的環(huán)保性，且屬于可再生能源，因此，發(fā)展風(fēng)力發(fā)電乃是必然的發(fā)展趨勢。據(jù)悉國內(nèi)已有多家企業(yè)正在研制開發(fā)該類產(chǎn)品，并且還不斷有研究者要加人此項(xiàng)產(chǎn)品的開發(fā)。當(dāng)葉片尺寸不斷增大時，解決優(yōu)化設(shè)計，選材和制造工藝等問題就顯得尤為重要。
    1．4地面運(yùn)輸大規(guī)模應(yīng)用復(fù)合材料
    該領(lǐng)域系指鐵路系統(tǒng)的臥車車箱制造，輕軌系統(tǒng)的快速列車車箱制造等，該領(lǐng)域也包括了汽車用壓縮天然氣瓶的制造等。地面運(yùn)輸亦強(qiáng)調(diào)安全應(yīng)用和大規(guī)模應(yīng)用的低成本材料與工藝技術(shù)。對此國際上新頒布了一個名為EN45545的防火標(biāo)準(zhǔn)。
      2碳纖維嚴(yán)重短缺
    應(yīng)該說JEC展會主要是以有關(guān)復(fù)合材料的各種原材料和加工設(shè)備為主的展會。各種增強(qiáng)纖維可以說是復(fù)合材料領(lǐng)域中為主要的原材料。以碳纖維而言，著名的廠家雖然均有參展，例如  日本的東麗（TORAY）、東邦（TOHO），美國的赫克塞爾（HEXCEL）、塞依泰克（CYTEC）、卓爾泰克（ZOLTEK）等公司，且展臺的規(guī)模比較大，但是如欲購買，碳纖維基本無貨，呈極為短缺的狀態(tài)。
    2.1航空業(yè)的巨大需求是導(dǎo)致碳纖維供應(yīng)全面趨緊的主要原因
    如前所述．碳纖維應(yīng)用范圍的擴(kuò)展，應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大，制件尺寸的增大，勢必導(dǎo)致碳纖維耗量的增長。據(jù)統(tǒng)計，一架A380可能用碳纖維35噸左右，正常批量生產(chǎn)后，年耗量需要1000噸。一架B787民航機(jī)可能用碳纖維25噸左右，以年產(chǎn)量60架計則年耗量需要1500噸，加上歐洲的大型軍用運(yùn)輸機(jī)A400M，屆時可有3000噸的年耗量。如果再加上其它軍機(jī)、中小型民機(jī)、直升機(jī)和各種無人機(jī)的復(fù)合材料用量，在不久的將來僅航空領(lǐng)域的碳纖維年耗量即可達(dá)到5000噸以上。巨大的需求造成了碳纖維供應(yīng)的全面趨緊，市場供應(yīng)嚴(yán)重短缺。在這次展會上，我們看到復(fù)合材料制造品的臺灣廠商們?yōu)榇私锌嗖坏踔帘频盟麄儾坏貌晦D(zhuǎn)產(chǎn)其它的產(chǎn)品，估計國內(nèi)以碳纖維為原料生產(chǎn)的制造商們也會明顯感到碳纖維短缺帶來的苦惱和壓力。
    2.2價格暴漲且貨源奇缺
    “反復(fù)無常的碳纖維價格對應(yīng)用是一個威脅”。這是復(fù)合材料界內(nèi)的一種說法。按照市場的供求規(guī)律，供應(yīng)緊缺必然導(dǎo)致漲價，據(jù)說以T700碳纖維12K的產(chǎn)品價格而論，近兩年來幾乎翻了一番，臺塑12K碳纖維產(chǎn)品的每公斤要價達(dá)到350一380元幣即是明證。顯然，此前材料業(yè)界對當(dāng)今碳纖維市場嚴(yán)重短缺的狀態(tài)估計不足，亦即對先進(jìn)復(fù)合材料應(yīng)用發(fā)展的積極趨勢仍估計不足。
    2.3各廠擴(kuò)產(chǎn)但短期難以緩解
    面對碳纖維市場供應(yīng)的嚴(yán)重短缺，上幾大碳纖維生產(chǎn)廠家均在制定擴(kuò)產(chǎn)計劃：東麗的法國蘇菲卡（SOFICAR）分公司碳纖維年產(chǎn)量擬從800噸擴(kuò)至2600噸；東邦德國公司碳纖維年生產(chǎn)量擬從1900噸擴(kuò)至3400噸；臺塑也擬從年產(chǎn)1000噸擴(kuò)至1500噸等。碳纖維的擴(kuò)產(chǎn)顯然需要一個過程，故碳纖維緊缺的狀況從會上獲取的信息看短期內(nèi)難以緩解。
    此外，從其它纖維的參展情況看，芳倫纖維似乎只有杜邦公司參展。
    玻纖的展出廠商則較多，國內(nèi)的浙江巨石集團(tuán)，重慶的國際復(fù)合材料公司，泰山玻纖以及臺灣的臺玻等均赴會參展，普遍看玻纖亦呈供應(yīng)緊俏狀態(tài)。
    3玄武巖纖維面臨發(fā)展的大好商機(jī)
    本次展會共有3家玄武巖纖維制造商和1家玄武巖纖維批發(fā)商參展。在各種高技術(shù)纖維供應(yīng)普遍趨緊、其中碳纖維嚴(yán)重短缺的情況下，具有獨(dú)特優(yōu)異性能、且性價比良好的玄武巖纖維的展出則格外引人注目，應(yīng)該說這也是本屆JEC展會的熱點(diǎn)和亮點(diǎn)之一。玄武巖纖維的4家參展商分別是俄羅斯的蘇達(dá)格拉斯纖維技術(shù)公司，除俄羅斯外其在美國和烏克蘭亦在建新廠；俄羅斯的卡莫尼維克．杜伯納莫斯科公司（Kamenny Vek DubnaMoscow），規(guī)模較小，2002年建成投產(chǎn)；還有比利時的一家，主要是代銷產(chǎn)品，自己并不生產(chǎn)；第四家就是我們的橫店集團(tuán)上海俄金玄武巖纖維有限公司（GBF），這是該公司次參加JEC展會。
    3.1連續(xù)玄武巖纖維主要特性
    連續(xù)玄武巖纖維（Continuous Basalt Fiber）是一種新型的高技術(shù)纖維，屬無機(jī)非金屬纖維，是一種無污染的綠色工業(yè)材料。連續(xù)玄武巖纖維由天然的玄武巖巖石在高溫熔融狀態(tài)下通過拉絲漏板拉制而成。我國玄武巖石分布廣泛，且質(zhì)量較好，為玄武巖纖維的生產(chǎn)提供了豐富的原材料。連續(xù)玄武巖纖維在強(qiáng)度，剛度上大體和s2高強(qiáng)玻纖相當(dāng)，優(yōu)于E玻纖，但其在耐高溫，耐酸堿等的化學(xué)穩(wěn)定性及耐水性，吸濕等方面有優(yōu)異的性價比，其主要性能和其它纖維性能的比較詳見表1：
    3.2連續(xù)玄武巖纖維的主要形式
    連續(xù)玄武巖纖維可以無捻粗紗、細(xì)紗、短切紗、編織布、格柵、單向帶和針刺氈等多種形式供貨，其可作為增強(qiáng)體與各種樹脂復(fù)合制成復(fù)合材料用于多種技術(shù)領(lǐng)域，適用于不同的應(yīng)用纖維有不同的表面處理（Sizing），以滿足其增強(qiáng)體與樹脂界面結(jié)合力的不同需求。
    3.3連續(xù)玄武巖纖維的應(yīng)用
    由連續(xù)玄武巖纖維性能特點(diǎn)可擴(kuò)展其不同的應(yīng)用領(lǐng)域。①玄武巖纖維可用于防火隔熱產(chǎn)品，制成防火服、防火卷簾等等。②用于基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，修理、加固建筑物，可部分取代價格昂貴的碳纖維；增強(qiáng)水泥，用于筑壩、沿海工程和道路建造。③用于環(huán)境防護(hù)、隔熱、隔音、隔振、高溫過濾，吸附有害介質(zhì)、空氣等。④與各種樹脂復(fù)合形成的材料可作為結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用；可用于風(fēng)機(jī)葉片、車船體結(jié)構(gòu)、耐蝕耐壓管道、儲罐，以及印刷電路板基材；會上有人展示了玄武巖纖維制照相機(jī)三角架以及高壓氣瓶等。⑤連續(xù)玄武巖纖維還可用于國防軍工項(xiàng)目，如核輻射防護(hù)，吸透波隱身結(jié)構(gòu)，要求電磁性能的雷達(dá)罩結(jié)構(gòu)以及防彈材料等等。相信隨著玄武巖纖維應(yīng)用研究的不斷深人，會開拓出更多更經(jīng)濟(jì)有效的應(yīng)用領(lǐng)域。
    4結(jié)語
    碳纖維等增強(qiáng)纖維的嚴(yán)重短缺，為玄武巖纖維的開發(fā)和應(yīng)用提供了前所未有的大好商機(jī)，其優(yōu)異獨(dú)特的性能加之低成本的價格優(yōu)勢使之必將具有廣闊的市場應(yīng)用前景。橫店集團(tuán)上海俄金玄武巖纖維有限公司（GBF）次赴法國巴黎參加JEC展覽應(yīng)該說是成功的。
    總之參展讓GBF公司進(jìn)一步堅(jiān)定了加快發(fā)展玄武巖纖維的信心和決心，將積極和國內(nèi)外的同仁合作開發(fā)下游技術(shù)產(chǎn)品，向國內(nèi)外客戶提供優(yōu)質(zhì)的連續(xù)玄武巖纖維。