吳如艷 陳鳳舞

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

一 我國(guó)玻璃鋼復(fù)合材料發(fā)展回顧

上世紀(jì)60年代中葉，我國(guó)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(jī)螺旋槳、貯罐、農(nóng)用噴霧器、弓、跳水板等。1965年10月，我國(guó)國(guó)家科委、國(guó)防科委、建材部聯(lián)合召開了玻璃鋼工作會(huì)議并舉辦展會(huì)，展會(huì)期間引進(jìn)了英國(guó)的UPR(不飽和聚酯樹脂)生產(chǎn)線，是的我國(guó)的UPR及相關(guān)復(fù)合材料制品的生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展和普及，這對(duì)我國(guó)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(guó)繼續(xù)引進(jìn)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(guó)成為繼日本、美國(guó)之后自主研發(fā)并具有世界先進(jìn)水平玻纖工業(yè)的國(guó)家。

歷經(jīng)半世紀(jì)，我國(guó)通過(guò)吸收國(guó)際先進(jìn)技術(shù)和自主創(chuàng)新，F(xiàn)RP/CM已成為我國(guó)的朝陽(yáng)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(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，從此我國(guó)復(fù)合材料科技達(dá)到世界先進(jìn)水平。

我國(guó)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(guó)玻璃纖維與玻璃鋼產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢，1978年我國(guó)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(wàn)噸左右，主要產(chǎn)品為細(xì)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(lái)，我國(guó)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(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)體系中不可或缺的重要組成部分。

二 國(guó)外玻璃鋼復(fù)合材料發(fā)展回顧

上世紀(jì)30年代，美國(guó)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(wèn)世，與此同時(shí)，環(huán)氧樹脂和不飽和聚酯接連誕生，為玻璃纖維增強(qiáng)塑料工業(yè)的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。生產(chǎn)玻璃鋼的主要增強(qiáng)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(guó)杜邦公司于1952年發(fā)明出沃蘭偶聯(lián)劑，解決了增強(qiáng)塑料中玻璃纖維與樹脂的界面粘結(jié)問(wèn)題。第二次世界大戰(zhàn)促成了玻璃纖維、玻璃鋼的進(jìn)一步發(fā)展。為適應(yīng)戰(zhàn)爭(zhēng)需要，許多玻璃鋼產(chǎn)品如玻璃鋼油桶、雷達(dá)罩、軍用盔甲被相繼研發(fā)出來(lái)為戰(zhàn)爭(zhēng)服務(wù)。戰(zhàn)后的1945年，美國(guó)二十多家玻璃鋼公司聯(lián)合成立美國(guó)塑料工業(yè)協(xié)會(huì)低壓層合材料工業(yè)分會(huì)，自此，玻璃鋼/復(fù)合材料成為獨(dú)立的工業(yè)體系，從傳統(tǒng)的塑料工業(yè)中獨(dú)立出來(lái)。

統(tǒng)計(jì)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(wàn)噸，其中北美約占183萬(wàn)噸、歐洲各國(guó)約占153萬(wàn)噸，亞太地區(qū)各國(guó)總產(chǎn)量159萬(wàn)噸，其他地區(qū)總產(chǎn)量60萬(wàn)噸。在這550萬(wàn)噸復(fù)合材料中，玻璃纖維增強(qiáng)熱固塑料約占百分之七十，增強(qiáng)熱塑性塑料約占百分之三十，數(shù)據(jù)顯示西歐玻纖增強(qiáng)熱塑料的迅猛發(fā)展之態(tài)勢(shì)。美國(guó)是世界最大的玻璃鋼/復(fù)合材料生產(chǎn)國(guó)，1998年，北美的183萬(wàn)噸總產(chǎn)量中美國(guó)占據(jù)163.3萬(wàn)噸，到1999年，美國(guó)總產(chǎn)量達(dá)170萬(wàn)噸，2000年達(dá)177萬(wàn)噸。自1991年來(lái)，美國(guó)玻璃鋼/復(fù)合材料工業(yè)已連續(xù)九年持續(xù)增長(zhǎng)。以美國(guó)為例，1999年共生產(chǎn)236萬(wàn)噸高性能復(fù)合材料，總價(jià)值達(dá)507億美元，足以說(shuō)明以高強(qiáng)玻纖、芳綸纖維、碳纖維、陶瓷纖維及硼纖維為增強(qiáng)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(shì)之強(qiáng)。

三 國(guó)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(duì)復(fù)合材料的應(yīng)用模式各異，以美國(guó)為例，玻璃鋼/復(fù)合材料在各個(gè)市場(chǎng)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(guó))，玻璃鋼/復(fù)合材料在各市場(chǎng)的應(yīng)用比例如下：

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在我國(guó)，尚未對(duì)玻璃鋼/復(fù)合材料的市場(chǎng)應(yīng)用比例做出分類統(tǒng)計(jì)，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(qiáng)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(yùn)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(guó)自上世紀(jì)引進(jìn)并自行設(shè)計(jì)了大量機(jī)械化成型設(shè)備。中國(guó)玻璃鋼協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)目前擁有定長(zhǎng)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(jī)組50臺(tái)，噴射設(shè)備550太，SMC機(jī)組40臺(tái)，RTM設(shè)備90臺(tái)。但由于產(chǎn)品開發(fā)之后，一些機(jī)械化設(shè)備利用率低下，平均利用率還不到50%。目前我國(guó)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(diǎn)

近年來(lái)，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的玻璃鋼/復(fù)合材料產(chǎn)量增長(zhǎng)連續(xù)多年超過(guò)國(guó)民經(jīng)濟(jì)GDP增長(zhǎng)，產(chǎn)量增加的同時(shí)品種在增加，應(yīng)用領(lǐng)域也在擴(kuò)大，尤其是在如下領(lǐng)域：

(1)風(fēng)力發(fā)電

德國(guó)的風(fēng)力發(fā)電目前排世界第一位，總量為661萬(wàn)千瓦，美國(guó)居第二位，總量為255萬(wàn)千瓦，我國(guó)居第九位，總量為34.5萬(wàn)千瓦。德國(guó)目前正在制造發(fā)電能力達(dá)到5000千瓦的巨型發(fā)電機(jī)組，該機(jī)組的玻璃鋼葉片長(zhǎng)度可達(dá)56米。

(2)基礎(chǔ)設(shè)備市場(chǎng)

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(duì)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(chǎng)。目前各國(guó)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(wèn)題，這種材料將取得突破性的進(jìn)展。

(3)建筑市場(chǎng)

玻璃鋼型材與塑鋼窗框相比，具有更好的強(qiáng)度、剛度、耐老化性，使用壽命比塑鋼窗框長(zhǎng)達(dá)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(guó)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(duì)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(wàn)噸玻璃纖維增強(qiáng)熱塑料用于各類汽車的制造。車用蓄電池托架、保險(xiǎn)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(shì)頭也日趨迅猛，無(wú)毒的玻纖代替有毒的石棉制造機(jī)動(dòng)車的剎車片已取得令人滿意的效果。

(5)光纜加強(qiáng)芯

通訊光纜加強(qiáng)芯主要由兩部分構(gòu)成：光纜中心的加強(qiáng)芯和玻璃纖維。加強(qiáng)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(duì)光纖傳光產(chǎn)生的不利影響。

我國(guó)前些天存在的增強(qiáng)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(lái)說(shuō)玻璃纖維的質(zhì)量仍然存在不少問(wèn)題，在國(guó)際市場(chǎng)上我國(guó)生產(chǎn)的玻璃纖維在多數(shù)情況下只能以低價(jià)取勝，因其質(zhì)量規(guī)格方面與國(guó)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(wú)捻粗紗等，我國(guó)目前還不能生產(chǎn)，尚依賴從國(guó)外進(jìn)口。

2.我國(guó)的增強(qiáng)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(guó)基本空白

4.連續(xù)原絲氈在我國(guó)僅有一條中試生產(chǎn)線，無(wú)法滿足國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)需求

由此可見(jiàn)，我國(guó)玻纖工業(yè)要趕上國(guó)外先進(jìn)生產(chǎn)水平的國(guó)家，還需做大量的技術(shù)研發(fā)工作，盡管我國(guó)的玻璃鋼/復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)已有很大發(fā)展，但與國(guó)際先進(jìn)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(zhǎng)的路要走。