1 美國復合材料工業發展概況
盡管當前美國經濟不景氣,復合材料工業卻由于這種材料的輕質、高強和優良的耐久性而得到持續的發展,產值還在逐年增長。
美國對復合材料/FRP的需求量幾乎占世界需求的一半,據美國歐文斯康寧公司的數據,1960年美國FRP生產量為11.3萬t,2002年生產量為190萬t,并預計在未來五年中將以4-5%的速率連續增長。據美國CFA(復合材料制造商協會)統計,現今美國有130OO條復合材料生產線,有23.6萬名雇員。復合材料產品中,約90%以上是玻璃纖維增強材料,約75%用的是不飽和聚酯UP或其它熱固性樹脂,25%是熱塑性樹脂(尼龍、聚丙烯及聚丁烯對苯二甲酸酯PBT)。
1.1 復合材料的幾個重要市場
交通運輸業占美國復合材料市場的*大份額,幾乎是市場總額的1/3,在2001年使用了49.9萬t的聚合物復合材料,僅次于交通運輸業的是建筑工程業,包括橋梁建設,使用了30.6萬t復合材料。耐腐蝕設備的應用(包括化工管道、石油、天然氣等)他用了18.5萬t,造船業使用15.1萬t,電力電子行業使用15萬t。風力發電行業顯示出對復合材料市場增長的需求,復合材料風機葉片的長度已從10m增大到30m,每座風塔的發電能力也從每年2.55萬kw增長到150萬kw。 美國不少州已提出要購買來自可再生資源的電力,如德克薩斯表示,到2009年時其電力供應應有3%是來自可再生資源,在德州西部將新建一個有160座電塔的風電場。
1.2 汽車市場
2002年美國的汽車及載重車用復合材料比2001年增加了1l%,即需求量從15.6萬t增至17.4萬t(據ACA即美國汽車復合材料協會),該協會十年來一直跟蹤熱固性復合材料在美國汽車工業包括中型及重型載重車方面的應用。在此期間,汽年用復合材料的市場份額穩定增長,主要產品是轎車外車廂板、卡車外部板、車廂板、底板、擋泥板及后門等,預計美國汽車用增強熱固性復合材料到2005年將會增長至22.7萬t。歐文斯康寧公司復合材料部門的負責人表明該公司一直關注著復合材料的汽車市場并期待開發出更多的結構用復合材料如前臉、門框及保險杠等。
汽車用復合材料部件中有1/3是模壓的(SMC),ACA指出,美國福特公司的雷鳥車是復合材料應用的*典范,他們的體會是采用復合材料使部件的設計更加靈活、部件制造的工模具發用減少50%,雷鳥車的外車身板的60%僅用熱固性復合材料。碳纖維復合材料正在受到美國汽車工業的矚目,美國塑料協會前主席Mike Dorney先生(美巴特公司塑料部副經理)說他一直得到不少制造商有關碳纖維增強熱固性復合材料的訊問以及對先進復合材料研究的合作態求,目前的問題是碳纖維的價格較高,但其優良的性能及減輕車重的作用對制造商來說具有巨大的魅力。
通用汽車公司繼續開發TPO基的納米復合材料,將分散到分子尺度的粘土作為增強劑加入到樹脂材料中;加入量為2.5%,制備出納米復合材料。這種材料已經被商品化,其目標是將這種納米復合材料用于汽車外部裝飾非投入大批量生產。
產值為12億美元的旅游、娛樂車(RV)工業也是復合材料的另一大用戶,他們使用帶膠衣的FRP外側板,為增加其剛性在板后面加有聚合木材的夾心結構,用于車的前瞼、后罩、車頂板、洗浴室及車內裝飾及家具。Crane Kem1high公司就生產帶膠衣的半剛性板,以卷材供應,寬度可達2.9m,這種板材廣泛地用于RV車制造業、他們采用聚酯/苯乙烯復合型樹脂及連續玻纖光捻粗紗,將它們在一個運動著的皮帶上混和并覆蓋一層膠衣表面層,再將夾心材料通過一個壓輥在上述卷帶進入固化爐之前壓入板材。
l.3 飛機、電子市場
復合材料用于飛機制造的市場正在下降,主要是波音飛機的建造速度放緩所致,2002年有370架飛機交付使用,而2001年則有527架(據Hexcel報道,該公司是先進復合材料的主要供應商),該公司還報道說,他們*大的經營部門即商業航空部的銷售凈額比 2001年同期下降了27%,預計在2003年波音及空中客車均會進一步減產。 Hexcel還報道說電子市場的銷售凈額比去年略低,主要是由于用輕質玻璃纖維織物制造的印刷線路板的需求量比去年降低,這些市場的銷售凈額降低的部分原因還歸結于國家對航空/國防及工業市場的征稅連續提高。
然而, Hexcel的第二大部門即工業應用部的銷售凈額在2002年的第二季度比2001年同期增長了3.3%,主要是因為制造柔性人體防彈衣以及用于娛樂休閑和一般工業應用的復合材料需求量增加的緣故。這些市場在第二季度的銷售凈額比去年同期增長17.9%。
1.4 休閑娛樂市場
美國12.5億元的旅艇市場是復合材料的大用戶,盡管在當前經濟動蕩的條件下,依然正常發展。據美國Freedonia集團公司的預測,到2005年之前,美國對休閑娛樂船的需求將以每年6%的速度增長、造船廠商目前都在為減少污染物的排放符合新的環保法規MACT(*高可達到的控制技術)所規定的標準而努力。
1.5 基本建設市場
盡管建筑工程單位接受復合材料技術的步伐一直比較遲緩,但復合材料在美國基本建設中的應用前景是好的,已經看到了大量的應用機會,基本建設行業代表了復合材料工業增長的巨大潛力,的家公路管理局(FHWA)已就創建一個新的研發規劃即建造對世紀的橋梁規劃問題,正在征求復合材料工業界的意見。因為目前已有大量的橋梁出現問題并等待修建。據 FHWA統計,美國現有35萬座橋梁需要修建,全國有40%的橋梁在結構上已失修或橋體功能喪失,這個百分數還在升高。用于橋梁建設中的復合材料主要是拉擠板材和型板,在很多場合下已經成功地替代鋼結構。
緬因大學獲獎項目RESPI是用于基本建設上的一種復合材料,他們將拉擠的FRP板材通過沒漬過程使之與木材復合,可以制備梁、I字接頭、平法蘭等。研究表明,這種材料的梁的彎曲強度可提高50%。緬因大學在緬因州的項目中采用了復合材料夾心結構,其中的芯那是夾層木材,兩端面是E玻璃纖維增強乙烯基樹脂薄板,薄板外部還有一層聚合物混凝土以便涂覆瀝青,他們估計采用這項技術可在一天內甚至不到一天就可安裝好橋面板,而通常則需要6-8周的時間才完成。
美國*大的拉擠型材生產廠商之—Strongwell公司的Glerm Barefoot認為,在下一個十年中對用于橋梁建設的結構拉擠材料的需求將會顯著地增長。Tech DeCk公司(專門供應 FRP橋面板廠商)的橋面板是將一排拉擠成型的玻璃鋼管(其內部填滿混凝土)用有環氧樹脂涂層的鋼帶捆綁起來制成橋面板,在俄亥俄州的一座橋上應用了這種新型的橋面板;安裝整座橋僅用了14天,比采用傳統的橋面板提前了18天;在這種橋面板上再鋪上一層防水膜及7.6cm厚的瀝青,上面就無需再加增強筋板了,預計這種橋面板的工作壽命為60-9O年。
馬丁·瑪麗埃塔復合材料公司和國家復合材料中心( NCC)在2002年5月宣布他們今年在俄亥俄州的 Green Gounty 的Fairground Road一座橋上安裝了纖維增強聚合物橋面板,這座橋是3跨的,橋面共 786m2。此項工程是 NCC橋梁安裝應用規劃的一部分(C41),該中心計劃安裝6座復合材料橋面板的橋。據報道,在美國弗吉尼亞州的黑堡,他們用碳纖維增強樹佛的拉擠型材替代了原有的鋼工字架,其剛度提高到43 GPa以上。
2 美國 CFA 2002年商務展覽會
2002年美國CFA商務展覽會于2002年9月25一27日在佐治亞州亞特蘭大世界會議中心舉行。此次商務展覽會由美國復合材料制造商協會及美國造船協會聯合舉辦。此次展覽會共有422家以美國為主的參展商,還有來自歐洲、南美、加拿大及中國的展商。盡管受恐怖主義9.11的影響,2001年的會議相當蕭條,但今年的會議較之有很大的復蘇、中國有7家公司作為參展商參加了此次盛會,不少國內單位也組團赴美參觀展覽、以下是此次展會的主要特點:
(l)作為復合材料重要原料的增強物纖維材料及纖維制品仍然是各商家及參觀者所關心的熱點。美國年產玻璃纖維約90萬t,占世界產量的40%,是玻璃纖維產量*大的國家,會上美國歐文斯康寧公司(年產40萬t)、PPG公司(年產30萬t)及法國圣戈班(年產70萬t以上)這世界三大著名廠商,均占有顯著地位。
我國無堿玻纖總產員雖每年僅達15萬t左右,由于質量不斷提高并在主要技術指標方面已達到國際水平,生產成本較低,在國際市場上有很強的競爭能力,故而我國桐鄉巨石集團、山東泰山玻纖、重慶國際復合材料及重慶玻纖的產品在展會上受到矚目。
為提高玻璃鋼制品的表面質量所需用的表面氈,也是熱門產品,有的公司推出了系列產品,包括具有密度梯度特性的梯度表兩位,以滿足不同工藝的要求。
碳纖維及芳綸纖維的品種琳瑯滿目,是制備各種高性能復合材料制品的市要原料,高強、高彈模的型號為T300-T700G及M35J-M40的碳纖維早已商品化,芳綸纖維的高強度及低密度,作為增強材料,早已受到軍方的重視。石墨纖維及石墨短纖維在復合材料上業中也占有一席之地、在碳纖維及芳綸纖維的生產制造技術方面,我國明顯處于落后地位,差距較大。
天然纖維作為環保型的增強材料越來越受到人們的重視,亞麻、苧麻等植物天然纖維作為增強材料,已越過