【新教材】人教版初中生物生態(tài)系統(tǒng)名師課件2

關(guān)于新型玻纖增強(qiáng)基材

及應(yīng)用的討論姜肇中2013年9月關(guān)于新型玻纖增強(qiáng)基材

及應(yīng)用的討論姜肇中目錄一、玻璃纖維與“玻璃鋼”二、努力開發(fā)玻纖薄氈的應(yīng)用三、增強(qiáng)熱塑性塑料的發(fā)展四、經(jīng)編織物的擴(kuò)大應(yīng)用五、預(yù)浸漬產(chǎn)品及應(yīng)用六、立體預(yù)成型體增強(qiáng)基材及應(yīng)用目錄一、玻璃纖維與“玻璃鋼”一、玻璃纖維與“玻璃鋼”1、玻璃纖維主做增強(qiáng)基材

玻璃纖維作為一種工業(yè)無機(jī)非金屬材料，主要用來作為高分子材料的增強(qiáng)體。至2012年，全球總量已達(dá)到530萬噸。而我國已達(dá)288萬噸，其中出口122萬噸。我國自用量約為196萬噸。其中增強(qiáng)熱固性樹脂82萬噸；增強(qiáng)熱塑性塑料33萬噸；電子電器領(lǐng)域用33萬噸；玻纖產(chǎn)業(yè)織物38萬噸，制成各種涂層織物或增強(qiáng)膠凝材料，用于建筑材料等。連續(xù)玻璃纖維很少本料使用，絕大多數(shù)復(fù)合（或涂覆）使用。近些年來，還有一些增強(qiáng)纖維材料在開發(fā)，如天然纖維、化學(xué)纖維、碳纖維等。但玻璃纖維仍是增強(qiáng)纖維材料的主體，所占比例在85%以上。所以玻璃纖維增強(qiáng)塑料被俗稱為“玻璃鋼”2、復(fù)合材料發(fā)展方向復(fù)合材料通常指一種基材和另一種增強(qiáng)材料復(fù)合，以獲得一種高性能的新材料。目前以纖維增強(qiáng)高分子材料為大宗。過去30年間，全球范圍內(nèi)的復(fù)合材料增長速度是工業(yè)增長速度的1.6倍。當(dāng)前全球復(fù)合材料年產(chǎn)量約為1000萬噸。很多專家展望復(fù)合材料的發(fā)展方向，歸納起來有以下幾個方面：

①提高可設(shè)計性。從選材和結(jié)構(gòu)角度，提高輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕、耐高溫等功能性。滿足更多領(lǐng)域?qū)?fù)合材料的新要求。

②不斷改進(jìn)工藝，提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性，提高制品精度和表面特性進(jìn)而提高與其它材料的性價比和競爭力。我國近5年玻璃鋼幾種成型工藝變化。（見附表）

③提高回收率和綠色生產(chǎn)，減少環(huán)境影響，從而提高可持續(xù)發(fā)展能力。一、玻璃纖維與“玻璃鋼”1、玻璃纖維主做增強(qiáng)基材

我國“玻璃鋼”及生產(chǎn)工藝近年來狀況表

（萬噸）年份20082009201020112012年均增長率%總產(chǎn)量（萬噸）17919723826327012.7手工成型64.4677276764.5纏繞成型504SMC/BMC壓制30.433.5373938.56.7拉擠成型19.718202625.57.3灌注成型7.2162435.537100連續(xù)成型3.63810.51258其它3.52.576832年份20082009201020112012總產(chǎn)量（萬噸3、要加強(qiáng)互動、共促發(fā)展復(fù)合材料很強(qiáng)的特點是結(jié)構(gòu)性，制造一個復(fù)材制品往往原材料和工藝要一并考慮。而且材料要考慮材質(zhì)和結(jié)構(gòu)兩個要素。合理的結(jié)構(gòu)能更好的發(fā)揮材料優(yōu)質(zhì)因素。也就是說復(fù)合材料要求原材料和制品制造之間遠(yuǎn)高于單質(zhì)材料和制品加工之間的密切關(guān)系。材料要和工藝制造密切合作，共同面對實現(xiàn)滿足應(yīng)用要求的制品性能。即材料生產(chǎn)者要了解復(fù)材制品的生產(chǎn)過程和性能要求。并盡量多的提供材料應(yīng)用性能數(shù)據(jù)。制品生產(chǎn)者也要了解材料特性，并根據(jù)所選工藝對材料提出要求。也就是說這兩個環(huán)節(jié)必須多交流多合作。共同以創(chuàng)新來驅(qū)動復(fù)合材料的發(fā)展。本次會議就想構(gòu)筑一次平臺，請一些專家就玻璃纖維增強(qiáng)基材的發(fā)展進(jìn)步，側(cè)重結(jié)構(gòu)方面的新產(chǎn)品及其應(yīng)用技術(shù)做一些介紹和討論，以推進(jìn)玻纖和復(fù)材兩個行業(yè)的交流和互動發(fā)展。3、要加強(qiáng)互動、共促發(fā)展復(fù)合材料很強(qiáng)的特點是結(jié)構(gòu)性二、努力開發(fā)玻纖薄氈的應(yīng)用玻璃纖維薄氈是用途廣泛的一種玻纖制品。在美國玻璃纖維濕法薄氈產(chǎn)量占玻纖總產(chǎn)量的近1/3。我國則只占約5%。其產(chǎn)品用途包括：1、瀝青防水卷材基材2、管道包覆氈3、玻璃鋼表面氈4、塑料地板基材5、蓄電池隔板基材6、印刷電路用覆銅箔板基材7、石膏板、天花板、墻體和保溫材料的貼面材料8、增強(qiáng)熱塑性塑料基材9、過濾材料10、其它用途二、努力開發(fā)玻纖薄氈的應(yīng)用玻璃纖維薄氈是用途廣泛的一種玻纖制國際國內(nèi)一些專業(yè)廠商近年來致力于拓展它們的新應(yīng)用。

制造Evalith?品牌玻璃纖維和聚酯纖維非織產(chǎn)品的美國/歐洲佳斯邁威公司（JohnsManvile）于2013年6月11至13日在德國法蘭克福舉辦的產(chǎn)業(yè)紡織品展銷會上以“JM創(chuàng)新之路”為主題展出了多種非織產(chǎn)品，它們是：

·有特殊涂層供數(shù)字打印和直接打印的玻璃纖維非織產(chǎn)品。

·自增強(qiáng)聚酯纖維紡粘布以及玻璃纖維/聚合物纖維混合非織產(chǎn)品，用以制造熱塑性復(fù)合材料。

·具有阻燃或者抗菌性能的材料，供汽車、過濾和建筑業(yè)使用。

·適于要求高光潔度和平坦表面的地板、墻壁和天花板使用的混合非織產(chǎn)品。

·由壓縮非織產(chǎn)品制成、具有優(yōu)良聲學(xué)性能的蜂窩結(jié)構(gòu)。

·可耐500℃高溫的無粘結(jié)劑、不燃燒玻璃纖維針織氈。

·最新開發(fā)的用于空氣和液體過濾的非織產(chǎn)品。

佳斯邁威還特別自豪地展出它與一用戶合作研制的、擬用作通風(fēng)幕墻裝飾板的A2級不燃燒復(fù)合材料.

美國OC公司最近也宣布投資1.3億美元，在北美洲擴(kuò)展其非織造企業(yè)。其產(chǎn)品包括貼墻材料、天花板和鋪地材料、特種絕熱材料、石膏和汽車產(chǎn)品。國際國內(nèi)一些專業(yè)廠商近年來致力于拓展它們的江蘇長海復(fù)合材料股份有限公司，多年來堅持提高玻纖濕法薄氈的生產(chǎn)水平，還采用涂層新技術(shù)不斷拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。車頂薄氈的應(yīng)用新型輕量化增強(qiáng)玻璃纖維車用薄氈采用丙烯酸酯復(fù)合乳液的制備、不同密度纖維的混合均勻、變頻橫向自動循環(huán)真空抽吸技術(shù)，車頂用薄氈具有良好的快速滲透聚氨酯的性能，從而與聚氨酯板貼合過程中不起泡，貼合整齊，重量減輕50%以上，且強(qiáng)度達(dá)到短切氈的強(qiáng)度，且能95%回收利用，節(jié)約了大量資源。使得車頂薄氈替代普通短切氈成為企業(yè)廠商制造輕量化汽車首選。PVC地板氈的應(yīng)用公司經(jīng)過詳細(xì)了解PVC地板的特性并結(jié)合公司生產(chǎn)薄氈的優(yōu)勢進(jìn)行試驗。制成PVC地板氈。該產(chǎn)品重量輕，強(qiáng)度高，氈面纖維稀疏多空，涂層均勻平整。由于熱塑性材料在玻纖氈整個比重中占到50%以上，產(chǎn)品在壓合過程中融合溫度降低，減輕了PVC的老化程度。客戶在熱壓過程中氈與PVC片材貼合平整，無分層現(xiàn)象。經(jīng)檢測PVC地板的強(qiáng)度增加10%以上，膨脹系數(shù)由原來的0.6×10-41/℃減少到0.3×10-41/℃以下。新型墻體保溫復(fù)合貼面材料采用增強(qiáng)型玻璃纖維薄氈作為基底經(jīng)過先進(jìn)的工藝開發(fā)出了阻燃、保溫、隔熱ST-SRM系列貼面材料，由于纖維無定向分布，均勻性與聚氨酯發(fā)泡更有親和力，粘貼強(qiáng)度高，不滲漏，便于連續(xù)生產(chǎn)，可用于各種發(fā)泡材料面層具有很強(qiáng)的實用性。江蘇長海復(fù)合材料股份有限公司，多年來堅持提高我國不少玻纖廠，從浸潤劑入手，努力提高增強(qiáng)塑料用玻纖的質(zhì)量，擴(kuò)充其品種，針對增強(qiáng)對象開發(fā)系列產(chǎn)品，并在此基礎(chǔ)上增加供應(yīng)數(shù)量。特別大型玻纖企業(yè)已列為不可或缺的主要產(chǎn)品之一。外資及國內(nèi)一些工程塑料企業(yè)擴(kuò)大并提高玻纖增強(qiáng)塑料料粒的供應(yīng)，其中LFT也有相當(dāng)規(guī)模，還在積極開發(fā)GMT和連續(xù)纖維增強(qiáng)等新品。我們玻纖增強(qiáng)制品企業(yè)也有所增多，特別在開發(fā)電器產(chǎn)品方面相對成果顯著。（如圖）年份20082009201020112012FRTP產(chǎn)量（萬噸）567391118130CS出口（噸）5623231229137685（10.5萬）105735CS進(jìn)口（噸）43167（5.25萬）42606（6.1萬）63521三、增強(qiáng)熱塑性塑料的發(fā)展近幾年我國增強(qiáng)熱塑性塑料發(fā)展表我國不少玻纖廠，從浸潤劑入手，努力提高增強(qiáng)塑料用玻纖的質(zhì)量，F(xiàn)RTP在電氣上的應(yīng)用FRTP在電氣上的應(yīng)用歐美等發(fā)達(dá)國家近年從塑料改性和工藝改進(jìn)入手，強(qiáng)化玻纖、塑料、制品及應(yīng)用的合作。加快推進(jìn)增強(qiáng)熱塑性在大型構(gòu)件方面的應(yīng)用，以加速汽車輕量化的進(jìn)程。實例是，歐洲一聯(lián)合體開創(chuàng)的使用CBT?液體熱塑性聚酯樹脂來制造大型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的技術(shù)。CBT?是一種環(huán)構(gòu)形式的聚對苯二甲酸丁二醇脂（PBT），因為它在聚合時的粘度甚低，而在成型時的揮發(fā)性有機(jī)化合物微乎其微，所以被選作此用途的原料。研究的復(fù)合材料成型方法包括樹脂傳遞成型（RTM）、真空灌注或低壓袋成型。為了實現(xiàn)技術(shù)的商業(yè)化、需要經(jīng)濟(jì)的制造極大型制品。英國的EPL復(fù)合材料解決方案公司使用芬蘭奧斯龍公司提供的玻纖織物預(yù)浸料，研發(fā)了制造半掛車底板的低壓成型技術(shù)，制造了7M到13.5M的半掛車底板。最大的模塑件重量超過1000kg.(制品例見附圖）

相比而言，我國在措施上和應(yīng)用上尚未突破。歐美等發(fā)達(dá)國家近年從塑料改性和工藝改進(jìn)入手，強(qiáng)國外一些企業(yè)致力開發(fā)生產(chǎn)一些玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料片和板材，產(chǎn)量在不斷擴(kuò)大。德國Bond-Laminates公司：專門生產(chǎn)各種熱塑性復(fù)合材料，產(chǎn)量在不斷的擴(kuò)大，供壓制各種制品用、包括運動器具、電器件、工業(yè)用品、頭盔等防護(hù)品和汽車件等，還專門推薦玻纖增強(qiáng)PPS用于空中客車部件，他們的產(chǎn)品見示意圖。玻纖增強(qiáng)板材及其應(yīng)用國外一些企業(yè)致力開發(fā)生產(chǎn)一些玻纖增強(qiáng)熱塑性塑四、經(jīng)編織物的擴(kuò)大應(yīng)用玻纖經(jīng)編織物系玻纖紗經(jīng)針織捆綁的織物。通常有單向、雙向、多軸向織物和縫編氈及復(fù)合氈等。（見附圖）經(jīng)編織物圖例四、經(jīng)編織物的擴(kuò)大應(yīng)用玻纖經(jīng)編織物系玻纖紗經(jīng)針織捆綁的織物。圖圣哥班集團(tuán)為閉膜成型開發(fā)的復(fù)合氈圖圣哥班集團(tuán)為閉膜成型開發(fā)的復(fù)合氈這類織物相對于經(jīng)緯機(jī)織物，玻纖紗有更多的結(jié)構(gòu)選擇:有更好的紗線方向選擇；玻纖紗常處于無褶皺狀態(tài)，能更好發(fā)揮玻纖的增強(qiáng)作用。而且比機(jī)織物更容易實現(xiàn)增厚和復(fù)合。從而更易適合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)制品的結(jié)構(gòu)需求，也就是更加適合用于生產(chǎn)較大復(fù)合結(jié)構(gòu)件的灌注工藝，有利提高制品效率和內(nèi)在質(zhì)量。因為經(jīng)編織物有以上特點，歐美經(jīng)過一段開發(fā)上世紀(jì)90年代以后快速發(fā)展。在迅速增長的各種灌注成型工藝?yán)?，較多的替代了傳統(tǒng)的增強(qiáng)基材方格布和短切氈等產(chǎn)品?？偭恳颜嫉讲＠w增強(qiáng)基材的30%左右。我國由于風(fēng)電葉片迅速發(fā)展需求的拉動和經(jīng)編裝備企業(yè)的積極配合開發(fā)，玻纖經(jīng)編織物近幾年也有較大的發(fā)展。（見下表）年份2008年2009年2010年2011年2012年玻纖經(jīng)編織物產(chǎn)量410201417其它機(jī)織物出口4.97551、64612.035.79.8進(jìn)口0.6690.43690.50.40.3單位：萬噸表中出我國玻纖經(jīng)編織物正處于提質(zhì)、擴(kuò)用的調(diào)整階段。意大利Lavesan公司用聚酯纖維把短切E玻纖縫合在聚丙烯纖維芯材上，形成縫編復(fù)合氈——Lavecore。此氈具有良好的拉伸性能、覆模性和整體性。適用于敞膜法和閉膜法（注塑、RTM、壓塑、真空成型等）制造復(fù)合材料。這類織物相對于經(jīng)緯機(jī)織物，玻纖紗有更多的結(jié)構(gòu)五、預(yù)浸漬產(chǎn)品及應(yīng)用

預(yù)浸漬產(chǎn)品系指玻纖織物經(jīng)浸漬和覆膜形成的復(fù)材半成品，它能更好適應(yīng)各種復(fù)合材料成型工藝：基體樹脂和增強(qiáng)材料更均勻混合，提高增強(qiáng)材料含量和增強(qiáng)效果，縮短制品固化時間。從而提高復(fù)合材料的生產(chǎn)質(zhì)量和效率。所以近些年赫氏（HEXCEL）固瑞特(Gurit)等不少先進(jìn)企業(yè)都積極開發(fā)，推廣應(yīng)用預(yù)漬浸制品。赫氏產(chǎn)品為Hexply?固瑞特為SPRINTTM。圖示赫氏公司介紹預(yù)浸料的制造和成型技術(shù)。

覆膜法預(yù)浸料制造技術(shù)浸漬法五、預(yù)浸漬產(chǎn)品及應(yīng)用預(yù)浸漬產(chǎn)品系指玻纖織物經(jīng)浸漬和覆膜各種預(yù)浸料成型技術(shù)各種預(yù)浸料成型技術(shù)

近年一些國外預(yù)浸料的相關(guān)公司已在我國建立基地，推廣技術(shù)與裝備。如英國的Umrco公司在昆山、美國CDI公司在廣州。國內(nèi)也有一些單位在積極開發(fā)中。預(yù)浸漬產(chǎn)品從基體材料分有兩大類：一是增強(qiáng)熱固性樹脂至半固化狀態(tài)。另一類是增強(qiáng)熱塑性塑料。過去用量較大的典型產(chǎn)品有覆銅板的半固化片和電機(jī)絕緣的無緯帶。近些年開始推廣到要求更高的大型構(gòu)件上應(yīng)用。

當(dāng)前預(yù)浸漬制品已成為風(fēng)電葉片的基本材料之一，如圖示預(yù)浸料在葉片上的應(yīng)用。預(yù)浸料在風(fēng)電葉片中的應(yīng)用近年一些國外預(yù)浸料的相關(guān)公司已在我國建立基地，總部位于荷蘭的Airborne公司稱，估計50%的管道泄漏問題是由腐蝕引起。它聲稱是第一家研發(fā)了不會腐蝕的全熔結(jié)熱塑性材料管道的公司，其產(chǎn)品重量輕，可卷繞，具有優(yōu)異的耐疲勞性。Airborne的管道由三層組成：外層、復(fù)合材料層和內(nèi)襯。內(nèi)襯是熱塑性塑料。在復(fù)合材料層中，用玻璃纖維或碳纖維提供強(qiáng)度和剛度。各層經(jīng)熔融形成全結(jié)合的實心管壁。這與普通的增強(qiáng)熱塑性塑料（RTP）不同。普通的RTP管道常常不熔結(jié)，而是用松散的纖維層或帶子纏繞在內(nèi)襯上。因此普通RTP管道不能承受外壓，不能用于海洋的深水中。

Airorne管道的結(jié)構(gòu)

Airborne管道重量輕，可卷繞，疲勞性能優(yōu)總部位于荷蘭的Airborne公司稱，估計50%的管道

該公司介紹，他們制造的復(fù)合材料主要使用E玻璃纖維和S玻璃纖維，也使用碳纖維，但不使用芳綸纖維，因為用芳綸纖維制造的管道不能承受很高的外壓。他們用與內(nèi)襯材料相同的聚合物來浸漬纖維，做成預(yù)浸帶。把預(yù)浸帶帶纏繞在內(nèi)襯上，并熔結(jié)在內(nèi)襯上，然后在這層帶上再覆以下一層帶。復(fù)合材料所用的聚合物有聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚偏二氟乙烯和聚醚醚酮。在同一根管道上使用同種材料。例如制造聚丙烯復(fù)合材料管道時，先制成聚丙烯內(nèi)襯，接著在聚丙烯內(nèi)襯上熔結(jié)玻璃纖維/聚丙烯預(yù)浸帶，然后在外面熔結(jié)聚丙烯外層。Airborne聲稱這種方法用一種聚合物和一種纖維就制成了強(qiáng)度和剛度俱高的管道。此外，著名的半晶態(tài)熱塑性聚合物制造商泰科納公司與瑞典Qxeon公司、美國Fiberforge公司、德國Fraun化學(xué)技術(shù)研究所合作用泰科納提供的聚丙烯浸漬的玻纖單向帶來提高玻纖增強(qiáng)聚丙烯D-LFT能量吸收性能。成功用D-LFT單向帶混搭成型制成車身底板。該公司介紹，他們制造的復(fù)合材料主要使用E玻璃纖維和S玻

我國南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司最近將玻纖預(yù)浸料用于開發(fā)高速列車用復(fù)合結(jié)構(gòu)，其樣件見附圖。

圖一：

玻纖預(yù)浸料+泡沫芯材+玻纖預(yù)浸料

圖二：

玻纖預(yù)浸料+紙蜂窩芯材+預(yù)浸料我國南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司最近將玻纖預(yù)六、立體預(yù)成型體增