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环氧基纤维增强复合材料的应用(1)

环氧基纤维增强复合材料的应用(1)

前言
环氧树脂是优良的热固性树脂。它与目前大量应用的不饱和聚酯树脂相比,具有更优良的力学性能、电绝缘性能、耐化学腐蚀性能、耐热和粘合性能。众所周知,在国内,环氧树脂除用作粉末涂料、地坪、封装料、粘接剂等以外,在纤维增强复合材料领域中更是大显身手。它与PAN基碳纤维、芳纶、超高相对分子质量聚乙烯纤维等高性能纤维,以及连续玄武岩纤维、S或E玻璃纤维增强复合,便成为不可替代的重要的结构材料,广泛运用在电子电力、航空航天、运动器材、建筑补强、压力管罐、化工防腐等领域。据粗略调查,我国目前用于环氧基纤维增强复合材料所需环氧树脂总量在15万t/a左右,且每年以20%的速度增长。
下面分别介绍环氧基纤维增强复合材料在各个领域中的应用现状。
 
1覆铜箔板(电子玻璃纤维基板)和风电叶片
环氧玻璃纤维覆铜箔板是一个重要的电子产品。我国台湾占全球这一产品总量的1/2。台湾电子企业西移大陆加工出口及国内市场需求,激发了大陆电子业的发展。我们从国内电子玻璃纤维产量进行分析(表1),2004年生产了12.85万t,需用环氧树脂达5万多。
表1 2004年全球电子纱年产能统计
地区
厂家
数量
备注
台湾省
必成
90000
 
台玻
50000
 
富乔
32000
 
福隆
28000
 
达荣
3600
 
小计
203600
 
中国大陆
PRC
30000
增加3万t,2006年投产
台嘉
10000
增加1万t,2005年6月投产
宏联
15000
 
世纪忠信
40000
 
建滔连州玻纤有限公司
新增3600万VM ,2006年投产(折合0.6万t)
珠海
8500
 
重庆国际
10000
 
山东泰山
5000
增加2万t,2005年3月投产
巨石集团
增加电子布5000万m,2006年投产(折合1万t)
其他
10000
川坡、杭玻、5227等
小计
128500
 
欧美日
Vetrotex
80000
 
AGY
20000
 
PPG
30000
 
NTB等
40000
 
小计
170000
 
合计
502100
 
从表中可看到,到2006年底,大陆将新增电子纱达8万t,需求高性能环氧树脂达4万t。
 
除了电子产品的需求,电力电器产品如电绝缘层压板、风力发电机叶片等对环氧基复合材料的需求也日益增长。据了解,由于对风力发电叶片强度和刚度的要求越来越高,长度30多m以上的风机叶片是由环氧树脂碳纤复合材料制作。目前德国公司最大的风叶已达到82m。风能作为清洁和可再生能源,已受到我国政府的高度重视,规划中沿海和西北地区的风电开发,将大量需求高性能风机叶片。四川东方汽轮机厂巳于2004年全套引进德国Repower公司风力发电机项目,这标志我国大规模风电开发正式启动运行。该项目的风叶直径达35m,由丹麦在天津的独资企业制造配套,并进行国内原材料配套消化吸收。
 
2航空航天结构材料
出于航空航天飞行及其安全的考虑所需,其结构材料应具有高比强度,高比模量、高可靠性和高稳定性.环氧基纤维复合材料成为航空航天制造业不可缺少的材料。据有关资料报导,航天飞行器的质量每减少1kg,就可使运载火箭减轻500kg,而一次卫星发射费用达几千万美元。高成本的因素,使得结构材料质轻,高性能显得尤为重要。利用纤维缠绕工艺制造的环氧基固体发动机罩,不仅耐腐蚀、耐高温和耐辐射,而且密度小、刚性好、强度高和尺寸稳定;再如导弹弹头、卫星整流罩和宇宙飞船的防热材料和太阳能电池阵基板,都采用了环氧基及环氧酚醛基纤维增强复合材料来制造。
 
民用航空材料方面由于采用环氧基碳纤维增强复合材料,带来非常明显的性价比。欧洲空中客车公司提出,更多地用轻质高强材料使机身减重30%,整个飞行成本可降低40%;空客公司的储备技术还提出,机身质量减15%,成本可下降15%的目标。空客公司在使用复合材料方面一直走在业界前头,如,4380飞机约25%由复合材料制造,其中22%为环氧基和工程塑料基纤维增强塑料。A380在后压力舱后部的后机身首次采用丁复合材料和先进金属材料,使用这些复合材料减轻了机身质量,大大减少了油耗和排放,并降低了运营成本。再如波音777飞机上采用纤维增强复合材料量达9900kg,占结构总质量的11%。我国高性能复合材料应用于航空业巳有20多年历史,目前军用歼击机占用量达25%,直升机最高用量可达50%,民用客机也达到10%~20%,主要用于起落架舱门、内外侧副翼、方向舵、升降舵、扰流板等。

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