玻璃钢电缆管厂讲述玻纤增强基材在复合材料中的应用

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玻璃钢电缆管厂讲述玻纤增强基材在复合材料中的应用
发布时间:2013-12-18 09:56:54  来源:本站  作者:畅元玻璃钢

2013年12月10日玻璃钢电缆管厂讲述玻纤增强基材在复合材料中的应用

1 玻纤增强基材的发展及应用
     (1)玻纤发展  玻璃纤维自1938年工业化生产以来,主要应用就是做增强基材。由于它的性价比,当前仍是聚合物复合材料的主导的增强基材,大约占到全部增强基材的95%。近年在少量高级复合材料中,小批量使用碳纤维和芳纶纤维等。在这个范围内,普通E玻纤仍占85%。碳纤世界总用量约2.5万吨/年,它和高强、石英等特种玻纤、芳纶纤维等各种其它纤维合计占15%。这些高性能纤维的总销量只占所有增强材料总销量的3%以下。
     因为复合材料是材料发展的方向。增强基材的玻璃纤维,作为一种新兴工业,全世界范围长期平长高于GDPl-2个百分点增长,近些年世界和我国玻纤的发展见下表。

 


     从上表看出,我国玻纤增长很快。进入本世纪”更快,2001年产量21.6万吨,到今年底产量会超过方万万吨,五年翻了两番。已成为世界第二玻纤生产大国和主要出口国之一。产品品种和质量也有较大提高。
     (2)玻纤应用概况
     玻璃纤维虽然总量不是很大,但应用十分广泛。世界范围内应用品种已达4万种。其应用概况可从下一表三图得到反映。
    

 

 

 

 

 

 

     1)美国2004年增强塑料应用分类:
     根据美国费里多尼亚公司调查2004年增强塑料用量为166.5万吨分类如下:
 

 

 

 

 

 

 

     2)国际玻纤应用概况
     根据圣戈班集团提供的数据,2002年全世界玻璃纤维总用量为220万吨,大体分类如下:
     3)我国玻纤应用概况
     我国2004年应用连续玻璃纤维40多万吨,应用大体分类如下:
     我国玻纤的应用,具有发展中国家特征,各项分类包含的主要内容如下;
     ①工业方面,包括复合材料管罐和其它防腐材料;用于过滤介质、耐热制品和导风筒等产业织物:增强树脂砂轮、摩擦材料、特种传送带、工器具和包装用材;风力发电复合材料叶片和支柱等。
     ②电子电气方面,包括各种高等级的绝缘基材和复合器件。
     ③建筑方面,包括复合材料的水及空调系统器件;玻璃钢新型门窗;内外装饰品;防水基材;土工基材及各种增强和补强材料等。
     ④交通方面,包括各种轻质高强形状复杂的器件和围护结构。
     ⑤其它方面,包括:运动休闲、医疗、航空航天、通讯器材及高科技配套材料.
     (3)主要应用发展
     从以上介绍看出,玻纤作为增强基材主要用于聚合物复合材料,其中从全球和我国范围内用于增强塑料增强的比例在7o%以上,玻璃纤维增强塑料有三大类产品,即增强热固性的“玻璃钢”增强热塑性塑料和覆铜板等电绝缘产品。玻纤和这三类产品相伴发展(见下两表)。

2 玻纤增强基材的发展趋势
     (1)具有更好性能的新成分玻纤发展
     1.对传统的E玻璃纤维,在保持其良好的电绝缘性、力学性和成型工艺性基础上,对硼铝硅酸盐成分进行调整,提高其环境友好性、耐酸性和降低介电性。相继投产有无硼无氟的E-CR和advnten玻纤和NE玻纤等,这类新玻纤逐渐扩大规模世界总量已超过45万吨/年。
     2.围绕对玻纤更高力学性能,更高耐热性能,更好的耐腐蚀性,以及一些特殊电性能等特殊功能要求,相继开发的耐碱、高强、高模量、高硅氧、石英、玄武岩等各种特玻璃纤维,随着高科技的发展应用也逐渐扩大,这类玻纤世界总量亦超过3万吨/年。
     下面将主要特种玻纤的主要性能列表予以介绍
      

     (2)玻纤纱的质量提高。这方面主要围绕改进提高玻纤与被增强基体的结合力和纱线的进一步加工性能而开展。
     这项工作的中心环节是浸润剂工作,它的发展又可分为两个方面:
     ①随着玻纤增强基体塑料品种的扩大,对应浸润剂的品种要扩大,有三个增长动向:
     a.除主体聚酯树脂,环氧、酚醛等其他树脂复合材料增加要求有较好的浸润剂对应。
     b.增强热塑性塑料的快速发展,要求能满足PP、PA, PBT, PPS, PEEK等各种热塑性塑料增强用的浸润剂。
     c.随着复合材料可设计性要求的提高,玻纤纺织加工量增加。又要考虑减少淀粉型浸润剂的去除工序,更好兼顾增强效果和纱线加工工艺性的纺织增强性浸润剂就引起更多的开发。
     浸润剂不但有适应各种被增强基体的大类,因为各种塑料又有性能差别的多个品种,至今塑料改性又发展很快。即是同一种塑性最终制品及其加工艺的不同对玻纤纱的要求也不一样,所以浸润剂各大系列里又要有许多品种。
     ②扩大浸润剂品种,又要提高与塑料的结合力,关键是开发更多更好的成膜剂和相应的偶联剂。不少企业在对原有聚酯、环氧、聚氨酯、聚醋酸乙烯酯、淀粉成膜剂进行改性,还在积极开发稀烃基成膜剂    其次从工艺上也在设法提高纱线质量,动向有以下三方面:
     ①生产低气泡纤维(气泡数<0.5/g)提高纱线强度和电绝缘性。
     ②生产高质量低Tex纺织用直接无捻粗纱,用于生产优质机织、针织、编织物。
     ③对纱进行予混、予涂、予渍处理,得到予混纱、予涂纱、彩色纱和予渍短切纤维料粒等。这些产品将有利于最终复合材料制品中玻纤含量增加和分布均匀度提高,从而有更好增强效果。予涂纱还可直接用于纺织加工。像圣哥班集团twintex是玻纤与聚丙烯纤维同在拉丝过程中就混合的予混纱。予混纱还有后加工再形成的。
     (3)玻纤制品的发展。玻璃纤维增强基材制品向更好满足复合材料的设计和制作工艺要求方向发展。除传统各种增强基布和无纺材料(短切毡、连续毡、针织毡、表面毡等)进一步发展而外,从2005年JEC看出有以下几方面新的发展:
     1.机织物向按要求向多组织、多规格发展。这次参展的台湾电缘股份公司就是一表,它生产8类333规格的机织玻纤、碳纤、芳香族聚醯胺纤维及其他之间混织的增强布,其开发的玻纤彩色电镀布颇具特色。附图即该公司各种布的缩印图片。
     机织物里发展较快的单向布,带圈织物各种织带和带织物见下4图。因为它们分别有更好适应方向性;较好的层间强度,更好形状适应性和局部补强的特点。
    

     2.经编织物继续高鲜展。由于经编织物比普通机织物做为增强基材有更好的方向选择,玻纤挺直衬在其中有更好增强效果,也更能适应复合化和予成型要求,所以很快成为主体增强基材之一。这次展出经编织物的单位有近二十个。展出的品种规格越来越多,附图展示了几种典型针织品,包括多种多轴向、缝编和双针排织物。不泛有许多专业加工厂,包括发展中国家如南非的texglass公司,我国浙江的成如旦基布有限公司和平共处LiNte。欧洲最大的多轴向生产企业SAERTEX公司这次则以较大展位展示出它们向予成型产品深化的气势。
   

     3.编织物进一步活跃。编织物以对部件周边提供均匀的轴向增强作用为特点。尺寸大小可有较大范围。
    由于它的组织结构决定了它的周边有一定变形能力,可以进一步变为矩形和凸等形状,进一步发展还可变周长,所以在一些场合应用有它的优势,如增强管、筒状物,制作假肢和一些运动器具,所以近几年发展很快。这个方面领先的美国A&P公司。附图展示了该公司的许多编织基材和一应用实例。增强基材绳体以较强的形状适应性,对复合材料制品边缘和角落的增强有它的优势,所以作为不可缺少的结构形式之一,近几年也被人们重视。
    下面附图是管型和变经编织物。
    4.三维织物也在增多。由于任何复合材料制品均有一定厚度,为提高片状增强基材的层间结合力,有Z向联接的三维织物就更受欢迎。所以近几年不少单位在专心开发三维织物,使其生产技术和设备趋于成熟.美国3Tex公司是三维织物领先的专业开发单位,本次展会上有较大展位,并得到观众的拥跃光顾,图示出该公司己可批量生产的基本玻纤和碳纤三维织构。
    5.簇绒产品兴起。展览会上有几个单位展出类似缝纫绣花的方法来加工的增强基材,看来这种基材可形成类似花样的复杂形状。下图示意了簇绒产品的成型和产品实例。
    6.复合基材进一步发展。
    复合基材有同种材料不同结构的复合,也有不同材料不同结构的复合。
    有不少单位在积极开发复合增强基材。比较典型的,法国CHOMARAT己成为名牌的夹芯玻纤织物,其结构如图示意,另法国圣哥班集团也开发了玻纤薄毡复合增强基材,如图。
    由于复合增强基材的发展,就开始有专门生产芯材的企业,瑞典BIAB公司在展会上就展出了多种夹层用泡沫芯材。
    7.增强基材的“予成型”,展出活跃,发展很快,展出各种予成型样品和能提供技术的单位不下头贰拾个。这里附上典型的曲面带孔带筋复合材料予型体照片图(1)、上形予形体示意图图(2)、管状予形体图(3)及拱形构件予形件予形型体图(4)、予成型是经优化设计,选择适合的增强基材并将它们组合成与复合材料制品形状相近的一个整体的增强体。所以由于“予成型”的发展就推动了它所需要的一些类别、形态基材的发展。
3 玻纤和复合材料共发展
    我国玻纤的高速发展为复合材料的发展提供了较好的条件。它又要努力开发应用,以复合材料的更好发展作为自己的市场。我国玻纤和复合材料与国际先进水平都有差距,这个差距主要表现在技术和质量水平上。所以为加速我国复合材料的发展,笔者认为应重点做好以下两项工作:
    (1)着重提高复合材料技术
复合材料的性质决定了它必须把技术放在首位。国际上发达国家都十分重视这个方面。JEC2005年参展单位中进行技术开发、服务、咨询的比例相当高,已经形成一些很有影响的国际性大企业,如SP公司后来还来广州展会参展。我国从事复合材料技术研究开发的单位也不少,但复合材料工业领域多数产品还停留在外形仿制为主的水平。我国参展JEC2005年原材料和复合材料制品单位占90%以上,技术在产业中的引领力还不大。因此我们应该以高技术、高级复合材料为引领加快提高复合材料工业领域中的科技含量。具体有几个重点:
    1.提高标准水平,加快标准国际化。在提高产品标准的同时,提高工艺规范水平和又,原材,斗质量要求,促进整个产品,特别是量大产品的质量提高,使复合材料更健康地发展。
    2.提高设计水平。通过优化设计充分发挥增强基材作用,体现复合材料优势。开发、推广设计技术,使其用于更多产品。
    3.开发、完善成型新工艺。围绕保证制品性能,提高生产效率,实现环境友好,不断提高工艺水平。开发相应高效装备和模具水平,提高闭模成型,降低手糊成型比例。
    4.加快各种有效三废处理回收利用开发和推广工作。
   (2)团结协作一条龙配套,加快开发规模化生产技术
    更多产品实现规模化生产就能把复合材料的技术、质量、效能提高到一个新水平,实验新型工业化。实现模化生产,才能提供量大优质产品,才能和交通、建筑等支柱产业的规模化生产配套,提高复合材料在国民经济中的作用和地位。复合材料的高水平规模化生产,是多环节技术的系统工程,要从原材料开始到制品合理应用及机电一体化等多方面的团结协作,才能实现。当前要注意的规模化生产线有:
    1.完善提高SMC、板和缠绕生产线。
    2.建立空心板生产线
    3.建立增强热塑性塑料预混料和制品生产线(如GMT、LFT),特别汽车配件等专业生产线。
    作为玻纤增强基材的研究开发单位,我们愿意在以下工作中积极配合,跟上发展。陕西畅元玻璃钢玻璃钢电缆管,玻璃钢电缆支架专业生产厂家。

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