据悉,近期,工信部编制十二五我国新材料产业,将高端金属结构材料、特种金属功能材料、新型无机非金属材料、先进高分子材料、高性能复合材料和前沿新材料划定为重点新材料。我们理解和联系所从事产业的实际,国家重点新材料产业提到的无机非金属材料和高分子材料,涵盖当前全球市场化的两大复合材料,碳纤维和玻璃纤维及其增强复合材料。
从有关方面获悉,2010年全球碳纤维的需求量达到了5万多吨,“十二五”年上升比率为13~15%;全球玻璃纤维的需求量达到450万吨,其电子玻璃纤维达到30多万吨,高性能玻璃纤维达到26万吨,这个市场将在今后数年向南亚、中东、南美和金砖四国持续扩张。碳纤维和高性能玻璃纤维增强复合材料以超轻或超强及各异独特性能进入航天航空、海洋工程、军工、汽车工程等高端产业领域;传统玻璃纤维增强复合材料以其轻质高强多功能大量进入国民经济各个领域中的新兴市场和前沿市场。这两大类复合材料在近几年拥有如此大的应用市场,其最重要的是全球低碳经济的强大推进。两大主体材料市场化中,高强高模的闭孔泡沫、纳米和石墨烯等新材料和尖端功能材料,赋予了碳纤维和玻璃纤维增强复合材料更轻、强度和模量更高。因此,碳纤和玻纤增强复合材料不仅成为当前低碳经济市场首选材料,其高性能复合材料也成为国际重要的战略新材料。
2010年,全球碳纤与玻纤的市场份额为1︰90。即使到2018年,全球碳纤维需求达到10万吨,但覆盖全球各个经济领域的低碳轻量化材料依然是玻璃纤维增强复合材料。我国是全球玻璃纤维和热固性树脂的产能大国,两大材料占全球总产能的一半以上。外企OCV、陶氏、亨斯迈、PPG、AGY、DSM、亚什兰、长兴、上纬、DIC、拜尔等的加入及国内企业的自强不息,自主创新,我国已成为全球纤维增强复合材料及其两大原材料最大的生产和研发基地。近五年来,我国风电产业的兴起,高性能玻璃纤维在成功应用于兆瓦级风机叶片上后,已进军碳纤复材芯导线的外绝缘层、光缆增强芯、轻轨地铁的救生通道、桥梁结构件等。一些原有钢承重结构件或次承重结构件,通过设计,已由玻纤增强复合材料来替代,达到结构件的更轻、更强。高性能玻纤的开发也引起了外资、内资企业高性能热固性树脂的开发,拜尔公司在热固性聚氨酯树脂方面做了耐疲劳性能试验,其复合材料试件的耐疲劳性能大大超过了环氧和环氧乙烯基酯复材的性能。随着热固性聚氨酯推入市场,无论是用碳纤维增强,还是用玻纤增强,将会出现性能更为完美的低碳轻量化经济产品。
在全球航空领域中,围绕低碳经济这个轴心,欧洲空客和美国波音加大了对碳纤维复合材料的采用。由日本东丽公司提供的高性能碳纤维已应用在波音787、空客A380、A350等机型,其复合材料的占有量分别为50%、30%、62%。这种轻型空客,节省燃油达20%以上,节省维修费用30%,油耗每百千米在3升~2.5升。不久,汽车的超轻量化也开始在一些豪华型轿车上进行试验,东丽与日产、本田公司和东京大学合作,将于2015年联合推出“碳纤复材汽车”,相比目前汽车轻40%,节省燃油30%。德国SGL三菱合资公司与宝马莱比锡工厂合作研发碳纤复材车将于2013年上市。美国Composite Castinas公司已开发了轻量化的碳纤复材四缸发动机组,重量比铝制件轻40~50%,将逐步替代福特和马自达有关车型部件。在我国,碳纤复材芯导线、海上风机叶片、大飞机工程、海洋工程等项目都在一步步实施,以轻量化实现高端产业的低碳经济。
低碳经济作为新兴战略性产业龙头,受到全球各方面的关注,它的核心是节能减排,围绕“节能”这条主线,纤维增强复合材料的轻量化技术将直接延伸到当前能耗最大的航空业、汽车业、船艇业。围绕“轻量化”,就必须研究轻量化技术。这个技术又要立足于合理的设计和合适的成本。围绕轻量化设计,是结构、材料、工艺、成本的高度组合和分析,以轻量化材料进行轻量化设计,推进轻量化低碳市场。当前,在集装箱板的“轻量化”上,内外资企业正在竞做文章,有用LFTD板材、有用3D泡沫结构板、有用中空拉挤板等,强度、模量、耐老化、耐疲劳、成本成为最终考核。可以看到,这一市场的培育将带动几十万吨的玻璃钢复合材料。我国目前许多玻璃钢企业面临低碳经济市场,不缺好的材料,唯缺技术。因此,作为复合材料行业和企业需要积极引进高分子化工、材料力学、机电一体化、信息工程等专业科技人才,组合一体,形成“轻量化”设计到应用的人材高地,应对低碳经济市场的不断深化,为“地球降温、人类生存”作出应有的贡献。