全球高性能玻璃纖維的持續(xù)開發(fā)　為我國玻璃鋼復(fù)合材料創(chuàng)新升級提供新的發(fā)展空間

　　國內(nèi)高性能玻纖開發(fā)主要面向風(fēng)葉市場，完成一件風(fēng)機(jī)葉片涉及到一系列解決方案：①高性能玻璃纖維 ②高性能玻璃纖維表面處理 ③高性能玻璃纖維多軸向織物 ④與高性能玻纖維匹配的合成樹脂 ⑤結(jié)構(gòu)泡沫在夾層結(jié)構(gòu)的應(yīng)用 ⑥RTM抽真空灌注成型工藝 ⑦葉片模具制造。這里著重闡述多軸向織物、高性能樹脂和成型工藝。
　　大型兆瓦級葉片制造技術(shù)采用的主要增強材料為多軸向經(jīng)編織物，這種織物的紗線層能按照特定方向伸直取向，故每根纖維力學(xué)理論值的利用率幾乎能達(dá)到100%。多軸向織物實質(zhì)上是一種多層織物，纖維鋪設(shè)在面內(nèi)不同方向（襯紗系統(tǒng)）及沿度方向（綁縛系統(tǒng)），從而形成由纖維束構(gòu)成的三維網(wǎng)絡(luò)整體結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)空隙率小，纖維含量高，適合加工復(fù)雜曲面；此外，織物纖維中容易形成通道，減小了浸潤滲透壓力，起到了樹脂滲透速度快、分布均勻。多軸向在經(jīng)編織物改革上因有極大的靈活性和各向同性的適應(yīng)性，所以，在縱、橫、斜方向都能承受極強的抗力。風(fēng)機(jī)葉片在經(jīng)受風(fēng)的大小和方向、溫差變化大的極不穩(wěn)定的苛刻自然環(huán)境，選擇多軸向織物是最理想的增強材料。
　　作為葉片用合成樹脂，主要有環(huán)氧樹脂、環(huán)氧乙烯基酯樹脂和高性能不飽和聚酯樹脂。由于我國風(fēng)機(jī)葉片制造起步全部沿用國外設(shè)計技術(shù)，因此，前幾年國內(nèi)葉片制造業(yè)90%采用環(huán)氧樹脂調(diào)和液，全球葉片領(lǐng)頭羊丹麥LM公司，通過自主獨立設(shè)計，在不同長度兆瓦級葉片上采用了環(huán)氧乙烯基酯樹脂和不飽和聚酯樹脂，其在歐美和中國的合作伙伴為亞什蘭和DSM公司。隨著整機(jī)的制造成本下降，葉片材料也面臨低成本的材料選擇。臺灣上緯、臺灣長興、上海華昌先后推出了用于葉片制造的環(huán)氧乙烯基酯樹脂。據(jù)有關(guān)信息，歐洲D(zhuǎn)SM公司與經(jīng)過選擇的重要合作伙伴葉片設(shè)計公司GlobalBladeTechnology進(jìn)行了應(yīng)用試驗合作，開發(fā)了可用于制造500千瓦甚至5MW和6MW，長度超過60M風(fēng)機(jī)葉片的高性能不飽和聚酯樹脂　　SynoliteTM1790-G-3。這一類樹脂的市場化，必將改變單一用環(huán)氧樹脂的依賴性，引起整個葉片制造業(yè)的降本增效。據(jù)DSM公司透露，實踐已證明可用來制造3.5兆瓦，超過45M的風(fēng)機(jī)葉片。
　　大型兆瓦級葉片成型是采用抽真空灌注成型工藝。這個工藝是從最早的RTM（對模）工藝發(fā)展起來的，適合于大型制件制作。采用這種工藝，孔隙率低，纖維含量高和良好的玻璃鋼強度和剛性。抽真空灌注成型工藝與傳統(tǒng)敞開式手糊成型相比，鋪放簡單，節(jié)省時間50%，樹脂浪費率低于5%，加工過程中，苯乙烯揮發(fā)物逸出降低90%；與手糊玻璃鋼相比，制品剛強度大大提高，纖維體積比可高達(dá)60%。在一些葉片制造業(yè)和船艇制造業(yè)，已開始由濕法灌注向預(yù)浸料工藝進(jìn)展，這種工藝，對制品質(zhì)量、均勻的力學(xué)性能更有保證，制程的時間更短。在國內(nèi)，高性能玻纖以軟質(zhì)和硬質(zhì)紗的形式，機(jī)械成型玻璃鋼壓力容器、管道、海洋工程平臺等，因各類工程的需求，用高性能玻纖置換E玻維的市場悄悄走來。
　　三、高性能玻璃纖維持續(xù)開發(fā)任重道遠(yuǎn)
　　高性能玻璃纖維的開發(fā)與傳統(tǒng)玻璃纖維相比具有更好的技術(shù)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。技術(shù)效益主要指高性能玻纖的出現(xiàn)，帶來更高、更多的發(fā)展空間，帶來各行各業(yè)采用高新玻璃鋼復(fù)合材料而實現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)。例如，重化工防腐、煙氣脫硫、脫氮領(lǐng)域、軌道交通、智能電力電器、節(jié)能建筑、航天航空及軍工等。例如，我國目前高性能玻纖增強擠拉橋面板出口到歐洲，用高性能玻纖增強的SMC道路井蓋出口到歐洲、用高性能纖維開發(fā)的電桿、燈桿出口海外，光纜增強芯用高性能纖維已成為成熟產(chǎn)品走向海外。此外，我國艦艇市場將蘊伏著對高性能纖維的巨大需求，一批功能型工作船艇如交通執(zhí)法艇、快艇、邊防巡邏艇、小型潛水艇、豪華游艇、賽艇、救生艇等的制造將全面采用抽真空灌注工藝，從而使玻璃鋼船艇的自重更輕、強度更高、航速更快、更經(jīng)濟(jì)、更低碳。
　　高性能玻纖的開發(fā)，帶來的經(jīng)濟(jì)效益是巨大的，從自身來講，玻璃熔制采用純氧燃燒，不僅節(jié)約燃料和用電，而且大大減少氮氧化物的排放和對環(huán)境的污染。據(jù)河北金牛公司提供數(shù)據(jù)，純氧助燃比空氣助燃節(jié)約燃料50%以上，節(jié)省用電101萬千瓦時/年，原絲總產(chǎn)量由4.5萬噸/年提高到5.5萬噸/年。
　　高性能玻纖持續(xù)開發(fā)獲得的環(huán)境效益是多方面的，據(jù)OCV對40座全氧燃燒的玻璃熔窯測試數(shù)據(jù)來看，由于玻璃成分中不含硼、氟材料，玻璃熔制中硼化物揮發(fā)得以避免，也減輕了對耐火材料的侵蝕；窯爐采用純氧燃燒技術(shù)，使廢氣排放中的氮氧化物可降低85%以上，鋁硼硅酸鹽玻璃配合料粉塵可降低30-50%，而且綜合設(shè)備投資及生產(chǎn)維修費用相對較低。
　　科學(xué)無止境，實踐出真知。我們在現(xiàn)有不斷創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，通過玻璃成分、表面處理、爐窯結(jié)構(gòu)、漏板結(jié)構(gòu)的一系列技術(shù)設(shè)計，加快推進(jìn)高性能玻璃纖維向多功能、多品種發(fā)展大有奔頭，并以此贏來更多的高端市場。高性能玻璃纖維的持續(xù)開發(fā)，縮短了與當(dāng)前高的性能纖維性能差距，并在玻璃纖維的特性得到了更大的發(fā)揮；此外，還具有與高性能纖維性價比的優(yōu)勢，使我們繼續(xù)保持民用產(chǎn)品領(lǐng)域的巨大市場。據(jù)有有關(guān)信息了解，2010年我國內(nèi)需玻璃鋼復(fù)合材料用玻璃纖維產(chǎn)量達(dá)到160多萬噸；高性能玻纖需求達(dá)到24萬噸左右。（本刊收集編寫）