[分享][推薦]江蘇省“十五”高性能復合材料發展規劃戰略研究

sio2liu

<>art 01    </P>
<>材料是人類賴以生存和發展的基礎，是人類進步的里程碑，是多數發明創造的先導。當今是多種材料并存的時代，也是新材料迅速發展的時期，而復合材料是新材料發展的重點。這主要是因為復含材料是由兩種或兩種以上的材料復合而成的一種新材料，它可以取各類材料之長，補各類材料之短，以達到提高材料的綜合性能和節約能源的目的。
復合材料是材料科學與材料工程相結合的產物，它是將材料組成、結構、制造工藝、性能及其在使用過程中表現出的諸因素進行優化，按需要進行設計，采用新工藝或新技術制造出性能優異的新型材料。因此，復合材料的設計自由度大，可以成為高性能的結構材料，也可以成為性能優越的功能材料，還可以成為結構－功能
一體化的構件。
　　復合材料產業在發達國家的年增長率要高于GDP的增長率，例如美國近幾年復合材料產業的年增長率約為5．5%。因此重視復合材料產業的發展是符合當今國民經濟發展方向的，特別是對現代科技和經濟發展有重要推動作用的高性能復合材料產業發展是至關重要的。
高性能復合材料是指非一般玻璃鋼之類、通常已廣泛應用的復合材料，它的研發、推廣應用和產業化將對國民經濟各部門，特別是機械、電子、化工、汽車等支柱產業的發展有重要影響。
江蘇省是一個經濟大省、科教大省，有發展高性能復合材料的良好基礎，原材料十分豐富，復合材料的技術力量雄厚，眾多高校、科研院所有大量的科研成果，因此本研究項目旨在“十五”期間如何將各種力量進行優化組合，實施有限目標重點突破，搞好產學研結合，使江蘇省高性能復合材料產業的發展走在全國的前列，并參與國際競爭，為江蘇省的經濟發展邁上一個新臺階作出貢獻。</P>
<>一、復合材料國內外發展概況
　　由于高性能復合材料包含于整個復合材料之中，且高性能是相對而言的，因此敘述國內外發展概況宜論述整個復合材料為好。復合材料根據基體種類可分為樹脂基復合材料、金屬基復合材料、陶瓷基復合材料、水泥基復合材料等。
　　（一）樹脂基復合材料國內外發展概況
　　樹脂基復合材料是最先開發和產業化推廣的，因此應用面最廣、產業化程度最高。根據基體的受熱行為可分為熱塑性復合材料和熱固性復合材料。
　　1．熱固性樹脂基復合材料
　　熱固性樹脂基復合材料是指以熱固性樹脂如不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂、乙烯基酯樹脂等為基體，以玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等為增強材料制成的復合材料。
　　樹脂基復合材料自1932年在美國誕生之后，至今已有近70年的發展歷史。1940～1945年期間美國首次用玻璃纖維增強聚酯樹脂、以手糊工藝制造軍用雷達罩和飛機油箱，為樹脂基復合材料在軍事工業中的應用開辟了途。1944年美國空軍第一次用樹脂基復合材料夾層結構制造飛機機身、機翼；1946年纖維纏繞成型在美國獲得專利；1950年真空袋和壓力袋成型工藝研究成功并試制成功直升飛機的螺旋槳；1949年玻璃纖維預混料研制成功，利用傳統的對模法壓制出表面光潔的樹脂基復合材料零件；20世紀60年代美國用纖維纏繞工藝研制成功“北極星A”導彈發動機殼體。為了提高手糊成型工藝的生產率，在此期間噴射成型工藝得到了發展和應用，使生產效率提高了2－4倍。1961年德國研制成功片狀模塑料（SMC），使模壓成型工藝達到新水平（中壓、中溫、大臺面制品）；1963年樹脂基復合材料板材開始工業化生產，美、法、日等國先后建起了高產量、大寬幅連續生產線，并研制成功透明復合材料及其夾層結構板材；1965年美國和日本用SMC壓制汽車部件、浴盆、船上構件等；拉擠成型工藝始于20世紀50年代，60年代中期實現了連續化生產，除棒材外還生產細管、方形、工字形、槽形等型材，到了70年代，拉擠技術有了重大突破，目前美國生產拉擠成型機組最先進，其制品斷面達76×20cm2，并設計有環向纏繞機構；進入70年代，樹脂反應注射成型（RRIM）研究成功，改善了手糊工藝，使產品兩面光潔，已用于生產衛生潔具、汽車零件等。70年代初熱塑性復合材料得到發展，其生產工藝主要是注射成型和擠出成型，只用于生產短纖維增強塑料。1972年美國PPG公司研制成功玻璃纖維氈增強熱塑性片狀模塑料（GMT），1975年投入生產，其最大特點是成型周期短，廢料可回收利用。80年代法國研究成功濕法生產熱塑性片狀模塑料（GMT）并成功地用于汽車制造工業。離心澆鑄成型工藝于20世紀60年代始于瑞士，80年代得到發展，英國用此法生產10m。長復合材料電線桿，而用離心法生產大口徑壓力管道用于城市給水工程，技術經濟效果十分顯著。到目前為止，樹脂基復合材料的生產工藝已有近20種之多，而且新的生產工藝還在不斷的出現。
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laney

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sio2liu

我這個是純文字的，剛才想做為發言弄上去，結果報錯說字數太長了，我再試

sio2liu

<>art 02</P><>　　關于樹脂基復合材料的開發應用，各國的發展途徑有所不同。美國首先在軍工方面應用，二次大戰后逐漸轉為民用為主。西歐各國則直接從發展民用開始（如波形板、防腐材料、衛生潔具等）兼顧軍工。就全世界而言，目前已形成了從原材料、成型工藝、機械設備、產品種類及性能檢驗等較完整的工業體系，與其它工業相比，發展速度很快。
　　當今復合材料的樹脂基體仍以熱固性樹脂為主。根據2000年的統計，全世界樹脂基復合材料制品種類超過40000種，總產量達600萬噸，其中高性能樹脂基復合材料產量超過300萬噸，高性能熱塑性復合材料產量為120多萬噸。
　　樹脂基復合材料的應用領域十分廣闊，表1為美國、西歐、日本等幾個主要國家的樹脂基復合材料在汽車、建筑和造船等工業中用量比例。
　　我國樹脂基復合材料始于1958年，當年以手糊工藝研制了樹脂基復合材料漁船，以層壓和卷制工藝研制成功樹脂基復合材料板、管和火箭筒等。1961年研制成耐燒蝕端頭。1962年引進不飽和聚酯樹脂和蜂窩成型機及噴射成型機，開發了飛機螺旋槳和風機葉片。1962年研究成功纏繞工藝并生產一批氧氣瓶等壓力容器。1970年用手糊夾層結構板制造了直徑44米的大型樹脂基復合材料雷達罩。1971年以前我國的樹脂基復合材料工業主要是軍工產品，70年代后開始轉向民用。1987年起各地大量引進國外先進技術如池窯拉絲、短切氈、表面氈生產線及各種牌號的聚酯樹脂（美、德、荷、英、意、日）和環氧樹脂（日、德）等生產技術；在成型工藝方面，引進了纏繞管、罐生產線、拉擠工藝生產線、SMC生產線、連續制板機組、樹脂傳遞模塑（RTM）成型機、噴射成型技術、樹脂注射成型技術及漁竿生產線等，形成了從研究、設計、生產及原材料配套的完整的工業體系，截止2000年底，我國樹脂基復合材料生產企業達3000多家，已有51家通過ISO9000質量體系認證，產品品種3000多種，總產量達73萬噸/年，居世界第二位。產品主要用于建筑、防腐、輕工、交通運輸、造船等工業領域。近年來碳纖維片材補強建筑結構、拉擠復合材料門窗、SMC或BMC模壓電表箱、RTM制品等興起。
　　在建筑方面，樹脂基復合材料已廣泛應用于內外墻板、透明瓦、冷卻塔、空調罩、風機、玻璃鋼水箱、衛生潔具、凈化槽等。
　　在石油化工方面，主要用于管道及貯罐。其中玻璃鋼管道有定長管、離心澆鑄管及連續管道。按壓力等級分為中低壓管道和高壓管道。我國“八五”、“九五”期間引進管罐生產線40條，現場纏繞大型貯罐最大直徑12米，貯罐最大容積1萬立方米。國內研制與生產的玻璃鋼管罐生產設備部分技術指標已超過國外同類設備的技術水平。
　　在交通運輸方面，為了使交通工具輕型化、節約耗油量、提高使用壽命和安全系數，目前在交通工具上已經大量使用復合材料。汽車上主要有車身、引擎蓋、保險杠等配件；火車上有車廂板、門窗、座椅等；在船艇方面主要有氣墊船、救生艇、偵察艇、漁船等，目前我國制造的玻璃鋼漁船最長達33米。在機械及電器領域如屋頂風機、軸流風機、電纜橋架、絕緣棒、集成電路板等產品都具有相當的規模。
　　在航空航天及軍事領域，如輕型飛機、尾翼、衛星天線、火箭噴管、防彈板、防彈衣、魚雷等都取得了重大突破，為我國的國防事業作出了重大貢獻。
高性能熱固性樹脂基復合材料所采用的基體主要有環氧樹脂、酚醛樹脂、乙烯基酯樹脂等。
　　（1）環氧樹脂
　　環氧樹脂的特點是具有優良的化學穩定性、電絕緣性、耐腐蝕性。良好的粘接性能和較高的機械強度，廣泛應用于化工、輕工、機械、電子、水利、交通、汽車、家電和宇航等各個領域。
　　1993年世界環氧樹脂生產能力為130萬噸，1996年遞增到143萬噸，1997年為148萬噸，1999年150萬噸，預計2003年可達到160萬噸左右。
我國是從1975年開始研究環氧樹脂。據不完全統計，目前我國環氧樹脂生產企業約有170多家，總生產能力為15萬多噸，設備利用率為50%左右。
　　（2）酚醛樹脂
　　酚醛樹脂具有耐熱性、耐磨擦性、機械強度高、電絕緣性優異、低發煙性和耐酸性優異等特點，因而在復合材料產業的各個領域得到廣泛應用。近年來在某些高新技術如電子行業、汽車行業、航空航天等領域得到了應用。
1997年全球酚醛樹脂的產量為300萬噸，其中美國為164萬噸。我國的產量為18萬噸，進口4萬噸。酚醛樹脂的應用包括汽車剎車片、酚醛電容包封料、深層過濾材料、航空航天等行業。
　　（3）乙烯基酯樹脂
　　乙烯基酯樹脂是20世紀60年代發展起來的一類新型熱固性樹脂，其特點是耐腐蝕性好、耐溶劑性好、機械強度高、延伸率大、與金屬、塑料、混凝土等材料的粘結性能好、耐疲勞性能好、電性能佳、耐熱老化、固化收縮率低、可常溫固化也可加熱固化。
　　南京金陵帝斯曼樹脂有限公司引進荷蘭的先進技術生產的Atlac系列強耐腐蝕性乙烯基酯樹脂，已廣泛用于貯罐、容器、管道等，有的品種還能用于防水和熱壓成型。南京費隆復合材料有限公司、上海新華樹脂廠、南通明佳聚合物有限公司等廠家也生產乙烯基酯樹脂。
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sio2liu

<>art 03</P><>2．熱塑性樹脂基復合材料
　　熱塑性樹脂基復合材料是20世紀80年代發展起來的，由于可以回收利用，所以在復合材料總量中的比例呈逐年增長趨勢。主要品種有長纖維增強粒料（LFP）、連續纖維增強預浸帶（MITT）和纖維熱塑性片樹（GMT）。根據使用要求不同，樹脂基體主要有PP、PE、PA、PBT、PEI、PC、PEI、PES、PEEK、PI、PAI等熱塑性工程塑料，纖維種類包括玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維和硼纖維等一切可能的纖維品種。
歐美發達國家熱塑性樹脂基復合材料占樹脂基復合材料總量的3O%以上。2000年酉歐熱固性樹脂基復合材料產量為106萬噸，熱塑性復合材料為54萬噸，占樹脂基復合材料總量的34%。
　　高性能熱塑性樹脂基復合材料以注射件居多，基體以PP、PA為主。產品有管件（彎頭、三通、法蘭）、閥門、葉輪、軸承、電器及汽車零件、擠出成型的管道、GMT（熱塑性片狀模塑料）模壓制品如吉普車座椅支架、汽車踏板、座椅等。玻璃纖維增強聚丙烯在汽車中的應用包括通風和供暖系統、空氣過濾器外殼、變速箱蓋、座椅架、擋泥板墊片、傳動皮帶保護罩等。
　　滑石粉填充的PP具有高剛性、高強度、極好的耐熱老化性能及耐寒性。滑石粉增強PP在車內裝飾方面有著重要的應用，如用作通風系統零部件。儀表盤和自動剎車控制杠等。汽車裝磺類零部件多用于普通PP和添加滑石粉等無機填充材料的復合聚丙烯。美國HPM公司用20%滑石粉填充PP制成168m2、重5kg的蜂窩狀結構的吸音天花板和轎車的搖窗升降器卷繩筒外殼。
　　云母復合材料具有高剛性、高熱變形溫度、低收縮率、低撓曲事、尺寸穩定以及與金屬相比的低密度、低價格等特點，利用云母/pp復合材料可制作汽車儀表盤、前燈保護圈、擋板罩、車門護欄、熱鬧外殼、電機風扇、百葉窗等部件，利用該材料的阻尼性可制作音響零件，利用其屏蔽性可制作蓄電池箱等。
　　目前豐田汽車工業公司與三菱化學公司共同開發成功的PP/EPR/滑石粉納米復合材料制造汽車的前、后保險杠，已于1991年實現了商用化，由此豐田汽車上的保險杠厚度可以由4mm減少到3mm，質量約減輕1/3。豐田公司在1994年又開發出用于汽車內裝飾的TSOP－2、TSOP－3等納米復合材料。
　　對于熱塑性復合材料如PA、PP等一般基體，由于其耐熱性差一直未能得到普及應用。近年來，一方面通過對現有熱塑性樹脂的改性，另一方面開發高性能熱塑性樹脂如PPO、PEEK、PEI、PPS、PSF等，使得熱塑性復合材料的應用越來越多。
　　我國的熱塑性樹脂基復合材料開始于20世紀80年代末期，近十年來取得了快速發展（見表3），2000年產量達到12萬噸，約占樹脂基夏合材料總產量的17%，與發達國家尚有差距。所用的基體材料仍以PP、PA為主，增強材料以玻璃纖維為主，少量為碳纖維，在熱塑性復合材料方面未能有重大突破。我國納米科技為聚合物改性及應用提供了良好的機遇，如納米改性PA等，但目前仍存在復合體系單一，工業化程度不高，大多數只處于實驗室研究階段，沒有完全推廣實用，聚合物納米復合材料所具備的特性和潛能，在今后很長一段時間內都要靠納米科技開創先河和提高。
　　樹脂基復合材料采用的增強材料主要有玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等。
　　（1）玻璃纖維
　　目前用于高性能復合材料的玻璃纖維主要有高強度玻璃纖維、石英玻璃纖維和高硅氧玻璃纖維等。
　　20世紀50年代末美國首先研究開發成功了高強度玻璃纖維（S－994），迄今為止，世界上僅有美、法、日、俄、加及我國六個國家能生產高強度玻璃纖維。由于高強度玻璃纖維性能價格比較優，以年增長率10%以上的速度發展。1991年西方各國的總產量已達到480噸，目前估計已在5000噸以上。高強度玻璃纖維復合材料不僅應用在軍用方面，近年來民用產品也有廣泛應用，如防彈頭盔、防彈服、直升飛機機翼、預警機雷達罩、各種高壓壓力容器、民用飛機直板、體育用品、各類耐高溫制品以及近期報道的性能優異的輪胎簾子線等。
石英玻璃纖維及高硅氧玻璃纖維屬于耐高溫的玻璃纖維，是比較理想的耐熱防火材料，用其增強酚醛樹脂可制成各種結構的耐高溫、耐燒蝕的復合材料部件，大量應用于火箭、導彈的防熱材料。
　　迄今為止，我國已經實用化的高性能樹脂基復合材料用的碳纖維、芳綸纖維、高強度玻璃纖維三大增強纖維中，只有高強度玻璃纖維已達到國際先進水平，且擁有自主知識產權，形成了小規模的產業，現階段年產可達500噸。
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sio2liu

<>art 04</P><>　　（2）碳纖維
　　碳纖維具有強度高、模量高、耐高溫、導電等一系列性能，首先在航空航天領域得到廣泛應用，近年來在運動器具和體育用品方面也廣泛采用。據預測碳纖維復合材料在近年內還將擴大開辟新的應用領域，土木建筑、交通運輸、汽車、能源等領域將會大規模采用工業級碳纖維。1997～2000年間，宇航用碳纖維的年增長率估計為31%，而工業用碳纖維的年增長率估計會達到130%。
　　我國的碳纖維總體水平還比較低，相當于國外七十年代中、末期水平，與國外差距達20年左右。國產碳纖維的主要問題是性能不太穩定且離散系數大、無高性能碳纖維、品種單一、規格不全、連續長度不夠、未經表面處理、價格偏高等。
　　（3）芳綸纖維
　　1972年美國杜邦公司研究開發成功的全對位芳香族聚酰胺名為Kevlar的商品正式用于高性能夏合材料。1972年的產量僅為45噸，到1977年就增加到4200噸，1982年上升到21000噸，年增長速度為20%。20世紀80年代以來，荷蘭、日本、前蘇聯也先后開展了芳綸纖維的研制開發工作。荷蘭AKZO公司的子公司恩卡公司的“Twaron”系列纖維在1986年的年生產能力為1000～2000噸，預計2000年能達到15000噸的能力。日本帝人公司及俄羅斯的芳綸纖維已投入市場，年增長速度也達到20%左右。
芳綸纖維比強度、比模量較高，因此被廣泛應用于航空航天領域的高性能復合材料零部件（如火箭發動機殼體、飛機發動機艙、整流罩、方向舵等）、艦船（如航空母艦、核潛艇、游艇、救生艇等）、汽車（如輪胎簾子線、高壓軟管、摩擦材料、高壓氣瓶等）以及耐熱運輸帶、體育運動器材等。
　　（4）超高分子量聚乙烯纖維
　　目前市場上出售產品主要有美國Ailled公司的Spectra900和1000、DSM（荷）－Toyoba（日）聯合生產的Dyneema SK60以及Mitsui（日）公司的Tekmilon I等。超高分子量聚乙烯纖維的比強度在各種纖維中位居第一，尤其是它的抗化學試劑侵蝕和抗老化性能優良。它還具有優良的高頻聲納透過性和耐海水腐蝕性，許多國家已用它來制造艦艇的高頻聲納導流罩，大大提高了艦艇的探雷、掃雷能力。在海上油田應用的高性能輕質復合
材料方面都顯示出極大的優越性，除在軍事應用領域發揮舉足輕重的作用外，在汽車制造、船舶制造、醫療器械、體育運動器材等領域也有廣闊的應用前景。該纖維一經問世就引起了世界發達國家的極大興趣和重視，美國1989年增長率為26%，遠遠高于其他高性能纖維。芳綸纖維、高分子量聚乙烯纖維在國內迄今均未實現商品化。盡管在1972年我國就開始研究芳綸纖維，1981年2月與1985年底分別對芳綸工、芳綸Ⅱ進行了技術鑒定，其高純度料塊在南通合成樹脂廠試制、由上海合成纖維研究所拉制成纖維，由于單絲直徑均勻性、集束性方面均存在一些問題，到20世紀90年代初的產量也僅為幾噸，與國外的差距很大。
21世紀高性能樹脂基復合材料技術是賦予復合材料自修復性、自分解性、自診斷性、自制功能等為一體的智能化材料。以開發高剛度、高強度。高濕熱環境下使用的復合材料為重點，構筑材料、成型加工、設計、檢查一體化的材料系統。組織系統上將是聯盟（如美國汽車聯盟）和集團化。這將更充分的利用各方面的資源（技術資源、物質資源），緊密聯系各方面的優勢，以推動復合材料工業的進一步發展。
　　（二）金屬基復合材料
　　金屬基復合材料主要是隨航空航天工業上高強度、低密度的要求而出現的，因此被廣泛研究和應用的金屬基復合材料是以Al、Mg等輕金屬為基體的復合材料。20世紀60年代，以鶴和硼纖維連續增強的金屬基復合材料如雨后春筍般發展起來。由于連續纖維增強復合材料價格昂貴和生產制造工藝復雜，70年代該材料的研究有所滑坡。隨著渦輪發動機中高溫部件對于耐高溫材料的不斷需求，又觸發了對金屬基復合材料特別是鈦基材料研究的復蘇。
非連續增強復合材料在80年代得到迅速發展，研究重點集中在以碳化硅或氧化鋁粒子、短纖維增強鋁基復合材料。這類材料無論基體和增強體承受載荷的比例都介于彌散強化和連續纖維強化這兩種極端情況之間，它具有優良的橫向性能、低消耗和優良的可加工性，與未強化合金相比，性能也有大幅度地提高。所有這些因素使這類材料已成為在許多應用領域里最具商業吸引力的材料。
　　金屬基復合材料在航空和宇航方面的應用主要包括代替輕但有毒的鈹。例如，在美國的三叉戟導彈中用SiCp/Al復合材料取代了鈹，碳化硅顆粒/鋁基復合材料還在飛機的電子設備中取代碳/環氧。在非航空和宇航方面的應用，短纖維增強金屬基復合材料在汽車領域的應用得到普遍關注。例如局部增強內燃機活塞，其頂部是由氧化鋁短纖維或氧化鋁和二氧化硅短纖維混雜增強鋁基復合材料構成。常規的內燃機活塞用Al－Si鑄造合金制造，有些則采用在第一道環槽鑲嵌高鎳鑄鐵環。
　　金屬基復合材料在國外已經實現了商品化，而在我國僅有少量批量生產，以汽車零件、機械零件為主，主要是耐磨復合材料如顆粒增強鋁基、鋅基復合材料、短纖維增強鋁基或鋅墓復合材料等，年產量僅5000噸左右，與國外差距較大。南京寶色鈦業有限公司，用不同有色金屬以爆炸焊接復合及爆炸一軋制復合方法生產復合材料制品，是我國生產復合材料制品主要廠家之一，目前市場占有率在40%以上。
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sio2liu

<>art 05</P><>　　（三）陶瓷基復合材料
　　陶瓷基復合材料（CMC）包括顆粒、晶須、短或連續纖維增強復合材料。陶瓷基復合材料的潛在應用須域廣泛，包括宇航、國防、能源、汽車工業、環保、生物、化學工業等，在未來的國際競爭中將起關鍵的作用。
陶瓷基復合材料的開發一直吸引著技術發達國家投入巨資進行研究。目前，對陶瓷基復合材料的研究，美國和西歐各國側重于航空和軍事應用，日本則力求把它應用在工業上。1987年美國能源部開始實施對陶瓷基復合材料的研究開發計劃，國防部和宇航局（NASA）等單位也投入大量人力和經費，僅1992年美國投入陶瓷基復合材料應用研究的經費就高達3500萬美元。近年來美國國防部一直把這項技術列入重點投資項目，在迪拉瓦等一些高等學校和杜邦等一批大公司中集中力量研究三維編織增強陶瓷的熱結構件。據悉，SiCf/SiC已得到比較成功的應用，NASA開展的陶瓷燃氣輪發動機（AGT）研究課題，研制的轉子、葉片、燃燒室渦形管等件已通過熱試驗；法國SEP公司用陶瓷基復合材料制成的SCD－SEP火箭試驗發動機已經通過點火試車，由于使用了陶瓷基復合材料使結構減輕了50%。
國內從20世紀90年代初開始進行纖維增強玻璃基復合材料的研究，包括C纖維增強微晶玻璃Cf/LAS、碳化硅纖維增強微晶玻璃SiCf/LAS、SiCf/LCAS，研究內容包括工藝、組成、顯微結構、界面結構、力學性能和熱處理等方面，開展研究的單位有中科院上海硅酸鹽研究所、西安交大、華東理工大學、中國建筑材料科學研究院等，目前尚未有批量生產的報道。
　　（四）水泥基復合材料
　　水泥基復合材料包括顆粒型復合材料（如混凝土）和纖維增強水泥基復合材料（如纖維混凝土）。1980年高性能纖維增強水泥基復合材料誕生。混凝土基體的組成不斷優化，已由普通水泥基向環保水泥基聚合物（Geopolymer）、聚合物水泥基發展，MDF水泥基、DSP水泥基材料屬超高性能水泥基材料，在此基礎上又出現了性能與工藝優化的RPC水泥基；增強水泥基的纖維品種也越來越多。金屬纖維（主要是鋼纖維）已有各種尺度與各種形狀（平直型、端勾形、波浪形、質鈴形、啞鈴形）的鋼纖維；無機纖維有天然有機纖維（木纖維、竹纖維、劍麻纖等）以及不同尺度與不同性質的混雜纖維。20世紀90年代又發展了新型高性能FRP筋材。基體性能的優化和纖維品種的增多大大促進了水泥基復合材料的發展，應用領域也越來越寬。以鋼纖維增強水泥基復合材料為例，普通鋼纖維混凝土（SFRC）已是水泥基復合材料中研究最多、應用最廣的一種，它廣泛用干各種重大和重要工程中，高性能纖維增強水泥基復合材料中，典型的有漬漿結維混凝土（SIFCON）、漬漿網片混凝土（SIMCON），它們的力學行為均按數量級增長，在軍事工程上發揮了特殊的優勢。特別是繼MDF和DSP材料之后，又出現了活性粉末混凝土RPC材料。國際上的RPC材料有兩大系列，一是RPC200，二是RPC800，RPC800的性能已能與金屬材料媲美，與高分子材料抗衡了，但其生產工藝復雜，能耗高，難以向工程化和產業化轉換，相比之下RPC200則顯示出更美好的發展前景。加拿大Sherbrooke采用RPC200建造了世界上第一座RPC步行橋（Walk Bridge），該橋不僅強度高、耐久性好，而且水泥用量降低40%，結構自重減少1/2～2/3，且制備工藝簡單，有自流平特征，能耗下降，這一超高性能水泥基復合材料己引起世界各國的高度重視，且不斷在工程中拓寬應用。RPC材料雖出現在SIFCON和SIM－CON之后，但其發展速度卻有過之而無不及。
用RPC材料來增強水泥基解決混凝土早期收縮是一項關鍵技術，可國內生產的纖維質量與水平至今不能過關，尤其是在攪拌過程中纖維能否在水泥基體中均勻分散的關鍵技術至今沒有解決，現在國內生產現狀與美國纖維有很大差距，所以美國杜拉公司也看準了中國的大市場，積極在工程中推廣他們的產品，所以增強材料不過關，就是水泥基體優化了，性能價格比仍然難以提高。因此水泥基復合材料的發展沒有配套技術，產品質量不趕超世界先進水平，不形成大規模生產，則不可能滿足工程上的需求。</P>

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<>art 06</P><>二、江蘇省高性能復合材料產業現狀分析
　　以往江蘇省素有玻璃鋼之鄉的稱呼，因為我省在20世紀60、70年代玻璃鋼行業在全國所處的地位名列首位，那時可以說全國玻璃鋼產品及其原材料的一半出自江蘇，當時山東的玻璃鋼制品80%由江蘇提供的。近20年來盡管江蘇復合材料產業在發展，但相比以前在全國所處的地位要大大落后了。主要表現在①量大，但高新技術少，即通用的玻璃鋼及其原材料的量大，而高性能的玻璃鋼產品如高壓玻璃鋼天然氣氣瓶未開發；②面廣、特色品種少，即一般玻璃鋼產品在許多領域得到了應用，但33m大型玻璃鋼漁船首先在山東投入運行；③廠多、龍頭企業少，我省玻璃鋼原材料和制品生產單位有近700家，但全國不飽和聚酯樹脂年產量最大的企業在廣東，全國玻璃纖維年產量最大的企業在山東，全國玻璃鋼制品年產量最大的企業在河北。
　　高性能復合材料產業的發展狀況與上述一般復合材料產業的發展狀況有密切的關系，下面針對各種高性能復合材料作出具體現狀分析。
　　（一）高性能熱固性玻璃鋼
　　高性能熱固性玻璃鋼是選用高性能玻璃纖維為增強材料及高性能熱固性樹脂（如環氧樹脂、乙烯基酯樹脂等）為粘結劑，采用先進工藝制成的高性能復合材料。這類材料及制品綜合性能好，它既要滿足耐腐蝕、耐磨、耐高溫、抗滲漏或無污染等功能要求，又要滿足高強度、高剛度等結構性能要求。目前我省高性能熱固性玻璃鋼制品已具有規模化生產能力，多數產品質量、生產工藝技術及設備達到國內先進水平，但仍存在部分引進裝置開工不足、產品品種不多、重復引進、技術力量薄弱、缺乏創新機制、產學研脫節等現象，這有待今后產業調整逐步解決。
　　全省玻璃鋼企業近700余家，其中列入省屬高新技術企業30家，占全省玻璃鋼企業總數的4．2%，年產值約20多億元，約占全國產值的1/3，全省“七五”、“八五”、“九五”期間先后從意大利、美國、日本等國引進管罐生產線6條，SMC生產線2條，板材生產線2條及噴涂、注射成型（RTM）設備20余臺套，并從國內大專院校、研究院所、專業設備公司訂購各種設備20余臺套，具有較強的技術裝備水平，并培養了一批能從事生產和研究的技術隊伍。所生產的產品涉及航空、航天、建筑、建材、石油，化工、能源、交通、機電、信息、醫療、體育、文化、輕工、食品、農業、兵器等近20個行業和部門。在“七五”、“八五”期間，我省先后從美國、德國、荷蘭等引進樹脂生產線5條，其中聚酯樹脂生產線4條，生產能力7萬噸，約占全國樹脂生產量的1/3。環氧樹脂1．5萬噸。酚醛樹脂0．3萬噸。南京玻纖院研制、生產的高強、高彈性玻璃纖維是全國唯一生產單位，這為“十五”期間開發高性能玻璃鋼奠定了基礎。
　　我省高性能熱固性玻璃鋼制品產業主要包括高性能玻璃鋼管道及容器、環境保護用的玻璃鋼制品、汽車部件、機械及電器部件、航空、航天等軍事用途的高性能玻璃鋼制品。
在管道及容器方面，我省已有一定的規模，通過引進設備，我省可生產常壓、中壓及高壓管道，其中夾砂管道市場占有率40%，纖維纏繞玻璃鋼管道市場占有率為20%，高壓管道尚處在開發階段。我省姜堰市天杰玻璃鋼管道有限公司已從美國Entec引進微機控制的全套高壓管道生產線，可生產直徑2″～8″的高壓管道，但由于技術力量薄弱、資金短缺，目前處于停產狀態，也是我省“十五”期間重點要抓好的高壓管道的產業化問題。盡管連眾玻璃鋼集團有限公司可望于今年11月份生產3．5～24MPa高壓環氧玻璃鋼管道，引進美國的現場纏繞機可生產2500立方米大型貯罐，但玻璃鋼壓力容器如汽車用的壓縮天然氣氣瓶等仍為空白點，今后仍然應該作為研發的重點課題之一。
　　在環境保護設備方面，除低噪音、中、高溫冷卻塔外，其它有屋頂風機、空調器、凈化槽等。南通申海集團公司生產的屋頂風機在全國市場占有率9/10。我省生產的各類空調器市場占有率1/3、凈化槽占3/4。江蘇鵬鷂環保集團有限公司生產的WSZ系列FRP凈化槽，處理容積l～60立方米，廣泛應用于生活污水及與之類似的工業有機污水處理，累計產值超過10億元。
　　在汽車部件方面，作為高性能玻璃鋼汽車部件在我省也初具規模，但品種不多，生產工藝還很落后，有待進一步研發。玻璃鋼作為汽車部件的主要優點是重量輕、耐腐蝕、容易修補、噪聲小、成型工藝方便、燃油耗量低等。江蘇省玻璃鋼主要用于汽車覆蓋件和受力結構件：如車頂、窗框、保險杠、擋泥板、車身板、門、儀表板等。為汽車配套的專業工廠有宜興玻璃鋼總廠、蘇州松達特種玻璃鋼廠、揚州亞星-奔馳汽車有限公司等單位，作為南京躍進汽車集團是玻璃鋼汽車部件（車頂、保險杠）最大的用戶，每輛車消耗玻璃鋼制品80余公斤。該公司正在委托常州玻璃鋼造船廠加工越野車覆蓋件。常州華日新材料有限公司建成了具有世界先進水平的迪美牌10，000噸SMC和BMC生產線，主要為生產汽車部件服務。無疑這將為我省和全國汽車行業用的高性能玻璃鋼汽車部件奠定物質基礎。
　　在機電行業方面，我省企業在研發和生產的高性能玻璃鋼在機電行業方面應用已具有相當規模，在國內同行業具有領先地位，其產品出口國外。江蘇省申海集團股份有限公司生產的玻璃鋼空調設備和屋頂風機已在國內重大工程中應用，并已出口國內外。南京興亞玻璃鋼公司用拉擠工藝生產的寬幅電纜橋架矩形方管，專門為南京長橋二橋電纜鋪設之用。南京斯貝爾復合材料有限公司采用拉擠成型工藝生產的寬幅空芯橋梁保護板今年出口泰國，預期使用壽命50年。無錫宏泰電器公司為電器部件生產的BMC模塑料已超過2500噸，產品出口日本、德國、法國。連云港華威電子集團有限公司生產的4米集成電路環氧模塑料，年銷售收入6000萬元。
　　在航空航天及軍事方面，由于高技術發展，要求所用的材料質輕、高強、耐高溫、耐腐蝕、熱膨脹系數小。江蘇省用于航空航天及軍事方面研制及應用也初見端倪，但尚需加大力度開發。南京航空航天大學設計、制造了2人座玻璃鋼輕型飛機。
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<>art 07</P><>　　（二）高性能熱塑性樹脂基復合材料
　　高性能熱塑性樹脂基復合材料選用高性能玻璃纖維（或氈）為增強材料，熱塑性樹脂為粘結劑，采用先進工藝（如注射、擠出、纏繞、連續成型及沖壓等成型工藝）制成的高性能熱塑性樹脂基復合材料，其產品主要用于運輸、電氣、電子器材及設備等方面。由于這類材料有優異的沖擊韌性、耐化學腐蝕。抗損傷能力強、比強度高、成型周期短、生產效率高、可回收利用，在國外已有相當規模，國內預計15萬噸之多，但在我省還處在研制開發階段，生產的產品尚屬半成品。由于引進了設備及技術，其主要熱塑性樹脂如PP、PA、PE、PVC、PS等已具有相當規模，而高性能熱塑性樹脂（如PEEK、PBT、PPS、PSF、PPO）仍處在研發階段，這是我省“十五”期間要奮起直追的。我省汽車、機電、建筑等行業應用的幾種熱塑性樹脂基復合材料產業現狀概括如下。
　　1．玻璃纖維氈增強熱塑性片材（GMT）
　　GMT主要是指玻璃纖維增強聚丙烯樹脂制成的片材，由于具有成型周期短、沖擊韌性好、可再生利用等優點，近年來，北美國家GMT年增長率達10%，歐洲市場上GMT年增長率預計達15%（1997～2002年）。GMT有80%用于汽車工業，其余200用于建筑、化工、包裝、體育器材等領域。江蘇“九五”期；司，南京玻纖院與華東理工大學聯合承擔的國家“863”計劃項目一“玻璃纖維氈增強熱塑性片材規模生產技術”已通過國家“863”專家的驗收和鑒定，但在本省尚未建立生產線，有待進一步研究和開發。江蘇省是汽車大省，針對躍進汽車集團、亞星公司等市場需求，GMT開發前景廣闊。揚子石化公司新建年產20萬噸聚丙烯生產線，必將為今后GMT的生產提供物質保證。金陵石化公司塑料廠生產的聚丙烯也將是GMT專用料的選擇對象之一。而玻璃纖維氈則由南京玻纖院提供，但GMT片材的生產企業有待落實。
　　2．高密度聚乙烯管材
　　揚子石化公司設計、建成了年產2000T的高密度聚乙烯管道生產線，性能指標與德國Hoechst及北歐化工公司的專用料性能相當，管材具有耐磨、不易結垢、安裝方便、阻燃、抗靜電等優良性能，廣泛應用于各種色漿的輸送。管材直徑從5mm至630mm各種規格，壓力等級從0．25MPa～16MPa。揚子石化公司生產的高密度聚乙烯也是我省及全國鋁塑復合管生產的專用料。
　　3．高性能聚苯酯復合材料密封件
　　南京玻纖院為跟蹤國際油封新材料的發展方向，配合我國汽車工業油封的國產化，“九五”期間承擔了國家科技攻關項目“旋轉軸油封規模生產技術研究”，2000年通過了國家建材局組織的專家鑒定，并已申請了國家專利，已形成年產100萬只油封生產能力，為躍進汽車集團等國內十余家工廠作為汽車油封專用件。2001年預計將生產10萬只油封。2005年市場占有率將達到50%，數量超過120萬只以上。此油封用的熱塑性樹脂是對羥基苯甲酸酯（簡稱聚苯酯），具有耐油、耐溫、耐腐蝕及抗磨性能。
　　4．高性能包裝材料
　　江陰申達集團公司采用改性共擠多層復合材料新工藝，制成高阻隔、無菌包裝等新型包裝材料，系我省包裝材料的主要企業，國家包裝工業園即建在江陰。據1999年統計，我省包裝工業的產值占全省工業產值的2．58%。申達集團公司計劃“十五”期間投入30億元，形成軟塑包裝基材20萬噸，復合軟塑包裝5萬噸，實現銷售收入50億元。
　　（三）先進復合材料
　　先進復合材料是指高性能增強材料（碳纖維、凱夫拉纖維、超高分子量聚乙烯纖維、植物纖維等）增強高性能樹脂制成的復合材料，其在我省研制開發的產品中有所應用，但規模不大，仍在開發階段，其碳纖維的生產線仍在籌建階段，其凱夫拉纖維僅限于編織及應用（如防彈板、防彈衣等），而超高分子量聚乙烯纖維的生產在我省仍是空白。
　　20世紀80年代中期，南京航空航天大學試制的輕型飛機曾采用碳纖維及高強玻璃纖維作為增強材料，采用環氧樹脂作為粘結劑制成。宜興市天鳥高新技術有限公司是專業生產織造碳纖維布、芳綸纖維布及開發新型復合材料的專業公司，其產品主要服務于人造衛星、運載火箭、飛機、防彈制服等領域，也應用于體育用品、高級音響設備等方面。為適應我國先進復合材料工業的發展，揚州市惠通聚酯技術有限公司與中國科學院太原煤炭研究所等合作開發生產的高性能聚丙烯睛碳纖維，已列入江蘇省2001年重點攻關項目，將生產系列碳纖維產品，包括T-300、T-400H、T-800H、T-1000H產品的研發生產，必將推動我省先進復合材料及其制品的發展。
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<>art 08</P><>　　（四）高性能金屬基復合材料
　　高性能金屬基復合材料在我省尚處于研發階段，只有東南大學、南京航空航天大學等少數幾所院校在從事高性能金屬基復合材料的研究與開發工作。
東南大學從上世紀的80年代初即開始致力于高性能金屬基復合材料的研究，先后承擔并完成過多項國家、部、省級科研項目。1983年開始著手進行石墨/鋁復合材料活塞的研制工作，并在國內率先試制出石墨/鋁復合材料活塞；1985年開始進行氧化鋁短纖維增強鋁基復合材料和氧化鋁短纖維局部增強鋁基復合材料活塞的研制工作，并于1988年與一汽合作進行臺架試驗，表明該活塞耐磨性能優良；“九五”期間，在增壓柴油機用纖維增強鋁活塞的研制工作方面，東南大學和揚州柴油機廠合作，進行了大量的研發工作，結果陶瓷短纖維局部增強鋁活塞成功地通過了600小時全速全負荷臺架可靠性耐久試驗和500小時臺架熱沖擊試驗，達到了設計指標。目前仍需進一步降低成本，以便實施產業化。
　　根據目前市場分析，全國柴油發動機年產量近60萬臺，將柴油機改為增壓柴油機是發展方向，如果國產柴油機50%改為增壓柴油機，則增壓柴油機所需高性能金屬基復合材料活塞將超過120萬只，另外，相應的配件市場也頗具潛力，因此金屬基復合材料活塞實施產業化的市場前景很好。
　　南京航空航天大學于1991年開始承擔“八五”國家科技攻關計劃項目“鋅基復合材料及其模具實用化成型工藝”，成功地探索出了用鋅基復合材料制備模具的實用成型工藝--負壓石膏型精鑄法，該方法能夠制取結構復雜、表面光潔度高的零件，成本低廉，填補了國內外空白，達到了國際先進水平。鑒于各種原因，該項目末實施產業化。現南京航空航天大學正與錫山市三洲線纜廠合作開展“納米鋅鋁金屬基復合材料鍍層鋼絞線制備技術研究”，以獲得新一代的鍍層鋼絞線，推向市場。
　　鋼絲和鋼絞線是鋼鐵制品的常用產品，全世界每年的需求量目前已達800萬噸，而我國去年近45萬噸，并且每年以30%的速度遞增，它廣泛應用于輸變電工程、電氣化鐵路、郵電、通訊和高速公路等領域。因此新一代金屬基復合材料鍍層鋼絞線的市場前景是很大的。
　　（五）高性能功能復合材料
　　高性能功能復合材料在此是指兩種不同材料經膠接、焊接或其它工藝方法形成的具有特定性能的復合材料，如樹脂/陶瓷復合、鈦/鋼復合、陶瓷/鋼復合等。該材料在我省已經形成一定的生產能力，但尚未形成規模生產。南京寶色鈦業有限公司，用不同有色金屬以爆炸焊接復合及爆炸一軋制復合方法生產復合材料制品，是我國生產不同質材、不同規格、雙層和三層金屬復合材料如鈦/鋼、鎳/鋼、鋁/鋼、銅/鋼、鈦/銅/鈦、鋁/銅、鈦（鎳）/不銹鋼等復合材料制品主要廠家之一。目前市場占有率在40%以上。幾年來成功生產了近5千噸，為國防及國民經濟發展中關鍵設備配套，如PTA裝置國產化工程生產的大型650m2鈦冷凝器，為中科院制作的金鈦太空望遠鏡、為日本TOSHIBA和德國BME公司電子網板生產線生產的配套的鈦設備以及國內首臺四通道金鈦螺旋板式換熱器和首臺30m2鈦色合金復合材料反應釜等設備配套，填補了國內空白。
　　南京工業大學在樹脂／陶瓷復合材料微波介質材料和金屬化基板方面已形成小批量生產，產品品種已覆蓋美國ROGERS公司的系列產品。
　　（六）高性能陶瓷基復合材料
高性能陶瓷基復合材料在我省也是處于研發階段，離產業化還有很大差距。
我省晶須及纖維增強陶瓷基復合材料的研制工作大大落后于國內某些省市。除南京玻纖院研制過Al2O3和ZrO2短纖維，南京工業大學進行過由碳纖維制備碳芯碳化硅纖維，南京航空航天大學進行過Al2O3短纖維增強羥基磷灰石生物活性材料外，其余幾乎是空白，更談不上產業化的工作。
　　我省在顆粒彌散增韌陶瓷基復合材料方面有一定的研究基礎。南京工業大學、江蘇大學等高校、科研單位較早開展了顆粒彌散型陶瓷基復合材料的研究，主要研究了以ZrO2、SiC、TiB2等顆粒為彌散劑的陶瓷基復合材料，取得了一定的成果。“八五”期間，我省曾把ZrO2增韌陶瓷制品的研制作為攻關項目，由江蘇省陶瓷研究所、南京化工大學、江蘇大學聯合攻關，以ZrO2為增強增韌劑，研制并中試生產了ZrO2氣流磨內襯、拉絲模等產品，取得了階段性成果，并通過省級鑒定。目前我省生產高性能結構陶瓷的企業主要有南通申海氮化物公司、宜興非金屬機械廠、江蘇省陶瓷研究所、江蘇晶輝待種耐火材料公司等。這些企業也進行了少量的顆粒彌散型陶瓷基復合材料制品的開發、試制，用ZrO2或SiC顆粒增強氧化物或氮化物材料。由于生產工藝技術還不完全成熟，因此產品品種少、質量不穩定，尚未形成規模生產。難以滿足對高性能陶瓷基復合材料產品日益增長的
需要。
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