環氧基纖維增強復合材料的應用

    環氧樹脂是優良的熱固性樹脂。它與目前大量應用的不飽和聚酯樹脂相比,具有更優良的力學性能、電絕緣性能、耐化學腐蝕性能、耐熱  和粘合性能。眾所周知,在國內,環氧樹脂除用作粉末涂料、地坪、封裝料、粘接劑等以外,在纖維增強復合材料領域中更是大顯身手。它與PAN基碳纖維、芳綸、超高相對分子質量聚乙烯纖維等高性能纖維,以及連續玄武巖纖維、S或E玻璃纖維增強復合,便成為不可替代的重要的結構材料,廣泛運用在電子電力、航空航天、運動器材、建筑補強、壓力管罐、化工防腐等領域。據粗略調查,我國目前用于環氧基纖維增強復合材料所需環氧樹脂總量在15萬t/a左右,且每年以20%的速度增長。
    下面分別介紹環氧基纖維增強復合材料在各個領域中的應用現狀。
    1覆銅箔板(電子玻璃纖維基板)和風電葉片
    環氧玻璃纖維覆銅箔板是一個重要的電子產品。我國臺灣占這一產品總量的1/2。臺灣電子企業西移大陸加工出口及國內市場需求,激發了大陸電子業的發展。我們從國內電子玻璃纖維產量進行分析(表1),2004年生產了12.85萬t,需用環氧樹脂達5萬多。
                                       表1 2004年電子紗年產能統計
                                          地區 廠家 數量 備注
                                          臺灣省 必成 90000  
                                          臺玻 50000  
                                          富喬 32000  
                                          福隆 28000  
                                          達榮 3600  
                                          小計 203600  
                                          大陸 PRC 30000 增加3萬t,2006年投產
                                          臺嘉 10000 增加1萬t,2005年6月投產
                                          宏聯 15000  
                                          世紀忠信 40000  
                                          建滔連州玻纖有限公司 - 新增3600萬VM ,2006年投產(折合0.6萬t)
                                          珠海 8500  
                                          重慶國際 10000  
                                          山東泰山 5000 增加2萬t,2005年3月投產
                                          巨石集團 - 增加電子布5000萬m,2006年投產(折合1萬t)
                                          其他 10000 川坡、杭玻、5227等
                                          小計 128500  
                                          歐美日 Vetrotex 80000  
                                          AGY 20000  
                                          PPG 30000  
                                          NTB等 40000  
                                          小計 170000  
                                          合計 502100  
    從表中可看到,到2006年底,大陸將新增電子紗達8萬t,需求高性能環氧樹脂達4萬t。
    除了電子產品的需求,電力電器產品如電絕緣層壓板、風力發電機葉片等對環氧基復合材料的需求也日益增長。據了解,由于對風力發電葉片強度和剛度的要求越來越高,長度30多m以上的風機葉片是由環氧樹脂碳纖復合材料制作。目前德國公司大的風葉已達到82m。風能作為清潔和可再生能源,已受到我國政府的高度重視,規劃中沿海和西北地區的風電開發,將大量需求高性能風機葉片。四川東方汽輪機廠巳于2004年全套引進德國Repower公司風力發電機項目,這標志我國大規模風電開發正式啟動運行。該項目的風葉直徑達35m,由丹麥在天津的獨資企業制造配套,并進行國內原材料配套消化吸收。
    2航空航天結構材料
    出于航空航天飛行及其安全的考慮所需,其結構材料應具有高比強度,高比模量、高可靠性和高穩定性.環氧基纖維復合材料成為航空航天制造業不可缺少的材料。據有關資料報導,航天飛行器的質量每減少1kg,就可使運載火箭減輕500kg,而一次衛星發射費用達幾千萬美元。高成本的因素,使得結構材料質輕,高性能顯得尤為重要。利用纖維纏繞工藝制造的環氧基固體發動機罩,不僅耐腐蝕、耐高溫和耐輻射,而且密度小、剛性好、強度高和尺寸穩定;再如導彈彈頭、衛星整流罩和宇宙飛船的防熱材料和太陽能電池陣基板,都采用了環氧基及環氧酚醛基纖維增強復合材料來制造。
    民用航空材料方面由于采用環氧基碳纖維增強復合材料,帶來非常明顯的性價比。歐洲空中客車公司提出,更多地用輕質高強材料使機身減重30%,整個飛行成本可降低40%;空客公司的儲備技術還提出,機身質量減15%,成本可下降15%的目標??湛凸驹谑褂脧秃喜牧戏矫嬉恢弊咴跇I界前頭,如,4380飛機約25%由復合材料制造,其中22%為環氧基和工程塑料基纖維增強塑料。A380在后壓力艙后部的后機身次采用丁復合材料和先進金屬材料,使用這些復合材料減輕了機身質量,大大減少了油耗和排放,并降低了運營成本。再如波音777飛機上采用纖維增強復合材料量達9900kg,占結構總質量的11%。我國高性能復合材料應用于航空業巳有20多年歷史,目前軍用殲擊機占用量達25%,直升機高用量可達50%,民用客機也達到10%~20%,主要用于起落架艙門、內外側副翼、方向舵、升降舵、擾流板等