全球金融危機下的國內玻璃鋼復合材料產業的思考

    據不飽和聚酯樹酯（UPR）行業協會提供資料，2008年我國UPR總產量并沒有因為金融危機的波及受到影響，相反，這一年各地的UPR企業生產逆勢而上，總量達到145萬噸，比2007年增長了7 %，2009年以來，加大對基礎工業的投入及能源結構重大調整的影響，國內UPR產業行情繼續看好，特別是江蘇、上海、天津等，內外資企業逐月增產，中高檔樹脂需求上升?？梢灶A測，2009年，UPR總量將會突破150萬噸。這一市場信息，反映了UPR下游產業的需求進一步擴大，反映了我國玻璃鋼復合材料產業堅實的市場基礎，反映了玻璃鋼復合材料進入新興市場的活力。
    國內FRP復合材料產業在金融危機下保持持續增長的勢頭，是產業政策的及時引導和支持，十大行業的調整振興，啟動了FRP復合材料的新興市場。這個市場圍繞著傳統能源節能減排下的低碳經濟、環境保護，能源結構調整下的風能大面積開發和利用，出現了玻璃鋼復合材料應用的新的經濟增長點。這些增長點包括：高鐵、輕軌、公路、機場基礎工程，水處理技術、水資源循環利用、城市建設給水排水、海水淡化等工程，新一輪的車船節能減排和新能源工程，電力燃煤燃油、冶金冶煉等脫硫工程，沿海、近海持續風電開發工程，建筑節能工程，電力電器改造工程，高鐵、輕軌、長客等車體工程等。
    在國內新興市場啟動下，國外市場也不斷向我們釋放了新的信息，DSM公司和FCE公司將其在歐洲研發成功的FRP人行橋轉移到，長×寬：13.4×2.3m/m、橋身重3.5噸的人行橋，作為超越鋼鐵、混凝土結構的高等級要求的橋梁將于明年架起在上海張江或南京。美國亞什蘭公司將向風電市場全方位提供其在本土完成的用環氧乙烯基酯樹脂制造的長達40m的FRP葉片應用案例。德國拜爾公司開發的輕質PU復合材料，以減輕60%汽車零部件質量，進入國內汽車零部件市場。日本積水株式會社將成功應用于日本新干線的玻纖增強PU枕木推向高鐵工程。美國雷可德公司將成功應用于美國地下雙壁、多壁貯油罐材料和技術，開展與國內企業合作。歐、美、日等發達的復合材料企業向新興市場還展示了熱固性PU-FRP電桿、多軸向抽真空高壓管道、潛水救生艇、大型高壓貯氣罐站、燃料電池SMC/BMC雙極板等。
    國內新興市場開發同時，伴隨了傳統市場的更新變化。SMC片材所涉及新的應用領域要求提供各類性能的高強度、低密度、低收縮、阻燃、A級表面等片材。中、高壓電器級BMC材料，多軸向纏繞制管、加砂、離心抽真空制管等技術，先進擠拉技術、拉纏技術等得到不斷的提升。新興市場與傳統市場的互相影響，互相滲透，預示著國內敞開式手糊成型工藝向閉模抽真空成型工藝轉移的趨向。山東德州雙一、華冀、株丕特公司已成為國內制造機倉罩的創新和出口基地，抽真空成型大型機倉罩在先走一步。這種工藝改善了操作環境，實現了產品的輕質高強和精度要求，降低了綜合生產成本。
    國內新興市場的開發，帶來一系列新穎玻璃鋼產品的面市，加速拉動玻璃鋼原材料的研發和創新。原材料品質和性能的提高，不僅是玻璃鋼復合材料新興市場創新的根本保證，并且為其與新材料、傳統材料在強重比和性價比方面贏得優勢和市場。兆瓦級風機葉片是UPR基玻璃鋼典型的受力結構耐疲勞產品。國內葉片制造業前幾年大都從荷蘭、德國轉讓全套技術，基體材料大部采用環氧樹脂。在多大兆瓦級葉片上采用碳纖維增強，仍在爭論和實踐中考驗。玻璃纖維和UPR能否用于2兆瓦、2.5兆瓦級葉片制造上？丹麥LM公司在3兆瓦葉片上采用UPR和玻纖，充分證明了其可行性。所以，近幾年，亞什蘭、DSM、雷可德、上緯、長興、華昌、OCV、PPG、重慶國際、巨石等內外資企業相繼開發了兆瓦級葉片用原材料。這些企業群體圍繞葉片性能要求，進行了玻璃纖維成分和熔制溫度的改變，樹脂組分、粘度、強度的調整，玻璃纖維表面處理技術和紡編織技術改進等一系列技術的實施，推進了國內集成創新兆瓦級葉片制造技術的完善。實踐證明，市場無止境，創新是根本。圍繞兆瓦級葉片開發的新穎高性能玻璃纖維和高強低粘樹脂，對整個玻璃鋼傳統市場是極大的變革，將使高性能船艇、航天航空零配件、汽車零配件，從傳統的FRP原材料中脫胎換骨，變得更輕、更強、功能更多，為玻璃鋼新興市場提供新的空間。[-page-]
    面臨國內FRP復合材料新興市場，并不是我們“一家爭鳴”。從已知的這一市場中，高性能纖維材料（碳纖維、開芙拉纖維、高密度聚乙烯纖維、陶瓷纖維、玄武巖纖維、金屬纖維），工程塑料、環氧樹脂等熱塑性熱固性基體材料求得自身發展中，也在新興市場進行創新和擴張。因此，我們面臨的挑戰和競爭更為激烈，由市場啟動來考慮采用玻璃鋼復合材料的必要性和經濟性，玻璃鋼產品必須進行設計。已故著名力學專家朱頤令教授曾多次提到“人類在使用材料上必然王國向自由王國邁進了一步，過去是為特定的結構物選擇材料，現在可能為特定的結構物設計材料”。他又提到“復合材料不僅是個材料，更恰切地說是個結構”。朱教授這些結論發表后十年，美國國會技術評價局的專題報告中提到了”先進復合材料，與其看作是材料，確實更應該看作是結構“?，F任上海玻璃鋼設計研究院張汝光教授在近幾年復合材料產業的各種會議上呼吁企業要”認識復合材料，用好復合材料“。其提出的背景是，如果我們不認認真真去研究這個問題，我們某些產品可能在新興市場淘汰出局。十多年前，各地“一窩風”掀起玻璃鋼門窗產業到今天的“萎縮”，是深刻沉痛的教訓。
    為什么幾十年呼吁的設計理念和觀念離我們那么遠，長期又走不進中小企業？而且只是“束之”在大專院校、科研院所、大型企業的“高閣”。多少年來，系統的復合材料設計制造專業并沒有足夠引起大專院校的重視；人才缺乏、專業人材不足、系統復合專業人材的匱乏是國內中、小玻璃鋼企業普遍存在的現象，一方面企業缺少制度和環境留住科技人員，另方面一批年輕的科技人員也不愿去鄉鎮個體企業扎根。處于這樣現狀，我們覺得，象德州、棗強、安邱、武進、宜興、沁陽等地，有幾十家玻璃鋼企業結聚的地方可以聯合起來，先走一步。由政府牽頭、企業出資，建立民辦的自負盈虧的玻璃鋼復合材料研究設計所。這個所職能為成員單位設計產品、審議產品；為企業選材和產品性能進行預測試測定及咨詢；為企業申報科技新產品、新技術，爭取政府科研資金支持；為企業架起與大專院校、科研院所的產學研聯系；與企業一起參與市場調查、信息發布、名優產品的入市；為企業傳播新技術、新材料、新設備和培訓企業技術和管理骨干。殷切希望這些地區的政府和企業積極動起來，籌集資金，招募有志的科技人員，老中青三結合模式開展設計創新，使我們玻璃鋼中小企業的“產品真正成為充滿設計行為的理想結構物”。
    玻璃鋼產品設計，包括材料設計、結構設計和造型設計。由于玻璃鋼具有材料設計和結構設計同時進行的特點，因此盡可能在設計選擇材料性能時大幅度減輕玻璃鋼制品重量。材料設計中先是根據產品性能要求合理選擇樹脂和玻纖織物。選擇不同性能的樹脂及纖維織物，能組成各種不同性能的玻璃鋼，由于原材料和工藝等多種原因，玻璃鋼性能的分散性較大，所以必須考慮材料性能的可信度，把玻璃鋼的材料標準值定在可靠的程度上，制定合適的安全系數，如果可能，原材料本身的離散系數，也應包含在強度標準中。目前玻璃鋼制品的設計方法，一般企業沿用等代設計，即在結構物形狀、荷載、使用環境等都不變的條件下，用玻璃鋼代替其它材料制作另件，通用材料的設計方法對玻璃鋼結構設計仍是值得借鑒的，但在進行結構分析時，要考慮玻璃鋼的彈性模量低、剪切強度差以及各向異性等特點。造型設計要充分利用玻璃鋼易成型的特點，選擇合適的結構形狀來彌補玻璃鋼剛性差的缺點；或者改變傳統的結構形式，充分發揮玻璃鋼的特性。和過去的常規材料相比較，玻璃鋼制品設計的自由度很大。
    在考慮玻璃鋼復合材料設計的同時，引入夾層結構是重要的形式。當前，玻璃鋼夾層結構廣泛應用于造船工業，建筑業、航空航天工業。采用玻璃鋼夾層結構使玻璃鋼產品體現在更低重量的條件下的高強度、高剛度，更富有市場競爭力。近幾年，順應風電業發展，國內外制造夾層結構的企業云集市場。目前有四種結構材料：3D結構玻纖記憶織物、鋁質或紙質蜂窩結構、輕木、有機或無機泡沫塑料。玻璃鋼夾層結構制造主要是面板和夾層面的粘合，這一方面，DIAB（昆山）公司先后在國內舉辦多次培訓班，從理論和實踐結合上系統推進了夾層結構在葉片和造船上的應用。[-page-]
    我國玻璃鋼復合材料產業經歷了四十多年的發展歷程，今天，金融危機正好為我們追趕國際先進水平贏來了時間和機遇。由于國內UPR下游應用大量于國內玻璃鋼復合材料產業，使這一行業回避了金融危機直面帶來的影響；發達和地區目前仍然處于危機沖擊，促使了這些的企業和人才向我國或發展中的傾斜和轉移。我們可以講，玻纖，我們大；樹脂，我們多，但是我們的技術品牌離還有很大距離。因此，我們要搶時間，找差距，集人材，重創新，加快產業從傳統市場向新興市場轉移和開拓。在我國，在亞洲、在中東，玻璃鋼復合材料正迅速成為主流技術和選材料。這正如歐洲JEC集團董事會主席F.Mntel所說，“復合材料市場無處不在地進行著擴展。目前已是上大的復合材料市場之一”。