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2018年复合材料行业机遇和挑战并存
发布时间:2018-01-05
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  刚刚过去的2017年,随着全球制造业持续向智能化、绿色化发展,具有轻质高强特点的复合材料不断拓展汽车及轨道交通轻量化、石化防腐、风电及环保等应用领域,发展潜力巨大;复合材料新产品新技术层出不穷,国际国内各类展会成为企业展示其新产品新技术的舞台和企业间交流合作的平台,给企业发展带来更多机会;“十三五”期间,走绿色化背景下的可持续发展之路,成为复合材料行业的发展理念,研究和发展复合材料的回收和再利用已成为我国乃至全世界所面临的紧迫问题,也是行业面临的新挑战。

 

复合材料在轨道交通轻量化方面应用广泛

 

  应用领域不断拓展

 

  复合材料有许多显著的优点:热稳定性好,比强度、比刚度高,具有特殊的振动阻尼特性,具有优异的力学性能和不吸收X射线特性,可以获得高精度的复杂形状,并且耐腐蚀能力强等,因而广泛应用于航空航天领域,汽车工业领域,化工、纺织和机械制造领域,医学领域,以及制造体育运动器材和建筑材料等。从2017年本报玻纤/复合材料版报道看,随着全球制造业持续向智能化、绿色化发展,具有轻质高强特点的复合材料正不断拓展汽车及轨道交通轻量化、石化防腐、风电及环保等应用领域。

 

  目前,世界各国针对汽车行业的环保法令愈加严格,业界迫切需要轻量化的解决方案来对抗燃油费上涨的成本压力。目前汽车轻量化技术主要有两个方向,一是汽车结构和材料加工工艺的优化设计,二是使用能够满足要求的更轻质的替代材料。其中,轻量化的替代性材料是业内普遍认同的前景最为客观的轻量化技术,复合材料作为其中的主要材料之一,市场潜力巨大。以碳纤维复合材料为例,碳纤维复合材料是汽车工业轻量化的主要材料,在航空领域已得到广泛应用,但受制于成本等因素未能在汽车行业复制成功。碳纤维复合材料再生量产技术成为业界期盼的一种解决方案。作为占据世界市场40%的东丽公司,与丰田汽车下属的丰田通商株式会社合作,共同推出节能低成本的碳纤维复合材料回收再生技术,拓展汽车应用领域。据欧洲知名咨询公司SAMResearch预测,全球碳纤维需求量到2020年,将超过16万吨,其中汽车轻量化领域将成为增长最快和需求最大的领域之一。相关资料表明,未来10年,全球汽车市场将大幅增长,2025年全球汽车产量将达到1.5亿辆,这将是复合材料迈进汽车轻量化市场的大好机会。

 

  到目前为止,复合材料已在建筑的二级结构和巨型支撑结构中得到广泛应用,随着开发更加复杂的技术解决方案,复合材料在建筑中的应用也会越来越广泛。相关资料显示,在过去20年中,美国的房屋建筑市场发生了两次重大的复合材料渗透:制造门窗框架型材的拉挤成型,以及用于外门的玻璃纤维增强聚酯和聚氨酯外皮的压塑成型。这些应用与传统材料相比具有更低的成本,所得到的窗户和门框具有与金属一样的特性,且效率更高。加拿大新近研发的一种新型抗震纤维增强混凝土(EDCC),将传统混凝土的应用范围渗透到新型房屋、管道、硬质路面、海上作业平台、防爆结构及工业地板等领域。加拿大不列颠哥伦比亚大学民用工程教授NemyBanthia表示,EDCC在水泥中添加了聚合物复合材料、粉煤灰及其他工业添加剂,实现了可持续利用,发展前景看好。

 

  先进复合材料经过几十年的发展,在国际上无论是原材料制备,设计与工艺还是工程应用均已取得较大进展。虽然在国内行业刚刚进入成长期,但随着先进复合材料研发与稳定性生产陆续展开,科技成果向下游应用转化过程逐步完善,相关配套工装设计与制造技术的不断进步,应用领域正在不断扩大,在轨道交通、汽车、建筑、机械、医疗、电子、通信、环保、海洋船舶、机器人、无人机、体育休闲等国民经济领域具有广泛的应用前景。2017年2月发布的《新材料产业发展指南》从突破重点应用领域急需的新材料、布局一批前沿新材料、强化新材料产业协同创新体系建设、加快重点新材料初期市场培育、突破关键工艺与专用装备制约、完善新材料产业标准体系、实施“互联网+”新材料行动、培育优势企业与人才团队及促进新材料产业特色集聚发展等九方面提出了重点任务,为复合材料的发展创造了更好的环境。

 

  新产品新技术层出不穷

 

  材料作为制造业的基础,其应用创新是制造业科技创新、转型升级的重要环节。为适应这种发展趋势,复合材料企业不断推出新产品新技术,而国内国际各类展会成为企业推广其新产品新技术及展示其实力的平台。全球规模最大、影响力最强、历史最悠久的复合材料展之一——2017年法国复合材料展充分展示了纤维、树脂、复合材料及各专业加工设备等系列产品。创新成为该届展会的核心,获得“复材创新奖”的13类技术,涵盖了复合材料从原材料到加工应用的各个领域。该届展会有130家中国企业参展,显示出我国企业在复合材料领域的卓越实力。巨石集团、泰山玻纤、重庆国际、长海新材、林州光远等玻纤及碳纤维生产企业,中国复材、中航复材、富丽华等复合材料制造企业,以及集科研与生产为一体的南京玻璃纤维研究设计院均在展馆的各主要位置设置了展台,向世界充分展示中国复合材料企业取得的巨大成绩。

 

  作为全球复合材料界最重要的年度盛事,2017年中国国际复合材料工业技术展览会(CCE)吸睛能力一如既往。全球领先的玻纤复合材料生产商——欧文斯科宁在CCE上向观众展示了一个“复合材料驱动”的世界,涉足风电、汽车、基础建设及石油和气体等工业领域。欧文斯科宁主推的是缠绕成型用Advantex、拉挤成型用PULSTRAND、风能叶片用WINDSTRAND和ULTRABLADE、LFT及CFRT产品用PERFORMAX四大产品解决方案。航天海鹰(镇江)特种材料公司首次展示了采用多项自主知识产权、代表我国及复合材料行业领先水平的C919后机身后段前防火墙、垂尾壁板和后机身前段上壁板三件大型、超大型结构部件。中复连众的叶片板块也取得了两个突破:一是自主研发了首台高原型风电叶片,其为2MW风电机型专门设计,具有自主知识产权;二是自主研发了LZ68-4.0海上风电叶片,并实现了一些新的制造技术,如在线涂胶粘剂、后缘辅梁单独预制、引入美国知名的叶片雷电系统等。

 

  碳纤维是重要的战略物资,是高精尖复杂产品实现轻量化、高性能的关键原材料。然而,该材料长期依赖进口,制约了我国相关产品的研发进程。在“国产M40J碳纤维工程化研制及应用”一条龙项目牵引下,历经5年研制,我国成功突破稳定化制备、碳纤维表面处理等关键技术,建成百吨级M40J高模高强碳纤维生产线。这标志着我国M40J高模高强碳纤维进入稳定生产阶段,也意味着高性能碳纤维国产化时代正式到来。作为该项目的骨干企业,中国航天科工二院在项目执行中,打破了国外技术壁垒,形成了一系列自主知识产权,满足了高精尖航天复杂型号产品研发的指标需求。这种高性能碳纤维在国务院印发的关于《中国制造2025》的通知中提出的高档数控机床和机器人、航空航天装备等10个重点发展领域都有广泛的应用前景,将有力助推“中国制造2025”。

 

  回收再利用迫在眉睫

 

  2015年1月1日起被称为“史上最严”的新《环保法》施行,2017环保督察及政策持续加码,2018年1月1日起我国第一部专门体现“绿色税制”的单行税法——《中华人民共和国环境保护税法》施行,工业领域环保压力骤增,一大批中小企业因环保不达标被停产甚至关闭。“十三五”期间,走绿色化背景下的可持续发展之路,成为复合材料行业的发展理念,研究和发展复合材料的回收和再利用已成为我国乃至全世界所面临的紧迫问题。

 

  复合材料制品废弃物回收再利用技术的研究成为最近几年欧美国家的研发重点。力连思公司发行的最新版用户手册介绍了热固性玻纤复合材料的回收新方法。这种新方法被称为Co-Processing,是将废弃的复合材料产品再度研磨之后,重新投入,用于生产水泥。一方面可以作为一种生产替代原材料,另一方面可以作为一种能量来源,减少燃煤、油气等化石能源的消耗,通过这两条途经实现复合材料产品的节能减排。力联思预计,在这种新工艺中,玻纤复合材料再生研磨料可占到原材料总重的75%,从而显著降低碳排放,达到保护环境的目的。

 

  虽然现在碳纤维回收已成为可能,但通常使用高温回收技术或化学品进行研磨或分解,后者难以安全处理。此外,还存在碳纤维线本身可能在该过程中被损坏,加上用于将它们层叠在一起的聚合物树脂不能回收等问题。美国华盛顿州立大学的科学家们研发了一个没有这些缺点的新工艺。新工艺的原理是将碳纤维废料浸入由“弱酸”和液态乙醇组成的溶液中,当混合物加热到200℃时,乙醇使树脂膨胀。这允许“弱酸”进入其中,破坏碳—氮键。随后其分解成液体,释放用于回收和随后再利用的碳纤维线。树脂也可以回收再利用。新工艺使碳纤维回收变得更环保、更高效。

 

  从国内情况看,由于产品质量问题,使用寿命短,国内有数千万吨的复合材料制品等待或即将被处理,这是复合材料行业面临的新挑战。面对新挑战,国家对复合材料的回收再利用提供了政策法规上的支持,《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》提到,实施循环发展引领行动,推动新品种废弃物的回收利用,开展基于“互联网+”的废弃物回收利用体系示范。到2020年,力争当年替代原生资源13亿吨,资源循环利用产业产值规模达到3万亿元;《“十三五”节能减排综合工作方案》明确,促进资源循环利用产业提质升级,促进资源再生利用企业集聚化、园区化、区域协同化布局,提升再生资源利用行业清洁化、高值化水平。推动太阳能光伏组件、碳纤维材料、生物基纤维、复合材料和节能灯等新品种废弃物的回收利用。到2020年,再生资源回收利用产业产值达到1.5万亿元,再制造产业产值超过1000亿元。复合材料的回收再利用问题也越来越受到行业和企业的重视,SAMPE学会中国大陆分会、中国化学纤维工业协会、中国复合材料学会及上海交通大学等行业协会、科研单位,积极组织相关企业在环保技术及政策、环保设备、国内外复合材料回收再利用技术等方面进行分享交流。

 

  相关专业人士表示,随着复合材料应用领域的增加,其污染问题也会越来越严重,面临的风险也在不断增加,因此复合材料的回收再利用已成为一个迫切需要解决的问题。在国家、行业协会及行业企业越来越重视的当下,复合材料的回收再利用将加快发展步伐。(文章来源:中国建材报)

 

 

 

 

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