环氧基纤维增强复合材料的应用(1)

环氧树脂是优良的热固性树脂。它与目前大量应用的不饱和聚酯树脂相比，具有更优良的力学性能、电绝缘性能、耐化学腐蚀性能、耐热和粘合性能。众所周知，在国内，环氧树脂除用作粉末涂料、地坪、封装料、粘接剂等以外，在纤维增强复合材料领域中更是大显身手。它与PAN基碳纤维、芳纶、超高相对分子质量聚乙烯纤维等高性能纤维，以及连续玄武岩纤维、S或E玻璃纤维增强复合，便成为不可替代的重要的结构材料，广泛运用在电子电力、航空航天、运动器材、建筑补强、压力管罐、化工防腐等领域。据粗略调查，我国目前用于环氧基纤维增强复合材料所需环氧树脂总量在15万t/a左右，且每年以20%的速度增长。

下面分别介绍环氧基纤维增强复合材料在各个领域中的应用现状。

 

环氧玻璃纤维覆铜箔板是一个重要的电子产品。我国台湾占全球这一产品总量的1/2。台湾电子企业西移大陆加工出口及国内市场需求，激发了大陆电子业的发展。我们从国内电子玻璃纤维产量进行分析(表1)，2004年生产了12．85万t，需用环氧树脂达5万多。

表1 2004年全球电子纱年产能统计

地区	厂家	数量	备注
台湾省	必成	90000
	台玻	50000
	富乔	32000
	福隆	28000
	达荣	3600
	小计	203600
中国大陆	PRC	30000	增加3万t，2006年投产
	台嘉	10000	增加1万t，2005年6月投产
	宏联	15000
	世纪忠信	40000
	建滔连州玻纤有限公司	–	新增3600万VM ，2006年投产(折合0.6万t)
	珠海	8500
	重庆国际	10000
	山东泰山	5000	增加2万t，2005年3月投产
	巨石集团	–	增加电子布5000万m，2006年投产(折合1万t)
	其他	10000	川坡、杭玻、5227等
	小计	128500
欧美日	Vetrotex	80000
	AGY	20000
	PPG	30000
	NTB等	40000
	小计	170000
	合计	502100

从表中可看到，到2006年底，大陆将新增电子纱达8万t，需求高性能环氧树脂达4万t。

 

除了电子产品的需求，电力电器产品如电绝缘层压板、风力发电机叶片等对环氧基复合材料的需求也日益增长。据了解，由于对风力发电叶片强度和刚度的要求越来越高，长度30多m以上的风机叶片是由环氧树脂碳纤复合材料制作。目前德国公司最大的风叶已达到82m。风能作为清洁和可再生能源，已受到我国政府的高度重视，规划中沿海和西北地区的风电开发，将大量需求高性能风机叶片。四川东方汽轮机厂巳于2004年全套引进德国Repower公司风力发电机项目，这标志我国大规模风电开发正式启动运行。该项目的风叶直径达35m，由丹麦在天津的独资企业制造配套，并进行国内原材料配套消化吸收。

 

出于航空航天飞行及其安全的考虑所需，其结构材料应具有高比强度，高比模量、高可靠性和高稳定性．环氧基纤维复合材料成为航空航天制造业不可缺少的材料。据有关资料报导，航天飞行器的质量每减少1kg，就可使运载火箭减轻500kg，而一次卫星发射费用达几千万美元。高成本的因素，使得结构材料质轻，高性能显得尤为重要。利用纤维缠绕工艺制造的环氧基固体发动机罩，不仅耐腐蚀、耐高温和耐辐射，而且密度小、刚性好、强度高和尺寸稳定；再如导弹弹头、卫星整流罩和宇宙飞船的防热材料和太阳能电池阵基板，都采用了环氧基及环氧酚醛基纤维增强复合材料来制造。

 

民用航空材料方面由于采用环氧基碳纤维增强复合材料，带来非常明显的性价比。欧洲空中客车公司提出，更多地用轻质高强材料使机身减重30%，整个飞行成本可降低40%；空客公司的储备技术还提出，机身质量减15%，成本可下降15%的目标。空客公司在使用复合材料方面一直走在业界前头，如,4380飞机约25%由复合材料制造，其中22%为环氧基和工程塑料基纤维增强塑料。A380在后压力舱后部的后机身首次采用丁复合材料和先进金属材料，使用这些复合材料减轻了机身质量，大大减少了油耗和排放，并降低了运营成本。再如波音777飞机上采用纤维增强复合材料量达9900kg，占结构总质量的11%。我国高性能复合材料应用于航空业巳有20多年历史，目前军用歼击机占用量达25%，直升机最高用量可达50%，民用客机也达到10%～20%，主要用于起落架舱门、内外侧副翼、方向舵、升降舵、扰流板等。