全球高性能玻璃纤维的持续开发

玻璃钢

综述2011年第3期

全球高性能玻璃纤维的持续开发

赵鸿汉

（常州天马集团有限公司，常州213002）

近几年，全球高性能玻璃纤维的持续开发，是因为全球经济发展格局发生重大变化，传统能源节能减排，新能源开发，低碳经济的推进和实施，加速风能的大规模开发利用。兆瓦级玻璃钢叶片用增强材料的高强、高弹、高耐疲劳性能，给高性能玻璃纤维的开发带来了极好的市场机遇。

1高性能玻璃纤维的市场机遇

2005年第八届中国国际复材工业展上，美国OCV公司发表了“风力发电机叶片的设计和材料技术”的实践应用报告。报告指出：先进的、高成本效益的Advantex高性能玻璃纤维与E玻璃纤维相比，具有更高的拉伸强度、拉伸模量和高性能耐疲劳性能；其多轴向织物的平行伸直和多层排列，提高树脂渗透力并应用低压力的RTM加工，形成三维网络整体结构，成功应用于叶片材料技术。这份报告提出的前后，OCV公司已在我国引入了先进的池窑拉丝技术和开发了高性能玻璃纤维及多轴向织物，抢先和赶上了我国大规模风电市场的到来。在此前后几年，欧洲著名的整机和叶片设计技术公司德国aerodyn和荷兰CTC，国际权威风能设备认证机构德国GL公司，欧洲先进风电设备及机仓罩、叶片制造企业维斯塔斯、LM、株丕特，欧美日本等原材料（热固性树脂、结构泡沫、涂料）企业和模具制造业云集和扎推我国。这对我国风电行业当时缺少核心设计技术和材料技术带来了支撑和补充。这期间，我国风电业通过中外技术和市场的交流和转换，加快推进和完善了风电业集成创新体系，加速形成了我国壮观的风电产业。到2010年，我国已成为全球装机容量最多，风能开发利用最快的国家。这一年，我国新增风能装机容量为1420万千瓦，实现总装机容量达到了4182万千瓦。高性能玻纤主要用于叶片制造，按60%的玻纤用量达到了10万吨。

目前全国批量提供高性能纤维用于兆瓦风机叶片的玻纤企业，按进入市场的先后顺序为OCV、PPG、重庆国际、巨石玻纤、山东泰山等五大企业，重庆国际加快消化国外先进池窑技术，坚持集成创新和自主创新，成为国内高性能玻纤产量最大的企业。2010年，该公司突破了19万吨，并批量出口国外；用于风能叶片的玻纤与OCV公司不相上下；此外，重庆20

国际还大力开发高性能玻纤在石化、电力行业脱硫、脱氮、防腐、玻璃钢压力管道和电子器材等领域的成功应用，在我国高性能玻纤开发和应用上独树一帜。

2高性能玻璃纤维市场化的解决方案

我国大规模风能开发，对兆瓦级玻璃钢叶片需求逐年增长，2007年到2010年三年间，平均增长率达到70%，国内叶片制造企业达到60多家。兆瓦级叶片需求的快速增长，推动了国内外玻纤企业对高性能玻纤研发的积极性。

用于兆瓦级叶片的国内外高性能玻纤及多轴向织物开发品种品牌

企业名称

高性能纤维

多轴向织物OCVAdvantexUltraoladPPGHYBON2026重庆国际①ECR②ECT③TM多轴向织物巨石玻纤①E6②Vipro山东泰山①GMG②TCREMKHS系列HME南玻院江苏九鼎

国内高性能玻纤开发主要面向风叶市场，完成一片风机叶片涉及到一系列解决方案：①高性能玻璃纤维；②高性能玻璃纤维表面处理；③高性能玻璃纤维多轴向织物；④与高性能玻纤维匹配的合成树脂；⑤结构泡沫在夹层结构的应用；⑥RTM抽真空灌注成型工艺；⑦叶片模具制造。这里着重阐述多轴向织物、高性能树脂和成型工艺。

大型兆瓦级叶片制造技术采用的主要增强材料为多轴向经编织物，这种织物的纱线层能按照特定方向伸直取向，故每根纤维力学理论值的利用率几乎能达到100%。多轴向织物实质上是一种多层织物，纤维铺设在面内不同方向（衬纱系统）及沿厚度方向（绑缚系统），从而形成由纤维束构成的三维网络整体结构。这种结构空隙率小，纤维含量高，适合加工复杂曲面；此外，织物纤维中容易形成通道，减小了浸润渗透压力，起到了树脂渗透速度快、分布均匀。多轴向在经编织物改革上因有极大的灵活性和各向同性的适应性，所以，在纵、横、斜方向都能承受极强的抗力。风机叶片在经受风的大小和方向、温差变化大的极不稳定的苛刻自然环境下，选择多轴向织物是最理想的增强材料。

作为叶片用合成树脂，主要有环氧树脂、环氧乙烯基酯树脂和高性能不饱和聚酯树脂。由于我国风机叶片制造起步全部沿用国外设计技术，因此，前几年国内叶片制造业90%采用环氧树脂调和液。全球叶片领头羊丹麦LM公司，通过自主独立设计，在不同长度兆瓦级叶片上采用了环氧乙烯基酯树脂和不饱和聚酯树脂，其在欧美和中国的合作伙伴为亚什兰和DSM公司。随着整机的制造成本下降，叶片材料也面临低成本的材料选择。台湾上纬、台湾长兴、上海华昌先后推出了用于叶片制造的环氧乙烯基酯树脂。据有关信息，欧洲DSM公司与经过选择的重要合作伙伴叶片设计公司GlobalBladeTechnology进行了应用试验合作，开发了可用于制造500千瓦甚至5MW和6MW，长度超过60M风机叶片的高性能不饱和聚酯树脂SynoliteTM1790-G-3。这一类树脂的市场化，必将改变单一用环氧树脂的依赖性，引起整个叶片制造业的降本增效。据DSM公司透露，实践已证明它可用来制造3.5兆瓦、超

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过45M的风机叶片。

大型兆瓦级叶片成型是采用抽真空灌注成型工艺。这个工艺是从最早的RTM（对模）工艺发展起来的，适合于大型制件制作。采用这种工艺，孔隙率低，纤维含量高和良好的玻璃钢强度和刚性。抽真空灌注成型工艺与传统敞开式手糊成型相比，铺放简单，节省时间50%，树脂浪费率低于5%，加工过程中，苯乙烯挥发物逸出降低90%；与手糊玻璃钢相比，制品刚强度大大提高，纤维体积比可高达60%。在一些叶片制造业和船艇制造业，已开始由湿法灌注向预浸料工艺进展，这种工艺，对制品质量、均匀的力学性能更有保证，制程的时间更短。在国内，高性能玻纤以软质和硬质纱的形式，机械成型玻璃钢压力容器、管道、海洋工程平台等，因各类工程的需求，用高性能玻纤置换E玻纤的市场悄悄走来。

3高性能玻璃纤维持续开发任重道远

高性能玻璃纤维的开发与传统玻璃纤维相比具有更好的技术效益、经济效益和环境效益。技术效益主要指高性能玻纤的出现，带来更高、更多的发展空间，带来各行各业采用高新玻璃钢复合材料而实现低碳经济。例如，重化工防腐、烟气脱硫、脱氮领域、轨道交通、智能电力电器、节能建筑、航天航空及军工等。我国目前高性能玻纤增强挤拉桥面板出口到欧洲，用高性能玻纤增强的SMC道路井盖出口到欧洲，用高性能纤维开发的电杆、灯杆出口海外，光缆增强芯用高性能纤维已成为成熟产品走向海外。此外，我国舰艇市场将蕴伏着对高性能纤维的巨大需求，一批功能型工作船艇如交通执法艇、快艇、边防巡逻艇、小型潜水艇、豪华游艇、赛艇、救生艇等的制造将全面采用抽真空灌注工艺，从而使玻璃钢船艇的自重更轻、强度更高、航速更快、更经济、更低碳。

高性能玻纤的开发，带来的经济效益是巨大的，从自身来讲，玻璃熔制采用纯氧燃烧，不仅节约燃料和用电，而且大大减少氮氧化物的排放和对环境的污染。据河北金牛公司提供数据，纯氧助燃比空气助燃节约燃料50%以上，节省用电101万千瓦时/年，原丝总产量由

4.5万吨/年提高到5.5万吨/年。

高性能玻纤持续开发获得的环境效益是多方面的，据OCV对40座全氧燃烧的玻璃熔窑测试数据来看，由于玻璃成分中不含硼、氟材料，玻璃熔制中硼化物挥发得以避免，也减轻了对耐火材料的侵蚀；窑炉采用纯氧燃烧技术，使废气排放中的氮氧化物可降低85%以上，铝硼硅酸盐玻璃配合料粉尘可降低30-50%，而且综合设备投资及生产维修费用相对较低。

科学无止境，实践出真知。我们在现有不断创新的基础上，通过玻璃成分、表面处理、炉窑结构、漏板结构的一系列技术设计，加快推进高性能玻璃纤维向多功能、多品种发展大有奔头，并以此赢来更多的高端市场。高性能玻璃纤维的持续开发，缩短了与当前高的性能纤维性能差距，并在玻璃纤维的特性上得到了更大的发挥；此外，还具有高性能纤维性价比的优势，使我们继续保持民用产品领域的巨大市场。据有关信息了解，2010年我国内需玻璃钢复合材料用玻璃纤维产量达到160多万吨，高性能玻纤需求达到24万吨左右。

（摘自《市场信息摘要》）

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