全球復合材料發(fā)展概況
復合材料是指由兩種或兩種以上不同物質(zhì)以不同方式組合而成的材料,它可以發(fā)揮各種材料的優(yōu)點(diǎn),克服單一材料的缺陷,擴大材料的應用范圍。由于復合材料具有重量輕、強度高、加工成型方便、彈性?xún)?yōu)良、耐化學(xué)腐蝕和耐候性好等特點(diǎn),已逐步取代木材及金屬合金,廣泛應用于航空、汽車(chē)、電子電氣、建筑、健身器材等領(lǐng)域,在近幾年更是得到了飛速發(fā)展。
隨著(zhù)科技的發(fā)展,樹(shù)脂與玻璃纖維在技術(shù)上不斷進(jìn)步,生產(chǎn)廠(chǎng)家的制造能力普遍提高,使得玻纖增強復合材料的價(jià)格成本已被許多行業(yè)接受,但玻纖增強復合材料的強度尚不足以和金屬匹敵。因此,碳纖維、硼纖維等增強復合材料相繼問(wèn)世,使高分子復合材料家族更加完備,已經(jīng)成為眾多產(chǎn)業(yè)的必備材料。目前全世界復合材料的年產(chǎn)量已達550多萬(wàn)噸,年產(chǎn)值達1300億美元以上,若將歐、美的軍事航空的高價(jià)值產(chǎn)品計入,其產(chǎn)值將更為驚人。從全球范圍看,世界復合材料的生產(chǎn)主要集中在歐美和東亞地區。近幾年歐美復合材料產(chǎn)需均持續增長(cháng),而亞洲的日本則因經(jīng)濟不景氣,發(fā)展較為緩慢,但中國尤其是中國內地的市場(chǎng)發(fā)展迅速。據世界主要復合材料生產(chǎn)商PPG公司統計,2000年歐洲的復合材料全球占有率約為32%,年產(chǎn)量約200萬(wàn)噸。與此同時(shí),美國復合材料在20世紀90年代年均增長(cháng)率約為美國GDP增長(cháng)率的2倍,達到4%~6%。2000年,美國復合材料的年產(chǎn)量達170萬(wàn)噸左右。特別是汽車(chē)用復合材料的迅速增加使得美國汽車(chē)在全球市場(chǎng)上重新崛起。亞洲近幾年復合材料的發(fā)展情況與政治經(jīng)濟的整體變化密切相關(guān),各國的占有率變化很大??傮w而言,亞洲的復合材料仍將繼續增長(cháng),2000年的總產(chǎn)量約為145萬(wàn)噸,預計2005年總產(chǎn)量將達180萬(wàn)噸。
從應用上看,復合材料在美國和歐洲主要用于航空、汽車(chē)等行業(yè)。2000年美國汽車(chē)零件的復合材料用量達14.8萬(wàn)噸,歐洲汽車(chē)復合材料用量到2003年估計可達10.5萬(wàn)噸。而在日本,復合材料主要用于住宅建設,如衛浴設備等,此類(lèi)產(chǎn)品在2000年的用量達7.5萬(wàn)噸,汽車(chē)等領(lǐng)域的用量?jì)H為2.4萬(wàn)噸。不過(guò)從全球范圍看,汽車(chē)工業(yè)是復合材料最大的用戶(hù),今后發(fā)展潛力仍十分巨大,目前還有許多新技術(shù)正在開(kāi)發(fā)中。例如,為降低發(fā)動(dòng)機噪聲,增加轎車(chē)的舒適性,正著(zhù)力開(kāi)發(fā)兩層冷軋板間粘附熱塑性樹(shù)脂的減振鋼板;為滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機向高速、增壓、高負荷方向發(fā)展的要求,發(fā)動(dòng)機活塞、連桿、軸瓦已開(kāi)始應用金屬基復合材料。為滿(mǎn)足汽車(chē)輕量化要求,必將會(huì )有越來(lái)越多的新型復合材料將被應用到汽車(chē)制造業(yè)中。與此同時(shí),隨著(zhù)近年來(lái)人們對環(huán)保問(wèn)題的日益重視,高分子復合材料取代木材方面的應用也得到了進(jìn)一步推廣。例如,用植物纖維與廢塑料加工而成的復合材料,在北美已被大量用作托盤(pán)和包裝箱,用以替代木制產(chǎn)品;而可降解復合材料也成為國內外開(kāi)發(fā)研究的重點(diǎn)。
另外,納米技術(shù)逐漸引起人們的關(guān)注,納米復合材料的研究開(kāi)發(fā)也成為新的熱點(diǎn)。以納米改性塑料,可使塑料的聚集態(tài)及結晶形態(tài)發(fā)生改變,從而使之具有新的性能,在克服傳統材料剛性與韌性難以相容的矛盾的同時(shí),大大提高了材料的綜合性能。