2024/11/25
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玻璃纤维作为一种增强基材,自从发明和实现工业化生产以来,一直在不断地提升性能和应用创新,也一直都在不断地与其它材料(钢材、铝材、化纤、碳纤、木材等)竞争。由于具有轻质高强、电绝缘、耐腐蚀、耐高温等特性,其产品形态和玻纤复材具有的灵活多样的可设计性,并很少能被其他材料所取代。如在汽车轻量化方面,玻纤复合材料一直在取代钢材和铝材;在近海渔船方面,玻纤复材一直在取代木材和钢材;在游艇方面几乎全部取代了钢材;在风机叶片行业,曾有专家表明70~80m以上的叶片大梁将由碳纤维取代玻纤,然而现在100~110m叶片大梁依然在用高模量玻纤。2023年兴起的光伏复材边框热今后大有取代铝合金之势。
发展新质生产力的核心在于创新,而战略性新兴产业本身就是以技术创新为驱动的产业,两者都是强调技术创新来推动产业升级和经济发展,两者紧密关联,相互促进。
我国战略性新兴产业主要包括7大领域:新一代信息技术产业、高端装备制造产业、新材料产业、现代生物产业、新能源汽车产业、新能源产业和节能环保产业。除现代生物产业外,玻纤复材在6大战略性新兴产业领域都有大量的应用。随着玻纤技术升级和产品创新,其应用范围和使用量都还有很大的提升空间,有的甚至可能创造新的产业赛道。
1 新一代信息技术产业
E玻璃纤维电子布一直是电子信息产业(PCB/ CCL覆铜板)的3大基础材料之一,其应用量一 直在扩大,凡是有电子控制的地方都要用线路板 (PCB)。新一代信息技术均涉及电信号的高频高速低损耗传输,随着移动互联网、大数据、超级计算,特别是人工智能算力的提升,其线路板(PCB)要求 采用一代(L1)、二代(L2)甚至三代(L3)低介电低损耗的玻璃纤维超薄布,高端芯片要求采用超低膨胀的玻璃纤维布作为载板封装材料,从而催生了 一个特种玻璃纤维超细纱和超薄布的产业。
2 高端装备制造产业
机电设备中的电气绝缘材料(如玻纤环氧(聚酯)树脂绝缘材料),各种玻纤绝热绝缘防火制品, 民用飞机的内饰材料,碳/玻混织制品在轨道交通车厢和大型无人机作为主要结构材料的应用,玻纤复材在海洋基础设施(海洋建材如复材螺纹钢、海洋工程)和海洋器材中的应用是一个新的增长点。
3 新材料产业
玻纤复合材料在各工业领域的应用已有60~70年了,是新材料产业中的重要材料。一是玻纤的生产制造技术一直在进步;二是其产品性能一直在提升,种类一直在增加;三是其下游应用场景在不断扩大。作为一种无机非金属增强材料,玻纤独特的性能、产品形态和玻纤复材的可设计性、可制造性是许多其它材料所不具备的,而且可以大规模生产。其优良的性价比、质价比在与钢材、铝材、化纤、碳纤、木材等竞争中具有独特优势。由于热塑类产品具有环保和可回收的特性,产品成型工艺和性能不断提升,今后其应用面还会扩大,一定会出现新的增长点甚至大的赛道。玻纤复材在国民经济各领域甚至在人们日常生活中(汽车、家电、电脑、手机等)都有广泛的应用,可谓不易所见,但又无处不在。
4 新能源汽车产业
玻纤最大的应用场景就是在汽车领域,热塑玻纤用在乘用车,热固玻纤用在货车。新能源汽车对车身减重要求更高,对玻纤复材的使用比例比燃油车更大。尽管电车与燃油车在结构上有很大的不同,但复合材料的用量增加了,电池的上盖几乎都 用玻纤复材制造,电池下盖是一个还在开发的、需求量更大的复材产品组合。电控功能和网联化、智能化是电动汽车的最大优势,一辆电车的PCB数量是燃油车的4~6倍。
5 风电光伏产业
玻璃纤维是风电叶片最主要的结构材料,从最初的E玻纤、无氟无硼玻纤到一系列的高模量玻璃纤维,伴随着全球风电新能源产业的发展壮大,叶片长度从最初的37.5m一直到目前主流叶型的100~110m、120~130m,功率从1.5MW、3.0MW、4.0MW、6.0MW一直到10~12MW。正是由于中国三大玻纤企业和美国OC不断开发高模量玻璃系列产品,满足了全球风机叶片对玻纤材料的全部需求,大大推迟了碳纤维在风电叶片上的应用。
2023年兴起的复材光伏边框取代原来的铝合金边框,具有性能和价格优势,经过3~5年的产品导入期,将成为玻纤复材在新能源产业上的另一个大的应用赛道。如果一半的光伏边框用玻纤复材取代,其每年的玻纤用量在50~60万t规模。
6 节能环保产业
玻纤复合材料在环境保护工程和化工防腐中已有大量应用,耐腐蚀是玻纤复材的主要特性之一, 在废水、废气处理方面,玻纤复材是使用最多的功能和结构材料,复材储罐、管道在化工防腐方面的应用也极为普遍。
建筑能耗占全社会总能耗量的1/3 以上,建筑节能、绿色建筑受到高度重视,各部委、省市都颁布了关于绿色建筑、建筑节能的实施规划、法规要求等文件。
在相当长的时期内,保温材料不防火,防火材料不保温,既保温又防火的材料不耐用,成为困扰建筑保温工程设计、选材、施工的一大难题。首先墙体保温材料在防火等级上要求达到A级标准, 这一条就把有机保温材料(如挤塑板XPS、聚苯板 EPS、发泡聚氨酯板材等)排除在外,只有无机材料才能达标。目前无机保温材料中应用最多的是定长纤维棉(如岩棉、离心玻璃棉)。定长纤维棉最大的优势是生产量大、成本低、导热系数较低(保温性能较好),缺点是自身强度、刚度不高,特别是拉拔强度偏低。部分省市禁止在6层以上的建筑中使用岩棉,而且不少城市在建筑外墙保温工程中禁止或限制使用岩棉。
连续玻璃纤维很少用于生产建筑墙体保温材料,泰山玻纤通过5年开发成功的连续玻璃纤维高强度保温板,克服了定长纤维棉性能上的不足,无论是自身强度(含拉拨强度)、密度、刚度,还是导热系数都远优于岩棉,施工更方便。
由连续玻璃纤维制成的真空保温板(VIP)在综合性价比上也优于定长纤维棉VIP板。VIP板是 目前保温材料中导热系数最低的材料,其装饰一体板用于建筑内外墙保温(特别在严寒地区的超低能 耗建筑)也是未来的优选方案。
绿色建筑、超低能耗建筑对新型保温材料的需求是一个巨大市场,可以预测五年或十年之后,玻璃纤维在建筑节能减排领域将形成一个全新的产业赛道,为节能环保事业做出新贡献。
摘自《玻璃纤维》2024年第5期