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南亚塑胶工业股份有限公司(南通南亚塑胶工业股份有限公司)
复合材料,碳纤维,树脂南亚塑胶工业股份有限公司(南通南亚塑胶工业股份有限公司)
发布时间：2020-12-06加入收藏来源：互联网点击：
在平台建设方面，我国已建设诸多碳纤维科学技术研究单位以支撑碳纤维产业的国产化发展，即 1 个国家碳纤维工程技术研究中心、2 个碳纤维制备技术国家工程实验室、2 个碳纤维复合材料国家工程实验室、多个国家重点实验室。
2. 对位芳纶产业化成功，与国际先进水平相比尚有差距
对位芳纶是对位芳香族聚酰胺纤维家族的重要成员，由对苯二甲酰氯与对苯二胺缩聚后制得聚合物对苯二甲酰对苯二胺，再经溶液纺丝制得的芳纶产品。国际上对位芳纶总产能约为 7.6×104 t/a，开工率约为 70%~80%。我国目前已有 8 家企业建设了对位芳纶纤维的生产装置，产能已超过 7×103 t/a，具体产能分布情况，如图 2 所示。但全国实际年产量约为 1.8×103 t，行业开工率不足 30%。总体来说，我国对位芳纶产业化水平与国外先进水平的差距较大，尚未在产业规模、产品质量及应用等方面形成强有力的竞争格局 [3]。
图 2 2017 年国内对位芳纶纤维主要企业产能情况
注：烟台泰和表示烟台泰和新材料股份有限公司；蓝星新材表示蓝星化工新材料股份有限公司；中化国际表示中化国际股份有限公司；河北硅谷表示河北硅谷化工有限公司；中芳特纤表示中芳特纤股份有限公司；仪征化纤表示仪征化纤股份有限公司；江苏瑞盛表示江苏瑞盛新材料科技有限公司；平煤神马表示中国平煤神马集团。
在平台建设方面，我国建立了多个芳纶纤维国家及地方研发与技术平台。例如，东华大学是纤维材料改国家重点实验室依托单位，华南理工大学是制浆造纸工程国家重点实验室依托单位，烟台泰和新材料股份有限公司是国家芳纶工程中心依托单位，中蓝晨光化工研究院有限公司是纤维等高分子材料多品种、小批量军工材料研发的依托单位。
3. 玻璃纤维产能居世界首位，保持低速扩张
玻璃纤维是一种优良的功能材料和结构材料。 2016 年全国玻璃纤维的产能约为 3.8×106 t/a，占全球总产能的 60%。2017—2019 年我国玻璃纤维产能年均复合增长率为 6.65%，远高于全球产能年均复合增长率 1.70%。我国玻璃纤维的年产量从 2005 年的 9.5×105 t 增长至 2016 年的 3.62×106 t，产量年均复合增长率达到 12%。“十三五”以来，玻璃纤维产能保持低速扩张，新增产能主要集中在少数企业，如中国巨石股份有限公司完成了5条生产线的改造，泰山玻璃纤维有限公司新建了池窑生产线，重庆国际复合材料股份有限公司投产了冷修线。
（二）复合材料用高能环氧树脂与酚醛树脂发展形势严峻
1. 环氧树脂
环氧树脂是由环氧氯丙烷与双酚 A 缩聚而成的热固树脂，大量用作复合材料的基体树脂，尤其在航空用复合材料中占主导地位。2016 年世界环氧树脂总产能约为 4.62×106 t/a。目前，陶氏化学公司、南亚塑胶工业股份有限公司和美国迈图特种化学品公司 3 家企业的环氧树脂产能位居全球产能前 3 位，占全球环氧树脂总产能的 37%。我国环氧树脂产业 2017 年的产能为 2.3×106 t/a，占世界总产能的 50%，2017 年的产量为 1.2×106 t。我国生产的环氧树脂有 9% 用于复合材料领域，其余用于电子电器、涂料、胶黏剂等领域。
邻甲酚醛环氧树脂是以邻甲酚醛树脂替代双酚 A 得到的环氧树脂，比双酚 A 型环氧树脂具有更高的环氧值，固化时能够提供 2.5 倍的交联点，使复合材料具有更高的热稳定、机械强度、电气绝缘以及耐化学药品。目前，世界邻甲酚醛环氧树脂市场基本被日本、美国、瑞士等国家的企业垄断，我国尚不能规模化生产高品质、高纯度的邻甲酚醛环氧树脂。
通常情况下，环氧树脂经过固化处理形成网状立体聚合物，将复合材料骨材包络在网状体中。根据固化温度不同，可以分为室温固化（20~30℃）、中温固化（50~130℃）、高温固化（130℃以上）等。与高温固化相比，中温固化具有固化温度低、对模具要求不严、内应力小、尺寸稳定等优点，具有广阔的发展空间。为避免固化后的环氧树脂产生韧差、脆强等问题，需要对其进行增韧改，包括橡胶类弹体增韧、高能热塑聚合物增韧、热致液晶聚合物增韧等。另外，还需要对环氧树脂进行阻燃改，近年来无卤阻燃剂得到广泛研究与应用。分子结构中带有一定量 N、Si 或 P 元素的功能单体，用作阻燃环氧树脂的反应单体或固化剂，使树脂复合材料具有较好的阻燃。目前国内的阻燃剂生产企业如浙江万盛股份有限公司、江苏雅克科技股份有限公司等已开始生产有机磷系无卤阻燃剂，但整体水平及效果与发达国家尚有较大差距。
2. 酚醛树脂
酚醛树脂，作为广泛用于复合材料的基体树脂，是由酚类化合物（如苯酚）和醛类化合物（如甲醛）缩聚而成的热固树脂，其中最典型、最重要的一种酚醛树脂是以苯酚和甲醛缩聚而成的聚合物。2016 年，国内约有 200 多家酚醛树脂生产企业，产能约为 1.3×106 t/a，产量约为 1.02×106 t，居世界第 1 位。但对于一些高能酚醛树脂及其复合技术、铸造技术等，我国尚未掌握核心关键技术，亟需提升国内企业的酚醛树脂改和铸造水平。
酚醛树脂脆大、延伸率低，且其结构上的酚羟基和亚甲基易氧化。为满足航空、航天及其他高端领域对酚醛树脂能的要求，需进行增韧改和耐热改。在目前已有的改酚醛树脂中，硼酚醛树脂将 B 元素引入到酚醛树脂分子结构中，使酚醛树脂呈现出高氧指数、低毒、低烟等特点，是火箭、航天、导弹、核电站和汽车刹车片等领域急需的重要材料之一 [4]。
3. 特种树脂基体
在特种树脂基体方面，主要有双马来酰亚胺树脂、氰酸酯树脂、苯并噁嗪树脂等。这些特种树脂具有良好的耐热、阻燃、耐辐射、透波、电绝缘和机械，被认为是具有广阔发展前景的一类热固聚合物基体树脂，有望成为环氧树脂的继任者，在航空和航天领域得到广泛应用。在美国第四代战斗机 F-22 中，复合材料的用量占其结构总质量的 24%，其中 70% 为双马树脂基复合材料 [5]。近 30 年来，美国、日本、英国、德国等相继对双马来酰亚胺树脂等特种树脂基体进行了大量改研究，以制备出能更优异的基体树脂材料。这些特种树脂在国内均有研发和生产，与国际先进水平相比，在量产规模和产品稳定方面存在较大差距。
特种树脂基体复合材料作为高能材料在实际应用时需解决两大技术难题：①通过共聚、共混或其他方式，改善树脂的加工能，解决固相高温固化成型带来的脆大、易断裂等问题；②在确保材料具有足够高的耐热能、力学能和机械强度的同时，提高韧，制备集强度、韧、耐热、加工等优异能于一身的复合材料，满足航空、航天及其他军工领域的使用要求。
（三）我国复合材料制造及应用水平发展显著
1. 复合材料技术进入成熟期，开始较大规模应用
①在航空领域，复合材料的应用水平得到提升，用量占比越来越高，如我国第四代战斗机的复合材料用量占比为 25%，大型运输机复合材料用量占比为 15%，某型直升机复合材料用量占比为 34%。另外，我国正在研发阶段的大型客机计划在尾翼、机翼等结构中使用碳纤维复合材料，复合材料用量将占其结构重量的 15%~25%。②在航天领域，随着树脂基体能的不断提高和先进工艺技术的逐步应用，我国航天结构中复合材料的应用趋势由小尺寸次承力结构到大尺寸主承力结构方向发展。③在兵器行业弹箭武器上，主要使用玻璃纤维、碳纤维增强复合材料等，其应用范围由非承力和次承力结构件发展到主承力结构件，如抗高过载的高内压火箭发动机壳体、大口径穿甲弹弹托等。据不完全统计，兵器行业玻璃纤维的年用量已达到上千吨，碳纤维、芳纶纤维、聚乙烯纤维的年用量已分别达到 50 t、 70 t、10 t 以上。④在民用领域，风力发电和汽车方面的复合材料应用为碳纤维复合材料产业注入新的活力，热塑复合材料在轨道交通和汽车产业领域应用前景广阔。