复合材料产业发展及应用热点探讨——访国家玻璃钢制品质量监督检验中心副主任杨德旭先生

国家玻璃钢制品质量监督检验中心副主任杨德旭先生

现代高科技的发展离不开复合材料，复合材料对现代科学技术的发展，有着十分重要的作用。复合材料的研究深度和应用广度及其生产发展的速度和规模，已成为衡量一个国家科学技术先进水平的重要标志之一。

现阶段，我国玻璃钢/复合材料行业面临一个新的大发展时期，如城市化进程中大规模的市政建设、新能源的利用和大规模开发、环境保护政策的出台、汽车工业的发展、大规模的铁路建设、大飞机项目等。在巨大的市场需求牵引下，复合材料产业的发展有着广阔的发展空间。

目前，我国复合材料的发展现状如何？未来制造技术的发展方向、发展机遇又有哪些？带着这些疑问，我们专访了国家玻璃钢制品质量监督检验中心副主任杨德旭先生。（杨德旭，教授级高工，国家玻璃钢制品质量监督检验中心副主任，中国复合材料学会理事，全国碳纤维标准化技术委员会委员，主要从事复合材料工艺、检测及标准研究。）

本刊：首先，非常感谢您接受我们的采访。请您介绍一下玻璃钢/复合材料的特点有哪些？目前我国的发展情况是怎样的？

杨主任：玻璃钢学名纤维增强塑料，英文Fiber Reinforced Plastics（简称FRP）。根据采用的纤维不同分为玻璃纤维增强塑料（GFRP）、碳纤维增强塑料（CFRP）、芳纶纤维增强塑料（AFRP）等。它是以纤维及其制品(布、毡、纱等)作为增强材料，以合成树脂作基体材料的一种复合材料。玻璃钢/复合材料不仅能保持各组分材料性能的优点，而且通过各组分材料协同作用获得单一材料所不能达到的性能。玻璃钢/复合材料的主要优点包括：（1）轻质高强；（2）耐腐蚀；（3）电、热性能优良；（4）可设计性；（5）工艺性优良。

目前，我国玻璃钢/复合材料工艺技术及装备已与国际同步，产品种类齐全，产量已超过德国、日本和美国，居全球第一，行业从业人员全国约30万人。去年，在国家环保政策的引导和驱动下，我国复合材料行业一批低端落后产能逐渐被迫关停并转，全行业结构调整取得突破，产品与产能结构得到持续优化，复合材料产业整体保持了良好的发展态势。

本刊：复合材料近年来发展迅速，应用广泛。那么，我国复合材料的应用现状是怎样的？

杨主任：我国玻璃钢/复合材料经过六十年的发展，产品应用领域不断扩大，由最初的航天耐烧蚀防热部件发展到现在的航空航天、交通运输、建筑结构、能源、船舶、化工、节能环保、电子电器、体育器材等国防和国民经济各领域，在经济建设中发挥了重要的作用。下面我就几个应用体量大的产业简单介绍一下。

首先是复合材料在风电领域的应用。

风电叶片是大型复合材料结构部件，近年来，技术不断成熟，原材料国产化取得重要进展，我国生产制造能力处于国际领先水平。目前中国风电装机容量已达1亿千瓦，相当于6.5万台左右的风机装机量，并且这个数字正以每天超过30台的速度迅速增长。中国风电行业高速发展的10多年，初步形成了设计、制造、选材、装备、标准、检测、认证、运营等环节的一体化新兴产业链，在开发大型海上风电叶片和陆上低风速大型叶片方面也取得了较大进展和技术突破。

对于未来发展趋势来说，伴随低风速市场和海上风电市场的快速发展，将加快风电叶片向大型化、轻量化、智能化方向发展，这对风电叶片的设计能力、新材料、新技术的应用提出新的挑战。遵循国家“一带一路”大战略，中国风电产业要与国际接轨，持续创新和走向海外，就必须加强叶片关键技术研究，提高大型风电叶片气动设计和结构设计能力，完善叶片制造技术的先进性。近年来，叶片整机企业质量管控向纵深化发展，不仅仅对叶片制造商的质量管控提出要求，对其主要原材料供应商的选择也提出了具体要求；对深层次质量问题的关注度提高，如叶片的无损探伤等。

在风电领域，风电运维或许是一个商机。由于叶片运行过程会出现一些常见问题：后缘开裂、蒙皮开裂、胶衣磨损脱落、叶片遭遇雷击等。而且，风机大部分地处偏远，更换叶片的交通和时间成本很大。与此同时，对损坏叶片的处理也让业主方颇费脑筋。由于叶片体积大，不论是暂时储存还是就地切割，都是需要很大的财务保证能力和技术能力的支撑。叶片维修牵扯了叶片制造商大量精力，希望由专业的叶片维修队伍承担，市场前景看好。

其次是玻璃钢夹砂管道的应用。

玻璃钢夹砂管道是复合材料行业应用最广泛的产品之一，它有几个突出的优点：（1）重量轻、运输便利、施工费用低，使用寿命长达50年以上。（2）机械强度大，耐水压强度、抗外压强度和耐冲击强度优良，可按照要求的压力设计制造。（3）具有化学惰性的材质，耐腐蚀性优异，并可根据输送介质选择不同的耐腐蚀管道。（4）流体阻力小，管道内壁光滑，相同流量下，管径可缩小。

玻璃钢夹砂管目前国内外生产技术主要包括定长缠绕、离心浇铸、连续缠绕三种。近年来，连续缠绕成型玻璃钢夹砂管道成为发展的一个热点，受到行业内普遍关注。尽管玻璃钢夹砂管性能优良，但在工程应用中，受到诸多因素的影响仍会出现各种问题。例如在一些工程中会出现爆管等比较严重的问题，所以需要对管道的质量控制以及长期性能进行更全面更严谨的考量。生产企业应解放思想，优化结构设计，提高产品质量，满足市场日益增长的需求。
再者是汽车用复合材料。

随着我国交通运输业的发展，以及国家环保政策的牵引，玻璃钢/复合材料在汽车领域的应用越来越广泛，前期多用在卡车车身覆盖部件，如驾驶室高顶、散热器面罩、保险杠、翼子板、导流罩等，近期转向前端支架、座椅骨架、地板等结构件以及发动机周边部件如阀盖罩、油底壳、进气歧管等功能件，材质也由热固性复合材料为主，发展成热固性和热塑性复合材料并存的局面。成型工艺主要采用SMC/BMC、RTM、GMT、LFT等工艺。

其中，LFT（Long Fiber reinforced Thermoplastics长纤维增强热塑性材料）由于采用长纤维增强，具有很高的性能。利用LFT成型的结构件和半结构件，在为汽车减重的同时还可回收利用，有效解决了环保问题，市场前景广阔。

另外，复合材料应用热点方面，主要介绍一下双层油罐。

这是当前较热的一个产品类型。双层油罐，包括SS储油罐、SF储油罐、FF储油罐三种。国务院2015年4月发布的《水污染防治行动计划》第八条规定：“加油站地下油罐应于2017底前全部更新为双层罐或完成防渗池设置”。2017年3月9日，环保部印发了《加油站地下水污染防治技术指南（试行）》，指出：“埋地油罐采用双层油罐时，可采用双层钢制油罐（SS罐），双层玻璃纤维增强塑料油罐（FF罐），内钢外玻璃纤维增强塑料双层油罐（SF罐）。既有加油站的埋地单层钢制油罐改造为双层油罐时，可采用玻璃纤维增强塑料等满足强度和防渗要求的材料进行衬里改造。”传统单层钢制油罐由于埋地敷设，长期处于内外部腐蚀环境中，容易发生渗(泄)漏，从而造成土壤和地下水污染的事故。随着我国环境保护法律法规的逐步完善，这种具有安全性、环保性的双层罐在加油站中的使用必然会成为一种趋势。

国内双层油罐主要为SF和FF，对应的产品标准为SH/T3178-2015《加油站用埋地钢-玻璃纤维增强塑料双层油罐工程技术规范》和SH/T3177-2015《加油站用埋地玻璃纤维增强塑料双层油罐工程技术规范》。对于原有单层钢制油罐的复合材料内衬改造，目前国内还没有国家或行业标准，住建部批准立项的国家标准《加油站在役油罐防渗漏改造工程技术标准》，正在制定过程中，预计年底前能够发布。

本刊：那么，您认为复合材料的未来发展趋势是怎样的？有哪些机遇与发展空间。

杨主任：首先是复合材料制造技术的发展。

复合材料制造技术正朝着自动化和智能化的方向发展。生产工艺也从最初的手糊成型，发展到目前缠绕成型、模塑成型、真空袋压、拉挤和喷射成型等多种工艺并存，树脂基复合材料的质量和生产效率大幅提高。快速固化技术、复合材料构件的生产自动化、纤维自动缠绕技术等新技术的研究开发推动着复合材料成型工艺的长久发展。RTM工艺向自动铺放-灌注工艺发展，拉挤工艺向注射拉挤、缠绕拉挤、编织拉挤方向发展，模压工艺向在线SMC-D、LFT-D发展等等，工艺装备与制造技术的智能化将成为行业发展的必然要求，大幅提高机械化成型比例，将劳动力从实际生产中解放出来，进一步向高水平、大型化、精益化方向发展，将信息技术与工业自动化技术深度融合，用精益制造管理取代粗放型制造管理，从而完成由生产低端产品向制造高端装备的过渡，迎接工业4.0的到来。

其次，是可持续发展与复合材料的回收再利用。

复合材料是可以回收再利用的，热塑性和热固性复合材料都可以回收。例如，利用裂解法裂解热固性复合材料，使有机聚合物裂解生成油状烃化合物、气体等，残留的纤维也可用于复合材料的再生产。目前，复合材料回收技术具备了产业化的条件，回收再利用技术具备了投资的价值。即便是被称为“新材料之王”的碳纤维，也能够通过高温热解法、流化床分解法和超/亚临界流体法，实现回收再利用。只有解决了复合材料的回收问题，才能够实现可持续发展。

以及，供给侧改革将会给复合材料发展带来机遇。

国务院发布的《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》指出，“加强前沿材料布局”，“提高新材料应用水平，推进新材料融入高端制造供应链”，“到2020年，力争使若干新材料品种进入全球供应链，重大关键材料自给率达到70％以上，初步实现我国从材料大国向材料强国的战略性转变。”

“十三五”期间，是我国新材料行业由低端向中高端发展的关键时期，由模仿向自主创新创造转型最重要的5年。国务院于2016年12月成立了由马凯副总理担任组长、23个部门组成的国家新材料产业发展领导小组，统筹推动新材料产业创新发展；2017年初，国家新材料产业发展专家咨询委员会成立，工信部、发改委、科技部、财政部联合发布了《新材料产业发展指南》，我国新材料产业迎来了前所未有的发展机遇。

复合材料是从市场中发展起来的，更能够适应市场经济的发展，通过创新，提高产品性能，调整改进供给，创新驱动发展，“做大做强”的发展理念正在转变为“做强做大”，这种经济结构的调整也为复合材料的发展带来了历史机遇！