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玄武巖纖維屬于高科技纖維,其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。文章闡述了玄武巖纖維國內(nèi)外研究的最新進(jìn)展,討論了玄武巖纖維的性能以及我國玄武巖纖維生產(chǎn)技術(shù)存在的一些主要問題。文章還重點(diǎn)介紹了玄武巖纖維的產(chǎn)品及其應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:玄武巖纖維;進(jìn)展;性能;產(chǎn)品;應(yīng)用
玄武巖纖維是玄武巖石料經(jīng)過1450℃~1500℃熔融后,再通過鉑銠合金拉絲漏板高速拉制而成的連續(xù)纖維。作為礦產(chǎn)資源中的一種,玄武巖礦石資源比較豐富,價格低廉,熔化后不需要經(jīng)過凈化過濾即可制成纖維。玄武巖纖維和玻璃纖維相似,其性能介于高強(qiáng)度S玻璃纖維和無堿E玻璃纖維之間,純天然玄武巖纖維的顏色一般為褐色,有些似金色[1]。玄武巖纖維的耐溫范圍比較寬泛,可以應(yīng)用在-260℃~+800℃的條件中,而玻璃纖維的適用溫度僅在-60℃~+450℃之間,其耐堿性能和耐酸性能都要優(yōu)于普通的玻璃纖維,抗氧化耐水解性能也比玻璃纖維要好得多,彈性模量是玻璃纖維的1.3倍左右,可以達(dá)到100GPa,而玻璃纖維只有70GPa~80GPa,抗拉強(qiáng)度甚至可以達(dá)到4000MPa以上[2]。據(jù)專家預(yù)測,玄武巖纖維制造業(yè)將成為迅速崛起的新興材料產(chǎn)業(yè)之一[3]。因此,對玄武巖纖維的開發(fā)與研究具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會效益。
1玄武巖纖維研究的國內(nèi)外最新進(jìn)展
近年來,國內(nèi)外研究者開始從事玄武巖纖維的研究并取得了一定的進(jìn)展。我國對于玄武巖纖維的研究還處于起步階段,俄羅斯與烏克蘭在該研究領(lǐng)域代表著世界先進(jìn)水平,他們主要采用鉑金管分流器,加熱式管狀流液洞,同時使用中心取液法,配合較小的漏板、很短的漏嘴和熱風(fēng)式絲根冷卻器等一系列專有技術(shù)和技術(shù)訣竅,使玄武巖纖維產(chǎn)品穩(wěn)定,并運(yùn)用上述技術(shù)開發(fā)了上百種玄武巖纖維產(chǎn)品[4]。近幾年來,日本、德國等國都加強(qiáng)了對玄武巖纖維的研究開發(fā),并取得了一系列新的研究成果。我國在上世紀(jì)90年代中期,南京玻璃纖維研究設(shè)計(jì)院開始對玄武巖纖維進(jìn)行研究。其中,劉柏森、斯維特蘭娜、何建生等[5]針對玄武巖熔體透熱性低、易結(jié)晶、拉絲黏度高等特性,研究了一種生產(chǎn)連續(xù)玄武巖纖維的池窯,主要是在玻璃纖維池窯的基礎(chǔ)上,通過在熔化池與作業(yè)區(qū)之間增加分隔墻、上升通道、熱屏、薄層熔融體溢流帶和溜槽等部分,保證了流入拉絲作業(yè)漏板的熔融體的質(zhì)量和參數(shù)的穩(wěn)定;王嵐和李振偉[6]針對玄武巖熔點(diǎn)高、熔融體易結(jié)晶、漫流等問題,對普通玻璃纖維用鉑金漏板中漏嘴進(jìn)行改進(jìn),制成了玄武巖纖維用的鉑金漏板,此種漏板中漏嘴出口與入口的直徑比為1:1.05~1.3,高度為2mm~7mm,壁厚為0.2mm~0.7mm,這樣的漏板有效地解決了料液在漏板上的析晶、漫流等問題,降低了拉絲工作的勞動強(qiáng)度,并提高了產(chǎn)品成品率;奧斯諾斯?謝爾蓋?彼得洛維奇、李中郢[7]通過研究玄武巖礦石的熔融體制取短纖維的工藝和設(shè)備,給出了礦石的熔融溫度范圍、拉絲的溫度范圍、噴吹短纖維的噴吹壓力值和噴吹氣流速度的范圍,明確了玄武巖短纖維生產(chǎn)設(shè)備的構(gòu)成;閆全英、胡琳娜、談和平等[8、9]也對玄武巖成型工藝中粘流性、高溫黏度、析晶性能等在理論上做了大量的研究。據(jù)了解,2000年日本豐田公司在烏克蘭投資,依靠烏克蘭技術(shù),建成工業(yè)化生產(chǎn)玄武巖纖維基地,開始玄武巖纖維制造業(yè)為民品服務(wù)。2001年我國哈爾濱工業(yè)大學(xué)組建了專門的研究隊(duì)伍致力于玄武巖纖維制備技術(shù)的研發(fā)。2002年,連續(xù)玄武巖纖維被列為我國863高科技項(xiàng)目(2002AA334110)。2003 年該計(jì)劃成果與浙江民營企業(yè)對接克服了氧化還原不好等技術(shù)難題,現(xiàn)已掌握了玄武巖纖維生產(chǎn)所有工藝技術(shù),并于2004年開始在上海實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,目前技術(shù)已經(jīng)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平,部分技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平和領(lǐng)先水平。從而為今后大規(guī)模穩(wěn)定生產(chǎn)玄武巖纖維奠定了基礎(chǔ)。
2玄武巖纖維的主要成分
在原料的選擇上,玄武巖纖維要求玄武巖熔化溫度、成形溫度、析晶上限溫度必須在一定可控制范圍之內(nèi),這就需要對玄武巖礦物進(jìn)行篩選。用于制造纖維的玄武巖要求SiO2含量高于50%,Al2O3含量在18%左右,這種成分賦予玄武巖熔體高黏度的特性。此外,由于高含量的鐵使熔體呈黑棕色,透熱性只為普通淺色玻璃透熱性的20%,制造玄武巖纖維的玄武巖成分中要求FeO和Fe2O3含量高達(dá)9%~14%。為了提高玄武巖纖維防水性能和耐腐蝕性能,還要求成分中含有一定量的 K2O、MgO和TiO2,拉制優(yōu)良的纖維所需的玄武巖的成分見表1。隨著現(xiàn)代表征技術(shù)的進(jìn)步,玄武巖纖維的結(jié)構(gòu)日益清晰。目前,業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為:玄武巖纖維內(nèi)部為非晶態(tài)物質(zhì),具有遠(yuǎn)程無序、近程有序的結(jié)構(gòu)特征,主要由[SiO4]四面體形成骨架結(jié)構(gòu),四面體的兩個頂點(diǎn)互相連接成[SiO3]n鏈,鋁原子可以取代硅氧四面體中的硅,也可以以八面體的形式存在于硅氧四面體的空隙中,鏈的側(cè)方由鈣、鎂、鐵、鉀、鈉、鈦等金屬陽離子進(jìn)行連接。處于玄武巖纖維表面的金屬離子因配位數(shù)不能滿足而從空氣和水中締合質(zhì)子或羥基,導(dǎo)致表面羥基化[10]。
3玄武巖纖維的性能
3.1優(yōu)異的力學(xué)性能
玄武巖纖維具有較高的拉伸強(qiáng)度和彈性模量,玄武巖纖維在70℃水作用下,其強(qiáng)度可保持1200h,而一般玻璃纖維不超過200h就失強(qiáng);在100℃~250℃溫度下的拉伸強(qiáng)度可提高30%,而一般玻璃纖維卻下降23%。玄武巖纖維的拉伸強(qiáng)度是普通鋼材的10~15倍,是E玻璃纖維的1.4~1.5倍。加拿大Albarrie公司研制出的玄武巖纖維拉伸強(qiáng)度甚至達(dá)到4840 MPa,其力學(xué)性能見表2[11]。
3.2突出的耐高溫性和低溫?zé)岱€(wěn)定性
玄武巖纖維的耐熱性和耐高溫的石英玻璃纖維接近。在400℃條件下,其斷裂強(qiáng)度仍保持在85%左右;在300℃的條件下,其抗拉強(qiáng)度能保持80%以上[12]。這說明連續(xù)玄武巖纖維有優(yōu)良的耐溫特性,與碳纖維相比其耐熱氧化性能更加突出,可以作為耐高溫材料使用[13]。在長期處于低溫-196℃液氮介質(zhì)作用后,其強(qiáng)度不發(fā)生變化,足以說明它是有效的低溫絕熱材料。
3.3高的聲絕緣特性
玄武巖纖維隔音效果好,可用作隔音材料,其聲絕緣性見表3。
3.4高的耐腐蝕性與化學(xué)穩(wěn)定性
玄武巖纖維在酸、堿溶液中,具有極高的化學(xué)穩(wěn)定性。該性質(zhì)決定了玄武巖纖維能夠廣泛應(yīng)用于處于高濕度、酸、堿、鹽類介質(zhì)作用的建筑結(jié)構(gòu)。
3.5良好的耐水性
玄武巖細(xì)纖維的耐水性遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于玻璃纖維,吸濕率在0.2%~0.3%之間,而且其吸收能力不隨時間變化,這就保證了它在使用過程中的熱穩(wěn)定性、使用周期性長和環(huán)境協(xié)調(diào)性好。
3.6高電絕緣性能和介電性能
玄武巖連續(xù)纖維具有良好的電絕緣性能和介電性能,其體積電阻率和表面電阻率比E玻纖還要高一個數(shù)量級,玄武巖中含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)不到20%的導(dǎo)電氧化物,經(jīng)過用專門浸潤劑處理的玄武巖纖維的介質(zhì)損失角正切比玻璃纖維低50%,可廣泛用于電子工業(yè)制作印制電路板。
3.7良好的兼容性
玄武巖纖維可以用于制作性能良好的玄武巖塑料制品。玄武巖纖維可以替代玻璃纖維用于路面工程的土工格柵。玄武巖纖維具有比玻璃纖維更好的性能,可更有效地防止道路反射裂縫、龜裂等質(zhì)量通病。
3.8防電磁輻射的特性
玄武巖纖維鍍鎳后的復(fù)合材料可以用于防電磁輻射[14]。依據(jù)成分的不同,這些材料反射電磁輻射或吸收電磁輻射。如果在建筑物的墻體中,增加一層玄武巖纖維布,則能對各種電磁波起到良好的屏蔽作用。
4玄武巖纖維的產(chǎn)品及其應(yīng)用
玄武巖纖維制品是玄武巖纖維應(yīng)用的一個主要方面,僅從民用的角度觀察,玄武巖纖維可以通過不同材料結(jié)合、通過不同設(shè)計(jì)方法得到品種繁多制品。根據(jù)玻璃鋼產(chǎn)業(yè)的統(tǒng)計(jì),玄武巖纖維可以按照相應(yīng)的方式得到類似的制品[15、16]。
(1)玄武巖纖維無捻粗紗
用多股平行原絲或單股平行原絲不加捻狀態(tài)下并合而成的集束體。應(yīng)用領(lǐng)域:纏繞各種耐高溫、耐超低溫、耐化學(xué)腐蝕、耐高壓管道、儲罐、氣瓶,編織各種方格布、土工布用作建筑的修補(bǔ)和加固,耐高溫的SMC、BMC、DMC短切纖維與塑料復(fù)合做增強(qiáng)材料,還用作防彈防護(hù)材料。
(2)玄武巖纖維紡織紗
由多根連續(xù)玄武巖纖維原絲經(jīng)一次加捻而成的紗線。大體可以分為織造用紗和其他工業(yè)用紗[17]。應(yīng)用領(lǐng)域:織造耐酸堿、耐高溫的布和帶,針刺氈用基布,電絕緣板用基布,電絕緣用紗,縫紉線,簾子線,高檔的耐高溫耐化學(xué)性織物。
(3)玄武巖纖維布
采用玄武巖纖維細(xì)紗(單絲直徑一般小于9微米)加工而成的紡織布。產(chǎn)品應(yīng)用:覆銅板基布,針刺氈基布,防火布基布,防輻射材料基布,建筑工程修補(bǔ)加固的基布,尤其適用于軍隊(duì)防毒、防輻射、防火、防化學(xué)腐蝕和屏蔽性強(qiáng)的裝備和設(shè)施的篷布。
(4)玄武巖纖維防火布
用 GBF的7~9微米連續(xù)玄武巖纖維細(xì)紗編織而成的,其中有平紋布、緞紋布等,經(jīng)耐高溫、無毒害的涂層處理。產(chǎn)品應(yīng)用:適于造船業(yè)、大型鋼結(jié)構(gòu)和電力維修的現(xiàn)場焊接、氣割的防護(hù)用品紡織、化工、冶金、劇院、軍工等通風(fēng)防火和防護(hù)用品,消防頭盔、護(hù)頸織物,玄武巖纖維防火布為不燃材料,在1000℃火焰作用下,不變形、不爆炸、耐火在一個小時以上??稍诔睗瘛⒄羝?、煙霧、含化學(xué)氣體的環(huán)境下起到防護(hù)作用。還適用于避火消防服、隔火簾、防火毯、防火包、電焊、防火布圍墻等。
(5)玄武巖纖維土工布
以耐酸強(qiáng)的玄武巖纖維為原料,編織成格柵布,在經(jīng)過瀝青處理后烘干成型。玄武巖纖維混凝土在常溫下彈性模量與瀝青混凝土模量比高達(dá)24:1,具有很高的抗變形能力,斷裂延伸率在3.4%左右。產(chǎn)品應(yīng)用:是增強(qiáng)砂漿混凝土防滲抗裂的優(yōu)良建筑材料,與瀝青混合攪拌用于路面施工[18]。
(6)玄武巖纖維短切紗
用連續(xù)玄武巖纖維原絲短切而成的產(chǎn)品。一般其上涂有硅烷偶聯(lián)劑。所以玄武巖纖維短切紗是增強(qiáng)熱塑性樹脂首選材料,同時還是用于砂漿/混凝土和瀝青/混凝土最佳的防滲抗裂增強(qiáng)材料[19]。產(chǎn)品應(yīng)用:適用于增強(qiáng)熱塑性樹脂,是制造SMC、BMC、DMC的優(yōu)質(zhì)材料;由于具有良好的性價比,特別適合與樹脂復(fù)合用做汽車、火車、艦船殼體的增強(qiáng)材料;用于水電站大壩的防滲抗裂抗壓和延長道路路面使用壽命的增強(qiáng)材料;還可用于熱電廠的冷凝塔、核電廠的蒸汽水泥管道;用于耐高溫針刺氈、汽車吸音片、熱軋鋼材、鋁管等。
(7)玄武巖纖維針刺氈
由單纖維無序交錯穿插,形成無定向三維微孔結(jié)構(gòu)。產(chǎn)品應(yīng)用:高級空氣過濾材料,電子行業(yè)的過濾、吸音、隔熱、防振材料,化工、有毒有害氣體、煙塵過濾材料,汽車、輪船艦艇的隔熱、保溫、消音材料[20]。
(8)玄武巖纖維表面氈
用于復(fù)合材料,不但能形成樹脂量80%的富樹脂層,使制品表面有一個色澤光亮平整的表面,同時提高制品的防滲漏、防腐蝕能力。玄武巖纖維表面氈的粘接性與樹脂的相容性很好,能提高異性復(fù)合材料的成型性。同時還是拉擠和纏繞成型復(fù)合材料的首選材料;可部分替代纖維、芳綸幅面氈。
(9)連續(xù)玄武巖纖維膨體紗
將玄武巖纖維原絲通過膨脹體紗機(jī),在高速空氣進(jìn)入成型膨化通道中形成紊流,利用這種紊流將玄武巖纖維分散開,使其形成毛圈狀纖維,從而賦予玄武巖纖維蓬松性,制造成膨體紗。產(chǎn)品應(yīng)用:制造耐高溫過濾布,制造防火窗簾布,用膨體紗與連續(xù)纖維混織,是制造耐高溫過濾布、高等級針刺氈的優(yōu)良材料。
(10)連續(xù)玄武巖纖維套管
由玄武巖纖維編織而成,使用時一般都需經(jīng)過加工和表面處理。產(chǎn)品應(yīng)用:適于電器、電機(jī)的剝線部位的絕緣管,還可用作定紋管、電刷軟管、耐高溫復(fù)合管的基材使用。
(11)玄武巖纖維短切原絲氈
用連續(xù)玄武巖纖維原絲短切成50mm的定長纖維,均勻分布在成型網(wǎng)帶上,經(jīng)過粘結(jié)劑后再烘干而成的卷材。由于玄武巖纖維的電絕緣性好,具有透波和吸波性能,彈性模量高,是造船、管、罐、板、雷達(dá)罩、雷達(dá)天線、體育場游泳池等的增強(qiáng)材料。
(12)玄武巖纖維多軸向布
采用國際先進(jìn)的多軸向編織設(shè)備和工藝編織而成。產(chǎn)品應(yīng)用:風(fēng)力發(fā)電葉片、船舶、汽車、高速列車、體育用品、建筑物的補(bǔ)強(qiáng)和航天、航空、防彈、防護(hù)等領(lǐng)域。
5玄武巖纖維生產(chǎn)技術(shù)存在的主要問題
玄武巖纖維的生產(chǎn)工藝雖然非常簡單,但由于純天然玄武巖熔體導(dǎo)熱性能差,析晶上限溫度較高容易析晶,而且容易造成漫流,成纖黏度控制區(qū)間較窄,對于天然玄武巖礦物相和成分必須進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。因此生產(chǎn)玄武巖纖維過程中有著成纖難度大、工藝控制條件嚴(yán)格和設(shè)備適應(yīng)性高等技術(shù)難點(diǎn)。目前世界上最大的玄武巖熔池窖年產(chǎn)才幾百噸,拉絲板的最多噴嘴孔數(shù)為800孔,而真正投入工業(yè)化生產(chǎn)的卻只有200孔。因此,在進(jìn)行生產(chǎn)能力更高的多孔噴嘴技術(shù)上,需要取得突破性進(jìn)展[21]。
6結(jié)束語
玄武巖纖維集多種優(yōu)良功能于一體,但是玄武巖纖維生產(chǎn)難度很高,目前全世界僅有俄羅斯、烏克蘭、中國等少數(shù)幾個國家掌握了該生產(chǎn)技術(shù),全世界的總產(chǎn)量不足3500噸,但是我們相信隨著玄武巖纖維生產(chǎn)技術(shù)的提高及對玄武巖纖維產(chǎn)品性能研究的不斷進(jìn)步,對玄武巖纖維的需求量會不斷增加,加之它又是一種高科技含量和高附加值的新產(chǎn)品,其將擁有廣闊的市場前景,將會為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。因此加快對玄武巖纖維及其制品的研究與開發(fā)符合國家產(chǎn)業(yè)化發(fā)展政策,有利于促進(jìn)我國礦產(chǎn)資源的合理開發(fā)和綜合利用,對促進(jìn)我國建立一種低投入、高產(chǎn)出、少排放、能循環(huán)、可持續(xù)發(fā)展的資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會有著舉足輕重的意義。
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[20]畢鴻章.造船用的先進(jìn)玄武巖纖維[J].高技術(shù)纖維與應(yīng)用,2005,30:48.
復(fù)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(kuò)大材料的應(yīng)用范圍。由于復(fù)合材料具有重量輕、強(qiáng)度高、加工成型方便、彈性優(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(yīng)用于航空航天、汽車、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。
隨著科技的發(fā)展,樹脂與玻璃纖維在技術(shù)上不斷進(jìn)步,生產(chǎn)廠家的制造能力普遍提高,使得玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料的價格成本已被許多行業(yè)接受,但玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料的強(qiáng)度尚不足以和金屬匹敵。因此,碳纖維、硼纖維等增強(qiáng)復(fù)合材料相繼問世,使高分子復(fù)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(fù)合材料的年產(chǎn)量已達(dá)550多萬噸,年產(chǎn)值達(dá)1300億美元以上,若將歐、美的軍事航空航天的高價值產(chǎn)品計(jì)入,其產(chǎn)值將更為驚人。從全球范圍看,世界復(fù)合材料的生產(chǎn)主要集中在歐美和東亞地區(qū)。近幾年歐美復(fù)合材料產(chǎn)需均持續(xù)增長,而亞洲的日本則因經(jīng)濟(jì)不景氣,發(fā)展較為緩慢,但中國尤其是中國內(nèi)地的市場發(fā)展迅速。據(jù)世界主要復(fù)合材料生產(chǎn)商PPG公司統(tǒng)計(jì),2000年歐洲的復(fù)合材料全球占有率約為32%,年產(chǎn)量約200萬噸。與此同時,美國復(fù)合材料在20世紀(jì)90年代年均增長率約為美國GDP增長率的2倍,達(dá)到4%~6%。2000年,美國復(fù)合材料的年產(chǎn)量達(dá)170萬噸左右。特別是汽車用復(fù)合材料的迅速增加使得美國汽車在全球市場上重新崛起。亞洲近幾年復(fù)合材料的發(fā)展情況與政治經(jīng)濟(jì)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(fù)合材料仍將繼續(xù)增長,2000年的總產(chǎn)量約為145萬噸,預(yù)計(jì)2005年總產(chǎn)量將達(dá)180萬噸。
從應(yīng)用上看,復(fù)合材料在美國和歐洲主要用于航空航天、汽車等行業(yè)。2000年美國汽車零件的復(fù)合材料用量達(dá)14.8萬噸,歐洲汽車復(fù)合材料用量到2003年估計(jì)可達(dá)10.5萬噸。而在日本,復(fù)合材料主要用于住宅建設(shè),如衛(wèi)浴設(shè)備等,此類產(chǎn)品在2000年的用量達(dá)7.5萬噸,汽車等領(lǐng)域的用量僅為2.4萬噸。不過從全球范圍看,汽車工業(yè)是復(fù)合材料最大的用戶,今后發(fā)展?jié)摿θ允志薮?,目前還有許多新技術(shù)正在開發(fā)中。例如,為降低發(fā)動機(jī)噪聲,增加轎車的舒適性,正著力開發(fā)兩層冷軋板間粘附熱塑性樹脂的減振鋼板;為滿足發(fā)動機(jī)向高速、增壓、高負(fù)荷方向發(fā)展的要求,發(fā)動機(jī)活塞、連桿、軸瓦已開始應(yīng)用金屬基復(fù)合材料。為滿足汽車輕量化要求,必將會有越來越多的新型復(fù)合材料將被應(yīng)用到汽車制造業(yè)中。與此同時,隨著近年來人們對環(huán)保問題的日益重視,高分子復(fù)合材料取代木材方面的應(yīng)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(fù)合材料,在北美已被大量用作托盤和包裝箱,用以替代木制產(chǎn)品;而可降解復(fù)合材料也成為國內(nèi)外開發(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(fù)合材料的研究開發(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(jié)晶形態(tài)發(fā)生改變,從而使之具有新的性能,在克服傳統(tǒng)材料剛性與韌性難以相容的矛盾的同時,大大提高了材料的綜合性能。
樹脂基復(fù)合材料的增強(qiáng)材料
樹脂基復(fù)合材料采用的增強(qiáng)材料主要有玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等。
1、玻璃纖維
目前用于高性能復(fù)合材料的玻璃纖維主要有高強(qiáng)度玻璃纖維、石英玻璃纖維和高硅氧玻璃纖維等。由于高強(qiáng)度玻璃纖維性價比較高,因此增長率也比較快,年增長率達(dá)到10%以上。高強(qiáng)度玻璃纖維復(fù)合材料不僅應(yīng)用在軍用方面,近年來民用產(chǎn)品也有廣泛應(yīng)用,如防彈頭盔、防彈服、直升飛機(jī)機(jī)翼、預(yù)警機(jī)雷達(dá)罩、各種高壓壓力容器、民用飛機(jī)直板、體育用品、各類耐高溫制品以及近期報(bào)道的性能優(yōu)異的輪胎簾子線等。石英玻璃纖維及高硅氧玻璃纖維屬于耐高溫的玻璃纖維,是比較理想的耐熱防火材料,用其增強(qiáng)酚醛樹脂可制成各種結(jié)構(gòu)的耐高溫、耐燒蝕的復(fù)合材料部件,大量應(yīng)用于火箭、導(dǎo)彈的防熱材料。迄今為止,我國已經(jīng)實(shí)用化的高性能樹脂基復(fù)合材料用的碳纖維、芳綸纖維、高強(qiáng)度玻璃纖維三大增強(qiáng)纖維中,只有高強(qiáng)度玻璃纖維已達(dá)到國際先進(jìn)水平,且擁有自主知識產(chǎn)權(quán),形成了小規(guī)模的產(chǎn)業(yè),現(xiàn)階段年產(chǎn)可達(dá)500噸。
2、碳纖維
碳纖維具有強(qiáng)度高、模量高、耐高溫、導(dǎo)電等一系列性能,首先在航空航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,近年來在運(yùn)動器具和體育用品方面也廣泛采用。據(jù)預(yù)測,土木建筑、交通運(yùn)輸、汽車、能源等領(lǐng)域?qū)笠?guī)模采用工業(yè)級碳纖維。1997~2000年間,宇航用碳纖維的年增長率估計(jì)為31%,而工業(yè)用碳纖維的年增長率估計(jì)會達(dá)到130%。我國的碳纖維總體水平還比較低,相當(dāng)于國外七十年代中、末期水平,與國外差距達(dá)20年左右。國產(chǎn)碳纖維的主要問題是性能不太穩(wěn)定且離散系數(shù)大、無高性能碳纖維、品種單一、規(guī)格不全、連續(xù)長度不夠、未經(jīng)表面處理、價格偏高等。
3、芳綸纖維
20世紀(jì)80年代以來,荷蘭、日本、前蘇聯(lián)也先后開展了芳綸纖維的研制開發(fā)工作。日本及俄羅斯的芳綸纖維已投入市場,年增長速度也達(dá)到20%左右。芳綸纖維比強(qiáng)度、比模量較高,因此被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的高性能復(fù)合材料零部件(如火箭發(fā)動機(jī)殼體、飛機(jī)發(fā)動機(jī)艙、整流罩、方向舵等)、艦船(如航空母艦、核潛艇、游艇、救生艇等)、汽車(如輪胎簾子線、高壓軟管、摩擦材料、高壓氣瓶等)以及耐熱運(yùn)輸帶、體育運(yùn)動器材等。
4、超高分子量聚乙烯纖維
超高分子量聚乙烯纖維的比強(qiáng)度在各種纖維中位居第一,尤其是它的抗化學(xué)試劑侵蝕性能和抗老化性能優(yōu)良。它還具有優(yōu)良的高頻聲納透過性和耐海水腐蝕性,許多國家已用它來制造艦艇的高頻聲納導(dǎo)流罩,大大提高了艦艇的探雷、掃雷能力。除在軍事領(lǐng)域,在汽車制造、船舶制造、醫(yī)療器械、體育運(yùn)動器材等領(lǐng)域超高分子量聚乙烯纖維也有廣闊的應(yīng)用前景。該纖維一經(jīng)問世就引起了世界發(fā)達(dá)國家的極大興趣和重視。
5、熱固性樹脂基復(fù)合材料
熱固性樹脂基復(fù)合材料是指以熱固性樹脂如不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、乙烯基酯樹脂等為基體,以玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等為增強(qiáng)材料制成的復(fù)合材料。環(huán)氧樹脂的特點(diǎn)是具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、電絕緣性、耐腐蝕性、良好的粘接性能和較高的機(jī)械強(qiáng)度,廣泛應(yīng)用于化工、輕工、機(jī)械、電子、水利、交通、汽車、家電和宇航等各個領(lǐng)域。1993年世界環(huán)氧樹脂生產(chǎn)能力為130萬噸,1996年遞增到143萬噸,1997年為148萬噸,1999年150萬噸,2003年達(dá)到180萬噸左右。我國從1975年開始研究環(huán)氧樹脂,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前我國環(huán)氧樹脂生產(chǎn)企業(yè)約有170多家,總生產(chǎn)能力為50多萬噸,設(shè)備利用率為80%左右。酚醛樹脂具有耐熱性、耐磨擦性、機(jī)械強(qiáng)度高、電絕緣性優(yōu)異、低發(fā)煙性和耐酸性優(yōu)異等特點(diǎn),因而在復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的各個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。1997年全球酚醛樹脂的產(chǎn)量為300萬噸,其中美國為164萬噸。我國的產(chǎn)量為18萬噸,進(jìn)口4萬噸。乙烯基酯樹脂是20世紀(jì)60年展起來的一類新型熱固性樹脂,其特點(diǎn)是耐腐蝕性好,耐溶劑性好,機(jī)械強(qiáng)度高,延伸率大,與金屬、塑料、混凝土等材料的粘結(jié)性能好,耐疲勞性能好,電性能佳,耐熱老化,固化收縮率低,可常溫固化也可加熱固化。南京金陵帝斯曼樹脂有限公司引進(jìn)荷蘭Atlac系列強(qiáng)耐腐蝕性乙烯基酯樹脂,已廣泛用于貯罐、容器、管道等,有的品種還能用于防水和熱壓成型。南京聚隆復(fù)合材料有限公司、上海新華樹脂廠、南通明佳聚合物有限公司等廠家也生產(chǎn)乙烯基酯樹脂。1971年以前我國的熱固性樹脂基復(fù)合材料工業(yè)主要是軍工產(chǎn)品,70年代后開始轉(zhuǎn)向民用。從1987年起,各地大量引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)如池窯拉絲、短切氈、表面氈生產(chǎn)線及各種牌號的聚酯樹脂(美、德、荷、英、意、日)和環(huán)氧樹脂(日、德)生產(chǎn)技術(shù);在成型工藝方面,引進(jìn)了纏繞管、罐生產(chǎn)線、拉擠工藝生產(chǎn)線、SMC生產(chǎn)線、連續(xù)制板機(jī)組、樹脂傳遞模塑(RTM)成型機(jī)、噴射成型技術(shù)、樹脂注射成型技術(shù)及漁竿生產(chǎn)線等,形成了從研究、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及原材料配套的完整的工業(yè)體系,截止2000年底,我國熱固性樹脂基復(fù)合材料生產(chǎn)企業(yè)達(dá)3000多家,已有51家通過ISO9000質(zhì)量體系認(rèn)證,產(chǎn)品品種3000多種,總產(chǎn)量達(dá)73萬噸/年,居世界第二位。產(chǎn)品主要用于建筑、防腐、輕工、交通運(yùn)輸、造船等工業(yè)領(lǐng)域。在建筑方面,有內(nèi)外墻板、透明瓦、冷卻塔、空調(diào)罩、風(fēng)機(jī)、玻璃鋼水箱、衛(wèi)生潔具、凈化槽等;在石油化工方面,主要用于管道及貯罐;在交通運(yùn)輸方面,汽車上主要有車身、引擎蓋、保險杠等配件,火車上有車廂板、門窗、座椅等,船艇方面主要有氣墊船、救生艇、偵察艇、漁船等;在機(jī)械及電器領(lǐng)域如屋頂風(fēng)機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)、電纜橋架、絕緣棒、集成電路板等產(chǎn)品都具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模;在航空航天及軍事領(lǐng)域,輕型飛機(jī)、尾翼、衛(wèi)星天線、火箭噴管、防彈板、防彈衣、魚雷等都取得了重大突破。
熱塑性樹脂基復(fù)合材料
熱塑性樹脂基復(fù)合材料是20世紀(jì)80年展起來的,主要有長纖維增強(qiáng)粒料(LFP)、連續(xù)纖維增強(qiáng)預(yù)浸帶(MITT)和玻璃纖維氈增強(qiáng)型熱塑性復(fù)合材料(GMT)。根據(jù)使用要求不同,樹脂基體主要有PP、PE、PA、PBT、PEI、PC、PES、PEEK、PI、PAI等熱塑性工程塑料,纖維種類包括玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維和硼纖維等一切可能的纖維品種。隨著熱塑性樹脂基復(fù)合材料技術(shù)的不斷成熟以及可回收利用的優(yōu)勢,該品種的復(fù)合材料發(fā)展較快,歐美發(fā)達(dá)國家熱塑性樹脂基復(fù)合材料已經(jīng)占到樹脂基復(fù)合材料總量的30%以上。
高性能熱塑性樹脂基復(fù)合材料以注射件居多,基體以PP、PA為主。產(chǎn)品有管件(彎頭、三通、法蘭)、閥門、葉輪、軸承、電器及汽車零件、擠出成型管道、GMT模壓制品(如吉普車座椅支架)、汽車踏板、座椅等。玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯在汽車中的應(yīng)用包括通風(fēng)和供暖系統(tǒng)、空氣過濾器外殼、變速箱蓋、座椅架、擋泥板墊片、傳動皮帶保護(hù)罩等。
滑石粉填充的PP具有高剛性、高強(qiáng)度、極好的耐熱老化性能及耐寒性?;墼鰪?qiáng)PP在車內(nèi)裝飾方面有著重要的應(yīng)用,如用作通風(fēng)系統(tǒng)零部件,儀表盤和自動剎車控制杠等,例如美國HPM公司用20%滑石粉填充PP制成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)的吸音天花板和轎車的搖窗升降器卷繩筒外殼。
云母復(fù)合材料具有高剛性、高熱變形溫度、低收縮率、低撓曲性、尺寸穩(wěn)定以及低密度、低價格等特點(diǎn),利用云母/聚丙烯復(fù)合材料可制作汽車儀表盤、前燈保護(hù)圈、擋板罩、車門護(hù)欄、電機(jī)風(fēng)扇、百葉窗等部件,利用該材料的阻尼性可制作音響零件,利用其屏蔽性可制作蓄電池箱等。
我國的熱塑性樹脂基復(fù)合材料的研究開始于20世紀(jì)80年代末期,近十年來取得了快速發(fā)展,2000年產(chǎn)量達(dá)到12萬噸,約占樹脂基復(fù)合材料總產(chǎn)量的17%,,所用的基體材料仍以PP、PA為主,增強(qiáng)材料以玻璃纖維為主,少量為碳纖維,在熱塑性復(fù)合材料方面未能有重大突破,與發(fā)達(dá)國家尚有差距。
我國復(fù)合材料的發(fā)展?jié)摿蜔狳c(diǎn)
我國復(fù)合材料發(fā)展?jié)摿艽?,但須處理好以下熱點(diǎn)問題。
1、復(fù)合材料創(chuàng)新
復(fù)合材料創(chuàng)新包括復(fù)合材料的技術(shù)發(fā)展、復(fù)合材料的工藝發(fā)展、復(fù)合材料的產(chǎn)品發(fā)展和復(fù)合材料的應(yīng)用,具體要抓住樹脂基體發(fā)展創(chuàng)新、增強(qiáng)材料發(fā)展創(chuàng)新、生產(chǎn)工藝發(fā)展創(chuàng)新和產(chǎn)品應(yīng)用發(fā)展創(chuàng)新。到2007年,亞洲占世界復(fù)合材料總銷售量的比例將從18%增加到25%,目前亞洲人均消費(fèi)量僅為0.29kg,而美國為6.8kg,亞洲地區(qū)具有極大的增長潛力。
2、聚丙烯腈基纖維發(fā)展
我國碳纖維工業(yè)發(fā)展緩慢,從CF發(fā)展回顧、特點(diǎn)、國內(nèi)碳纖維發(fā)展過程、中國PAN基CF市場概況、特點(diǎn)、“十五”科技攻關(guān)情況看,發(fā)展聚丙烯腈基纖維既有需要也有可能。
3、玻璃纖維結(jié)構(gòu)調(diào)整
我國玻璃纖維70%以上用于增強(qiáng)基材,在國際市場上具有成本優(yōu)勢,但在品種規(guī)格和質(zhì)量上與先進(jìn)國家尚有差距,必須改進(jìn)和發(fā)展紗類、機(jī)織物、無紡氈、編織物、縫編織物、復(fù)合氈,推進(jìn)玻纖與玻鋼兩行業(yè)密切合作,促進(jìn)玻璃纖維增強(qiáng)材料的新發(fā)展。
4、開發(fā)能源、交通用復(fù)合材料市場
一是清潔、可再生能源用復(fù)合材料,包括風(fēng)力發(fā)電用復(fù)合材料、煙氣脫硫裝置用復(fù)合材料、輸變電設(shè)備用復(fù)合材料和天然氣、氫氣高壓容器;二是汽車、城市軌道交通用復(fù)合材料,包括汽車車身、構(gòu)架和車體外覆蓋件,軌道交通車體、車門、座椅、電纜槽、電纜架、格柵、電器箱等;三是民航客機(jī)用復(fù)合材料,主要為碳纖維復(fù)合材料。熱塑性復(fù)合材料約占10%,主要產(chǎn)品為機(jī)翼部件、垂直尾翼、機(jī)頭罩等。我國未來20年間需新增支線飛機(jī)661架,將形成民航客機(jī)的大產(chǎn)業(yè),復(fù)合材料可建成新產(chǎn)業(yè)與之相配套;四是船艇用復(fù)合材料,主要為游艇和漁船,游艇作為高級娛樂耐用消費(fèi)品在歐美有很大市場,由于我國魚類資源的減少、漁船雖發(fā)展緩慢,但復(fù)合材料特有的優(yōu)點(diǎn)仍有發(fā)展的空間。
5、纖維復(fù)合材料基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用
國內(nèi)外復(fù)合材料在橋梁、房屋、道路中的基礎(chǔ)應(yīng)用廣泛,與傳統(tǒng)材料相比有很多優(yōu)點(diǎn),特別是在橋梁上和在房屋補(bǔ)強(qiáng)、隧道工程以及大型儲倉修補(bǔ)和加固中市場廣闊。
6、復(fù)合材料綜合處理與再生
序號
企業(yè)名稱
省區(qū)市
1
安徽海螺集團(tuán)有限責(zé)任公司
安 徽
2
中國建筑材料集團(tuán)公司
北 京
3
中國材料工業(yè)科工集團(tuán)公司
北 京
4
北京金隅集團(tuán)有限責(zé)任公司
北 京
5
山東山水水泥集團(tuán)有限公司
山 東
6
上海建筑材料(集團(tuán))總公司
上 海
7
江蘇華爾潤集團(tuán)有限公司
江 蘇
8
光宇集團(tuán)有限公司
浙 江
9
河北省冀東水泥集團(tuán)有限責(zé)任公司
河 北
10
福耀玻璃工業(yè)集團(tuán)股份有限公司
福 建
11
拉法基瑞安水泥有限公司
北 京
12
吉林亞泰(集團(tuán))股份有限公司
吉 林
13
華新集團(tuán)有限公司
湖 北
14
浙江三獅集團(tuán)有限公司
浙 江
15
山東沂州水泥集團(tuán)總公司
山 東
16
中國南玻集團(tuán)股份有限公司
廣 東
17
山東藍(lán)星玻璃(集團(tuán))有限公司
山 東
18
寧波浙東建材集團(tuán)有限公司
浙 江
19
天津市建筑材料集團(tuán)(控股)有限公司天 津
20
中國耀華玻璃集團(tuán)公司
河 北
21
廣東新中源陶瓷有限公司
廣 東
22
河南省中聯(lián)集團(tuán)公司
河 南
23
杭州諾貝爾集團(tuán)有限公司
浙 江
24
嘉新水泥(中國)控股股份有限公司
上 海
25
天瑞集團(tuán)有限公司
河 南
26
中國洛陽浮法玻璃集團(tuán)有限責(zé)任公司河 南
27
廣州越秀水泥集團(tuán)有限公司
廣 東
28
河北太行華信建材有限責(zé)任公司
河 北
29
金晶(集團(tuán))有限公司
山 東
30
深圳成霖潔具有限公司
廣 東
31
日本太平洋水泥中國投資有限公司
北 京
32
浙江尖峰集團(tuán)股份有限公司
浙 江
33
泰山玻璃纖維股份有限公司
山 東
34
紅獅控股集團(tuán)有限公司
浙 江
35
華潤水泥控股有限公司
廣 西
36
廣東塔牌集團(tuán)有限公司
廣 東
37
亞細(xì)亞集團(tuán)控股有限公司
上 海
38
信義集團(tuán)(玻璃)有限公司
廣 東
39
浙江山鷹建材集團(tuán)公司
浙 江
40
福建省建材(控股)有限責(zé)任公司
福 建
41
德州晶華集團(tuán)有限公司
山 東
42
常州盤固水泥有限公司
江 蘇
43
廣東亨達(dá)利水泥廠有限公司
廣 東
44
江蘇磊達(dá)股份有限公司
江 蘇
45
內(nèi)蒙古蒙西高新技術(shù)集團(tuán)公司
內(nèi)蒙古
46
廣東新明珠陶瓷集團(tuán)有限公司
廣 東
47
江蘇雙龍集團(tuán)有限公司
江 蘇
48
重慶國際復(fù)合材料有限公司
重 慶
49
江蘇金峰水泥集團(tuán)有限公司
江 蘇
50
兆山新星水泥集團(tuán)有限公司
浙 江
51
唐山惠達(dá)陶瓷(集團(tuán))股份有限公司河 北
52
廣東東鵬陶瓷股份有限公司
廣 東
53
內(nèi)蒙古烏蘭水泥集團(tuán)
內(nèi)蒙古
54
大宇水泥(山東)有限公司
山 東
55
甘肅祁連山水泥集團(tuán)股份有限公司
甘 肅
56
上海宏和電子材料有限公司
上 海
57
江西亞東水泥有限公司
江 西
58
浙江兆山建材集團(tuán)有限公司
浙 江
59
廣東省佛山市南海匯亞陶瓷有限公司廣 東
60
秦皇島北方玻璃集團(tuán)有限公司
河 北
61
浙江虎山集團(tuán)有限公司
浙 江
62
美標(biāo)(中國)有限公司
上 海
63
杭州錢潮建材集團(tuán)有限公司
浙 江
64
中利達(dá)集團(tuán)控股有限公司
浙 江
65
淄博強(qiáng)冠建陶有限公司
山 東
66
上海斯米克建筑陶瓷股份有限公司
上 海
67
江蘇建華管樁有限公司
江 蘇
68
江西萬年青水泥股份有限公司
江 西
69
云南國資水泥有限公司
云 南
70
遼寧工源水泥(集團(tuán))有限責(zé)任公司
遼 寧
71
安徽巢東水泥集團(tuán)有限責(zé)任公司
安 徽
72
臺玻集團(tuán)長江浮法玻璃有限公司
江 蘇
73
江蘇九鼎集團(tuán)股份有限公司
江 蘇
74
三水市博德精工建材有限公司
廣 東
75
廣東唯美陶瓷有限公司 廣 東
76
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建材百強(qiáng),是依據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局2005年法人單位月、年報(bào)數(shù)據(jù),參照國際慣例,以業(yè)務(wù)收入(銷售收入)為序,經(jīng)中國建筑材料工業(yè)協(xié)會和國家統(tǒng)計(jì)局工業(yè)交通統(tǒng)計(jì)司認(rèn)真遴選產(chǎn)生的,集中了建材工業(yè)的優(yōu)勢企業(yè),代表了建材工業(yè)的發(fā)展方向。建材百強(qiáng)的水泥產(chǎn)量占全國水泥總產(chǎn)量的26.35%,平板玻璃產(chǎn)量占全國的62%,建筑陶瓷產(chǎn)量占全國的5.7%,衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)量占全國的9.4%,玻璃纖維產(chǎn)量占全國的43.2%。平板玻璃和玻璃纖維紗的生產(chǎn)集中度相對較高。
在這建材百強(qiáng)中,有47家以水泥制造為主業(yè)的企業(yè)和14家以平板玻璃制造為主業(yè)的企業(yè),兩者合計(jì)61家,由此可見,水泥和平板玻璃制造業(yè)是建材百強(qiáng)的主體。
若從建材百強(qiáng)的地區(qū)分布看,有49家在華東地區(qū),這49家的資產(chǎn)總值達(dá)1248億元,2005年實(shí)現(xiàn)利潤總額達(dá)44.1億元,占當(dāng)年建材百強(qiáng)利潤總額的52.95%。
【關(guān)鍵詞】微波;多層印制板
一、引言
隨著現(xiàn)代通訊技術(shù)的不斷發(fā)展,電子產(chǎn)品的需求在不斷增加。作為電子產(chǎn)品主要器件的印制板,也不同程度的獲得了發(fā)展的機(jī)會。另外,印制板制造所需新設(shè)備、新材料、新工藝的不斷涌現(xiàn),也為印制板制造業(yè)的發(fā)展,奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
縱觀我國通訊產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,離不開作為關(guān)鍵元器件的微波印制板的功勞。作為微波印制板的設(shè)計(jì)和制造,應(yīng)用最多的是國產(chǎn)玻璃布增強(qiáng)聚四氟乙烯覆銅板系列材料,以及隨之逐漸選用的國外進(jìn)口微波覆銅板材料,主要有ROGERS公司、ARLON公司、TACONIC公司、METCLAD公司和NELCO公司等。其中,美國Rogers公司提供的產(chǎn)品有RT/Duroid系列、TMM系列和RO系列等微波基材覆銅箔板,究其組成,主要有玻璃纖維增強(qiáng)聚四氟乙烯覆銅板、陶瓷粉填充聚四氟乙烯覆銅板和陶瓷粉填充熱固性樹脂覆銅板。
通訊業(yè)發(fā)展之初,主要應(yīng)用的是單、雙面微波印制板。當(dāng)歲月進(jìn)入到上個世紀(jì)九十年代,對微波印制板的制造已不滿足于單純的單、雙面板的生產(chǎn),對多層微波印制板制造的需求越來越迫切。多層微波印制板制造工藝研究,主要集中解決微波多層印制基板制造技術(shù)中的特性阻抗控制技術(shù)、多層微波基板層間互聯(lián)制造技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)問題。通過突破關(guān)鍵技術(shù),確定多層微波印制板制造技術(shù)和層壓制造工藝。
眾所周知,針對微波多層板的制造實(shí)現(xiàn)技術(shù),基本離不開層壓實(shí)現(xiàn)所發(fā)揮重要作用的粘結(jié)片材料。目前,有多家公司提供的半固化片材料,可用于層壓制造。
本文將針對三家微波介質(zhì)基板及其多層化制造技術(shù)進(jìn)行介紹,并對多層微波介質(zhì)基板制造中的相關(guān)問題進(jìn)行討論。
二、微波介質(zhì)基板材料介紹
2.1 ROGERS公司RT/duroid 6002覆銅箔層壓板
美國Rogers公司生產(chǎn)的RT/duroid 6002板材,是一種陶瓷粉填充、玻璃短纖維增強(qiáng)的聚四氟乙烯(PTFE)覆銅箔層壓板材料,它具有以下顯著特點(diǎn):
(1) 卓越的高頻低損耗特性;(2) 嚴(yán)格的介電常數(shù)和厚度控制;(3) 極佳的電氣和機(jī)械性能;(4) 極低的介電常數(shù)熱系數(shù);(5) 與銅相匹配的平面膨脹系數(shù);(6) 低Z軸膨脹;(7) 低的逸氣性,是空間應(yīng)用的理想材料。
此種高頻介質(zhì)板材RT/duroid 6002的主要性能,參見表1。
2.2 ARLON公司CLTE-XT覆銅箔層壓板
美國ARLON公司生產(chǎn)的CLTE-XT板材,是一種陶瓷粉填充、玻璃纖維編織布增強(qiáng)的聚四氟乙烯(PTFE)覆銅箔層壓板材料,它具有以下顯著特點(diǎn):
(1) 介電常數(shù)和損壞因數(shù)極好的熱穩(wěn)定性;(2) 寬溫度范圍的相位穩(wěn)定性;(3) 滿足復(fù)雜多層印制板的高度尺寸穩(wěn)定性;(4) X、Y、Z方向極佳的熱膨脹系數(shù)值。
此種高頻介質(zhì)板材CLTE-XT的主要性能,參見表2。
2.3 TACONIC公司TSM-29覆銅箔層壓板
美國TACONIC公司生產(chǎn)的TSM-29板材,是一種陶瓷粉填充、玻璃纖維增強(qiáng)的聚四氟乙烯(PTFE)覆銅箔層壓板材料,它具有以下顯著特點(diǎn):
(1) 極好的熱穩(wěn)定性;(2) 異常低的介電損耗;(3) 相位穩(wěn)定性材料;(4) 嚴(yán)格的介電常數(shù)公差;(5)寬溫度范圍的穩(wěn)定介電常數(shù)。
此種高頻介質(zhì)板材TSM-29的主要性能,參見表3。
2.4 相對應(yīng)半固化片材料
無論是FR-4多層印制板的制造,還是微波介質(zhì)基板的多層化制造實(shí)現(xiàn),都離不開層間互聯(lián)的半固化片材料。
針對本文介紹的一種陶瓷粉填充、玻璃纖維增強(qiáng)的聚四氟乙烯微波介質(zhì)基板材料,各公司均提供有相對應(yīng)配套使用的半固化片材料。
ROGERS、ARLON、TACONIC三家微波介質(zhì)基板材料提供廠家,相對應(yīng)的半固化片情況一覽,參見表4。
三、微波介質(zhì)基板多層化制造技術(shù)簡介
眾所周知,任何介質(zhì)多層印制板的制造,都離不開相應(yīng)粘結(jié)材料――半固化片的選擇,以及層壓制程的過程控制。針對本文所述一種陶瓷粉填充、玻璃纖維增強(qiáng)的聚四氟乙烯高頻介質(zhì)材料,ROGERS公司、ARLON公司和TACONIC公司,均推出有相應(yīng)的半固化片材料。
3.1 ROGERS公司RO4403半固化片和RO4450B半固化片的層壓制造
RO4403半固化片是一種專為RO4000系列層壓板材料選用所設(shè)計(jì)開發(fā)出的新型粘結(jié)材料。RO4000介電材料以被長期選用于作為傳統(tǒng)芯板,希望實(shí)現(xiàn)在改進(jìn)性能的前提下,不會明顯增加成本。RO4003和RO4350層壓板能被用于需要操作頻率、介電常數(shù)控制或高速信號傳輸?shù)膱龊?,且是一種出眾的材料。在RO4000系列層壓板系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中,其根本思路為能采用現(xiàn)有FR-4制程進(jìn)行多層線路的制造。
RO4403半固化片,為了滿足當(dāng)今商業(yè)應(yīng)用對高頻設(shè)計(jì)、低值線路制造需求之需要,通過共混方式,實(shí)現(xiàn)了其介電常數(shù)為3.17,損耗因子為0.005。這種低流動度的半固化片,具有的后固化玻璃化轉(zhuǎn)變溫度大于280oC(536F),被設(shè)計(jì)于適合標(biāo)準(zhǔn)的FR-4制造條件下的壓制和其他制程。這些性能確保了制造者進(jìn)行多層板的壓制或在一次層壓循環(huán)下實(shí)現(xiàn)混合結(jié)構(gòu),并增加撓性、降低制造成本。
對于每個RO4403半固化片,是基于1080玻璃布類型,在多層板制造中增加0.004英寸(0.10MM)厚度,無論內(nèi)層粘結(jié)對象是銅箔或全蝕刻介質(zhì)層。
同樣,RO4450B半固化片,也是一種專為RO4000系列層壓板材料選用所設(shè)計(jì)開發(fā)出的新型粘結(jié)材料。
在RO4403半固化片應(yīng)用于微波多層介質(zhì)基板制造的過程中,層壓過程的控制及層壓周期較長,給大規(guī)模批量制作相應(yīng)微波介質(zhì)多層印制板帶來了一些困難。為此,ROGERS公司,適時研發(fā)推出了RO4450B半固化片。
下面,讓我們來對比一下ROGERS公司RO4403半固化片(圖1)和ROGERS公司RO4450B半固化片(圖2)的層壓過程控制特性。
對比上述兩圖中之溫度-時間曲線和壓力-時間曲線,我們可以從中得到相關(guān)信息如下,對于正確運(yùn)用RO4450B半固化片,進(jìn)行射頻多層混壓板的制造,提供保障。
選用RO4403半固化片進(jìn)行射頻多層板的壓制,整個層壓過程需時4小時,而選用RO4450B半固化片進(jìn)行層壓,整個過程僅需時2小時。其中,選用RO4403半固化片進(jìn)行射頻多層板的壓制時,保溫保壓時間需90分鐘,但選用RO4450B半固化片進(jìn)行射頻多層板的壓制時,保溫保壓時間僅為60分鐘。
這是由于,選用RO4403半固化片進(jìn)行射頻多層板的壓制時,從室溫到177oC,升溫速率需控制在1.1~2.2 oC/min。
而選用RO4450B半固化片進(jìn)行射頻多層板的壓制時,由于對其進(jìn)行了改進(jìn),層壓過程升溫速率控制如下:(1)允許快速升溫到107 oC;(2)107 oC ~121 oC間,控制升溫速率2.8~4.0 oC/min;(3)121 oC ~177 oC間,控制最高升溫速率2.2 oC/min。
3.2 ARLON公司25FR/25N半固化片的層壓制造
ARLON公司生產(chǎn)的25FR/25N,為射頻、微波和高速數(shù)位設(shè)備等的設(shè)計(jì)工程師,提供了電氣效能的優(yōu)點(diǎn),而且該材料具有結(jié)合傳統(tǒng)印制電路板制造方法的成本優(yōu)勢。
25FR/25N需要一個較慢的升溫速率,以確保實(shí)現(xiàn)其最佳的結(jié)合力。為了能確保除去存在于疊板間的空氣,最好于施壓和加熱前,預(yù)抽真空30分鐘。
壓力的選擇,以18″×24″待壓板為例,建議所加壓力范圍為300~350 PSI。在整個壓制過程中,需保持全壓。
至于升溫速率,在83~138 oC之間,應(yīng)控制為2.2~3.3 oC/min。同時,為了確保結(jié)合力符合要求,需要在177 oC溫度下,保溫保壓90分鐘。
為避免層壓板的彎曲,可采用5.5 oC/min或更低的降溫速率來進(jìn)行冷卻。對于單張25FR/25N材料之2112半固化片,將產(chǎn)生厚度為0.0057英寸到0.0063英寸,但依賴于待粘結(jié)層的形態(tài)結(jié)構(gòu)。
鑒于25FR/25N半固化片材料的特性,在選用其進(jìn)行多層印制板層壓制造時,將優(yōu)先選用真空層壓技術(shù)。另外,溫度、壓力隨時間的變化如下圖3所示。
3.3 TACONIC公司fastRise-27半固化片的層壓制造
TACONIC公司的fastRise-27半固化片,是專門為高速數(shù)字信號傳輸應(yīng)用和毫米波頻段射頻多層印制板制造設(shè)計(jì)研制提供的。
與TACONIC公司其他微波介質(zhì)基板材料相配,制造相應(yīng)設(shè)計(jì)要求的多層微波介質(zhì)基板,fastRise-27半固化片能夠滿足低介電損耗的帶狀線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。該粘結(jié)片材料的熱固性性能,使得其能滿足設(shè)計(jì)要求的多次層壓制造。
另外,由于該半固化片組成中,選用了較大量的陶瓷粉填充料,使得相應(yīng)制品的尺寸穩(wěn)定性很好。由于其選用的是高性能的熱固性樹脂,使其對銅箔和一些聚四氟乙烯材料顯示出較好的粘結(jié)效果。
fastRise-27能用來粘結(jié)標(biāo)準(zhǔn)的聚四氟乙烯介質(zhì)基板(如TLX)、陶瓷粉填充的聚四氟乙烯介質(zhì)基板(TSM30、RO3003、RT/duroid6002、CLTE)、橡膠產(chǎn)品(RO4003/RO4350)、標(biāo)準(zhǔn)改性的環(huán)氧樹脂介質(zhì)基板(N4000-13SI),以及聚酰亞胺介質(zhì)基板。
層壓制程控制推薦如下:
(1) 建議選用真空層壓制程;(2) 控制升溫速率1.5~5.5 oC/min,直至215.5 oC,其間,樹脂流動窗口控制為80~150 oC;(3) 維持層壓壓力73PSI直至壓制板溫度達(dá)到37oC,然后施加全壓力500PSI;(4) 保溫保壓60分鐘;(5) 在保壓情況下,進(jìn)行降溫,維持降溫速率
此外,針對越來越多應(yīng)用的混合介質(zhì)多層介質(zhì)基板的層壓制作,建議在200 oC下保溫保壓3小時,其他參數(shù)維持不變。
對于高層數(shù)的多層介質(zhì)基板制造,維持一個較低的升溫速率,會獲得最佳的樹脂流動和填充,對較低層數(shù)的多層板層壓,則沒有明顯的特征顯現(xiàn)。
建議當(dāng)熱壓機(jī)的溫度降至75~95 oC時,再打開壓機(jī),取出壓制完成的多層介質(zhì)基板,盡管產(chǎn)品使用說明推薦溫度降至120 oC后,即可打開壓機(jī)。
同樣,針對于冷熱壓機(jī)的配合使用,同樣建議當(dāng)層壓溫度降至120 oC后,方可將熱壓板轉(zhuǎn)至冷壓機(jī)繼續(xù)實(shí)施保壓降溫處理。
四、多層微波介質(zhì)基板制造相關(guān)問題討論
4.1 孔金屬化實(shí)現(xiàn)問題
無論是ROGERS公司的RT/duroid6002、ARLON公司的CLTE-XT、還是TACONIC公司的TSM-29,全部都是陶瓷粉填充的聚四氟乙烯微波介質(zhì)基板材料。
由于聚四氟乙烯材料的憎水性及其表面能很低的特性,其印制板孔金屬化不同于常規(guī)的印制板,對它進(jìn)行孔金屬化和電鍍是很困難的。而金屬化孔質(zhì)量的好壞直接影響多層微波基板的質(zhì)量。
眾所周知,對于聚四氟乙烯高頻多層印制電路板的孔金屬化制造,其最大的難點(diǎn)是化學(xué)沉銅前的活化前處理,也是最為關(guān)鍵的一步。
有多種方法可用于化學(xué)沉銅前處理,但總結(jié)起來,能達(dá)到保證產(chǎn)品質(zhì)量并適合于批生產(chǎn)的,主要有以下兩種方法:
(1)化學(xué)處理法
金屬鈉和萘,于非水溶劑如四氫呋喃或乙二醇二甲醚等溶液內(nèi)反應(yīng),形成一種萘鈉絡(luò)合物。各組份之配比請參見下表5。
該鈉萘處理液,能使孔內(nèi)之聚四氟乙烯表層原子受到浸蝕,從而達(dá)到潤濕孔壁的目的。此為經(jīng)典成功的方法,效果良好,質(zhì)量穩(wěn)定。
(2)等離子體處理法
等離子體,是指像紫色光、霓虹燈光一樣的光,也有稱其為物質(zhì)的第四相態(tài)。等離子體相態(tài)是由于原子中激化的電子和分子無序運(yùn)動的狀態(tài),所以具有相當(dāng)高的能量。
孔壁樹脂的活化處理,對于確?;瘜W(xué)鍍銅層的沉積覆蓋,是必須進(jìn)行的操作。此類處理,可選用等離子體技術(shù)進(jìn)行。下述表6,為一個PTFE材料進(jìn)行典型等離子循環(huán)處理的工藝介紹:
對于PTFE材料之表面等離子處理來說,其進(jìn)行下一步工序前的持有時間是有限制的。一旦持有時間超過12小時,應(yīng)當(dāng)再次進(jìn)行等離子制程處理。
4.2 層間結(jié)合力問題
眾所周知,無論對于何種介質(zhì)類型之多層印制電路板,其獲得成功制造的前提條件,是多層板各層間的結(jié)合力問題??v觀整個印制板制造業(yè)發(fā)展之過程,多層印制板層間結(jié)合力問題,曾經(jīng)長期困惱著廣大制造廠商。
對于此類聚四氟乙烯微波介質(zhì)基板的多層化制造來說,無論是ROGERS公司的RT/duroid6002、ARLON公司的CLTE-XT、還是TACONIC公司的TSM-29,選用各自公司推薦之半固化片用于聚四氟乙烯介質(zhì)類微波多層板的制造。如果想要獲得理想的層間結(jié)合效果,還需關(guān)注以下幾方面:
(1)針對粘結(jié)面為大面積聚四氟乙烯介質(zhì)情況,為確保能夠獲得理想的層間結(jié)合力,需有針對性的進(jìn)行等離子表面活化處理;
(2)對于線路銅表面,特別是大面積銅表面,為確保能夠獲得理想的層間結(jié)合力,需有針對性的進(jìn)行銅表面的黑化處理;
(3)對于非上述情況之大面積聚四氟乙烯介質(zhì)間相互粘結(jié)、大面積聚四氟乙烯介質(zhì)與大面積銅表面相互粘結(jié),或大面積銅表面間相互粘結(jié),可適當(dāng)降低表面前處理要求,有時對于圖形設(shè)計(jì)相對均勻之混合介質(zhì)多層印制電路板,可免去針對聚四氟乙烯介質(zhì)表面的等離子處理和針對銅表面的黑膜氧化處理,直接實(shí)施層壓制造。
下圖4給出了聚四氟乙烯類多層微波介質(zhì)基板之表面相互粘結(jié)的層間結(jié)合情況。
4.3 多層微波介質(zhì)基板窗口內(nèi)圖形保護(hù)問題
隨著多層微波介質(zhì)基板設(shè)計(jì)要求的不斷提升,板面開窗口的設(shè)計(jì)日益增多,給該類多層微波印制板的制造帶來了新的難題。經(jīng)過長期實(shí)際摸索,建議方法如下:
(1) 該類微波多層印制板的制作,通常采用多次層壓的方式進(jìn)行;(2) 針對設(shè)計(jì)需求板面的開窗口制作,于層壓前通過數(shù)控銑的方式進(jìn)行處理;(3) 層壓時,根據(jù)所開窗口的尺寸大小,選用輔助板充填或硅橡膠墊片占位的方式進(jìn)行制作;(4) 層壓后開窗口區(qū)域內(nèi)圖形的保護(hù),可通過濕膜或可剝膠來進(jìn)行;(5) 在設(shè)計(jì)允許的前提下,可建議內(nèi)層圖形表面選用抗蝕刻鍍層處理,從而實(shí)現(xiàn)對該類微波多層板內(nèi)層圖形的保護(hù)。
4.4 烘烤問題
如前所述,本文論述的多層微波介質(zhì)基板制造選用的原材料,無論是ROGERS公司的RT/duroid6002、ARLON公司的CLTE-XT、還是TACONIC公司的TSM-29,全部都是陶瓷粉填充的聚四氟乙烯微波介質(zhì)基板材料。至于本節(jié)提到的烘烤問題,不妨?xí)呵乙訰OGERS公司的RT/duroid6002微波介質(zhì)基板材料為例,進(jìn)行相關(guān)介紹。
微波介質(zhì)板材RT/duroid 6002是一中含有較大體積分?jǐn)?shù)(>50%)陶瓷粉顆粒,并伴隨玻璃短纖維其間的一種聚四氟乙烯合成物。如此高的填充物,使得RT/duroid 6002微波介質(zhì)板材具有低的Z軸熱膨脹系數(shù)(CTE),因此金屬化孔的可靠性也極高。
另一方面,RT/duroid 6002微波介質(zhì)板材之高填充特點(diǎn),使得其具有接近5%體積分?jǐn)?shù)的多孔特性,這些微孔存在于陶瓷粉顆粒與PTFE之界面。由于PTFE的低表面能及處理的陶瓷粉填充物,使這些微空洞不會導(dǎo)致高的吸水性。然而一些低表面張力的液體,如有機(jī)溶劑和負(fù)載的表面活性劑水溶液能滲入這些孔中。
由于PTFE和陶瓷粉填充物對于大多數(shù)化學(xué)制程是惰性的,上述液體僅僅填充于微孔中,但不會改變RT / duroid 6002微波介質(zhì)板材的物理性能。但有時,在待加工板需經(jīng)受高溫制程(如多層印制板的層壓、孔金屬化、熱風(fēng)整平等)時,將已經(jīng)滲入介質(zhì)板材內(nèi)部的揮發(fā)物除去是必須的,否則會影響產(chǎn)品的制造質(zhì)量,一種簡單易行的方法是烘烤處理。
(1) 層壓前的烘烤:
在真空或氮?dú)獗Wo(hù)的前提下,將待層壓之內(nèi)層板在150℃條件下,烘烤至少30分鐘。
(2) 化學(xué)沉銅前的烘烤:
化學(xué)沉銅前,在真空或氮?dú)獗Wo(hù)的前提下,將待處理板在150℃條件下,烘烤至少60分鐘。一旦孔金屬化完成后,再想去除材料內(nèi)含有的有機(jī)溶劑,將是一件很困難的事情。
(3) 熱風(fēng)整平前的烘烤:
再流焊或熱風(fēng)整平前,在真空或氮?dú)獗Wo(hù)的前提下,將待加工板在150℃條件下,烘烤至少120分鐘。烘烤后,需于30秒鐘內(nèi),進(jìn)行焊接處理。如出現(xiàn)板子返工時,需再次進(jìn)行前述烘烤處理。
當(dāng)然了,對于其他兩家公司微波介質(zhì)基板材料的加工來說,也會不同程度遇見相應(yīng)的問題,完全可以借鑒針對ROGERS公司材料的烘烤方式進(jìn)行。
五、多層微波介質(zhì)基板制造發(fā)展趨勢
現(xiàn)代通訊技術(shù)的日新月異,未來毫米波設(shè)計(jì)運(yùn)用需求的迫近,對多層微波基板的制造需求呈現(xiàn)出爆炸式發(fā)展之態(tài)勢,所謂高頻設(shè)計(jì)的低頻化加工要求凸顯。
另外,隨著21世紀(jì)埋置元器件時代的到來,給原本復(fù)雜的多層微波介質(zhì)基板制造,又增添了一抹新綠,吸引了越來越多仁人志士的加入。
總體歸納一下,未來多層微波介質(zhì)基板制造技術(shù)的發(fā)展趨勢,主要涵蓋了以下幾個方面:
(1) 各類微波介質(zhì)基板多層化實(shí)現(xiàn)技術(shù);(2) 微波數(shù)字混合介質(zhì)基板多層化實(shí)現(xiàn)技術(shù);(3) 多層微波介質(zhì)基板埋置平面電阻圖形技術(shù);(4) 多層微波介質(zhì)基板埋置電容技術(shù);(5) 多層微波介質(zhì)基板/多層微波數(shù)字混合介質(zhì)基板金屬化孔互連之反鉆孔技術(shù);(6) 超長尺寸多層微波介質(zhì)基板制造技術(shù);(7) 超大尺寸多層微波介質(zhì)基板制造技術(shù);(8) 高重合精度要求多層微波介質(zhì)基板制造技術(shù);(9) 高多層微波介質(zhì)基板精密加工技術(shù);(10) 多層微波介質(zhì)基板制造之介質(zhì)變形控制技術(shù)。
六、結(jié)束語
又到了不得不說結(jié)束的時候了。
隨著國家對微波介質(zhì)基板重點(diǎn)發(fā)展政策的深入,加之現(xiàn)代通訊技術(shù)民用化趨勢的日益明顯,越來越多的印制板加工,將不可避免的面向微波介質(zhì)基板。
雖然,同屬印制板加工,但是,由于微波介質(zhì)基板材料的多特性和多樣性,給相應(yīng)介質(zhì)基板的制造帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。如何去直面應(yīng)對,是擺在各位同仁面前的一項(xiàng)課題。
新材料是支撐我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)材料,是發(fā)展先進(jìn)制造業(yè)和高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ),是全球發(fā)展最快和最活躍的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域之一,其技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平與規(guī)模,已成為衡量一個國家綜合國力的重要標(biāo)志。蔣士成院士在致辭中指出,高性能纖維與復(fù)合材料是戰(zhàn)略物資,如果能廣泛推廣在民用領(lǐng)域的應(yīng)用,將減少交通工具能耗和二氧化碳的排放,提升制造業(yè)的科技水平和競爭力,對“中國制造2025”計(jì)劃具有重要的意義。
端小平在會上指出,中國化纖行業(yè)用不到10年的時間縮短了與發(fā)達(dá)國家30年的差距,各種高性能品種齊步發(fā)展,部分品種質(zhì)量達(dá)到國際中等以上水平。未來,中國的高性能纖維發(fā)展將注重在汽車、耐高溫過濾材料和航空航天等國防軍工領(lǐng)域的應(yīng)用,重視低成本生產(chǎn)高品質(zhì)產(chǎn)品和回收再利用技術(shù)的研發(fā),加快制定化纖全產(chǎn)業(yè)鏈的標(biāo)準(zhǔn)。
正如東華大學(xué)余木火教授所講,輕質(zhì)高強(qiáng)材料是“中國制造2025”的核心競爭力之一。面對國外的成熟市場,中國更需要重點(diǎn)培育具有戰(zhàn)略意義和中國特色的大市場,與優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)共同發(fā)展。例如中國的汽車產(chǎn)業(yè)、大型飛機(jī)和高鐵的輕量化設(shè)計(jì)。通過建立設(shè)計(jì)-材料-制造-評價一體化的研發(fā)能力,為整個產(chǎn)業(yè)鏈提供技術(shù)支撐。并解決汽車輕量化復(fù)合材料需要解決的工程技術(shù)問題,即設(shè)計(jì)與評價能力、低成本自動化量產(chǎn)技術(shù)和回收與循環(huán)利用技術(shù)。
在學(xué)術(shù)報(bào)告環(huán)節(jié),來自交通、航天領(lǐng)域的企業(yè)嘉賓針對高性能纖維及復(fù)合材料的應(yīng)用現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢展開深入分析。其中,江蘇奧新新能源汽車有限公司總經(jīng)理史踐向與會代表展示了公司在研發(fā)輕量化碳纖維復(fù)合材料電動汽車的各階段成果。并表示,奧新電動車的創(chuàng)新核心思想是輕量化,其創(chuàng)新技術(shù)主要體現(xiàn)在新電動底盤、新材料應(yīng)用、新生產(chǎn)工藝、高比能量電池和智能化、網(wǎng)絡(luò)化車載技術(shù)應(yīng)用。
上海飛機(jī)制造有限公司副總工程師劉衛(wèi)平表示,復(fù)合材料在商用飛機(jī)上大量應(yīng)用已是一種趨勢,我國商用飛機(jī)將大量使用復(fù)合材料,帶動我國碳纖維及其復(fù)合材料在高端應(yīng)用領(lǐng)域的快速發(fā)展。
中國南車株洲時代新材料科技股份有限公司副總工程師姜其斌指出,未來在交通領(lǐng)域,高性能輕量化復(fù)合材料將成為重點(diǎn)發(fā)展方向。并重點(diǎn)講解了反應(yīng)尼龍材料、芳綸蜂窩復(fù)合材料、阻燃輕質(zhì)板材、長玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料(LFT)等幾種典型高性能輕量化復(fù)合材料的工程化研究應(yīng)用。
在碳纖維、芳綸及復(fù)合材料在汽車輕量化應(yīng)用交流分論壇上,來自吉林硅谷碳纖維、江蘇恒神、河北硅谷化工、中復(fù)神鷹、泰和新材料、廣州汽車集團(tuán)等企業(yè)的專家從低成本碳纖維生產(chǎn)、碳纖維市場分析及企業(yè)的對策、碳纖維復(fù)合材料在汽車輕量化方面的應(yīng)用及推廣的策略、基于輕量化材料的電動汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新等內(nèi)容進(jìn)行深入探討。
其中,江蘇恒神股份有限公司技術(shù)顧問沈真基于市場需求分析,認(rèn)為航空和工業(yè)碳纖維需求決定企業(yè)必須具備單條千噸線生產(chǎn)能力才能滿足制造商的批量生產(chǎn)要求、實(shí)現(xiàn)質(zhì)量穩(wěn)定性和降低成本,并且碳纖維復(fù)合材料制品研發(fā)的特殊性決定企業(yè)必須具備從纖維、上漿劑、樹脂直至產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計(jì)制造服務(wù)的全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展模式。
在功能性纖維開發(fā)與應(yīng)用科技論壇上,來自化纖生產(chǎn)企業(yè)、石油化工企業(yè)和高等院校等一線科研人員和專家,分別對高模低縮滌綸工業(yè)絲、保暖聚酯纖維、氨綸、丙綸等纖維功能性開發(fā)及其應(yīng)用進(jìn)行了學(xué)術(shù)交流。
搭建化纖產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新升級和跨界融合的合作平臺
7月16日,2015中國紡織工程學(xué)會化纖專業(yè)委員會學(xué)術(shù)年會在蕭山同地召開。年會以“創(chuàng)新驅(qū)動、跨界融合、綠色轉(zhuǎn)型和智能發(fā)展”為主題,舉辦“高性能纖維及復(fù)合材料科技論壇”和“生物基化學(xué)纖維及原料科技論壇”,同時揭曉了“中國化學(xué)纖維工業(yè)協(xié)會?恒逸基金”獲獎優(yōu)秀學(xué)術(shù)論文,并舉辦獲獎?wù)撐膶n}報(bào)告。
作為全球化纖界唯一的學(xué)術(shù)技術(shù)獎,“中國化學(xué)纖維工業(yè)協(xié)會?恒逸基金”優(yōu)秀學(xué)術(shù)論文獎自2013年設(shè)立以來,累計(jì)收集論文637篇,已評出一等獎 2 名,二等獎25名,三等獎47名,優(yōu)秀獎143名。“超高分子量PPTA樹脂及其高模量芳綸纖維的結(jié)構(gòu)與性能”、“干法紡絲制備聚酰亞胺纖維及其結(jié)構(gòu)與性能”、“低成本碳纖維制備新技術(shù) ―― 增塑熔融紡絲法制備PAN纖維及其結(jié)構(gòu)性能研究”、“軼綸?聚酰亞胺纖維的性能及在濾料中的應(yīng)用”、“聚乳酸生物質(zhì)纖維的研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化及發(fā)展建議”等幾十項(xiàng)化纖前沿新技術(shù)、創(chuàng)新成果得到業(yè)內(nèi)高度關(guān)注并在行業(yè)推廣,為化纖行業(yè)科技實(shí)力提供了戰(zhàn)略支撐,推動了行業(yè)的科技進(jìn)步。
在高性能纖維及復(fù)合材料科技論壇上,各位專家學(xué)者主要圍繞國產(chǎn)碳纖維炭化裝備的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢、連續(xù)玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃、耐高溫吸波碳化硅纖維的設(shè)計(jì)合成與性能、電紡納米絲球結(jié)構(gòu)聚醚砜的研制及其低阻過濾性能等研究方向進(jìn)行深入交流。