笫4期 信息动态 ATK公司制造GEM-40发动机,是在该公司引人入胜的统计及对持续发展的展望。总共有50 犹他州 Magna工厂进行。这个工厂为执行 Delta多个不同的技术论文会议,为研讨会参会者提供 任务,始于1990年,成为支持飞行的一个传统。 了内容丰富的信息 关于GEM40发动机复合材料壳体,是在ATK公司 SAMPE的第12年,为学生们主持建桥及制 犹他州 Clearfield工厂,采用碳纤维/环氧树脂复合造风机叶片作品的比赛。参加比赛的70多人代表 材料制造。使用的是自动化单纱缠绕工艺过程。 着18个专科学校和大学进行比赛,作品是碳纤维 这项加工工艺过程是该公司开发的。该公司具有 桥梁配件、非碳纤维桥梁配件、玻璃纤维桥梁、 40年制造复合材料的历史,且不断改进。这种3 天然纤维桥梁及碳纤维风力发电机叶片等。 m直径的仪表舱整流器的仪表舱支架是由ATK公 第一天,参赛队在展览会展厅地板集合,在 司密西西比州Luka工厂所加工。整流罩是采用先 种 Tinius olson试验机上,紧张地观看他们的作 进复合材料手铺层合成型、机械加工及检测技术品,其中获奖者是:美国海军专科学校的碳纤维 方法进行。 桥梁配件;华盛顿大学的非碳纤维桥梁配件;华 这次发射的成绩,是第16个ATK公司建造的盛顿大学的天然纤维桥梁;美国海军专科学校的 在 DeltaⅡ任务方面飞行的整流罩。 玻璃纤维桥梁配件;马里兰大学的任何材料的风 力发电机叶片。 SAMPE2009:新闻与通告 本次活动主办单位是高性能复合材料杂志 2009年5月18日至21日,在美国马里兰州巴 高强度玻璃纤维及其应用 尔的摩背临城市内港发布第二次 SAMPe(先进材 料与加工工程学)2009:新闻与通告。跟随该新 据国外有关媒体报道,目前在全球研发与生 闻与通告的说明里,在2009年7月将发刊的高性 产的高强度玻璃纤维大致有美国厂商开发生产的 能复合材料杂志(High- performance composites S-玻璃纤维、S-1玻璃纤维及S-3玻璃纤维:法国 magazine)上,能寻找更多更完整的新闻及新产厂商开发生产的R玻璃纤维;日本厂商开发生产 品报告。 的T玻璃纤维;中国开发生产的HS2玻璃纤维 在最近又一次其他研讨会上,据说把非热压HS玻璃纤维等 罐的制造方法战略放在非常重点地位。有一篇论 已知最早研发S玻璃纤维厂商是美国欧文斯 文是由位于华盛顿州西雅图波音公司的一位学术 康宁( Owens Corming)公司。当时因军工迫切 协会会员 Tom Tsotsis介绍的,讲述了波音 CAPRI需要高强玻璃纤维用于导弹发动机壳体。那时开 ( Controlled Atmospheric Pressure Rein Infosion的发的高强玻璃纤维以S-2玻璃纤维注册商标。这种 略称,即控制气压树脂灌注)方法,用于生产航S-2玻璃纤维与E玻璃纤维相比,抗拉伸强度提髙 空航天部件。在本次硏讨会上,与热压罐外有关40%;抗拉伸模量提高20%。这些性能从S-2玻璃 材料,仅仅是立式室( Standing room)。 纤维制成复合材料后而取得 美国宾夕法尼亚州政府的应用研究室 不过,在最终的复合材料结构中,若采用 (ARL) TOW JUSKA博士谈论这种“新兴灌注 符合一般规定规格的聚合物基体树脂进行加工制 技术,认为这种新兴灌注方法通过真空袋与烘箱造,才能有助于其性能的保持。 固化预浸材料,类似于大型的有关船结构用的树 1998年,欧文斯康宁公司同法国里昂 Porcher 脂薄膜灌注( resin film infusion)方法。在本次研 纺织集团共担风险,纺成一种普通细玻璃纤维与 讨会上,他的论文被 SAMPE选为重要的论文。 S-2玻璃纤维的混纺纱。以后普通细玻璃纤维纱市 在研讨会上,大家特别感兴趣的是风能方面场移至亚洲,到2002年,这项业务涉及到11个分 的论文。著名的重点演讲人 James Walker博士, 社,且进行改组。2004年由于AGY公司(位于美 他是美国加州 Escondido可再生能源公司 Exco的 国南卡罗来纳州艾肯)的出现,后来高强玻璃纤 位董事会成员,就关于风机叶片的未来进行了维的目标定位为低产量和适当高价的市场。 91994-2010ChinaacAdemicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
ATK公司制造GEM-40发动机，是在该公司 犹他州Magna工厂进行。这个工厂为执行DeltaⅡ 任务，始于1990年，成为支持飞行的一个传统。 关于GEM-40发动机复合材料壳体，是在ATK公司 犹他州Clearfield工厂，采用碳纤维/环氧树脂复合 材料制造。使用的是自动化单纱缠绕工艺过程。 这项加工工艺过程是该公司开发的。该公司具有 40 年制造复合材料的历史，且不断改进。这种3.1 m直径的仪表舱整流器的仪表舱支架是由ATK公 司密西西比州Luka工厂所加工。整流罩是采用先 进复合材料手铺层合成型、机械加工及检测技术 方法进行。 这次发射的成绩，是第16 个ATK公司建造的 在Delta Ⅱ任务方面飞行的整流罩。 SAMPE 2009：新闻与通告 2009年5月18日至21日，在美国马里兰州巴 尔的摩背临城市内港发布第二次SAMPE（先进材 料与加工工程学）2009：新闻与通告。跟随该新 闻与通告的说明里，在2009年7月将发刊的高性 能复合材料杂志（High-performance composites magazine）上，能寻找更多更完整的新闻及新产 品报告。 在最近又一次其他研讨会上，据说把非热压 罐的制造方法战略放在非常重点地位。有一篇论 文是由位于华盛顿州西雅图波音公司的一位学术 协会会员Tom Tsotsis介绍的，讲述了波音CAPRI （Controlled Atmospheric Pressure Rein Infosion的 略称，即控制气压树脂灌注）方法，用于生产航 空航天部件。在本次研讨会上，与热压罐外有关 材料，仅仅是立式室（Standing room）。 美 国 宾 夕 法 尼 亚 州 政 府 的 应 用 研 究 室 （ARL）TOW JUSKA博士谈论这种“新兴灌注” 技术，认为这种新兴灌注方法通过真空袋与烘箱 固化预浸材料，类似于大型的有关船结构用的树 脂薄膜灌注(resin film infusion）方法。在本次研 讨会上，他的论文被SAMPE选为重要的论文。 在研讨会上，大家特别感兴趣的是风能方面 的论文。著名的重点演讲人James Walker博士， 他是美国加州Escondido可再生能源公司Enxco的 一位董事会成员，就关于风机叶片的未来进行了 引人入胜的统计及对持续发展的展望。总共有50 多个不同的技术论文会议，为研讨会参会者提供 了内容丰富的信息。 SAMPE的第12 年，为学生们主持建桥及制 造风机叶片作品的比赛。参加比赛的70 多人代表 着18 个专科学校和大学进行比赛，作品是碳纤维 桥梁配件、非碳纤维桥梁配件、玻璃纤维桥梁、 天然纤维桥梁及碳纤维风力发电机叶片等。 第一天，参赛队在展览会展厅地板集合，在 一种Tinius Olson试验机上，紧张地观看他们的作 品，其中获奖者是：美国海军专科学校的碳纤维 桥梁配件；华盛顿大学的非碳纤维桥梁配件；华 盛顿大学的天然纤维桥梁；美国海军专科学校的 玻璃纤维桥梁配件；马里兰大学的任何材料的风 力发电机叶片。 本次活动主办单位是高性能复合材料杂志。 高强度玻璃纤维及其应用 据国外有关媒体报道，目前在全球研发与生 产的高强度玻璃纤维大致有美国厂商开发生产的 S-2玻璃纤维、S-1玻璃纤维及S-3玻璃纤维；法国 厂商开发生产的R玻璃纤维；日本厂商开发生产 的T玻璃纤维；中国开发生产的H S2玻璃纤维、 HS4玻璃纤维等。 已知最早研发S玻璃纤维厂商是美国欧文斯 康宁（Owens Corming）公司。当时因军工迫切 需要高强玻璃纤维用于导弹发动机壳体。那时开 发的高强玻璃纤维以S-2玻璃纤维注册商标。这种 S-2玻璃纤维与E玻璃纤维相比，抗拉伸强度提高 40 %；抗拉伸模量提高20 %。这些性能从S-2玻璃 纤维制成复合材料后而取得。 不过，在最终的复合材料结构中，若采用 符合一般规定规格的聚合物基体树脂进行加工制 造，才能有助于其性能的保持。 1998年，欧文斯康宁公司同法国里昂Porcher 纺织集团共担风险，纺成一种普通细玻璃纤维与 S-2玻璃纤维的混纺纱。以后普通细玻璃纤维纱市 场移至亚洲，到2002年，这项业务涉及到11 个分 社，且进行改组。2004年由于AGY公司（位于美 国南卡罗来纳州艾肯）的出现，后来高强玻璃纤 维的目标定位为低产量和适当高价的市场。 第4期 信息动态 - 51 -
高科技纤维与应用 笫34卷 因为AGY公司熔窑平均产能在100ta到3000量为85~87GPa:;②S-2玻璃纤维,抗拉伸强度 t/a,与大的玻璃纤维厂商产能33000ta相比较, 为43~46GPa,抗拉伸模量为88~91GPa;③R AGY公司可提供商标为S-3玻璃纤维。这是一种玻璃纤维,抗拉伸强度为3.1~4.2GPa,抗拉伸 专门订制的高性能玻璃纤维产品,能满足极其特模量为86~89GPa;④T-玻璃纤维,抗拉伸强度 殊的技术制造要求。AGY公司的全球贸易与研发为40~42GPa,抗拉伸模量为84GPa;⑤HS2和 经理 Scott Northrup解释道:“这是可‘设计的玻HS4玻璃纤维,抗拉伸强度为3.1~4.0GPa,抗拉 璃’,且我们能订制加工量100t,能满足客户严 伸模量为82~90GPa。 格的要求。”如AGY公司新型HPB可与生物相容 的玻璃纤维,为长期医学移植而开发,它是公司 JEC集团发表全球复合材料市场调研报告 S-3玻璃纤维技术的一个例子。HPB可与生物相容 的玻璃纤维,现在已经被畸齿矫正与牙科移植采 位于法国巴黎的JC复合材料集团最近发表 用,而且AGY公司还继续进行其他移植方面的应 份新的战略性复合材料调研报告,其题目为 用,例如其他整形外科等。 “全球市场形势一复合材料工业动态”。根据这 据AGY公司的 Drew Walker说,高性能玻璃份调研报告,对于复合材料的增长,从国内生产 纤维要比传统的玻璃纤维生产困难。在同样参数总额(GDP)来看还是较协调的。JEC集团董事 的熔窑中,要求较高的熔化温度,而且产量低使长兼 CEO Frederigue Mutel解释许多发展中国家, 成本加大。 在材料市场方面,各种材料竞争的比较(钢材、 AGY公司与OCⅤ公司两家注意到,高性能玻铝材、技术聚合物)中,目前复合材料工业的形 璃纤维的发展需要有较低的成本。AGY公司的以势是稳定的,但除了航空航天领域之外。在新兴 它的商标为S-1玻璃纤维作解答。这种S-1玻璃纤的国家中,复合材料在取代某些其他材料。复合 维在性能与成本方面都位于E玻璃纤维与S-2玻璃材料市场的增长,主要是随着经济增长,而沿着 纤维之间。AGY公司声称,S-1玻璃纤维对复合材一条发展曲线进行增长着。 料风机叶片非常适合。因为它有较高性能,可相 “总的来看,”Mute说,“除了航空航天领 对减少叶片对玻璃纤维的用量,或可延长叶片长域之外,世界范围的复合材料工业因是基本的应 度。而OCV公司对此问题的解答是它于2006年导用工业,所以在全球仍在线发展。 入的高性能玻璃纤维HPG的生产工艺过程,可以 JEC集团预测,全球经济下滑将持续至2010 较低成本与较大的规模实施生产。 年或2011年末。这份报告还进一步预测,复合材 据OCV公司的 Wisdom dzotsi说:“至今工业料年均市场增长率约为4%。2008年为600亿欧元 上认为,对于大量且在保持高温条件下,使高性或807亿美元,相当于复合材料总质量860万t。 能玻璃纤维化是不可能的。而我们这种新的生产到2013年,将为800~850亿欧元或1076~1 工艺用的熔窑,不同于用于制造E玻璃纤维熔窑143亿美元,相当于复合材料总质量1000万t。 样大,而参数比其大50倍。”采用新方法制造 总的来说,所谓BRIC四国(巴西、俄罗斯、 的一系列R玻璃纤维产品,包括直径17μm的缠绕印度、中国)的市场参与份额,预测到2013年复 用R玻璃纤维,其特征抗拉伸模量不完全像S-2玻合材料的增长率约从现在的22%增长到29%。而 璃纤维那样高,但要比E玻璃纤维高。当用于制中国那时的增长率相当于23%。印度与巴西两国 造很长的风机叶片时成本能负担得起。 的增长率都为3%,俄罗斯预计小于1% 同时,在防御方面用的R玻璃纤维,因单丝 这份报告预测,主要驱动者将在以下世界范 直径为125μm,能够改进复合材料装甲的分层, 围增长的复合材料市场方面快速扩大。 允许在纤维/基体树脂界面上,因受撞击时分层而 ①亚洲市场,尤其是中国,来自建筑、结构 吸收能量,且可保持固定的力学性能。 及汽车工业方面的主要贡献 有关各种高强玻璃纤维的性能如下:①S-1 ②风能市场,由于受政府法规的规定与公共 玻璃纤维,抗拉伸强度为3.8~4.GPa,抗拉伸模舆论双重驱动,将有助于可持续发展状态。 91994-2010ChinaacAdemicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
高科技纤维与应用 因为AGY公司熔窑平均产能在100 t/a到3 000 t/a，与大的玻璃纤维厂商产能33 000 t/a相比较， AGY公司可提供商标为S-3玻璃纤维。这是一种 专门订制的高性能玻璃纤维产品，能满足极其特 殊的技术制造要求。AGY公司的全球贸易与研发 经理Scott Northrup解释道：“这是可‘设计的玻 璃’，且我们能订制加工量100 t，能满足客户严 格的要求。”如AGY公司新型HPB可与生物相容 的玻璃纤维，为长期医学移植而开发，它是公司 S-3玻璃纤维技术的一个例子。HPB可与生物相容 的玻璃纤维，现在已经被畸齿矫正与牙科移植采 用，而且AGY公司还继续进行其他移植方面的应 用，例如其他整形外科等。 据AGY公司的Drew Walker说，高性能玻璃 纤维要比传统的玻璃纤维生产困难。在同样参数 的熔窑中，要求较高的熔化温度，而且产量低使 成本加大。 AGY公司与OCV公司两家注意到，高性能玻 璃纤维的发展需要有较低的成本。AGY公司的以 它的商标为S-1玻璃纤维作解答。这种S-1玻璃纤 维在性能与成本方面都位于E玻璃纤维与S-2玻璃 纤维之间。AGY公司声称，S-1玻璃纤维对复合材 料风机叶片非常适合。因为它有较高性能，可相 对减少叶片对玻璃纤维的用量，或可延长叶片长 度。而OCV公司对此问题的解答是它于2006年导 入的高性能玻璃纤维HPG的生产工艺过程，可以 较低成本与较大的规模实施生产。 据OCV公司的Wisdom Dzotsi说：“至今工业 上认为，对于大量且在保持高温条件下，使高性 能玻璃纤维化是不可能的。而我们这种新的生产 工艺用的熔窑，不同于用于制造E玻璃纤维熔窑 一样大，而参数比其大50 倍。”采用新方法制造 的一系列R玻璃纤维产品，包括直径17 μm的缠绕 用R玻璃纤维，其特征抗拉伸模量不完全像S-2玻 璃纤维那样高，但要比E玻璃纤维高。当用于制 造很长的风机叶片时成本能负担得起。 同时，在防御方面用的R玻璃纤维，因单丝 直径为12.5 μm，能够改进复合材料装甲的分层， 允许在纤维/基体树脂界面上，因受撞击时分层而 吸收能量，且可保持固定的力学性能。 有关各种高强玻璃纤维的性能如下：① S-1 玻璃纤维，抗拉伸强度为3.8～4.1 GPa，抗拉伸模 量为85～87 GPa；② S-2玻璃纤维，抗拉伸强度 为4.3～4.6 GPa，抗拉伸模量为88～91 GPa；③ R 玻璃纤维，抗拉伸强度为3.1～4.2 GPa，抗拉伸 模量为86～89 GPa；④ T-玻璃纤维，抗拉伸强度 为4.0～4.2 GPa，抗拉伸模量为84 GPa；⑤ HS2和 HS4玻璃纤维，抗拉伸强度为3.1～4.0 GPa，抗拉 伸模量为82～90 GPa。 JEC集团发表全球复合材料市场调研报告 位于法国巴黎的JEC复合材料集团最近发表 一份新的战略性复合材料调研报告，其题目为 “全球市场形势—复合材料工业动态”。根据这 份调研报告，对于复合材料的增长，从国内生产 总额（GDP）来看还是较协调的。JEC集团董事 长兼CEO Frédérigue Mutel解释许多发展中国家， 在材料市场方面，各种材料竞争的比较（钢材、 铝材、技术聚合物）中，目前复合材料工业的形 势是稳定的，但除了航空航天领域之外。在新兴 的国家中，复合材料在取代某些其他材料。复合 材料市场的增长，主要是随着经济增长，而沿着 一条发展曲线进行增长着。 “总的来看，”Mutel说，“除了航空航天领 域之外，世界范围的复合材料工业因是基本的应 用工业，所以在全球仍在线发展。” JEC集团预测，全球经济下滑将持续至2010 年或2011年末。这份报告还进一步预测，复合材 料年均市场增长率约为4 %。2008年为600 亿欧元 或807 亿美元，相当于复合材料总质量860 万t。 到2 0 1 3年，将为8 0 0～8 5 0 亿欧元或1 076～1 143 亿美元，相当于复合材料总质量1 000 万t。 总的来说，所谓BRIC四国（巴西、俄罗斯、 印度、中国）的市场参与份额，预测到2013年复 合材料的增长率约从现在的22 %增长到29 %。而 中国那时的增长率相当于23 %。印度与巴西两国 的增长率都为3 %，俄罗斯预计小于1 %。 这份报告预测，主要驱动者将在以下世界范 围增长的复合材料市场方面快速扩大。 ① 亚洲市场，尤其是中国，来自建筑、结构 及汽车工业方面的主要贡献。 ② 风能市场，由于受政府法规的规定与公共 舆论双重驱动，将有助于可持续发展状态。 - 52 - 第34卷