夹芯复合材料行业属于新材料行业,是未来国家产业政策重点鼓励发展的行业,在国民经济中占有重要地位。随着国家对新材料行业的日益重视,夹芯复合材料无论是在产量、销量还是在生产技术、生产工艺、新产品研发等方面,都将快速发展。
常用的夹芯材料
目前,用于复合材料夹层结构的夹芯材料主要有:硬质泡沫、蜂窝和轻木三类。硬质泡沫主要有聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PU)、聚醚酰亚胺(PEI)和丙烯腈一苯乙烯(SAN或AS)、聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)、热塑性聚乙烯(PET)等。
蜂窝夹芯材料有玻璃布蜂窝、NOMEX蜂窝、棉布蜂窝、铝蜂窝等。蜂窝夹层结构的强度高,刚性好,但蜂窝为开孔结构,与上下面板的粘接面积小,粘接效果一般没有泡沫好轻木夹芯材料是一种天然产品,市场常见的轻木夹芯为Balsa木。Balsa轻木主要产自南美洲的种植园,由于气候原因,Balsa木在当地生长速度特别快,所以比普通木材轻很多,且其纤维具有良好的强度和韧性,特别适合用于复合材料夹层钢结构 。
应用领域:夹芯材料的应用领域广阔,涉及交通运输、风电、航空航天、船舶、建筑等领域。
交通运输:夹芯结构材料在轨道交通车辆中主要应用于结构底板、车顶、侧板、车尾部,主要优势是可以减低车身重量、保温、隔音降噪、增强安全性、节省燃油成本。
根据国务院批准的《中长期铁路网规划》,我国将规划建设省会城市及大中城市间的快速客运通道。具体内容包括建设客运专线1.2万公里以上,规划'四纵四横'铁路快速客运通道以及三个城际快速客运-,客车速度目标值达到每小时200公里以上。到2012年,我国将建成'四纵四横'高速铁路专线网。预计在2010年-2020年每年需要250-300列(8辆编组)时速300公里动车组。此外,城市轨道交通也是未来城市交通的理想发展方向之一。地铁轨道交通建设在我国处于持续上升时期。目前中国除香港、台湾以外,北京、上海、广州、深圳、武汉、天津、南京、重庆、长春、大连10个城市均建成地铁轨道交通线路并投入运营,2010年以后每年需要轨道交通车厢3500节左右。根据现有技术参数,单个动车组车厢需要结构泡沫材料0.2吨,按8节编组,1列动车组需要结构泡沫材料1.6吨。总体来看,2010年以后铁路和城市轨道交通对结构泡沫的年需求量将逐步达到1100-1200吨左右。
风电:夹芯材料是风电叶片的关键材料之一,为增加结构刚度,防止局部失稳,提高整个叶片的抗载荷能力,在叶片的前缘、后缘以及剪切肋等部位,一般都会采用夹层结构。目前,叶片用夹芯材料主要有PVC硬质泡沫、Balsa轻木、PET泡沫和SAN泡沫,夹芯材料成本约占叶片材料总成本的20%。另外,机舱罩也越来越多地采用泡沫夹芯复合材料结构。
我国风能资源丰富,可开发利用的风能储量约10亿kW,其中,陆地上风能储量约2.53亿kW(陆地上离地10m高度资料计算),海上可开发和利用的风能储量约7.5亿kW,共计10亿kW,开发潜力巨大。根据全球风能理事会(GWEC)发布的资料,中国的风电装机容量从2008年的12.1千兆瓦增加到25.1千兆瓦,中国新增装机容量连续五年实现100%的增长,2009年中国新增装机容量占全球的三分之一。从近两年行业的实际发展状况和国家的有关规划,我国2010年以后将保持每年约1,000万千瓦的新增装机容量,到2020年总装机容量将达到1-1.2亿千瓦。
按国家的有关政策,2010年-2020年每年预计新增1,000万千瓦的装机容量,以平均单机容量1.5MW计算,每年将新增风电整机6,700套,每年需要风电叶片20,000片。按每个风电叶片需夹芯材料0.6吨计算,2010年以后风电行业每年对夹芯材料的需求量将达到12,000吨。
其他行业
航空工业对夹芯材料的需求也占到一定的市场份额。随着国内大飞机项目上马,未来对夹芯材料的需求将快速增长,预计2011年以后,航空工业对夹芯材料的市场需求将逐步达到200-300吨。船舶游艇也是夹芯材料广泛应用的领域之一,通常用于船底、舷部、甲板、舱壁及上层建筑中。预计2010年以后船舶游艇行业每年对夹芯材料的需求量将逐步达到500吨左右。
随着低碳减排的概念日进人心,用夹芯材料制成的节能建筑材料 也开始被更多的用于结构制成建筑幕墙,可以减轻墙体重量,提高墙体保温隔热的效果,并且具有良好的隔音、阻燃和耐腐蚀性。目前我国每年新增建筑面积约20亿平方米,其中建筑幕墙 的竣工面积为7500万平方米,使用夹芯材料面积为2250万平方米,预计2010年以后建筑行业每年对夹芯材料的需求将逐步增加,预计到2012年需求量将达到6000吨左右。