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防火结构泡沫材料的工业应用及发展

   次浏览   本站   2017-12-13

  摘要:本文对结构泡沫材料的分类及其在不同工业领域的用途进行叙述,并对我国结构泡沫材料的需求进行分析,认为其发展为我国战略新兴产业发展和传统工业转型升级带来重大机遇。 

  关键词:结构泡沫材料;工业应用;未来发展 
  结构泡沫材料简介 
  结构泡沫是一种各向同性100%的闭孔泡沫,能与湿法和预浸料及热塑性树脂兼容,具有较好的强度/重量比、抗疲劳性能、防火性能好,可热成型,加工中具有较好的抗压缩蠕变性能。目前结构泡沫材料主要有以下几种有聚氯乙烯(PVC)结构泡沫材料、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)以及苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)等类型的结构泡沫材料。 
  结构泡沫材料的特点及工业应用 
  聚氯乙烯(PVC)结构泡沫材料:聚氯乙烯泡沫材料是以聚氯乙烯树脂为主体,加入发泡剂及其它添加剂制成,是一种使用较早的泡沫塑料。分硬质和软质两类,而以软质居多。它具有良好的机械性能和冲击吸收性;是一种闭孔型柔软的泡体;其密度在0.05~0.1g/cm3之间;化学性能稳定,耐腐蚀性强;不吸水,不易燃烧,价格便宜。但它的耐候性差,有一定毒性等。聚氯乙烯泡沫塑料是一种较普通的缓冲材料,可制成盒、箱等包装容器,也可制成衬垫、衬板等,用以包装一般物品。目前广泛应用于风力发电、轨道交通、游艇和节能建筑领域当中。 
  聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)结构泡沫材料是一种热塑性泡沫,生产过程中废料和回收料用于再发泡,具有环保特点;部分结晶塑料,耐温耐化学溶剂,同时离火自熄,燃烧时无有毒气体放出,机械性能好。缺点在于结晶度高时泡沫显脆性,切磨加工时过热泡沫会融化,密度较高。具有在风力发电、轨道交通、游艇和节能建筑等领域应用的潜质。对传统的结构泡沫材料如Balsa、PVC有部分替代。 
  聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)结构泡沫材料是一种高性能泡沫芯材,具有优异的力学性能,比强度、比模量均高于PU和PVC,耐化学腐蚀性能优异, 与其他树脂的相容性好,机械加工容易, 热成形容易,良好的防火性能。缺点在于价格偏高,全球产量偏小。在航空航天、医疗设备、通讯设备领域中应用。 
  苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)结构泡沫材料是无色透明的热塑性树脂,具有耐高温性、出色的光泽度和耐化学介质性,密度分布均匀,还有优良的硬度、刚性、尺寸稳定性和较高的承载能力。缺点在于在生产过程中产生大量废料,回收料不可用熔融法再生,高温加工有气体放出,耐苯乙烯侵蚀差,同时生产过程中该产品的环境成本高。SAN在商业市场上有广泛的用途。 
  结构泡沫材料的国内需求 
  风电行业中结构泡沫材料需求量:按照国家电网公司发布的促进风电发展白皮书规划,2011年-2015年每年新增装机容量900万千瓦,同时每年新增装机功率按历史平均增长速度10%增加,对应单片叶片对结构泡沫需求量增速在20%左右。以2010年平均单机容量1.5兆瓦计算,每年将新增风电整机6000套,每年需要风电叶片18000片。按每个叶片需要结构泡沫材料0.6吨计算,再考虑风机大型化因素,保守估计在“十二五”期间结构泡沫材料年均需求在12000吨左右。以此方法推算,“十三五”期间结构泡沫材料年均需求在16000吨左右。 
  结构泡沫材料下游轨道交通领域中的应用及需求量:根据我国中长期铁路网规划,我国将规划“四横四纵”铁路快速客运通道以及三个城际快速客运系统。预计2010年至2020年每年需要250-300列(8辆编组)动车组,每个动车组车厢需要结构泡沫材料0.2吨,按8节编组,每列动车组需要结构泡沫材料1.6吨,所以2010年以后,动车组列车对结构泡沫材料需求量在400-480吨/年。同时在城市轨道交通领域,地铁轨道交通建设在我国处于高速发展阶段,预计在以后每年需要轨道交通车厢3500节,单节车厢需要0.2吨,因此每年城市轨道交通对结构泡沫材料需求量在700吨/年。总体看,高铁和城市轨道交通对结构泡沫材料的需求量在1100-1200吨/年。 
  船舶领域中结构泡沫材料应用及需求量:在使用、设计泡沫芯材夹层结构的过程要综合考虑环境、固化方法、荷载要求和综合成本等因素,选用不同的结构泡沫材料。预计每年船舶行业对结构泡沫材料需求在500吨左右。 
  航空也对结构泡沫材料需求:随着国内大飞机项目上马,未来对结构泡沫芯材的需求也会快速增长,预计2011年以后,航空也对结构泡沫材料市场需求将达到200-300吨。 
  节能建筑领域对结构泡沫材料需求:我国每年竣工的建筑幕墙面积为7500 万平方米,使用蜂窝铝板和普通铝塑复合板面积为2250万平方米,结构泡沫材料的成本和保温性能远优于蜂窝铝板,且导热系数仅有蜂窝铝板的4.27%。预计每年该领域对结构泡沫材料的需求量在6000吨左右。 
  总结 
  由于结构泡沫材料定位于高端材料,而且生产工艺复杂,具有资金密集型和技术密集型的特点,因此全球结构泡沫材料行业一直处于寡头垄断状态,主要生产企业为瑞典的DIAB公司以及瑞士的AIREX公司,产能分别占全球总产能的57%和27%,国内最大的结构泡沫材料生产厂商常州天晟新材料有限公司从2009 年开始生产,目前产能为3000吨,占全球产能的13%,另外还有DEGUSSA公司(PMI 泡沫)和GURIT公司(PVC泡沫及SAN泡沫)也有少量产能。由于结构泡沫材料加工工艺的特殊性,行业主要企业的产能将在未来2-3年中出现瓶颈,结构泡沫材料行业将处于供不应求状态,但由于本行业的高技术壁垒,使得结构泡沫材料行业供需将处于紧平衡状态。 
  从宏观来讲,随着科技革命迅速发展、产业革命不断深化,我国结构泡沫材料行业发展面临发达国家和跨国公司在专利、人才、资金等方面的竞争力,又具备因战略新兴产业发展和传统工业转型升级带来的重大机遇。 
  参考文献 
  [1]《新材料产业“十二五”发展规划》2012年1月 
  [2]杨晓红,王海英.新型有机高分子材料发展[M].科技资讯,2009 
  [3]孙安恒,闫恒梅,叶坚.我国工程塑料加工应用进展[M].工程塑料应用,2001 
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