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玻纤产业的科技创新之路该如何走下去?

http://www.momo35.com   来源:新复材  日期:2016/12/27

        科技创新是一个备受各产业关注的热门话题。经济全球化的今天,我国国民经济经过连续多年的高速发展,现提出了创建创新社会的形势要求。玻纤产业在60年的发展历程中,始终不断摸索着适应形势发展的创新之路。
  
  虽然目前我国玻纤总产量已跃居世界第一,但只有不断深入地进行技术创新,才能实现玻纤产业的由大变强。
  
  一、重视行业共有技术
  
  每个行业都有自己的共有技术,它从技术层面上决定了行业划分,某种意义上说是行业的共同规律,亦可以说是行业的核心技术,它的发展决定了行业的水平。共有技术的进步,尤其需要在行业领军企业的带领下,经过艰苦积累,共同努力,才能实现。
  
  归纳国内外经验,玻纤行业共有技术大致集中在以下四个层面:纤维玻璃成分,决定本质性能;纤维玻璃熔制,决定稳定性能;玻璃纤维成型,决定纤维性能;玻纤浸润剂和制品后处理,决定应用效果。
  
  国家科技发展纲要十分重视解决共有技术,原因在于共有技术对提高工业水平起着至关重要的作用。我国玻纤行业池窑拉丝技术工业化发展至今,就足以说明共有技术的重要。行业公认OC(欧文斯科宁,美国)公司核心竞争力强,近几年其相继推出advantex、windstrand纱,及新型低气泡玻纤直接无捻粗纱等新技术,足见其技术积累的深厚功底。我们不妨粗略了解一下OC公司的三个平台性创新:
  
  1.为环保节能,1997年OC公司推出了advantex纱,组成中不含氟、硼,同时采取全氧燃烧和电助熔,烟尘排放量降低近85%,在生产中总的能量效率提高了20%以上,6万吨/年的池窑每公斤玻璃耗热只有1320大卡。在其比利时Battice工厂里,还实现了废水处理的技术升级,耗水量减少50%,废水中污染含量减少约80%,受到欧洲工业界的普遍赞扬。OC还积极开发advantex的应用,目前adcantex纤维产量已占公司玻纤总量的70%。
  
  2.在开发advantex纤维基础上,OC积极提高熔制成型技术,推出了新型低气泡玻纤直接无捻粗纱——SE8400LS,确保气泡含量远低于0.5个/g.这种无捻粗纱具有特别好的电阻性能,力学强度高,比E玻纤有更好的耐腐蚀性和耐热性,从而可减少脆裂,用于制造高压绝缘子,可大幅度提高绝缘子的安全性。OC挪威Birke鄄land工厂号称实现了无气泡生产。
  
  3.为满足风电叶片对玻璃纤维在强度、弹性模量及疲劳应变性能的更高要求,OC新近又推出Windstrand直接无捻粗纱。它比E玻纤维抗拉强度提高35%,刚性提高17%,比advantex纤维拉伸强度提高了33%,拉伸模量提高了19%,疲劳性能增强了25%~50%,是一种碱土铝硅酸盐玻璃。新的熔制和成型技术使一些性能更优的无碱无硼玻璃纤维实现了规模化生产。
  
  OC的成功在于,他们非常注重创新中的“平台”概念,即共有技术——共同规律——核心技术——核心竞争力,更好地以“创新”推动由大变强。
  
  二、当前玻纤技术创新的重点
  
  纵观国际国内玻纤的发展态势,笔者认为,当前我国玻纤技术创新的重点有以下两个方面:
  
  1.进一步提高玻纤生产技术,解决自身技术瓶颈,提供具有价格优势的高品质产品,以节能减排、质量优化、品种多样三个方向为可持续发展方向。
  
  从努力缩小与先进的差距入手,即从最初的消化吸收再创新,过渡到集成创新,进而自主创新。全行业一方面要推广国内先进池窑技术,另一方面要努力赶超国际先进池窑技术。以下介绍一些代表国外先进水平的信息,以供参考:
  
  ①节能降耗方面:美国一公司一座6万/年的无碱池窑,采用窑顶纯氧燃烧和电助熔,每公斤玻璃耗热只有1320大卡,该公司的无碱纤维玻璃池窑的最高熔化率已达2.7t/m2·日。国外在政府支持下还在积极开发熔化新技术,包括推广、完善通路纯氧燃烧技术,开发潜底燃烧熔化炉的中间试验和进行等离子火距熔化技术的开发研究等。
  
  ②质量优化方面:国外一家无碱池窑拉丝公司的拉丝成品率可达96%,该公司生产的新型低气泡玻纤直接无捻粗纱,其气泡含量可保证低于0.5个/g,具有相当好的电阻性能,力学强度亦高。原丝质量方面最高水平的Tex波动可达1%~1.5%.有优质玻璃液作保证,加以成型技术的不断提高,池窑拉丝已实现了6000孔漏板的生产和6分拉的拉丝作业。美国一坩埚法生产电子玻纤产品的公司用800孔生产4分拉E225纱,每小时产量为10公斤~12公斤。这点可供我国坩埚法生产企业借鉴。
  
  ③多品种方面:为满足对玻纤更多更高的功能要求,近些年别于传统E玻璃的纤维品种迅速增量。首先为提高玻纤耐腐蚀性,特别是耐酸性,OC公司的advantex玻纤总量已超过E玻纤。加拿大及我国的ECR玻纤迅速增量,圣哥班的ARcotex亦在增量。除此以外,还有高强、耐温、低介电性能的高强、高硅氧、玄武岩、低介电等有特殊功能的玻璃纤维,亦都在不断完善生产技术,扩大产量。
  
  不难看出,提高玻纤生产技术关键还在纤维玻璃的熔制技术和成型技术。熔制技术包括燃烧技术和窑炉设计,而成型技术的关键则是漏板设计、材质和加工。这些都要由玻纤生产企业主动去不断探索开发。经验证明,在耐火材料、漏板材质和加工等专业厂家积极配合下,不断改进和提高也是十分重要的。
  
  2.进一步扩大玻纤应用领域,解决应用需求的不断扩大。作为材料工业的玻璃纤维,如何更好发挥自身特性,不断拓宽应用领域是一个永久话题,其中的关键技术环节是解决玻璃纤维与被增强基体的偶联,求得最佳的复合效果。近几年国际上比较活跃的应用领域开发有以下几方面:
  
  (1)增强热塑性塑料。几乎所有玻纤企业都倾力满足这方面的需求。
  
  ①短切纤维方面:在传统的注挤塑FRTP制品方面,针对增强对象的不同生产玻纤短切专用产品,并不断引入新系列,实现高性能,如OC公司的Micromax和Performax;JM公司的Thermoflow和starstranLCF.同时要积极开发适用于LFT的专用玻纤产品,如JM的StarRovTMLFTplus;PPG公司的tufrov等系列产品。
  
  ②连续纤维方面:GMT构件产品亦在推广中。为使FRTP制品性能进一步提高,玻纤和工程塑料企业还积极合作发展连续纤维增强热塑基材。预混、预渍制品发展,包括玻纤和塑料的混合纱,如圣哥班公司的twintex和JM公司的Comfil-G和CombiTex产品。用于增强高性能塑料(如PPS、PEEK等)的预渍玻纤纱,单向带、布构成的预渍料片,适合压制更高性能的FRTP制品,已开始规模化生产,扩大了复合材料在航空等高科技领域的应用。总之,经上下游合作开发,FRTP产品近5年成倍增长。
  
  (2)玻纤针织物。为了满足风电叶片、船舶和运动器具等复合材料中玻纤的增强效果,玻纤针织织物快速发展,玻纤纱衬在织物中呈挺直(无析)状态,并具有更多的方向性(包括单轴向、双轴向和多轴向织物)。
  
  针织物的发展推动了纺织型DR的发展,如PPG的INNOFIBer○R系列玻纤纱。一些大型企业专门开发了高质量的专用玻纤纱,如OC的Windstrand.几乎各大玻纤企业都延伸生产玻纤缝编织物,其中以Ahlstrom公司规模最大。SGTF还专门开发了Maxflow、Tackified等更适合成型工艺的产品,另有一些缝编玻纤织物的专业加工,亦迅速扩张,如德国的SAERTEX公司等。针、机、编织的三维增强基材亦在迅速开发,特别是空芯板的增强基材更受欢迎。
  
  (3)玻纤复合织物。为了适应RTM和真空浇注等玻璃钢闭模成型的发展,玻纤复合织物亦有较快发展,这包括玻纤不同形态增强基材的复合,例如SGTF公司的Multifilo、Multimat、un鄄complex、MulTiloop、MuLTixiAlS等连续毡、短切毡、无捻粗纱、方格布不同形态的复合织物;OC公司的flowtex和flowro等。为充分发挥复合材料制品中增强基材的最佳效果,还有在玻纤增强基材的表面和中芯复合上化纤和泡沫塑料,例如SGTF的Multicore等。
  
  织物的构成有粘结(M)、以聚酯线和玻纤纱缝结(S)、针刺三种方式。
  
  (4)建筑用制品。玻纤制品企业都在努力满足建筑领域对玻纤制品的需求。这些制品围绕建筑节能和安全,要充分发挥玻纤强度高、不燃烧、耐候性好的特点,在原有产品基础上开发新的产品。较突出的有以下三方面:
  
  ①遮阳织物。在原窗纱、网布基础上,新开发的粘结玻纤网布,使网布网眼及组织更加多样化,更适应各种窗帘等遮阳织物的要求。据报道,遮阳织物可节约空调能耗30%,美国的赫氏公司、日本的日东纺、尤契卡等公司都开发了玻纤遮阳织物系列产品。赫氏公司有Screen系列;日东纺公司的Verrescreen系列产品的坯布透光率在67%~93.6%之间,卷帘日照遮蔽系数在0.29~0.49之间。
  
  ②石膏蚀面材料。在薄毡和墙布饰面材料基础上,随着石膏饰板的扩大应用,OC、JM和日东纺公司开发了不燃石膏板的贴面薄毡和玻纤布,代替纸面饰材。日东纺开发的这种玻璃布还可附加功能:负离子发生功能,防污除臭功能(光催化剂作用)。
  
  ③防火、照明罩布。在玻纤布硅胶、聚四氟乙稀涂层生产建筑膜材基础上,不少公司进一步开发了防火、照明罩布,例如SGTF就有TECO绝热膨化织物系列,防火布、工业炉帘纺织品。日本尤契卡公司亦有灭火布、不燃围裙和护袖产品;日东纺公司新近开发的玻纤照明罩布——Lightshade系列产品,透光率在41.9%~61.4%之间,更适用于形状复杂的房顶及侧面罩光面。
  
  (5)耐热玻纤制品。由于玻纤的耐热性比大多数纤维材料好,在不少领域可代石棉,除上面提到的建筑、民用的防火制品外,大量地用在高温工业领域,包括高温炉隔热、密封、高温气、液体过滤、净化;焊接防护;高温设备、管道防护;耐热输送带等。近些年玻纤耐热制品处于较好发展态势,不少从事耐热制品的专业厂,均得以发展。在近两届产业织物展中亦呈活跃势态,例如德国的KLEVERS、HKO、ASGLAWO、EUROCARBON公司、美国的Newtex公司、白俄罗斯的PoloTSK、荷兰的Hiltex等。
  
  耐热制品的发展方向:
  
  ①根据使用耐热要求的不同选取玻璃纤维品种,从300℃逐级选取中碱、无碱、玄武岩、高硅氧和石英玻纤。不少耐热制品企业同时生产合成纤维和陶瓷纤维制品,以适应更大的耐热范围和场合,有时还将不同纤维混杂使用。
  
  ②制品品种亦为对位应用市场,有纱(含膨体)、绳、带、套、布、  毡和毯多种,当然各种产品还应有许多选择的规格。
  
  ③为更好发挥玻纤的耐热性,并有一定的加工和使用性能,要对玻纤及织物进行处理。各企业都非常注重这方面的开发,处理也要根据耐温使用要求,选择耐温高分子乳液、有机硅和聚四氟乙烯等,更多地在开发耐温更高的无机悬浮液,如石墨、蛭石和陶瓷氧化物等。
  
  ④为进一步满足使用,应注意复合制作成制品,如毡布复合,与铝箔复合,以致直接做成各种防火毯,和被隔热体适应的完整套、壳等。
  
  (6)电绝缘产品。随着电子、电器、电机产品的增多及小型化趋势,玻纤电绝材料近些年年均增长率约15%,而且由于我国海峡两岸增量迅速,在世界上占有大半市场份额。
  
  玻纤电绝缘产品的发展方向是:
  
  ①满足产品薄、匀、稳、精。目前已有企业生产出0.015m/m薄布。由于单位质量偏差要求<±6%,所以有采用低Tex波动、低气泡或扁平玻纤的,并对织物进行开纤等新技术。
  
  ②为适应电子信号传输的高频化,要求玻纤介电系数降低(ε<4.5)。
  
  ③为满足更高绝缘等级,要更好解决与高绝缘、耐热塑料的良好复合,如有机硅、聚四氧乙烯(PTFT)、聚酰亚胺(PI)等。随着玻纤电绝缘材料生产的日趋专业化,对玻纤产品的要求越来越高。
  
  (7)增强橡胶帘线。近几年这种产品亦有发展,日本NGF公司不断扩大品种和生产能力,已建有4个工厂,旭(OC)、中央和AGY、米勒公司,这些公司都在积极进行技术开发。主要有两大研发方向:首先是帘线对玻纤本身成分形态选型的扩充。成分方面,不限于传统E玻纤,还在用高强玻纤、玄武岩纤维,乃至玻纤和其他纤维的混合纱。形态方面,不但有传统连续纤维,还开发了短切玻纤帘线,至于纤维粗细和帘线结构就有更多的系列化,以满足不同的性能要求。
  
  其次在帘线纱用浸润剂和帘线浸渍料方面的不断改进提高,以达到对橡胶基体的更好增强效果,并能适应氯丁、丁腈、聚氨酯等不同橡胶的增强。
  
  另外用于增强摩擦材料,如制作安全制动器件的短切玻璃纤维,市场需求量亦在扩大,看好它与酚醛基树脂有较好的相容性并有足够的耐热性。
  
  由此可见,玻纤制品在很多领域的成功应用开发,归纳起来有几点基本经验:
  
  ①充分注意玻纤特性,最大限度扬长避短。
  
  ②占有较大市场份额的企业,都有自己的创新特色、自主品牌、开辟领域。
  
  ③规模化应用才有效益,新技术、严管理、高质量往往伴规模而生。
  
  三、借鉴成功企业的经验
  
  1.国内三大玻纤巨头,抢抓机遇,整合资源,迅速扩大规模,提高技术水平。各自主要特点为:
  
  (1)中国巨石:规模最大,水平最高,世界最大的10万吨/年产量池窑正在鉴定,12万吨/年产量池窑又已点火,14万吨/年产量池窑项目业已启动,综合集成创新体现在高水平特大型池窑拉丝生产线上。
  
  (2)重庆国际:狠抓核心竞争力,其无碱无硼的ECR纤维生产和浸润剂开发方面居领先地位。
  
  (3)山东泰山:建立了国家级企业开发中心,以完善的技术开发体系,提高技术创新能力,设备国产化率高,重视产品开发,短切毡,薄毡产量最大。
  
  2.玻纤制品深加工基地——江苏九鼎集团,是行业内深加工制品开发的佼佼者,在没有外来大投资条件下,扎实发展,玻纤及制品年收入近5亿元,产品80%出口。主产品中碱产业织物、网格类产品占40%,从纱到织物到处理,环环不断求改进,砂轮网片质量最好,产量国内居首,国际居第二位,正在逐步走向第一。FRP手糊起家不断求精,适应市场,现年产值已达1.3亿元,自主开发了离心法FRP杆、车件和风力机罩,亦取得国际认可,正设法加速扩大规模。公司不少技术起源于南玻院,但都有进一步发展。该企业创新氛围、机制好,已有专利16项。市场适应快,新产品规模周期短。
  
  综合以上企业成功经验可以看出,这些企业大多根据自己的实际情况,确定创新重点,有取有舍,形成特色,例如OC公司曾舍纺织,舍S、ECR,全力开发新玻纤增强基材;圣哥班拟舍增强扬建材;九鼎集团亦舍过导风筒产品。
  
  在创新过程中必须注意学习扩充自己的新知识。可以说没有新知识,就没有创新。同时要注重研究市场,预测市场,提高对市场反应能力。高标准确定先进目标,要有求第一和高市场占有率的渴望,还要踏实进行细致的技术积淀工作。提高装备水平,尽快解决规模化生产,还要解决必要的配套问题。
  
  四、切实采取措施,推进科技创新
  
  1.根据企业实际,制定创新规划以企业发展、行业领先、市场竞争、高水平为出发点,积极服务于企业发展战略。根据实际形成特色,确定方向、重点和步骤。着重创新机制建设,重在激励(条件、鼓励)和责任制(绩效考核)。
  
  2.以“项目”为线索,推进创新落实每年根据生产计划制定创新计划,排出大小及类型不同的创新项目,计划确定过程也就是发动过程。项目根据企业需要,体现企业优势,切忌因人设事,和跟风操作。项目确定注意积累性,可操作性,切忌排一个丢一个,不盲目求全求大。不断改进技术和装备水平,求得最佳生产效果。
  
  3.以企业开发中心为纽带,组建企业创新网络规模较大的企业成立企业开发中心(小企业专人负责)是推进创新的重要措施。以企业开发中心构筑信息资料平台,注意搜集和企业发展相关的专业信息来源和积累。以开发中心为纽带,协调创新与生产关系,构成合理的知识、人才梯队,组成创新网络。企业开发中心要起推进、带动、协调作用4.处理好吸收与创新关系,不断提高创新能力从玻纤技术特点及我国玻纤现状,认识创新途径。注意玻纤边缘学科,涉及环节多而长的特点。积极开展外协,加强技术和产品延伸单位的合作,抓好集成创新。积极有效学习国外先进技术,抓好消化吸收再创新。始终注意提高自己的创新能力,采取专利战略,努力自主创新。
 
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