1、高分子復(fù)合材料簡(jiǎn)介

高分子復(fù)合材料是高分子材料和另外不同組成、不同形狀、不同性質(zhì)的物質(zhì)復(fù)合粘結(jié)而成的多相固體材料，并且擁有界面的材料。高分子結(jié)構(gòu)復(fù)合材料主要包括：①增強(qiáng)劑。為具有高強(qiáng)度、高模量、耐溫的纖維及織物。②基體材料。主要是起粘合作用的膠粘劑，如不飽合聚酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、聚酰亞胺等熱固性樹(shù)脂及苯乙烯、聚丙烯等熱塑性樹(shù)脂。

高分子復(fù)合材料最大優(yōu)點(diǎn)是博各種材料之長(zhǎng)，如高強(qiáng)度、質(zhì)輕、耐溫、耐腐蝕、絕熱、絕緣等性質(zhì)，根據(jù)應(yīng)用目的，選取高分子材料和其他具有特殊性質(zhì)的材料，制成滿(mǎn)足需要的復(fù)合材料。

2、高性能纖維復(fù)合材料簡(jiǎn)介

高性能纖維復(fù)合材料屬于高分子復(fù)合材料，它是由各種高性能纖維作為增強(qiáng)體置于基體材料復(fù)合而成。其中高性能纖維是指有高的拉伸強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度、耐磨擦、高的耐破壞力、低比重 (g/m3) 等優(yōu)良物性的纖維材料，它是近年來(lái)纖維高分子材料領(lǐng)域中發(fā)展迅速的一類(lèi)特種纖維。

高分子復(fù)合材料與傳統(tǒng)材料相比，具有更高的比強(qiáng)度、耐化學(xué)品和耐熱沖擊性，以及更大的設(shè)計(jì)靈活性。按照合成的原料不同，高性能纖維主要分為碳纖維、芳綸纖維、特殊玻璃纖維、超高分子聚乙烯纖維等，其中碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維是當(dāng)今世界三大高性能纖維。

高性能纖維的發(fā)展是一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力的體現(xiàn)，是建設(shè)現(xiàn)代化強(qiáng)國(guó)的重要物資基礎(chǔ)。高性能纖維復(fù)合材料是發(fā)展國(guó)防軍工、航空航天、新能源及高科技產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)原材料，同時(shí)在建筑、通信、機(jī)械、環(huán)保、海洋開(kāi)發(fā)、體育休閑等國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域具有廣泛的用途。

高性能纖維復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域

①、航天軍工：飛機(jī)、衛(wèi)星、火箭、導(dǎo)彈、雷達(dá)等。

②、體育用品：高爾夫球槽、球拍、雪橇、滑雪板、曲棍球棒、釣魚(yú)竿和自行車(chē)等。

③、工業(yè)應(yīng)用：

基礎(chǔ)設(shè)施：修復(fù)、更新和加固等。

新能源開(kāi)發(fā)：如沿海油氣田、深海油田的鉆井平臺(tái)、管道和纜繩等，以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)的螺旋槳和風(fēng)葉、光伏產(chǎn)業(yè)熱場(chǎng)材料等。

陸地交通：剎車(chē)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、車(chē)身以及環(huán)保汽車(chē)用的壓縮天然氣氣瓶等。

電子領(lǐng)域：通信、廣播、地球觀測(cè)、空間探測(cè)以及各種飛行器的高精度天線等。

二、高性能纖維復(fù)合材料前景

1、全球高分子復(fù)合材料市場(chǎng)格局

全球復(fù)合材料工業(yè)的發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于世界經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)速度，2009 年全球復(fù)合材料的產(chǎn)量約900 萬(wàn)噸，總產(chǎn)值約1000 億歐元。其中北美、歐洲和亞洲是三個(gè)最大生產(chǎn)和應(yīng)用地區(qū)，全球樹(shù)脂基復(fù)合材料的年平均增長(zhǎng)率在5%以上，其中亞太地區(qū)的增長(zhǎng)率可達(dá)7%(中國(guó)約為9.5%、印度約為15%、歐洲和北美地區(qū)為4%)。

根據(jù)JEC 集團(tuán)2010 年最新調(diào)查研究報(bào)告顯示，最近幾年全球復(fù)合材料需求增長(zhǎng)一半都在亞洲，預(yù)計(jì)亞洲在全球復(fù)合材料市場(chǎng)所占比重將從本世紀(jì)初的25%提升至2010 年的51%。其中亞洲的風(fēng)能市場(chǎng)有望獨(dú)自占據(jù)全球復(fù)合材料市場(chǎng)的5%。重量減輕問(wèn)題將驅(qū)動(dòng)新型商業(yè)飛機(jī)的發(fā)展采用更多的復(fù)合材料，航空航天業(yè)每年也都會(huì)有11%的產(chǎn)量增長(zhǎng)。在基礎(chǔ)設(shè)施快速發(fā)展的推動(dòng)下，預(yù)計(jì)到2015 年亞洲復(fù)合材料產(chǎn)量將翻番以上，即達(dá)到1000 萬(wàn)噸。

全球復(fù)合材料發(fā)展的大趨勢(shì)是，整個(gè)行業(yè)的重心正在從歐美發(fā)達(dá)國(guó)家轉(zhuǎn)向亞洲。預(yù)計(jì)中國(guó)和印度的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)將進(jìn)一步推動(dòng)亞洲高分子復(fù)合材料市場(chǎng)的增長(zhǎng)，未來(lái)將在全球價(jià)值190 億美元高分子復(fù)合材料市場(chǎng)中發(fā)揮更大作用。

2、國(guó)內(nèi)高性能纖維復(fù)合材料需求空間大

21 世紀(jì)以來(lái)，全球復(fù)合材料市場(chǎng)快速增長(zhǎng)，亞洲尤其中國(guó)市場(chǎng)增長(zhǎng)較快。2003-2008 年中國(guó)年均增速為15%，印度為9.5%，而歐洲和北美年均增幅僅為4%。2009 年，中國(guó)復(fù)合材料產(chǎn)量達(dá)323 萬(wàn)噸，全球占比為25.78%，已先后超過(guò)德國(guó)、日本而居世界第二位，并接近居世界首位的美國(guó)水平。

從復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中復(fù)合材料最大的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)榻ㄖ突A(chǔ)工程，合計(jì)約為71%，而用于交通運(yùn)輸?shù)谋壤鄬?duì)比較小，只占5%，低于全球24%平均水平；在工業(yè)設(shè)備領(lǐng)域比例為10%，也低于全球26%的平均水平。根據(jù)JEC 集團(tuán)的2010 復(fù)合材料市場(chǎng)年度調(diào)查結(jié)果，到2013 年中國(guó)將占據(jù)全球復(fù)合材料市場(chǎng)增長(zhǎng)43%的份額，其中在建筑施工領(lǐng)域?qū)⒄际袌?chǎng)增長(zhǎng)率的67%。隨著中國(guó)在2009 年成長(zhǎng)為世界最大的汽車(chē)市場(chǎng)，預(yù)計(jì)中國(guó)道路運(yùn)輸行業(yè)所需復(fù)合材料也將占據(jù)全球同類(lèi)行業(yè)45%的市場(chǎng)份額。預(yù)計(jì)到2015 年，“十二五”期間，中國(guó)復(fù)合材料需求量達(dá)到600 萬(wàn)噸。

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，新能源、環(huán)保、高端裝備制造等其他新興產(chǎn)業(yè)的加快發(fā)展，國(guó)內(nèi)高性能纖維復(fù)合材料需求將日漸強(qiáng)勁。其中交通運(yùn)輸、工業(yè)設(shè)備發(fā)展推動(dòng)高分子復(fù)合材料增長(zhǎng)潛力很大，從子行業(yè)應(yīng)用看，航天航空、汽車(chē)、風(fēng)電等行業(yè)需求增長(zhǎng)力度較強(qiáng)。

3、航空航天領(lǐng)域－趨勢(shì)、需求是驅(qū)動(dòng)力

在飛機(jī)制造方面，全球小型商務(wù)機(jī)和直升飛機(jī)的復(fù)合材料用量已占70%一80%，軍用機(jī)30%一40%，大型客機(jī)15%一20%。高性能纖維在飛機(jī)上的比例已從原來(lái)的10%-20%上升至50%-80%。

波音公司和空中客車(chē)公司為了搶占世界飛機(jī)制造市場(chǎng)，投入大量人力和資金開(kāi)發(fā)新型客運(yùn)飛機(jī)，大量使用高性能復(fù)合材料，新型飛機(jī)中復(fù)合材料的比例逐年增加，波音787 客機(jī)達(dá)到全機(jī)結(jié)構(gòu)質(zhì)量比的50%，空中客車(chē)A350 客機(jī)也達(dá)到了全機(jī)機(jī)構(gòu)質(zhì)量比的40%。未來(lái)幾年中國(guó)飛機(jī)制造行業(yè)對(duì)高性能纖維復(fù)合材料的需求將迅速增長(zhǎng)。根據(jù)中國(guó)航空工業(yè)第一集團(tuán)公司預(yù)測(cè)，到2024 年，國(guó)內(nèi)航空運(yùn)輸飛機(jī)擁有量將達(dá)到3165 架，其中大型客機(jī)將達(dá)1,896 架。波音公司的2006 年中國(guó)地區(qū)“當(dāng)前市場(chǎng)展望報(bào)告”預(yù)計(jì)到2025 年中國(guó)運(yùn)輸飛機(jī)數(shù)量達(dá)到3900 架(為現(xiàn)有飛機(jī)數(shù)量的3 倍)，將成為僅次于美國(guó)的全球第二大航空市場(chǎng)。另外在發(fā)展太空探索科技領(lǐng)域，對(duì)高性能纖維復(fù)合材料的需求也在增加。

4、汽車(chē)領(lǐng)域－安全、輕型化發(fā)展、需求是驅(qū)動(dòng)力

過(guò)去10 年，國(guó)內(nèi)汽車(chē)生產(chǎn)和市場(chǎng)以超過(guò)GDP 增速近一倍的高速度成長(zhǎng)。中汽協(xié)公布 2010 年中國(guó)汽車(chē)銷(xiāo)售1804 萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng) 32.2%。伴隨近年來(lái)國(guó)內(nèi)人均GDP 的快速增長(zhǎng)以及汽車(chē)均價(jià)下探，R(車(chē)價(jià)/人均GDP)值也呈快速下降趨勢(shì)，2009 年達(dá)到3.1。根據(jù)海外發(fā)達(dá)國(guó)家汽車(chē)市場(chǎng)的經(jīng)驗(yàn)顯示，R 值可被用來(lái)衡量一國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)所處的發(fā)展階段。一般當(dāng)R 值在2－3 時(shí)，將進(jìn)入至少10 年的私人汽車(chē)大規(guī)模普及階段。另外考慮國(guó)內(nèi)千人汽車(chē)保有量偏低，我們認(rèn)為，中國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)依然有較大增長(zhǎng)空間，預(yù)計(jì)未來(lái) 15 年中國(guó)汽車(chē)銷(xiāo)售復(fù)合增速將達(dá)到13%。

由于環(huán)保和節(jié)能的需要，汽車(chē)的輕量化和環(huán)保已經(jīng)成為世界汽車(chē)發(fā)展的潮流。實(shí)驗(yàn)證明，若汽車(chē)整車(chē)重量降低10%，燃油效率可提高6%—8%；汽車(chē)整備質(zhì)量每減少100 公斤，百公里油耗可降低0.3—0.6 升；汽車(chē)重量降低1%，油耗可降低0.7%。高性能纖維復(fù)合材料作為一種先進(jìn)的輕質(zhì)高強(qiáng)材料，正好迎合了未來(lái)汽車(chē)輕量化發(fā)展方向的要求。

5、風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域-大容量發(fā)展、需求是驅(qū)動(dòng)力

自2006 年國(guó)內(nèi)頒布《可再生能源法》后，國(guó)內(nèi)風(fēng)電行業(yè)就進(jìn)入了高速發(fā)展階段。2009 年，國(guó)內(nèi)風(fēng)電新增裝機(jī)容量1380.3 萬(wàn)千瓦，增長(zhǎng)率連續(xù)6 年超過(guò)100%，居世界第一，成為增長(zhǎng)速度最快的國(guó)家；累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到2580 萬(wàn)千瓦，超過(guò)德國(guó)，位列全球第二。根據(jù)中國(guó)風(fēng)能協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，2020 年中國(guó)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量將達(dá)2.48 億KW，較2009 年增長(zhǎng)近10 倍，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)22.8%。

隨著現(xiàn)代風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展及日趨成熟，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組研究沿著增大單機(jī)容量、減輕單位千瓦質(zhì)量、提高轉(zhuǎn)化效率的方向發(fā)展；海上風(fēng)電的開(kāi)發(fā)，對(duì)大型風(fēng)電組的需求亦將增加。目前國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)方興未艾，根據(jù)世紀(jì)證券研究所電力設(shè)備研究員的預(yù)計(jì)，到2015 年，國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)潛力為1500 萬(wàn)千瓦，到2020 年達(dá)到3500 萬(wàn)千瓦，年均新增海上風(fēng)電裝機(jī)300 萬(wàn)千瓦。

在歐洲和北美地區(qū)，陸地風(fēng)電主流機(jī)型向3MW 發(fā)展，海上主流機(jī)型向3-5MW 發(fā)展。目前，美國(guó)7MW 風(fēng)電機(jī)組研發(fā)成功，西班牙8MW 風(fēng)電機(jī)組正處于研發(fā)過(guò)程。2008 年全球新增風(fēng)電機(jī)組的平均功率已經(jīng)達(dá)到1560kW。2009 年，國(guó)內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)新安裝的MW 級(jí)風(fēng)電機(jī)組已占當(dāng)年新增裝機(jī)容量的86.8%。

風(fēng)力發(fā)電需要大量復(fù)合材料，目前絕大多數(shù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片、機(jī)艙罩和整流罩都采用復(fù)合材料制造。風(fēng)機(jī)葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的核心部件，造價(jià)約占整個(gè)設(shè)備的1/4 到1/3。由于當(dāng)葉片長(zhǎng)度增加時(shí)，質(zhì)量的增加要快于能量的提取，隨著葉片長(zhǎng)度的增加，對(duì)增強(qiáng)材料的強(qiáng)度和剛度等性能提出了新的要求，玻璃纖維在大型復(fù)合材料葉片制造中逐漸顯現(xiàn)出性能方面的不足，因此，在發(fā)展更大功率風(fēng)力發(fā)電裝置和更長(zhǎng)轉(zhuǎn)子葉片時(shí)，采用高性能纖維復(fù)合材料勢(shì)在必行。