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关于复合材料生产应用市场调研报告尊敬的董事长：您好！根据您的指示，我（王龙）和王建朋于2015年7月1日—7日到北京玻璃钢研究设计院下属三个子公司北京玻璃钢复合材料有限公司、、中材汽车复合材料有限公司、中国机械设计总院及其在江苏两条生产线、进行了走访，对山东英特力及江苏恒神两家较成熟的企业进行了查阅，对目前复合材料生产、市场、应用领域等情况进行了调查了解。现将具体情况汇报如下：一、复合材料简介复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。确切地说，复合材料首先应该是一种结构物；其次才是一种材料。例如：钢筋混凝土就是一种复合材料。复合材料的主要组成材料有基体材料和增强材料，基体材料分为金属基（如铝、镁、铜、钛及合金类等）非金属基（如合成树脂、橡胶、陶瓷、碳等）；增强材料有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等，我们主要调查的复合材料指的是树脂基纤维增强热固或热塑性复合材料。复合材料的合成树脂按按性能特点分为两大类：热固性树脂和热塑性树脂。热固性树脂主要有不饱和树脂、乙烯基树脂、环氧树脂、酚醛树脂、聚胺酯树脂；热塑性树脂主要有A-聚酰胺、PP-聚丙烯（海安的生产线用的是改性pp）、PPS聚苯硫醚、PPO聚苯醚、PSF聚砜。树脂基纤维增强复合材料与传统材料（钢、铝合金、钛合金）的性能对比如下：材料密度g/cm3拉伸强度Gpa比强度×107mm拉伸模量Gpa比模量×109mm冲击强度g·cm/cm2纤维增强塑料（单向）碳纤维/环氧1.61.811.31288.0芳纷/环氧1.41.510.7805.776硼纤维/环氧2.11.67.622010.5200碳化硅纤维/环氧2.01.57.51306.5260玻璃纤维/环氧1.91.57.5402.5金属钢7.81.41.82102.7铝合金2.80.51.7772.8钛合金4.51.02.21102.4由表格可以看出复合材料轻质高强：减重效果明显，材料各向异性，可设计性强，便于结构优化设计，同时其还有降噪减振的效果，耐腐蚀、耐疲劳、长寿命等特点。二、复合材料的应用领域及生产状况1、复合材料在汽车上的应用概况复合材料在汽车上的应用总量在逐年增加，汽车用复合材料占复合材料总产量的12%，中国的汽车用塑料平均每辆车在100kg以下，占塑料总产量的10%以下，而美国占15%，德国占18%，并且逐年增长，单车复合材料用量：平均达6%车重，豪华车占15%车重，高端车占9%车重，中档车占6%车重，低档车占4%车重；而与之相比航空领域复合材料的应用占整机结构重量的30%左右，所以复合材料在汽车领域有很大的发展空间。下面是一些具体的应用实例（1）复合材料在轿车上的应用主要有车顶板、车顶外延板、侧裙板、翼子板、机舱盖板、保险杠、仪表板和内饰板等，应用实例有富康行李箱盖，奇瑞A5的行李箱盖。（2）复合材料在客车上的应用包括前后围、保险杠、顶围、行李箱门板和整个车身等（3）复合材料在货车上的应用有主要包括高顶、面罩、保险杠、传动轴、脚踏板、板簧、侧裙板、翼子板、导风罩、导流板和导流罩，等，国内自主研发8.6m自卸车车厢如右图，通过采用复合材料，车的质量从原来的6.8t减至4.5t，承载50t以上，每年可为用户增创7万元左右的利润。目前山东英特力新材料有限公司已经可以批量化生产这类车厢。2、复合材料在风机叶片上的应用全球范围能源紧张，开发可再生能源的问题正日益受到国家的重视，风能源作为一种可再生绿色环保能源，已经成为我国可再生能源发展的重点，风力发电的主要设备便是风力发电机组，而决定其发电能力的主要部件便是风机叶片，目前生产的风机叶片主要是碳纤维增强复合材料制品，我国生产风机叶片的企业中材科技风电叶片有限公司公司位于北京八达岭经济开发区，占地70000㎡，从事叶片设计、生产、模具制作及材料研究；目前具有年产300套1.5MW叶片及12套模具的生产能力。生产的主导产品Sinoma40.2叶片主要销往风电主机机厂生产的产品如右图，产品总厂42.2米，重6.6吨，材料主要为碳纤维增强复合材料，该车间生产线前期自动化程度较高（主要指成型过程），后期修整自动化程度较低车间粉尘量较大，环境较恶略。三、走访企业基本情况1、中材汽车复合材料有限公司概况中材汽车在原有生产线基础上进行扩建，投资1440万，占地2000平，购置设备28台（套），建成1条长纤维增强热塑性复合材料注塑生产线，三条短纤维增强复合材料注塑生产线，一条纤维增强热固性复合材料模压生产线，年产轻量化复合材料部件30万件，项目购置设备及摸具明细表如下：序号设备名称数量来源金额（万元）单价合计1注塑机2国内285.65732气密检查设备2国内15303冷插设备1国内15154热插设备1国内11115油封压装设备1国内556后处理生产线1国内50507冷水机1国内558除尘设备2国内20409模温机2国内102010摸具8国内3225611其它实验设备2国内20.54112工装及辅助设备5国内1260合计281106年产纤维增强复合材料部件30万件，产品生产方案如下序号产品名称年产量（件）1缸盖罩15000023.8L油底壳1000003气阀室罩盖50000主要原材料消耗统计如下：产品名称原料名称净重量（Kg）利用率用量（Kg）年产量（件）年用量（吨）缸盖罩尼龙662.2898%2.32150000348玻纤0.9898%1150金属件0.30.345油底壳尼龙661.9598%1.99100000199玻纤0.8498%0.8686金属件0.20.220气阀室罩盖SA1800片材5.298%5.350000265金属件0.7898%0.840附件0.30.315原材材料年用量汇总1尼龙665472玻璃纤维2363金属件及附件1204片材265合计1168这三种产品主要是供给北汽福田做发动机覆盖件。另外中材原有两条smc（玻璃钢）生产线，主要生产重卡前端风罩、前防撞梁（单价价格在700元左右，成本在400元以内）、风机叶片密封盖、绝缘杆，这些产品所用预浸料均为中材自己生产。2、江苏海安与常州两条生产线基本情况（1）海安生产线轻质高强复合材料在线模压成形成套设备与技术（适用于半结构件）主要设备及工艺流程：树脂高效自动配料机—纤维树脂柔性复合机—加热装置—挤出机（中间料）—成形模压机，生产流程较短，自动化程度较高，量产化已基本可以实现，目前的成型产品后防撞梁、前托架、电池支架等已进入装车验证阶段。此条生产线占地200平左右，投入生产需要三人，主控室一人，现场维护一人，原料准备一人由于没有进入量产化，其成本及利润还有待考量。主要产品如图（2）常州生产线生产线占地400平左右，主要设备有多层多角度纤维编织机以及同步浸渍生产线，目前可以生产多层多角度复合材料预浸料，但主要还在设备调试阶段，该条生产线近期会安装一台在线模压机，可以将预浸料直接模压出成品。设备图片如下预浸机（左）纤维编织机（右）四、技术发展趋势与瓶颈碳纤维复合材料的应用，需解决的主要问题：设计能力：碳纤维复合材料可设计性强，零部件集成设计能力、碳纤维复合材料铺层设计能力（包括铺层数量、角度、层间结合方式）等都需要大量的经验积累与验证，才能发挥碳纤维复合材料的优势。价格降低：可通过低价位大丝束碳纤维的应用及规模化生产，来降低碳纤维价格。零件加工工序减少：碳纤维通常经过预浸编织-铺贴-与树脂浸润-模压成型，生产效率较低，还需要进一步优化工艺，缩短加工周期。材料链接：需充分考虑复合材料连接部位的力学分布，设计连接部位的强度，另外碳纤维具有导电性能，与金属部件链接会产生电化学腐蚀，造成结构失效，需要研究合适的胶接或机械链接材料，达到最好的装配性能。材料的回收：碳纤维复合材料不溶不熔，以前只能靠填埋或粉碎进行回收，不环保且资源浪费，需要在回收热固性树脂的同时，最大限度的保持纤维强度，将碳纤维进行回收。五、调查总结通过与北京玻璃钢研究设计院、中国机械设计总院及其在江苏两条生产线的调查沟通了解分析如下：1、目前生产复合材料的知名企业已有多家，江苏恒神年产碳纤4500吨、预浸料1000万平方米、织物600万平）以及一些成品，其织物与常州生产线生产的产品相近，山东英特力（主要生产汽车车厢），这些企业在复合材料方面工艺方面成熟度较高，对于我们的复合材料项目有很多可以借鉴的东西2、从事汽车复合材料零部件生产的企业较少，自主品牌在轻量化方面还处于起步阶段，但轻量化已成为国家和汽车企业的主要发展战略，规模应用复合材料实现减重是企业重要战略之一，世界一流汽车企业纷纷与原材料供应商合作组成产业联盟，推动纤维复合材料的大规模应用。国内汽车轻量化复合材料生产商产品有以下特点：生产工艺简单，自动化程度较低，产品以车身覆盖件、非承力部件为主，对于承力结构件如汽车板簧、传动轴、轿车侧翼B柱等还处于起步阶段。如北京玻钢院研发的板簧还有待验证，性能不确定性较大。3、对于复合材料生产项目，其主要设备（编织机、预浸机、模压机等）投资相对较小，但其模具开发，以及具体产品工艺研发成本较大，很多工艺方法原理简单，可是真正的工艺参数控制较难掌握，产品离散性较大，缺少有效可靠的数据验证库，产品性能及缺陷的可探测性差，较难区分产品质量的好与坏。王建朋王龙2015年7月7日