4. 不飽和聚酯未來值得關(guān)注的應(yīng)用領(lǐng)域
不飽和聚酯未來應(yīng)用市場(chǎng)最值得關(guān)注的還是玻璃鋼復(fù)合材料領(lǐng)域。雖然在不飽和聚酯應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)占比由早期的70-80%下滑至現(xiàn)在的50-55%,但仍是不飽和聚酯的第一應(yīng)用領(lǐng)域。
(1)玻璃鋼冷卻塔:冷卻塔作為散熱設(shè)備,主要用于工業(yè)制造、空調(diào)制冷、風(fēng)電廠、火電廠以及化工制藥等領(lǐng)域。國家“十四五”規(guī)劃綱要中,明確指出要推進(jìn)能源革命,建設(shè)清潔低碳能源體系。大力提升光伏、風(fēng)電發(fā)電規(guī)模已是近幾年的熱門發(fā)展方向。而在新能源大規(guī)模并網(wǎng)背景下,也帶動(dòng)冷卻塔市場(chǎng)需求不斷增加。例如光伏產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)晶澳在包頭3GW晶硅項(xiàng)目中,就上了14臺(tái)大型閉式冷卻塔。同時(shí),隨著電力系統(tǒng)調(diào)峰負(fù)擔(dān)加大,火電靈活性改造作為提升系統(tǒng)調(diào)峰能力的關(guān)鍵方式,也帶動(dòng)冷卻塔市場(chǎng)需求不斷增加。據(jù)相關(guān)報(bào)道,2022年冷卻塔產(chǎn)值實(shí)現(xiàn)高增長,較2021年增長率超過10%,且未來2-3年仍會(huì)呈現(xiàn)良好增長態(tài)勢(shì)。當(dāng)然復(fù)合材料不是冷卻塔材質(zhì)的唯一選擇,碳鋼也是主要材料之一,這個(gè)受工業(yè)園區(qū)的使用要求限制。
(2)漁船:在歐美、日本、韓國以及中國臺(tái)灣等地基本已實(shí)現(xiàn)木質(zhì)、小型鋼制漁船玻璃鋼化。由于玻璃鋼材料尤其不飽和聚酯復(fù)合材料具有常溫耐老化、抗腐蝕等諸多優(yōu)點(diǎn),且經(jīng)過研究測(cè)試,玻璃鋼漁船老化期在50~60年以上,例如日本上世紀(jì)60年代的玻璃鋼漁船目前仍在使用。船舶壽命長、貶值速度慢就相當(dāng)于增加了漁民的實(shí)際收益。我國玻璃鋼漁船發(fā)展緩慢,我國現(xiàn)有漁船51.1萬艘,其中機(jī)動(dòng)漁船34.24萬艘,非機(jī)動(dòng)漁船16.86萬艘,但國內(nèi)玻璃鋼漁船的占比才2%。市場(chǎng)潛力巨大。但也需要形成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn),以及規(guī)?;?、系列化生產(chǎn)。未來任重道遠(yuǎn)。
?。?)新能源汽車及汽車輕量化工程:電動(dòng)汽車的車身和電池外殼等。隨著新能源技術(shù)的不斷發(fā)展和普及,不飽和聚酯樹脂在這個(gè)領(lǐng)域的需求將不斷增加。汽車輕量化里指的是冷藏車、客車、集裝箱車等,以FRP輕量化材料帶動(dòng)“3D”閉孔泡沫結(jié)構(gòu)形成的超輕量化新材料將會(huì)大量使用。
?。?)管道:給排水工程的改造和擴(kuò)建,城鎮(zhèn)污水處理,工業(yè)循環(huán)用水等拉動(dòng)大口徑(1~4m)的玻璃鋼管道;海洋經(jīng)開帶動(dòng)的海洋工程,比如海水淡化、海洋油氣田、海上風(fēng)電等對(duì)大型玻璃鋼防腐工程和大口徑玻璃鋼管道的需求;防腐環(huán)保工程采用的化工貯罐、管道以及耐壓防腐管道等等。這里重點(diǎn)描述下輸氫管道,這是管道領(lǐng)域里未來發(fā)展的重點(diǎn)。2023年4月中石化“西氫東送”輸氫管道示范工程已被納入《石油天然氣“全國一張網(wǎng)”建設(shè)實(shí)施方案》,我國首個(gè)純氫長輸管道項(xiàng)目啟動(dòng)。此管道全長400多公里,將用于替代京津冀地區(qū)現(xiàn)有的化石能源制氫及交通制氫,緩解我國綠氫供需錯(cuò)配問題。現(xiàn)有輸氫管道材質(zhì)集中在高阻隔柔性復(fù)合管、塑料合金復(fù)合管、小口徑熱塑性復(fù)合管三種非金屬管道及低鋼級(jí)金屬管道。據(jù)了解,全球范圍內(nèi)氫氣輸送管道總里程已超過5000公里,我國輸氫管道建設(shè)尚處于起步階段。
?。?)節(jié)能建筑:據(jù)中國建筑節(jié)能協(xié)會(huì)發(fā)布的報(bào)告顯示,2020年我國建筑能耗占全國能源消耗總量占比為45.5%。建筑領(lǐng)域節(jié)能減排刻不容緩。不飽和聚酯玻璃鋼產(chǎn)品在建筑節(jié)能方面有外墻裝飾掛板,玻璃鋼窗框和玻璃鋼門板等,都能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)材料替代。
5. 不飽和聚酯樹脂發(fā)展方向
在過去的發(fā)展過程中,不飽和聚酯樹脂對(duì)于一般用途來說,具有特殊意義的貢獻(xiàn)。將來我們要向一些特殊用途的領(lǐng)域發(fā)展,同時(shí)還要使通用樹脂低成本化。下面介紹一些不飽和聚酯樹脂典型發(fā)展方向。
?。?)低苯乙烯揮發(fā)性或無苯乙烯不飽和聚酯樹脂:從材料成本、樹脂貯存、成型操作和固化特性以及最終應(yīng)用性能來看,苯乙烯是當(dāng)前最合適的單體。然而苯乙烯在室溫下的蒸氣壓較高,易揮發(fā)。因此減少揮發(fā)性單體含量,在近幾年來一直是國外不飽和聚酯樹脂行業(yè)開發(fā)的課題,目前采用的方法有很多種:加入低揮發(fā)抑制劑;不含苯乙烯單體的不飽和聚酯樹脂配方,有用二乙烯基體、乙烯基甲基苯、α-甲基苯乙烯來取代含苯乙烯單體的乙烯基單體;減少苯乙烯揮發(fā)的方法是把雙環(huán)戊二烯及其衍生物等其它單元引入不飽和聚酯樹脂骨架,實(shí)現(xiàn)低粘度化,最終使苯乙烯單體含量降低等等。比如管道非開挖CIPP技術(shù)就對(duì)樹脂無毒無害要求很高,那無苯乙烯樹脂在這里就就能大展身手。
?。?)阻燃不飽和聚酯樹脂開發(fā):近年來,針對(duì)高效阻燃UPR復(fù)合材料的研究,從添加型(如有機(jī)膦低聚物、納米阻燃劑等)、本征型(將阻燃結(jié)構(gòu)引入分子鏈中骨架制備,如含磷二元酸單體、含C=C反應(yīng)性阻燃劑等)和纖維界面阻燃(如阻燃界面改性劑等)角度探索了用于UPR的高效阻燃結(jié)構(gòu)及方式,同時(shí)改善UPR中揮發(fā)性苯乙烯的環(huán)境危害性和纖維增強(qiáng)材料界面性能問題。
?。?)低收縮不飽和聚酯樹脂:不飽和聚酯樹脂(UPR)收縮率較高,達(dá)到7~10%。采用熱塑性樹脂來降低和緩和UPR的固化收縮,已在SMC制造中得到廣泛應(yīng)用。常用的低收縮劑有聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和苯二甲酸二烯丙酯聚合物等。目前國外除采用聚苯乙烯及其共聚物外,還開發(fā)了聚已酸內(nèi)酯、改性聚氨酯和醋酸纖維素丁酯等等。
?。?)不飽和聚酯樹脂輔料開發(fā):與不飽和聚酯樹脂有關(guān)聯(lián)的輔料有催化劑、分散劑、消泡劑、抗氧化劑、促進(jìn)劑、固化劑、色漿、膠衣、脫模劑等。國內(nèi)各種輔料的開發(fā)已完成比較完善,尤其是復(fù)合促進(jìn)劑的開發(fā),為樹脂的快速固化提供了良好的條件。目前,國產(chǎn)的促進(jìn)劑質(zhì)量已有大幅度提高,在固化速度、固化后對(duì)制品的色澤影響方面都優(yōu)于進(jìn)口材料。但還有一些輔料,比如高檔助劑(如分散劑、消泡劑、抗氧化劑等)仍以進(jìn)口為主,我國專業(yè)研究和生產(chǎn)不飽和聚酯樹脂相關(guān)助劑廠家很少。
6. 不飽和聚酯樹脂產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議
?。?)規(guī)劃經(jīng)濟(jì)化
我國不飽和聚酯樹脂發(fā)展必將向集約化、大型化和產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。玻璃鋼成型技術(shù)的發(fā)展,對(duì)樹脂的品種質(zhì)量要求越來越高。因此,不飽和聚酯樹脂生產(chǎn)企業(yè)必須著眼未來,建設(shè)具有經(jīng)濟(jì)規(guī)模的生產(chǎn)裝置,以高質(zhì)量、低成本的不飽和聚酯樹脂服務(wù)于各行各業(yè)。
?。?)標(biāo)準(zhǔn)化
在過去幾十年復(fù)合材料發(fā)展歷程中,在絕大多數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域,尤其不飽和樹脂行業(yè),其產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)空白,造成市場(chǎng)巨大混亂,給下游企業(yè)在選材和產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面帶來困擾。目前,這一狀況已得到改善,一大批與傳統(tǒng)復(fù)合材料制品性能相關(guān)的不飽和樹脂產(chǎn)品的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)正在制定,從過氧化甲乙酮到連續(xù)纏繞管道樹脂、冷藏車箱板樹脂、機(jī)制聯(lián)系板材樹脂到拉纏編織電力管道等目前市場(chǎng)產(chǎn)量較大的復(fù)合材料制品所用的不飽和樹脂品種等。這些標(biāo)準(zhǔn)的頒布和實(shí)施,將會(huì)極大地推動(dòng)了我國不飽和聚酯樹脂產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。