来源时间为：2023-01-06
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热塑性复合材料的树脂基体涉及通用和特种工程塑料，而PPS是特种工程塑料较为典型的代表，俗称“塑料黄金”。性能优势包含以下几方面：优异的耐热性能、良好的力学性能、耐腐蚀、自阻燃性达UL94V–0级。由于PPS具有以上性能优势，且相较于其它高性能热塑性工程塑料又具有易加工、成本低的特点，因此成为制造复合材料的优良树脂基体。
PPS加短玻纤（SGF）复合材料具有强度高、耐热高、阻燃、易加工、成本低等优点，在汽车、电子、电气、机械、仪器、航空、航天、军事等领域取得了应用。
PPS加长玻纤（LGF）复合材料具有高韧性、低翘曲、耐疲劳、良好的制品外观等优点，可用于热水器的叶轮、泵壳、接头、阀门、化工泵叶轮与外壳、冷却水叶轮与外壳、家电零部件等。
那么短玻纤（SGF）和长玻纤（LGF）增强PPS的复合材料的性能具体有何差异呢？
本文将PPS/SGF（短玻纤）复合材料和PPS/LGF（长玻纤）复合材料的综合性能进行对比，其中PPS/LGF复合材料采用熔融浸渍工艺制备及PPS/SGF复合材料采用熔融共混双螺杆造粒工艺制备，采用熔融浸渍工艺的原因在于浸渍模具内实现纤维束的浸渍，并且对纤维不造成损伤。最后，通过两者力学性能的数据对比，为应用端科技人员在选择材料时提供技术支撑。
力学性能分析
树脂基体中增加的增强纤维可形成支撑骨架，当复合材料受到外力作用时，增强纤维可以有效地承担外界载荷的作用；同时可以通过断裂、变形等方式吸收能量，提高树脂的力学性能。下图分别是不同玻纤含量的PPS/SGF和PPS/LGF复合材料的拉伸性能和弯曲性能。
可以看到，提高玻纤的加入量，复合材料的拉伸强度和弯曲强度都逐步地增加。主要原因在于玻纤含量增加时，复合材料中有更多的玻纤承受外力的作用，同时由于玻纤数量的增加，使得玻纤之间的树脂基体变薄，更有利于玻纤增强框架的搭建；因此，玻纤含量提升使得复合材料在受到外加载荷情况下，应力更多的由树脂传递至玻纤，有效地提高了复合材料的拉伸和弯曲性能。
PPS/LGF复合材料的拉伸和弯曲性能比PPS/SGF复合材料均更高，在玻纤质量分数为30时，PPS/SGF和PPS/LGF复合材料的拉伸强度分别为110MPa和122MPa；弯曲强度分别为175MPa和208MPa；弯曲弹性模量分别为8GPa和9GPa。
PPS/LGF复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲弹性模量比PPS/SGF复合材料分别提高了11.0，18.9和11.3。PPS/LGF复合材料中玻纤的长度保留率更高，在同样玻纤含量条件下，复合材料的抗载荷能力更强，力学性能更佳。
下图为PPS/LGF和PPS/SGF复合材料的缺口冲击强度和无缺口冲击强度。
可见，在玻纤含量较低时，复合材料的冲击强度降低，主要原因是较低的玻纤含量无法在复合材料中形成较好的应力传递网络，使得玻纤在复合材料受到冲击载荷下以缺陷的形式存在，导致复合材料的整体冲击强度降低。
上述缺陷是指玻纤尖端或者裂纹尖端；热塑性复合材料的失效的诱发点是玻纤尖端或者裂纹尖端，从此点开始蔓延至复合材料完全被破坏。玻纤质含量较少时，复合材料中增加了玻纤尖端，此时由于玻纤尖端引起复合材料断裂的作用要大于玻纤增强的作用，所以冲击性能会有一定程度的下降。
随着玻纤含量的增加，复合材料中玻纤可以形成有效的空间网络，且增强作用大于玻纤尖端的作用，在受到外加载荷作用下更好地将外加载荷传递给增强纤维，进而提升复合材料的整体性能，而在PPS/LGF体系中玻纤的长度更长，空间网络更为密实，增强玻纤承载能力更强，其冲击强度也更佳。玻纤质量分数为30时PPS/LGF比PPS/SGF的冲击强度提高19.4，从31kJ/m2提升至37kJ/m2，缺口冲击强度提高54.5(从7.7kJ/m2提高至11.9kJ/m2)。
PPS/SGF和PPS/LGF复合材料热性能分析
下图为PPS/SGF和PPS/LGF复合材料的热变形温度。
结果显示，玻纤的引入大幅度地提高复合材料的耐热性能，其中玻纤质量分数为30时，PPS/SGF复合材料和PPS/LGF复合材料的热变形温度分别达到250℃和275℃，PPS/LGF复合材料的热变形温度比PPS/SGF复合材料的高10。主要原因是玻纤的引入使复合材料内部形成增强纤维的网络骨架，极大地提高复合材料的耐热性能，PPS/LGF中玻纤尺寸更长，耐热性能提高优势更加明显。
PPS/SGF和PPS/LGF复合材料断面分析
下图为PPS/SGF和PPS/LGF复合材料冲击断面的SEM照片。
可见，玻纤在树脂中较好的分散，随着玻纤含量的增加，复合材料内部增强纤维网络的构建更加完善；这也是复合材料整体力学性能随着玻纤含量增加而提升的主要原因。对比PPS/SGF和PPS/LGF复合材料，PPS/LGF复合材料中的玻纤保留率更高，这也是PPS/LGF复合材料力学性能更为优异的主要原因。
综上，PPS/LGF复合材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲弹性模量、缺口冲击强度和无缺口冲击强度比PPS/SGF复合材料均有提升。30玻纤增强的PPS/SGF复合材料的热变形温度达到250℃，PPS/LGF复合材料的热变形温度达到275℃。
全球20家玻纤厂商盘点
玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，是塑料常用的增强材料。以叶腊石、高岭土、石灰石、石英砂等矿物原料按一定配比混合后经高温熔制等工艺制造而成。
玻纤广泛应用于复合材料增强基材、电绝缘材料、耐热绝热材料、光导材料、耐蚀材料和过滤材料等。应用高铁车头车身，质轻、强度高、耐腐蚀。
由于技术壁垒、资金壁垒的存在，使得新进入者参与竞争较为困难，竞争力弱的企业容易被挤出市场，大型玻纤企业的优势明显，全球玻纤行业集中度高，寡头竞争格局明显。
全球玻纤企业产能占比
以下盘点20家玻璃纤维生产企业，排名不分先后。
01.
中国巨石
中国巨石股份有限公司以玻璃纤维及制品的生产与销售为主营业务，是我国新材料行业进入资本市场早，企业规模大的上市公司之一。已建成玻璃纤维大型池窑拉丝生产线20多条，玻纤纱年产能达200万吨。全球最大的玻纤纤维专业制造商之一，世界玻纤的领军企业。
公司玻纤产品品种广泛、品类齐全，有100多个大类近1000个规格品种，主要包括无碱玻璃纤维无捻粗纱、短切原丝、短切毡、方格布、电子布等玻纤产品。
2021年8月28日，巨石集团有限公司首条年产15万吨纯玻璃纤维短切原丝生产线点火投产
产能：200万吨/年
02.
美国欧文斯科宁（OC）
欧文斯科宁成立于1938年，是玻璃纤维生产技术的发明者，也是世界建筑材料和玻璃纤维复合材料领域的领先者，总部位于美国俄亥俄州托莱多市。
全球销售额逾50多亿美元。玻璃纤维生产技术的发明者。但目前OCV进口价格高，短纤国内初步阶段。
欧文斯科宁已在中国的上海设立了亚太区中心，在上海、广州、鞍山、武汉、天津投产了五家玻璃棉工厂。
主营：建筑材料和玻璃纤维复合材料。
技术：采用当今国际最先进的离心法生产技术。
产能：100万吨/年左右
03.
泰山玻纤
全球五大、中国三大玻璃纤维制造企业之一。以玻璃纤维及其复合材料为主业的国有大型企业，隶属于中国中建材集团有限公司子公司。
1997年建成当时国内首条万吨无碱玻纤池窑拉丝生产线，填补国内空白。目前玻纤制品总产能达到百万吨级规模，为全球三大、中国两大玻璃纤维制造企业之一。
2021年9月12日，泰山玻璃纤维有限公司年产9万吨高模量玻璃纤维纱生产线点火投产。
产能：110万吨/年左右
04.
重庆国际（CPIC）
生产规模居全国第三，CPIC成立于1991年，前身是1971年成立的重庆玻璃纤维厂，1999年云天化进入，现由云天化集团有限责任公司主要控股。玻纤种类全球领先。
重庆国际复合材料股份有限公司（简称CPIC）成立于1991年。致力于研究高性能新材料，集玻纤产品研发、生产、销售为一体。
公司玻璃纤维产品品种广泛，从纺织细纱、膨体纱，到增强材料产品，主要包括粗纱、毡（乳液/粉末）、方格布、多轴向织物、热塑性塑料用短切纤维、热塑性塑料用直接粗纱等。
2021年3月31日，重庆国际复合材料有限公司年产8万吨大型热塑性玻璃纤维纱生产线建成投产。
产能：110万吨/年左右
05.
日本电气硝子（NEG）
日本电气硝子（NEG）是世界知名的特殊玻璃制造商。旭硝子公司于1907年9月日创立，母公司是三菱集团（MitsubishiGroup）。1971年首先发明了旭法，在日本本土拥有十多条浮法玻璃生产线。
NEG的产品不仅限于医药容器，还广泛活跃于显示屏、电子产品、光学镜片、电化产品、玻璃钢以及建筑等应用领域。玻璃材料的种类达到了数百种，如玻璃管、平板玻璃、玻璃纤维、压型制品、吹气成型制品、精密成型品、粉末玻璃等，具有丰富多样的形态。
玻纤巨头PPG工业于2018年9月5日将剩余的玻璃纤维业务出售给日本电气硝子株式会社（NEG），一代玻纤巨头就此转型。
产能：75万吨/年左右
06.
美国佳斯迈威（JM）
JM成立于1858年，经过149年的发展，已经成为一个在北美、欧洲和亚洲设有数十家生产基地，拥有近万名员工的跨国集团。在北美、欧洲和亚洲设有近50家生产基地，是世界排名第一能够同时提供玻纤和聚酯无纺布的防水基材生产商。
主营：玻璃纤维及其衍生产品、聚酯长纤无纺布等。
产能：65万吨/年左右
07.
四川威玻新材料集团有限公司
中国第四大、世界第八大玻璃纤维专业制造商，始建于1957年。威玻坚持科技创新和产业升级，大力发展池窑拉丝及高性能树脂基和工程塑料增强复合材料，形成了“高性能玻纤—玻纤织物—玻纤复合材料”一条龙深加工体系。
企业年生产无碱玻纤纱17万吨，玻纤织物40000吨，玻纤复合材料20000吨，高硅氧玻璃球及纤维10000吨，改性工程塑料5000吨。
08.
江苏长海复合材料股份有限公司
自2000年5月成立以来，公司一直致力于玻纤制品及玻纤复合材料的研发、生产和销售。现有3座玻纤池窑生产线，拥有13万吨玻璃纤维产能，产能总量位居全国前五位。
主营：玻璃纤维短切毡、玻璃纤维湿法薄毡、蓄电池复合隔板、玻璃纤维涂层毡等多个特种毡系列产品。
应用：轨道交通、航空航天、电子电气、通讯、机械、化工、环保、微电子技术等高科技领域。
年产：约13万吨
09.
山东玻纤集团股份有限公司
公司主要涵盖玻璃纤维生产及其初加工以及热电产品两大主营业务。其中玻璃纤维产业是山东能源集团新材料产业重要板块、临矿集团三大支柱产业之一。
公司目前共有6条生产线，玻璃纤维设计产能41万吨，位居全国第四、全球第六，客户市场遍布全国31个省市自治区并远销欧美、日韩等国家和地区。
碱池窑拉丝和ECR高性能玻璃纤维生产规模全国第一，玻纤壁布的生产规模全国第一。
规模：拥有中碱纤维、ECR高性能纤维、ECER改性纤维
