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我国胶粘剂应用的发展趋势

由于胶粘剂具有可以实现同种或异种材料的连接、接头部位无应力集中、粘接强度高、易于实现化合自动化操作等优点,广泛应用于国民经济中的各个领域,已成为国民经济发展不可或缺的化工产品。国民经济的高速发展也为胶粘剂行业的发展提供了广阔的空间,因此我国胶粘剂行业得到了快速发展。据中国胶粘剂工业协会统计,2005年-2009年我国胶粘剂与密封剂产量和销售额年平均增长率分别达到了12.2%和19.6%,并预测在 “十二五”期间仍会保持较高的增长速度,产量和销售额的年平均增长率分别为10%和12%,其中反应型胶粘剂的增长率分别为12.5%和14.9%。我国胶粘剂行业除了产量和销售额持续快速增长外,胶粘剂的技术水平也不断提高,开发出来大量达到国内外先进水平的产品,并呈现出产品向着改性型、反应型、多功能型、纳米型等方向发展,应用领域向着新能源、节能环保等新兴产业聚焦的发展趋势。
1. 新能源领域用胶
(1)风力发电用胶
由于全球石化能源资源的缺乏,可再生能源的利用得到世界各国政府的重视和扶持。风能作为非常重要的可再生资源得到了越来越多的利用,其主要利用形式为风力发电。近年来全球风电行业发展迅速,根据全球风能理事会和中国可再生能源学会风能专业委员会统计,2005年至2010年全球新增风电装机容量年平均增长率为29.2%,我国新增风电装机容量年平均增长率为95.5%,增长速度大大高于全球平均水平。根据《中国风电发展报告2010》预测,到2020年我国风电累计装机容量将到达2.3亿KW。
我国风电行业的迅猛发展为叶片用环氧结构胶粘剂和环氧基体树脂的应用提供了巨大的市场空间。环氧基体树脂是生产叶片和叶片模具的主体材料之一,环氧树脂结构胶用于风电叶片上壳体和下壳体的粘接。目前,国内风电机组绝大多数为1.5MW的机型,每个机组需要三个叶片,每个叶片环氧结构胶的用量约为0.35吨,环氧基体树脂的用量约为2吨。若2020年我国风电累计装机容量达到2.3亿KW,需新增风电装机容量约1.88亿KW,环氧结构胶和环氧基体树脂的需求量分别为13.1万吨和75万吨,产值分别为65亿和262.5亿。以2010年我国新增装机容量16500MW为基数,2020年达到累计装机容量2.3亿KW,平均年增长速度不足5%,实际增长速度可能会更高一些。
由于要求风电叶片的使用寿命大于20年,对环氧结构胶粘剂和环氧基体树脂的要求很高,既要有很好物理性能又要有很好的耐久性。因此,这些产品在正式应用之前需要通过国际权威的德国劳氏认证(GL认证)以及用户的测试和验证,具有较高的进入门槛。风电机组的发展趋势是向着特大型化发展,2.5MW和3.0MW的机型已经研制成功,5.0MW和6.0MW的机型也在研制进程中,将对叶片用结构胶粘剂和基体树脂提出更高的要求或新的要求。
(2)太阳能发电用胶
 太阳能是清洁、安全和可靠的可再生能源。相对于水电、核电等其他能源,太阳能发电站的建设对地理位置要求不高,且所需的时间和成本都比较低,也是未来很有发展前景的可再生能源,世界各国都在大力发展太阳能发电。过去5年全球太阳能电池产量年平均增长率为50-60%,未来几年平均增速将保持在20-25%。根据欧洲联合研究中心的预测,到2030 年太阳能发电在世界总电力的供应中将达到10%以上。我国太阳能发电几乎是从2000年起步,但发展速度非常快,2000年至2010年的平均增长率为143.6%,2010年太阳能电池产量达到了8000MW,成为世界太阳能电池产量第一大国,约占世界总产量的50%。
太阳能电池用胶主要为环氧结构胶、EVA胶膜、硅酮胶。环氧结构胶用于太阳能电池硅片的切割,对其强度、应力及工艺性要求很高;EVA胶膜用于太阳能电池组件的组装,将单晶硅电池的玻璃面板与硅片及背板或将薄膜电池的玻璃面板与背膜粘接组装在一起,对其强度、透光性、耐候性、防水汽渗透要求高;硅酮胶用于太阳能组件边框密封和接线盒灌封,对边框密封要求耐候性和防水汽渗透性好,用于接线盒灌封要求电性能和导热性好。估计2010年太阳能电池领域的用胶量为:环氧结构胶315吨(硅片产量约为10GW),EVA 胶膜56000吨,硅酮胶12000吨,产值分别为8500万、22.4亿和8.4亿。
由于太阳能电池对寿命及安全性要求高,应用于太阳能的胶粘剂需要通过权威机构的IEC 61215:2005标准认证和UL认证。另外,如何提高EVA胶膜的透光率或采用透光率更高的新胶膜材料,以提高太阳能电池的转换效率,采用新的密封胶替代硅酮胶,以提高太阳能电池的生产效率,都是太阳能电池用胶粘剂的重点研究课题。
2. 节能环保领域用胶
(1)塑料包装复合材料用胶
塑料包装复合材料是用胶粘剂将多层不同特性的薄膜粘合成一个整体的塑料包装材料,由不同的薄膜材料复合形成的包装材料具有防潮、防透光、耐蒸煮、耐腐蚀、成本低等优点,广泛应用于各种食品、饮品、药品、生活用品和医疗用品的包装。我国塑料包装复合材料的市场巨大,用于包装材料复合的胶粘剂主要为聚氨酯复膜胶,据报道2009年的产量已达到21.5 万吨,较2008年增长26.5%。但目前所用的聚氨酯复膜胶几乎都是溶剂型产品,在生产、运输、使用过程中存在溶剂排放、耗能、溶剂残留及安全隐患等问题。
无溶剂聚氨酯复膜胶完全解决了上述溶剂型产品存在的问题,属于节能环保型产品。从20世纪80年代起,欧美等发达国家已经开始大量使用无溶剂复膜胶,新增复合生产线用胶量几乎都是无溶剂复膜胶。我国无溶剂复合技术起步较晚,无溶剂复膜胶的用量占复膜胶总量的比例还很低。近几年,随着国家对环保、安全、卫生的重视程度越来越高,以及生产商和用户环保、安全、卫生意识的提高,无溶剂聚氨酯复膜胶的应用明显扩大,估计2010年用量1100吨,较2009年增长了30%左右。随着政府对节能减排要求的提高,新实施的国家标准GB/T 10004-2008对复合包装材料中的溶剂残留总量的限制,越来越多的用户要求产品符合美国食品药品管理局21FDA CFR170-178法规及欧盟2002/72/EC指令,加之无溶剂复合设备及胶粘剂的国产化,加速了无溶剂复膜胶的推广速度,今后几年无溶剂聚氨酯复膜胶市场需求的增长将更快,最终完全取代无溶剂型产品。
(2)汽车轻量化用胶
我国是汽车生产和消费大国,从2005年至2010年我国的汽车销量年平均增长率达到了24.4%,2009年中国汽车产销量双双突破1300万辆,成为世界第一汽车生产和消费国,今后几年还将保持10%以上的增速。我国在汽车工业高速发展的同时,面临着能源和环境压力也越来越大。因此,汽车轻量化越来越得到政府的重视和鼓励,成为我国汽车工业发展的主要方向。随着汽车轻量化进程的推进,铝、镁、陶瓷、塑料、玻璃纤维或碳纤维复合材料等轻质材料在汽车上的应用越来越多,这些材料大部分无法采用焊接、铆接等传统的连接工艺,需要用结构胶粘剂进行粘接。同时,玻璃钢部件在汽车上应用的增加,也增加了对基体树脂的需求量。据中国汽车工业协会统计,2010年我国汽车产量为1,800万辆,汽车胶粘剂用量约为15.7万吨,其中结构胶胶粘剂用量约为11.1万吨。随着汽车轻量化技术的发展,汽车结构胶粘剂用量的增速将会明显高于汽车产量的增速,为结构胶粘剂在汽车领域中的应用提供了广阔空间。当然,汽车轻量化不仅对胶粘剂的需求量增加了,同时也对胶粘剂提出来更高的要求,如对新型工程塑料、复合材料的粘接强度高,耐候性和耐疲劳性好等要求。
(3)节能建筑用胶
由于玻璃钢材料具有很多优点,如具有很好的可设计性、力学性能、装饰性、透光性、隔热性、隔音性、电性能、耐化学腐蚀性,在建筑工业中大量使用了玻璃钢材料,即可用作承载结构,也可用作辅助结构或装饰材料,对减轻建筑物自重,提高建筑物的使用功能,改革建筑设计,加速施工进度,降低工程造价,提高经济效益和节能环保等都十分有利。
 玻璃钢材料的制造需要大量的环氧基体树脂,同时玻璃钢材料的应用还需要大量环氧结构胶进行粘接。估计2010年环氧建筑胶粘剂需求量为1.2万吨,预计2014年需求量将达到1.6万吨,其中建筑加固用胶2800吨。此外,随着其他新型设计和新型复合材料在建筑中的应用,对结构胶粘剂的需求量还会不断增加。
 (4)水处理设备用胶
水处理是环境保护的关键问题之一,水处理技术受到了极大的重视,超滤膜净水技术是一种重大创新性技术,与其他水处理技术相比,处理效率高、效果好、能耗低,是一种环保节能兼备的新技术。超滤膜净水设备广泛应用于饮用水处理、海水淡化、污水回用、医药、食品、饮料、生物等领域。超滤膜净水设备的核心技术是超滤膜的制备,此外超滤膜滤芯的封端技术也非常关键。目前超滤膜净水设备的封端树脂主要为环氧树脂,要求环氧树脂的强度高、密封性好以及工艺性好。估计国内2010年超滤膜净水设备浇注树脂用量约为3750吨。根据中国膜工业协会的预计,2010年~2015年国内超滤膜产量将以20%~25%的速度增长,到2015年超滤膜净水设备浇注树脂的需求量将达到9150吨。
3. 其他领域用胶
除了上述新能源和节能环保领域外,航空航天、绝缘材料、工艺品以及其他玻璃钢产品制造领域也对环氧结构胶和环氧基体树脂有很大的需求量。相关统计数据表明,我国今后20年航天航空用环氧结构胶需求量为4000吨,2015年绝缘材料用基体树脂将达到8500吨,2014年工艺品制造用基体树脂可达到4000吨,其他玻璃钢材料用基体树脂用量约70万吨。