1、最近1O年FRP需求的变化
日本的FRP需求量1996年达到479,500t的顶峰,其后一路减少, 2003年实绩是337,400t,不过是1996年实绩的约70.4%,其主要原因是住宅建材,舟艇船舶,贮槽容器等部门不景气所至。
住宅建材和贮槽容器的不景气是泡沫经济崩溃的结果,而舟艇船舶需求的减少,结构变化是主要原因。
日本的FRP需求的结构。可清楚地看到,浴缸、单元卫生间和净化槽、组合式贮槽等与住宅·建筑相关的制品所占比例非常大,占重量半数以上,即FRP的需求对住宅的建筑户数有很大的依赖性。
在泡沫经济最鼎盛的1996年,新建住宅数约160万户,与此相反,去年的实绩是约116万户,为相对1996年比例的约70.3%,与上述FRP总量的减少比例符合。
住宅建材中与浴缸有关制品最近3年的需求发展坚挺,这是因为己建成20~30年住宅的重建和更新工事增加。反之,净化槽的需求量大大减少,因为最近的住宅建设(因下水道设施的完备不需要净化槽)都向都市集中,很多大净化槽商家考虑到环境问题,净化稽本体的材质(因FRP回收利用困难)已向DCPD转移。
舟艇船舶的需求在该用途最大的1979年达到62,340t的记录,2003年的实绩过只有1979年的1/6,即10,800t。构成该用途的是游艇和渔船。
1979年当时FRP制摩托艇建造数量是5,700艘,而2003年只有2,500艘。快艇同样,从6,700艘激减到l/46的146艘。,
面对这种形势,摩托艇2大厂家雅马哈发动机和雅恩马狄塞尔公司为提高FRP船的建造效率,于2004年4月2公司合并,设立了瓦以斯库艾马令制造公司,统一了FRP船建造事业。
另一方面,大约从1963年开始替代木船而正式建造的FRP渔船,到1995年达到顶峰316,300条,(此时约占渔船总数87.4%),其后是渐减的趋势,按公式统计1999年残余的渔船有312,000条(FRP率91.7%以上)。在九十年代FRP渔船年建造量3000条以上,最近急减到500条左右。
新建渔船减少的原因是FRP船的寿命太长(例如有的1963年建造的游渔船现在仍在使用),此外海外进口的鱼虾类量持续增加,国产鱼虾类价格低迷,渔船渔业者没有建造新船的经济余力。
结果,最盛时全国约有 3000家的 FRP渔船制造所现在已减少到约 500家(包括因事业主高龄化而废弃),大部分的造船所已改成船舶修理或后述的防水工事等事业,以求生存。
震惊FRP渔船业界的最大话题是,该业界资格最老建造量最大的东九州造船(因事业量减少的理由)于4月未退出FRP事业,向钢船建造事业进行结构转移。由此的结果是该公司积累的100t以上大型FRP船建造技术和资料从此束之高阁,使人遗憾
FRP用途需求唯一持续成长的领域是建材。该用途的分类有波纹板、挤拉制品和屋上防水产品等。
1979年记录的FRP波纹板年需求量为约900万张(换算成600X1,800mm,厚1mm)。以后PC板登场争夺市场,2003年波纹板的实绩跌落到178万张,因此2年前4家波纹板厂家现在巴合并为2家。
日本以前的挤拉成形品市场贫弱,1990年记录的年需求约10,000t,以后每年为6,000t左右。拉挤成型品的主要用途是拼装式贮槽的架台和内部检查用梯子,净化稽施工用架台和防止上浮用板,建设现场组装的脚手架,止水·留土用板,水泥型框等建设用材,家庭栽培农用的盆,海苔养殖用箱等农林水产用品,绝对量虽少的光纤用受拉杆件等常年需求制品。其他道路桥梁和步行道路桥、地下埋设电缆用槽等基础结构相关制品。因国家和地方自治体的公共投资和企业的设备投资受抑(最近多少有改善的倾向),这些制品的需求处在低迷状态。
反之,持续增长的是阳台和房屋已有的钢筋水泥造游泳池等的FRP防水工事。这些工事有对欲施工的结构物直接施加FRP一层的方法和将工厂生产的1m板材运到现场施工的方法等。
最近在已老化的铁板屋顶和石板屋顶上(现有屋顶状况就是如此)覆盖FRP的需求增大,建材需求量的增长与这类产品的增加有很大关系。
2、UP树脂厂家的整编
最近10年日本的FRP需求动向如上,长期处于低迷状态。但从海外进口的UP树脂量持续增长。因此,FRP主要原料不饱和聚酯(UP)树脂厂家的利益当然恶化。UP树脂生产量1990年达到最大量273,181t。
针对此问题,2001年4月三井化学和武田药品工业统合了UP树脂事业,设立了两社会并的三并武田化学。之后,2003年3月,最大型的大日本油墨化学工业和昭和高分子、日立化成工业3公司,同一废合各自的工厂。缩小生产能力,共同发展业务。
2003年4月,三井武田化学公司和日本触媒两公司的UP事业合并,成立了日本复合材料公司。
此外保持独立立场的三菱日本工业油比卡也关闭了犬山工厂,同时将湘南工厂的生产能力削减了50%,采取了这些合理化措施以提高利益。
这样的结果,4年前有7个公司的UP生产厂家,现在改编成2公司一集团的5社体制,并将3365,700t的国内UP树脂年生产能力压缩到 202,500 t(约减少45%)。
3·最近的制品方向
持续低迷状态的FRP产业界不断开发适应各方面市场需求的产品,并推进新技术的实用化,现介绍其中几例:
3.1 地下埋设贮槽
现已实用化的地下埋设贮槽有家用煤油罐,汽油罐等FF下双壁贮槽,抗震性防水槽,贮水槽等。
冬天用于暖房机器的家用煤油贮槽,在关东以西一般是 20升的 PE罐,在煤油用量较大的东北、北海道等寒冷地带,用的是200升以上的贮罐。地上设置的金属制FRP贮槽,都限定不得超过 200升,但地下埋设的可到 1000升。
汽油罐的地下埋设贮槽,法律规定在厚3mm以上钢板外周施加30mm以上的沥青保护层。
但是,现对环境问题日益重视,作为对现有的钢制贮槽因地下蛛网密布的电网电流的腐蚀(因腐蚀汽油地漏,地下水污染)事故的对策,l995年2月修改了法律,此后在新设或更新的消防法中规定,危险物用的地下贮存必须使用具有检漏功能的双壁贮槽。
在双壁贮槽中,有内外壁都是钢制(SS双壁贮槽)、钢制内壁加FRP外壁(SF双壁贮槽)、内外壁都是FRP制(FF双壁贮槽)3种。其中前2种现有的钢制贮槽制造厂掌握着制造的主导权,在FRP成型企业中,有FF双壁贮槽制造许可证的厂家不过5-6家。
又因FF双壁贮糟比其他贮糟的价格高得多,因此阻碍了它的普及。在法律修正5年后的2001年 3月底,各种贮槽的设置数如下:
现有钢制厚壁贮槽: 406,253座(94.8%).l
SS双壁贮槽: l,816座(0.4%)
SF双壁贮槽: 20, 160座( 4,8% )
FF双壁贮槽: 309座(0.09%)
抗震性贮水槽、防火贮水槽历来限定用钢筋水泥制造。由于消防法的修说贮水槽自2000年 5月起,防火水槽从 2001年4月起,可以由经国家认定的企业制造·施工不超过40kL的FRP制品。
但是要国家认定,必须有将40kL的FRP贮槽沉在水槽里进行规定的耐内外压力试验的设施,此外每件制品中申请费高达100万日元左右。现在接受形式认定的企业只有2家(Fuja KAKO富士化工[株],InAHARV KASEI今春化成[株]( 2家都接受了FF双壁贮槽认定),施工贮槽数不超过70座。
3.2压力容器
作为取代造成地球变暖原因物质(CO2、NOx、SOx等)的化石燃料的绿色能源,天然气的利用日益增长。
在汽车产业界,使用压缩天然气的NGV车(Natural Gas Vehicle)日渐增加,特别是因为国家设立了对新用CNG车者给以补助金的优惠政策,这l年来,以卡车的4596辆为中心,以约 30%的增长率增长,到 2003年末,普及车辆数已达19,406辆。其车种别如下:
卡车 11,103辆(2002年末的保有辆数:8,523辆);
乘用车 1,803辆(同上:4,133辆);
垃圾收集车 l,803辆(同上:l,234辆);
公交车 870辆(同上:598辆);
叉式起重车 530辆(同上;322辆);
合计 19,406辆(同上:14,810辆)。
但是从日本汽车的保有辆数看(乘用车:5,447万辆;卡车: l,720万辆;公交车: 23万辆)还是微不足道的,期待今后由更大的普及。
但是,CNV储槽总体上大约70%是钢制的,余下的30%是铝内筒十FW补强等复合材料制品。CNV车用贮糟的充填压力30MPa,最近有多家企业在开发燃料电池车用的70MPa的复合材料制高压容器。
充填压3OMPa的复合材料制压力容器除 CNV车外还有其他用途,如消防员在充满烟雾的火灾现场灭火、救人时使用的空气钢瓶或医疗用的氧气钢瓶等,因其轻量的特点而受到好评。
虽说不是容器,海水淡化用或污水净化用反渗透膜净化装置的Fw制箱子的需求也在增长。海水淡化装置在远离国内的岛屿虽有需求,但向东南亚和中东产油国家等的出口占压倒优势。最近海洋深层水的需求在不断增长,其作为净化用的国内需求也有增加的趋向。
3.3 风力发电
作为清洁、可再生能源的风力发电事业正在快速发展。
到1995年末日本国内的风力发电装置设置台数为34台,合计输出功率不过7,689kw,到2000年底,增加到224台,累计输出电力134,785kw,而到了2003年末,快速增加到738台,累计输出电力约684,000kw,现在计划中到2006年10月,再增加156台、230,130kw。
在2000年前半年,风力发电装置为输出电力每台不超过500kw的中小型机,到2000年后半年达1000kw以上,其后的发电功率目标是1500kw、2000kw,逐渐大型化。
遗憾的是日本国内的发电机厂家只有三菱重工业1家,在日本国内该公司的纳入实绩不满 20%(该公司到 2000年底向海外的输出实绩为1,521台,面向国内只有131台,占全世界的份额为1.9%)。因此余下大部分向海外出口。
国际上风力发电正朝着高发电效率的大型化方向发展。丹麦的威斯塔斯公司已开发5,000kw的发电机(风车直径116m,一片翼片的复合材料重量约20t,发电机舱的 FRP重量约 45t) 2台,德国的爱乃尔康公司的 4,500kw发电机(风车直径112m)3台也已成功地实用化。
日本三菱重工业面对世界风力发电大型化的倾向,2005年春.将在该公司的横滨工场内,设置2,400kw的风力发电机(风车直径92m),为今后大型的高生能风力发电机的开发收集技术数据。这台风力发电机在日本,即使包括引进的在内,也是规模最大的了。
在新能源政策中,国家计划到2010年日本的风力发电功率增加到30O万kw。为此,日本的重工业公司通过与海外风力发电装置厂家的技术合作,开始了包括复合材料风车在内的制造风力发电装置的国产化行动。
3.4 对应高龄化社会的制品
日本是世界第一的长寿国,65岁以上的高龄者占全人口的比例近30%。随之,高龄者和卧病在床的病人数有增加倾向,已成为最大的社会问题。针对这一问题, 2001年实施了看护保险法,设立了用向国民征收的保险费补助需要看护人员日常生活的费用的制度。
按该制度,购买看护必须的器具·设备要付给补助金。为使现有住宅能方便轮椅运动,即所谓的无障碍化所需费用或购买医院·老人福利设施中看护用的各种器具·设备等场合,也是补助的对象。
随着该法律的实施,为使步行不便的人或卧病在床的人能乘着轮椅人俗,看护式浴缸或温水淋浴缸的需求量增加,在2~3层的住宅中设置电梯的事例也急增。
浴缸类是色彩丰富耐污染性和清扫性优良的FRP独占鳌头,为使家用电梯的的设置空间尽可能小,减少公共建筑结构的负担,用质量轻强度高的FRP制造墙壁、天花板、地面等也日益增多。
3.5 引人注目的成型技术
最近,日本最注目的成型法是灌注成型法。灌注法最著名的是美国西马思康帕杰朵公司的SCAIMP,日本的东丽公司也取得了许可证,推进了该技术的实用化。至今,东丽公司已用该成型法,进行了开间宽38.5m,进深22.4m的小学体育馆屋顶的 SCRJMP法成型·施工(使用宽 2.5m、长22.4m,深 1m,芯材为 100mm厚的酚醛发泡材料、表层为 CFRP的夹心结构极(重量约23t)15块),取得了成功。
三菱重工业采用独自技术的灌注法,实现了IMW以上大型风力发电装置的风车的成型。
北关工业与三菱人造丝协作,在工场用灌注成型法施工,现场将两表面层为CF/GF混杂方格布基材、芯层为 92mm的酚醛泡沫的夹心结构的10×20m的建筑房檐板6块(每块3× 9m,重l.2t)结合成一体。。
在FRP的开放成型工场,苯乙烯的挥发已受到劳动安全卫生法中有机溶剂中毒预防规则的限制,FRP协会正在推进普及无苯乙烯树脂的开发以及在成型工场封闭成型的RTM法。
4、回收利用问题
使用了的FRP的处理·再使用化系统的构筑,对于处在成熟期的日本FRP产业,已成为不可缺少的重要课题。
日本废FRP的年产生两估计每年约200,000t,现在约80%以上是烧却或掩埋处理,其余约20%粉碎后回收使用。
FRP的处理·回收使用的技术和处理装置,早在20年以前就已开发,实验室取得成功。之所以没有实用化的原因是:
l)要在全国经济·有效、稳定地收集废弃的FRP十分困难,因此难以在工业上应用已开发的技术和装置。
2)虽已确认粉碎的FRP添加到涂料或铺路材料中可提高材料的物性,但粉碎到平均粒径15μ的成本是70~80日元/kg,因此要业界大量使用微粉化的 FRP有一定困难。
结果,不知实情的人们认为“FRP是不能回收利用、处理困难的材料”,对其回收利用有强烈的敬而远之倾向,特别是抱“不能回收的材料不可使用”立场的汽车产业,这种观点更为强烈,这就形成了日本汽车的FRP使用与欧美的汽车相比极少的特点。
其他产业有这样的偏见,FRP需求要扩展是不可能的。FRP协会投入国家(经济产业省)的补助金和从FRP原料商筹集的资金会计3亿日元,于2001年在枥木县真冈市建设了装备有回收利用设备的“废FRP再资源化实证中心”,以微粉化的FRP作为水泥的燃料源进行“实证试验”。该试验按以下4个方面进行。l)从关东地区的FRP成型工场回收废FRP的方法;2)粉碎装置的性能和寿命探讨;3)粉碎时的粉尘控制及噪声对策;4)为得到烧成用燃料必要的500cal以上的燃烧热而添加热塑性废塑料的添加量探讨及添加装置的开发。经2年的实证试验结果,该系统的有效性得到(国家机关)确认。FRP协会于2002年4月起在该中心正式开始运行,现在月处理能力接近600 t,稳定地进行着处理,按计划向水泥工场供给源燃料。
FRP协会的成功试验已为社会接受,现在全国有7家民间企业在推进FRP处理·再生利用事业的企业化。如上所述,国家机关也确认了FRP协会的“FRP是可回收利用资源”的观点,正向以汽车业为首的对FRP使用抱有偏见的产业界积极推进FRP的使用。
此外,处理FRP废渔船的水产厅,管理废船的国土交通厅也都构建了类似的系统,推进了FRP回收利用事业的发展。
5.关于 CFRP
2002年PAN系碳纤维(CF)的世界需求量为14290t。,其中日本3家企业(东丽、东邦特那科斯、三菱人造丝)包括出口在内的生产量约占总量的71%,为10,134t。(碳纤维协会发表数据)。
CF年产量超过 10,000t还是首次。相对上一年有 11.9%的大幅度增长率。增长快的主要原因是面向体育用品的出口量比上一年增加约 3 9%,面向国内产业的 CF用量也增加了17.5%。
特别是从约占体育用品 70%的以高尔夫球杆开始,网球拍、钓鱼杆等的生产据点也移到中国,因此向中国的出口量急增。
另一方面,CF厂家因国内产业需求扩大,积极推进如下制品的实用化:
汽车零部件:传动轴、机罩、空气锅炉(利用特性=轻量化)、2轮车的排气消声器(高强度);
IT精密仪器零部件:筐体、照相机部件(轻量化、高强度);
机械部件:液晶制造装置用机器人臂、印刷用辊子(刚性);
压力容器:CNG钢瓶等(轻量化,高强度);
土木建筑:木材和水泥结构材料等的补强剂,电缆(高强度、易施工性)、
医疗器械:X线箱(X线透过性),轮椅(轻量化,刚性、高强度)
从世界看需求最大的航空、航天用CF的量,在日本不是太大。除了每年发射几颗人造卫星和航空自卫队用的各种飞机用外,最大的用途是面向波音公司和空中客车公司的在国内成型、输出的大型客机机体用料。
在空中客车公司预定2006年就航的2阶段制造的550座A380机中。每架飞机使用约32 t(机体总重量的20%左右)的 CF复合材料;预定 2020年建造的1,138架飞机(CF需要量约 28,000t以上),所需 CF的60%由东邦特那科斯提供,其余大部分由东丽提供。
此外,波音公司开发中的(就航时间未定)的 7E7型机中预定每机约用30t(机体总重量的 20~25%)的CF复合材料,估计到 2020年要建造 2,000~2,200架飞机, CF基本上都由东丽公司供给。为此,东丽公司在今年5月与波音公司签订了跨度18年的供给飞机生产用CF预浸料的约3,300亿日元的合同。
日本聚酯玻璃钢实绩
建设资材 | 住宅器材 | 舟艇 船舶 | 自动车车两 | 贮罐容器 | 工业器材 | 杂货 | 其它 | 合计 | ||
1993年 | 33,300t | 204,400t | 28,800t | 22,500t | 40,400t | 54,700t | 36,000t | 11,900t | 432,000t | |
1994年 | 38,300 | 211,500 | 28,800 | 21,600 | 40,000 | 54,900 | 35,900 | 11,600 | 442,600 | |
1995年 | 41,500 | 218,600 | 24,200 | 21,700 | 43,100 | 57,600 | 39,100 | 12,400 | 458,200 | |
1996年 | 45,100 | 230,100 | 24,100 | 22,300 | 42,400 | 60,100 | 42,400 | 13,000 | 479,500 | |
1997年 | 48,200 | 浴缸关连 | 净化槽 | 23,000 | 23,500 | 41,400 | 51,500 | 44,300 | 11,200 | 461,000 |
123,100 | 94,800 | |||||||||
1998年 | 45,400 | 100,200 | 74,600 | 18,900 | 23,200 | 35,800 | 49,700 | 38,200 | 8,700 | 394,700 |
1999年 | 47,900 | 101,700 | 76,200 | 16,700 | 24,000 | 33,200 | 48,300 | 36,200 | 6,800 | 391,000 |
2000年 | 53,500 | 102,200 | 65,300 | 15,400 | 23,100 | 32,300 | 46,800 | 34,900 | 8,000 | 381,500 |
2001年 | 50,900 | 98,900 | 61,300 | 12,300 | 22,400 | 30,600 | 40,100 | 32,900 | 9,800 | 359,200 |
2002年 | 49,800 | 96,200 | 55,100 | 11,300 | 21,200 | 28,400 | 38,500 | 31,400 | 12,600 | 344,500 |
2003年 | 50,700 | 97,300 | 48,100 | 10,800 | 24,200 | 26,800 | 38,200 | 29,800 | 11,500 | 337,400 |
(注:含填料重量)(日本FRP协会)
日本不饱和聚酯树脂产销实绩
|
FRP用 |
其它 |
合计 |
指数 |
生产能力 |
开工率 |
输入量 |
1990年 |
209,997t |
63,184t |
273,181t |
100.0 |
365,700t |
74.7% |
5,832t |
1996 |
200,657 |
64,373 |
265,030 |
97.0 |
72.5 |
9,880 | |
1998 |
158,689 |
56,232 |
214,921 |
78.7 |
58.5 |
10,964 | |
1999 |
153,581 |
54,761 |
208,342 |
76.3 |
57.9 |
10,042 | |
2000 |
157,620 |
58,516 |
216,136 |
79.1 |
329,000 |
65.7 |
11,209 |
2001 |
142,543 |
54,497 |
194,040 |
71.0 |
59.0 |
11,413 | |
2002 |
130,087 |
53,961 |
184,048 |
67.5 |
292,000 |
63.0 |
13,157 |
2003 |
127,957 |
51,455 |
179,412 |
65.7 |
202,500 |
88.6 |
14,024 |
(合成树脂工业协会、生产能力由产业资材新闻推定)
日本不饱和聚酯树脂生产变化情况
社名 | 工场 | 1990年 | 2003年 |
大日本油墨化学工业(株) | 45,200t | 42,000t | |
千叶 | 18,000 | - | |
九州 | 6,000 | 6,000 | |
北海道 | 2,500 | 2,500 | |
昭和高分子(株) | 野 | 44,000 | 44,000 |
高崎 | 12,000 | - | |
伊势崎 | 8,000 | 8,000 | |
日立化成工业(株) | 山崎 | 30,000 | 30,000 |
鹿岛 | 10,000 | 10,000 | |
德岛 | 2,000 | - | |
武田药品工业(株) | 清水 | 30,000 | *30,000 |
德山 | 15,000 | - | |
三井化学(株) | 大阪 | 30,000 | - |
茂原 | 12,000 | (12,000) | |
(株)日本触媒 | 吹田 | 36,000 | (20,000) |
姬路 | 10,000 | - | |
日本联合公司(株) | |||
日本尤皮卡(株) | 美祢 | 20,000 | 20,000 |
犬山 | 20,000 | - | |
湘南 | 15,000 | 10,000 | |
合计 | 365,700 | 202,500(234,500) |