碳纖維復(fù)合材料發(fā)展

1、Abstract: Carbon fiber has become one of the important modern industrial materials and it can be used in many fields. This paper describes the current development of carbon fiber at home and abroad and some shortcomings of carbon fibers in china also be discussed. This paper also focuses on the appl

2、ication of carbon fiber in industry, civil construction, transportation, and other fields and the development of composite materials product of carbon fiber .The development trend of carbon fiber is also be discussed.Key words： Carbon Fiber; Development Status; Application; Development Trend 0引言碳纖維是

3、纖維狀的碳素材料.含碳殳在90%以上。它是利用各種有機(jī)纖維在惰性氣體中、高 溫狀態(tài)下碳化而制得,碳纖維具有十分優(yōu)異的力學(xué)性能，是目前已大量生產(chǎn)的高性能纖維中具有最高的比 強(qiáng)度和最高的比模量的纖維，特別是在2000C以上的高溫惰性環(huán)境中，碳材料是唯一強(qiáng)度不下降的物質(zhì)， 是其他主要結(jié)構(gòu)材料（金屬及其合金）所無法比擬的。除了優(yōu)異的力學(xué)性能外，碳纖維還兼具其他多種優(yōu) 良性能，如低密度、耐高溫、耐腐蝕、耐摩擦、抗疲勞、震動衰減性高、電及熱傳導(dǎo)性高、熱膨張 系數(shù)低、光穿透性高，非磁體但有電磁屏蔽性等。作為高性能纖維的一種，碳纖維既有碳材料的固有特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加:性， 是先進(jìn)更合材料最重要的增

4、強(qiáng)材料，已在軍事及民用工業(yè)的各個領(lǐng)域取得廣泛應(yīng)用，從航天、航空、汽乍、 電子、機(jī)械、化輕紡等民用工業(yè)到運(yùn)動器材和休閑用品等。因此，碳纖維被認(rèn)為是高科技領(lǐng)域中新型 匚業(yè)材料的典型代表，為世人所矚目。破纖維產(chǎn)業(yè)在發(fā)達(dá)國家支柱產(chǎn)業(yè)升級乃至國民經(jīng)濟(jì)整體素質(zhì)提高方 面，發(fā)揮若非常重要的作用,對我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和傳統(tǒng)材料的更新?lián)Q代也有重要意義，對國防軍工和 國民經(jīng)濟(jì)有舉足輕重的影響。1國內(nèi)外碳纖維的發(fā)展現(xiàn)狀國外碳纖維的發(fā)展現(xiàn)狀目前世界各國發(fā)展的主要是PAN基碳纖維和瀝青基碳纖維。國外PAN基碳纖維的研究與開發(fā) 開始于20世紀(jì)60年代。起初，碳纖維主要用于軍工和宇航，經(jīng)過40余年的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域正在向工

5、 業(yè)領(lǐng)域和普通民用領(lǐng)域擴(kuò)大。世界PAN基碳纖維生產(chǎn)廠商主要有日本Toray （東麗）、Toho （東邦）、 Mitsubishi Rayon （三菱人造絲），美國Hexcel （赫克塞爾）、Amoco （阿莫科）和Zoltek （卓爾泰克） 等公司。瀝青基碳纖維主要生產(chǎn)廠商有日本Mitsubishi Chem （三菱化學(xué)）、Kureha （吳羽）、Donac與 美國Amoco公司。在小絲束碳纖維（3 K , 6 K和12 K ）方面，Toray、Toho與Mitsubishi Rayon等3家公司 已形成壟斷，其產(chǎn)能分別達(dá)到9 100、5 600和4 700 t / a,占世界總產(chǎn)能的31.

6、6 19.5 %和16.3 %c 大絲束碳纖維的主要生產(chǎn)國是美國、德國與日本，產(chǎn)能情況如表1,1所示，其產(chǎn)量大約是小絲束碳纖維 產(chǎn)生的33 %左右。表1. 1世界大絲束碳纖維產(chǎn)能情況t/a生產(chǎn)商產(chǎn)能美國AKZO-Fortaf 11 （阿克蘇-福坦非爾）3500Zoltek1800Aldila（阿爾迪拉）1000例國SGL （愛斯奇愛爾）1900日本Tor ay300總計9500近年來，大絲束碳纖維獲得飛速發(fā)展，世界上過去不生產(chǎn)大絲束碳纖維的一些碳纖維生產(chǎn)廠也 紛紛打算生產(chǎn)大絲束碳纖維或已開始生產(chǎn)大絲束碳纖維，最典型的當(dāng)推Toray公司：同時，國外已經(jīng)通過 利用與電磁輻射有關(guān)的等離子技術(shù)由完全和

7、部分穩(wěn)定的碳纖維原絲來生產(chǎn)碳纖維：并且把納米技術(shù)也應(yīng)用 在碳纖維上，研制出納米碳纖維，Carbon Nanotechnologies Inc. (Houston, TX)、Materials 也 Electrochemical Research Corp. (Tucson. AZ)和日本 Mitsubushi Chem 與 Toray 等計劃大規(guī)模生產(chǎn)納 米碳纖維我國碳纖維發(fā)展現(xiàn)狀從20世紀(jì)70年代中期開始，經(jīng)過30余年的發(fā)展，我國碳纖維從無到有，從研制到生產(chǎn)取得 一定的成績，但總的來說，我國碳纖維的研制與生產(chǎn)水平還較低，目前僅相當(dāng)于國外20世紀(jì)70年代中、 末期水平。1. 2. 1 PAN基

8、碳纖維我國PAN基碳纖維的開發(fā)研制已有30多年歷史。20世紀(jì)60年代初，吉林應(yīng)用化學(xué)研究所已 著于于PAN基碳纖維的研究，70年代初已完成連續(xù)化中試裝置。其后，上海合成纖維研究所、中國科學(xué)院 山西煤化所等玳位也開展研制工作，并于80年代中期通過中試。我國碳纖維生產(chǎn)先后建成J從年產(chǎn)幾 百千克到年產(chǎn)幾噸的小試裝置和幾十噸的中試生產(chǎn)裝理，起步不晚，但發(fā)展緩慢，總生產(chǎn)能力還不及發(fā)達(dá) 國家或地區(qū)的一家公司見表表1.2世界各大PAN基碳纖維公司2002-2004年的產(chǎn)能 t/a生產(chǎn)公司生產(chǎn)能力日本Tor ay9100 （小絲束）日本Toho5600 （小絲束）日本Mitsubishirayon4700 （

9、小絲束）美國Hexcel2000 （小絲束）英國Amoco1900 （小絲束）中國臺灣臺灣工程塑料公司1750 （小絲束）美國AKZO-Fortafil3500 （大絲束）美國Soltek1800 （大絲束）美國Aldila1000 （大絲束）例國SGL1900 （大絲束）2002年國內(nèi)PAN基碳纖維需求量約為2 235 t ,其中體育休閑領(lǐng)域需求量為1 935 3占 87 %： 一股產(chǎn)業(yè)需求量為250 t,占11 %：軍工領(lǐng)域需求量為50 t,僅占2: 2003年3月10日，英國AMEC / ACE （艾麥克）公司與中國安徽華皖碳纖維有限公司關(guān)于年產(chǎn)量分別為PAN原絲500 t、碳纖 維20

10、0 t （均以12 K計算）的技術(shù)轉(zhuǎn)讓合同在上海正式簽約，假期2005年初本項目投產(chǎn)，這將極大地推 動我國碳纖維的發(fā)展。2. 2瀝青基碳纖維世界瀝青基碳纖維的生產(chǎn)能力較小，國內(nèi)瀝青基碳纖維的研究和開發(fā)較早，但在開發(fā)、生產(chǎn)及 應(yīng)用方面與國外相比有較大的差距見表1. 3o表32002-2004年世界瀝青基碳纖維的生產(chǎn)廠家及產(chǎn)能斗：品種國家或公司產(chǎn)能/ (t a1)強(qiáng)度/MPa模量/GPa通用型碳纖維中國45068641Donac30068634Kureha90059098030、33Niffobo開發(fā)中65798040、49Noppon開發(fā)中784、9803949高性能碳纖維Amoco140230

11、13002100170960Mitsubishi Chern5001800飛300176735Nippon Sekiyu5032303300392686Donac開發(fā)中18003000140600Kureha開發(fā)中1800400015010020世紀(jì)70年代初，上海焦化廠以煤焦油為原料成功地制取r碳纖維，但因試驗(yàn)結(jié)果不穩(wěn)定， 產(chǎn)品質(zhì)量不高而中止, 1979年，中國科學(xué)院山西煤化所開始研制瀝青基碳纖維,1985年通過小試。在 此基礎(chǔ)上，冶金部在煙臺籌建/新材料研究所，生產(chǎn)通用級瀝青碳纖維，規(guī)模70 100 t / a,主要做 飛機(jī)的剎車片。90年代初擴(kuò)大到150 t / a。但由于設(shè)備未過關(guān)，又

12、無改造資金，處于停產(chǎn)狀態(tài)。鞍山東 亞精細(xì)化工有限公司投資L 2億元人民幣于90年代初從美國Ashland （阿什蘭德）石油公司引進(jìn)全套生 產(chǎn)設(shè)備，生產(chǎn)能力為200 t / a, 1991年動工建設(shè)，1995年投產(chǎn)。近年來，我國碳纖維的產(chǎn)品雖有增加， 但與不斷增長的需求相比仍有較大的差距。我國瀝青基碳纖維與PAN基碳纖維相比發(fā)展較慢,但由于生產(chǎn)成本較低,價格約為PAN基碳 纖維的1 / 31 / 4,因此瀝青基碳纖維在民用及建筑領(lǐng)域的應(yīng)用前景較為廣闊，這將為我國瀝青基碳 纖維的發(fā)展提供良好的機(jī)遇。1.3國產(chǎn)碳纖維存在的主要問題我國碳纖維雖然經(jīng)過r 一段時期的發(fā)展，但是與國外的技術(shù)水平還存在一定的

13、差距和一些在競 爭中不容忽視的問題，主要有以下幾個方面1）原絲質(zhì)量與國外比還存在差距。由于國產(chǎn)碳原絲在生產(chǎn)過程中大部分采用民用騰綸原 液，雜質(zhì)含量較高，造成碳纖維性能不穩(wěn)定，離散系數(shù)較大。2）大部分國產(chǎn)碳纖維未經(jīng)過表面處理，制成更合材料層間剪切強(qiáng)度偏低。沒有經(jīng)過表面處 理的國產(chǎn)碳纖維不能用作高性能要求的先進(jìn)更合材料增強(qiáng)體，也不能在航空、航天等國防部門中用來制作 主承力構(gòu)件。3）尚未形成經(jīng)濟(jì)規(guī)模,價格太貴，成本組成不合理。國產(chǎn)碳纖維目前售價太高，遠(yuǎn)比國外進(jìn) 口的價格要高。我國碳纖維之所以價格昂貴，有很多不合理因素。如成本結(jié)構(gòu)存在問題，據(jù)我國某碳纖維 廠對碳纖維成木的粗略統(tǒng)濘，原絲費(fèi)用約占碳纖維成

14、本的25 %,而乍間費(fèi)用約占碳纖維成木的44S4）品種單一、規(guī)格單.一，碳纖維來源大部分依賴于進(jìn)口根據(jù)不同行業(yè)、不同產(chǎn)品、不同零部件的不同需求，希望能采用不同類別、不同品種、不同規(guī)格的碳纖維。除/供結(jié)構(gòu)材料使用的碳纖 維，還希望有供功能材料使用的碳纖維，而我國目前碳纖維只有相當(dāng)于T 300的一個品種。2碳纖維的應(yīng)用狀況碳纖維主要應(yīng)用領(lǐng)域碳纖維具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、抗蟠變、導(dǎo)電、傳熱等特性，屬典型 的高新技術(shù)產(chǎn)品，表2.1是幾種碳纖維材料的性能比較。主要用于制備先進(jìn)豆合材料（ACM）,已廣泛 應(yīng)用于宇航、體育用品領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域、交通運(yùn)輸領(lǐng)域及上木建筑領(lǐng)域。鑒于近年軍事1：業(yè)

15、上應(yīng)用的萎縮、 碳纖維成木的降低及先進(jìn)低成本制造豆合材料技術(shù)的突破，碳纖維更合材料在建筑、工業(yè)、交通運(yùn)輸?shù)确?而的應(yīng)用便成為研究開發(fā)的熱點(diǎn)，并取得r一定的突破性進(jìn)展15 -111 表2.1幾種碳纖維材料性能比較拉伸強(qiáng)度拉伸模模密度比模量比強(qiáng)度產(chǎn)地/MPa/GPa/ (g cm5)(109 cm )/ (10 cm)IM652002761.701.623. 06美國IM753792761. 801.533. 00美國IM854473031.701.783. 20美國IM963432902.001.453. 17美國P3040002101.761. 192.27日本T70048002301.801

16、.282.67日本T80054902911.801.623. 03日本T10007060日本宇航領(lǐng)域在宇航領(lǐng)域，由于其重量輕，剛性、尺寸穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性好，高模量碳纖維很早便應(yīng)用于人造 衛(wèi)星中c碳纖維在宇航上的應(yīng)用主要在固體火箭發(fā)動機(jī)殼體和噴管上。2002年，在宇航領(lǐng)域中碳纖維的需 求生大約是4 000 t,其應(yīng)用分布：北美為2 500 3高達(dá)62. 5 %：歐洲和亞洲分別為1 260 t和240 t, 分別占26. 1 %和4.2 %2 土木建筑領(lǐng)域隨著碳纖維成本的降低與豆合材料制造技術(shù)的發(fā)展，土木建筑領(lǐng)域成為碳纖維豆合材料應(yīng)用的 新市場C利用碳纖維更合材料棒材替代元鋼，利用碳纖維更合材料層板

17、加固或修夏橋梁及建筑物，及利用 碳纖維增強(qiáng)混凝土等將會有很大的發(fā)展。目前在土木建筑領(lǐng)域的應(yīng)用主要是：豆合材料棒材、纖維增強(qiáng)膠 接層板、碳纖維增強(qiáng)混凝土、碳纖維豆合材料片等。2.1. 3工業(yè)領(lǐng)域近幾年來碳纖維在宇航領(lǐng)域中應(yīng)用萎縮，在1：業(yè)應(yīng)用的市場不斷看好。與宇航和體育休閑用品 相比，1：業(yè)應(yīng)用對于碳纖維的需求在不斷增長。基礎(chǔ)設(shè)施、油氣開采、壓力容器、豆合材料粒子、航海構(gòu) 件等應(yīng)用不斷開發(fā)，使碳纖維在這個領(lǐng)域的應(yīng)用持續(xù)增長。歐洲和日本在這方面的開發(fā)處于領(lǐng)先地位，因 此，用于工業(yè)應(yīng)用碳纖維的需求量歐洲最大，亞洲其次。據(jù)報導(dǎo)，制備注射和模壓用的粒料消耗的碳纖維 高達(dá)2 700 t,主要用于生產(chǎn)手機(jī)、

18、計算機(jī)、辦公設(shè)施等，在電磁屏蔽和靜電消散方面的應(yīng)用也不斷增長。2.1. 4交通運(yùn)輸領(lǐng)域在交通領(lǐng)域，碳纖維擴(kuò)大應(yīng)用的最大希望在于汽車業(yè)。國外的各大主要汽車廠家，均競相開發(fā) CFRP （破纖維豆合材料化的節(jié)能、環(huán)保和安全性汽車。新一代的汽乍要求大大地降低能耗，最重要的措 施之一就是減輕汽車質(zhì)量:，用一股鋼材是不可能實(shí)現(xiàn)的，因此采用匏合材料是最有效的辦法。設(shè)計表明， 一輛典型小車的碳纖維用量可以超過113 kg。在這一領(lǐng)域僅僅為滿足北美的需求，蹂纖維的需求量就達(dá) 現(xiàn)有世界碳纖維總生產(chǎn)能力的100倍。因此碳纖維豆合材料用作汽車材料，將具有廣闊的發(fā)展前景也乙目 前碳纖維豆合材料已獲得應(yīng)用或正在研究開發(fā)應(yīng)

19、用的領(lǐng)域主要包括：飛輪、壓縮天然氣貯罐、燃?xì)馔钙讲?件、剎乍裝置，其它部件如蓄電池、活塞、傳動釉、彈翼、大梁等。在載重汽車上使用碳纖維豆合材料后， 每輛可降低質(zhì)至：200 kg左右2.1. 5能源領(lǐng)域目前，電阻率在1。710“ 山 cm的碳纖維紙屬高性能碳纖維紙，通常稱之高導(dǎo)電率碳纖 維紙，在新能源和電化學(xué)領(lǐng)域正在廣泛推廣應(yīng)用小科學(xué)家經(jīng)過買種探索，確認(rèn)高性能碳纖維紙能滿足綠 色能源一一燃料電池的要求，而且和原碳材料電極相比，還有體枳小、質(zhì)量輕、效率高等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在， 用高性能碳纖維紙制作質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）的氣體擴(kuò)散層電極材料,已經(jīng)得到各燃料電池制造商的認(rèn)同，從而得到很快發(fā)展。能源和

20、貯能方面，像風(fēng)力發(fā)電葉片、飛輪、電池等應(yīng)用也不斷擴(kuò)大c. 6體育休閑領(lǐng)域亞洲用于生產(chǎn)體育休閑用品碳纖維的消耗量是世界上最高的。2002年在體育休閑用品的4 990 t碳纖維中，亞洲占首位達(dá)3 100t,占62.2M 其次是北美，為11203占22.4機(jī) 歐洲最少，為770 t, 占 15. 4 %在亞洲特別是中國（包括臺灣?。┱絹碓蕉嗟厣a(chǎn)管狀豆合材料件，像高爾夫球桿和網(wǎng)球拍等， 其它還包括箭桿、釣魚竿、自行車架、船槳、滑雪工具、棒球棒、公路賽車、競技墻等體育用品。碳纖維及其復(fù)合材料的產(chǎn)品2. 1碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)織物上海市紡織科學(xué)研究院研制的碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)織物是一種高科技含量的產(chǎn)品，該纖維采用

21、國 外進(jìn)口高性能碳纖維加工而成，具有向強(qiáng)而效、耐久耐腐、質(zhì)量輕等特點(diǎn)。該補(bǔ)強(qiáng)織物具有以下性能：向密 度為300 g/m1厚度為0.3 mm,彈性模量為2.1 X 105 MPa,拉伸強(qiáng)度23 300 MPa,伸長率21. 6 %,密 度LSO g/cm、幅寬30、150 cm,補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)是用配套樹脂將碳纖維織物粘貼于混凝土結(jié)構(gòu)表面，起到結(jié)構(gòu)補(bǔ) 強(qiáng)及抗震加固作用，廣泛用于梁、柱、板、墻等補(bǔ)強(qiáng)，也可用于橋梁、隧道、水壩等其他土木工程的加固。2. 2新型活性碳纖維殺菌效果神奇中國臺灣地區(qū)逢甲大學(xué)材料科學(xué)研究所成功研發(fā)出一種新型活性碳纖維。經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)，使用一 層這種纖維布，可以百分之百地過濾和抵擋綠膿桿

22、菌和大腸桿菌，對肺炎桿菌的減菌率在99.99 %以上。 放置一年后，殺菌效果依然不減。逢甲大學(xué)科學(xué)家指出，以前的活性碳纖維布是讓細(xì)菌吸附固定在纖維上， 經(jīng)過幾個小時，碳纖維便能發(fā)揮抑菌效果。新一代活性碳纖維布的化學(xué)特性可以讓細(xì)菌如同踩到地宙瞬間 被殺死,新活性碳纖維布的獨(dú)特之處還在于可以重更清洗100次以上，壽命長達(dá)3至5年，用來做口罩, 比用即棄的N95 口罩更好。這種纖維布對其他細(xì)菌的抑制和殺滅功能尚待測試。據(jù)悉，目前全球僅日本、 俄羅斯、英國、中國大陸及中國臺灣地區(qū)擁有活性碳纖維的制造技術(shù)。2. 3新型碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線江蘇遠(yuǎn)東集團(tuán)和美國一家高科技公司聯(lián)合開發(fā)的新型碳纖維更合芯導(dǎo)線獲得成功

23、，產(chǎn)品己上 市。據(jù)介紹，與傳統(tǒng)鋼芯鋁絞線相比，碳纖維更合芯導(dǎo)線具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度大、耐高溫、耐腐蝕、線損低、 弛度小、與環(huán)境親和等優(yōu)點(diǎn)，可提高傳輸容量1倍，減少20生桿塔數(shù)，減少有色金屬消耗，降低傳輸損耗。 該技術(shù)推廣將有利于我國構(gòu)造安全、環(huán)保、高效節(jié)約型輸電網(wǎng)絡(luò)。2.4碳纖維導(dǎo)電面料俄羅斯柴可夫斯基紡織股份公司是專業(yè)防護(hù)服生產(chǎn)企業(yè)，其產(chǎn)品用于食品醫(yī)藥業(yè)、建筑交通 業(yè)、石化天然氣行業(yè)的勞動防護(hù)。該公司最近開發(fā)出兩種新型含碳絲導(dǎo)電面料，這兩種面料分別是“獨(dú)尼 克斯一熱防護(hù)”和“弗尼克斯一舒適”，前者成分50%為棉、50%為耐熱化纖，每平方米質(zhì)量為330 g;后 者為棉滌面料，每平方米為280 gc

24、這兩種面料專用于石油、天然氣行業(yè)工作服，加入J碳纖維作為導(dǎo)電 纖維，而國際上同類產(chǎn)品通常加入金屬絲作為導(dǎo)電纖維。這兩種面料還都加有CI- BA公司的TEFLON和 PYROVATEX 涂層。2. 5碳纖維軟質(zhì)復(fù)合材料日木創(chuàng)和紡織與東麗合纖產(chǎn)業(yè)集群碳纖維分科會攜手開發(fā)的利用碳纖維織物與樹脂的豆合材 料wCarbon Cloth Soft CompositeM的碳纖維系列產(chǎn)品Carbon ClubTM （零錢夾、鑰匙圈、印章盒、皮 帶等日用品、小雜物等）上市。今后，除日用品、小飾品之外，產(chǎn)品還將拓展至間隔材料、掛毯、墻壁 裝飾材料、百葉窗、窗簾等室內(nèi)裝飾材料領(lǐng)域。Carbon Cloth Soft

25、 Composite”布比鐵結(jié)實(shí)，是碳纖維 與耐久性良好的高柔軟可撓性樹脂的豆合材料,防起毛性好。“Carbon Cloth Soft Composite布是采用 廣創(chuàng)和紡織所有的碳纖維束整齊均一的排列平面織造技術(shù)和碳纖維分科會成員平松產(chǎn)業(yè)所持的特殊樹脂在 碳纖維織物上的均一粘合技術(shù)這些技術(shù)不僅賦予碳纖維很高的物性，而且實(shí)現(xiàn)環(huán)氧樹脂碳纖維等堅硬 豆合材料（硬質(zhì)豆合材料）所不可能的裁剪、縫紉，可與普通的布料和皮革同樣使用，用途非常廣泛。3碳纖維的發(fā)展趨勢國外碳纖維的發(fā)展趨勢自從碳纖維:業(yè)化生產(chǎn)以來，世界各國都特別重視其應(yīng)用開發(fā)。隨著價格不斷降低，其應(yīng)用 范圍從滿足性能要求高的航空、航天領(lǐng)域逐步向

26、文體和民用領(lǐng)域推廣。目前，碳纖維的市場需求在北美、 歐洲、亞洲基本上呈鼎足之勢。按應(yīng)用領(lǐng)域劃分，世界聚丙烯臘基碳纖維主要用于宇航、文體休閑用 品、其它工業(yè)等領(lǐng)域，其總體消費(fèi)比例分別為25.2%, 31.4%, 43.4%,不同地區(qū)各有側(cè)重。由于碳纖維更合材料具有高比強(qiáng)度、設(shè)計性好、結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定性好、抗疲勞斷裂性好和可 大面積整體成型，以及特殊的電磁性能和吸波隱身的特點(diǎn)，目前已大量用于生產(chǎn)軍用、民用飛機(jī)以及戰(zhàn)略 導(dǎo)彈和運(yùn)載火箭上，需求量穩(wěn)步增長。文體用品方面，目前碳纖維材料已從釣魚竿和高爾夫球棒推廣到網(wǎng)球拍、羽毛球拍、高爾夫球桿、冰雪 運(yùn)動器材、水上運(yùn)動器材等方面，需求量穩(wěn)步、較快增長。其中高爾

27、夫球桿、網(wǎng)球拍和釣魚竿是體育用品 用碳纖維豆合材料的三大支柱產(chǎn)品，約占該類產(chǎn)品的80%。一般產(chǎn)業(yè)對碳纖維材料的應(yīng)用發(fā)展比較迅速，包括基礎(chǔ)設(shè)施的修更、更新和加固：新能源開 發(fā)如沿海油氣田、深海油田的鉆井平分、管道和纜繩等，以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)的螺旋槳和風(fēng)葉：汽卑的剎乍系 統(tǒng)、轉(zhuǎn)動軸、車身以及環(huán)保汽乍用的壓縮天然氣氣瓶：電子領(lǐng)域的應(yīng)用主要有通信、廣播、地球觀測、空 間探測以及各種飛行器的高精度天線。一般產(chǎn)業(yè)的需求增長較快，將成為碳纖維新的主要應(yīng)用領(lǐng)域。碳纖維是一種性能優(yōu)越的結(jié)構(gòu)材料，具有極高的附加值，自商品化以來，應(yīng)用范圍已從最初 的航空航天、軍事部門逐漸向民用領(lǐng)域滲透，目前已擴(kuò)展到整個:業(yè)民用的多種領(lǐng)

28、域。隨著應(yīng)用研究的不 斷深入，特別是在民用方面仍將繼續(xù)拓寬應(yīng)用領(lǐng)域，擴(kuò)大使用曳。國外偵測碳纖維除r在航空航天以及 體育用品進(jìn)一步應(yīng)用外，近年內(nèi)包括土木建筑、交通運(yùn)輸、汽車、能源等領(lǐng)域?qū)笠?guī)模采用:業(yè)級碳纖 維。由此可見，當(dāng)前世界碳纖維有如下發(fā)展趨勢：產(chǎn)品性能趨向于高性能化：價格將大幅度降 低：航天航空和文體用品領(lǐng)域用量穩(wěn)定增加，民用工業(yè)用品增幅較大，已超過前兩者。特別是腐者大絲束 碳纖維的大規(guī)模生產(chǎn)，其價格將不斷降低，民用工業(yè)用品將繼續(xù)保持大幅度增加的趨勢。國內(nèi)碳纖維的發(fā)展趨勢盡管我國碳纖維生產(chǎn)發(fā)展緩慢，但消贄量卻與日俱增，市場需求旺盛，主要集中在文體用品 和航空航天方面，一般產(chǎn)業(yè)需求增長也

29、比較迅速。近年來，隨著市場需求的增加，特別是國防、軍工、 航天航空、體育用品方面的需求增加，每年主要依匏從國外進(jìn)口碳纖維以滿足要求，據(jù)統(tǒng)計1996-2002年 國內(nèi)碳纖維消費(fèi)年均增長率超過20缸 目前國內(nèi)的市場需求量約為2500a,主要依靠進(jìn)口。國內(nèi)碳纖維 主要應(yīng)用領(lǐng)域見表3.1表3.1 國內(nèi)碳纖維主要應(yīng)用領(lǐng)域類別應(yīng)用領(lǐng)域成熟市場航空、航天及國防領(lǐng)域：飛機(jī)、衛(wèi)星、火箭、導(dǎo)彈、宙達(dá)等體育休閑品：高爾夫球、漁具、網(wǎng)球拍、羽毛球拍、箭桿、自行車、賽艇等新興市場碳纖維基增強(qiáng)匚程塑料、壓力容器、建筑補(bǔ)強(qiáng)、風(fēng) 力發(fā)電葉片、摩擦材料、深海油0的鉆進(jìn)平臺等待開發(fā)市場汽車零部件、醫(yī)療機(jī)械等通過對國內(nèi)市場需求進(jìn)行

30、廣泛深入的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，近幾年體育和休閑用品及壓力容器等領(lǐng)域?qū)?碳纖維的年需求量迅速增長，從我國航空航天技術(shù)的發(fā)展來看，也急需高性能碳纖維及其豆合材料。綜上所述,國內(nèi)PAN基碳纖維材料加匚業(yè)已初具規(guī)模，有一定的技術(shù)基礎(chǔ)和市場開發(fā)能力， 市場需求比較旺盛，但碳纖維的生產(chǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市場需求，需大量進(jìn)口。此外，考慮到我國碳纖維的應(yīng) 用還在不斷發(fā)展，許多用途還有待開發(fā)，如碳纖維在工程修補(bǔ)增強(qiáng)方面、飛機(jī)和汽車剎東片、汽車和其他 機(jī)械零部件的應(yīng)用以及電子設(shè)備套殼、集裝箱、醫(yī)療器械、深?？碧胶托履茉吹拈_發(fā)等方面都將是我國碳 纖維未來的潛在消費(fèi)市場，對磔纖維的需求量將更大。因此，未來我國碳纖維的市場需求前景廣闊

31、，潛力 極大。3碳纖維未來需求未來幾年碳纖維產(chǎn)能提高，市場需求增加I。專家們認(rèn)為，未來全球碳纖維行業(yè)將加快發(fā)展，碳 纖維生產(chǎn)將加大力度，不少生產(chǎn)線會上馬，碳纖維的生產(chǎn)能力將以空前的速度增長。會議副主席、業(yè)內(nèi)資 深專家安東尼羅伯茨（AnthonyRoberts）的發(fā)言尤其引人注目。他說，全球小絲束纖維的實(shí)際生產(chǎn)能力為 名義生產(chǎn)能力的50%65斬估計當(dāng)今這一比例為65%,實(shí)際生產(chǎn)能力是24500噸：到2014年，會增加到 40000噸。由于新的生產(chǎn)線上馬，更專注于生產(chǎn)單.一的產(chǎn)品，生產(chǎn)效率會更高，實(shí)際生產(chǎn)能力會進(jìn)一步提 高,可能達(dá)到45500噸左右。羅伯茨還說,目前全球大絲束纖維實(shí)際生產(chǎn)能力為14

32、500噸,到2014年, 會增長到30000噸左右。2014年，這兩種纖維的名義生產(chǎn)能力達(dá)9年50噸，比1998年增長7倍。（見表 3. 1）表3.1全球碳纖維生產(chǎn)能力預(yù)測（冷位：噸）2008 年2009 年2010 年2011 年2012 年2013 年2014 年小絲束纖維宣布的 產(chǎn)能42950498505620059200592005970060700小絲束纖維實(shí)際產(chǎn) 能27958363904215044400444754515045525大絲束纖維宣布的 產(chǎn)能20500237502575025750317503225032750大絲束纖維實(shí)際產(chǎn) 能1886021850208502369

33、0292102967010130宣布的總產(chǎn)能63450736007995084200914509245093450實(shí)際產(chǎn)能力46818582406400068090736857482075655上述數(shù)字包括新組建公司的產(chǎn)品數(shù)量，如中國、加拿大、印度和沙特阿拉伯的一些新成立公司 的產(chǎn)品數(shù)量。羅伯茨說，這些實(shí)體可能會增加他們的生產(chǎn)量，其他供應(yīng)商也有可能浮出水而。需要說明的是，對于碳纖維，人們所宣布的產(chǎn)能通常是以標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品類型為基礎(chǔ)進(jìn)行計算的。但 是，除了具有標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度和模量的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品之外，還有很多其他的根據(jù)技術(shù)特性而定的等級產(chǎn)品，纖維的粗 度也不盡相同，按照產(chǎn)品類型和纖維粗度來劃分，其產(chǎn)能是不同的。在

34、生產(chǎn)多種產(chǎn)品的時候，換產(chǎn)會很浪 費(fèi)時間。因此，實(shí)際的產(chǎn)能通常會低于宣布的產(chǎn)能。羅伯茨廣泛研究了碳纖維生產(chǎn)問題，包括聚丙烯脂（PAN）的前體供應(yīng)，小絲束纖維，大絲束纖 維等，然后得到/一組數(shù)據(jù)。羅伯茨對現(xiàn)有的和宣布的碳纖維生產(chǎn)計劃、終端市場生產(chǎn)趨勢加以分析。如 果他的預(yù)期屬實(shí)，那么未來7年碳纖維生產(chǎn)擴(kuò)張將滿足需求。他的數(shù)字涵蓋風(fēng)力發(fā)電、汽車、航空航天、 壓力容器、海洋、體育設(shè)備等。不過，破纖維的主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)楹娇铡?：業(yè)和體育行業(yè)。羅伯茨對這些行 業(yè)碳纖維需求的預(yù)測是樂觀的（見表3. 2） o表3.2全球碳纖維需求偵測（單位：噸）2008 年2009 年2010 年2011 年2012 年201

35、3 年2014 年航空725091201070011375122301287013580工業(yè)21275242552727030690312503840542445體育7025748579708085868090159400合計35490408604594050350551606029065425據(jù)愛爾蘭都柏林消息，有研究報告2004-2010年全球碳纖維市場增長機(jī)會稱，預(yù)計2010 年全球碳纖維市場將增至9億美元，碳纖維加強(qiáng)更合材料部件市場將增至99億美元：預(yù)計到2010年碳纖 維的總需求量將達(dá)到32000噸。顯然，羅伯茨的預(yù)測比該研究報告樂觀。體育用品使川碳纖維絕對數(shù)量仍 在增加根據(jù)美國體育

36、用品制造商協(xié)會的最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)，美國市場體育用品設(shè)備銷售在2006年總額約250 億美元，這還不包括鞋子、機(jī)動乍輛和舉重器材。大量使用碳纖維夏合材料的產(chǎn)品是高爾夫球槽、球拍、 雪倭、滑雪板、曲棍球棒、釣魚竿和自行車。生產(chǎn)上述7種產(chǎn)品，制造商在2006年的更合產(chǎn)品消費(fèi)量估 計為6710噸左右。按此計算,20為年體育用品制造業(yè)所用的碳纖維占全球消費(fèi)量的24%左右。但是,同 過去相比，體育用品的碳纖維使用雖占全球使用量的比例在逐漸降低，2001年體育用品碳纖維用量占了大 約3居。不過，體育用品使用碳纖維的絕對數(shù)仍在增加，在未來幾年內(nèi)，每年的增長預(yù)計平均為4.3%,到 2009年或2010年，使用量將有

37、可能超過唱片業(yè)的水平4總結(jié)碳纖維屬高新技術(shù)、高附加值產(chǎn)品，具有其他材料不可比擬的優(yōu)異性能，具有廣泛的用途和 良好的發(fā)展前景。隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，碳纖維的市場需求與日俱增，發(fā)展我國的碳纖維業(yè)具 有重大的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的歷史意義。因此，針對當(dāng)前現(xiàn)狀，必須加快我國碳纖維發(fā)展進(jìn)程C1)制訂我國碳纖維發(fā)展的總體規(guī)劃，考慮國內(nèi)研制與國外引進(jìn)相結(jié)合。碳纖維是一種可以形 成龐大產(chǎn)業(yè)帶的基礎(chǔ)產(chǎn)品，并隨其成本的降低而在金屬、陶瓷、玻纖等材料的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)川。 同時伙I其高科技含量，又可在一定時期形成相對壟斷產(chǎn)品C因此，碳纖維及其豆合材料的開發(fā)，可為企業(yè) 帶來長期、穩(wěn)定的投資收益，是大企業(yè)較好的投

38、資方向。2)開發(fā)低成木碳纖維技術(shù)，特別是采用一般紡織用PAN原絲生產(chǎn)工業(yè)級碳纖維和開發(fā)大絲束 碳纖維小。碳纖維的價格是限制其推廣應(yīng)用的制約因素，降低碳纖維價格的關(guān)鍵是采用一股紡織用PAN原 絲生產(chǎn)工業(yè)級碳纖維和大絲束碳纖維，我國必須突破這些關(guān)健技術(shù)1113 o3)解決碳纖維生產(chǎn)廠家小而散的問題，以提高競爭力。像日本3家碳纖維公司的總產(chǎn)能占世 界的75 %,而我國十幾個廠家，每家最多100 t / a級，這樣無法與國外競爭。參考文獻(xiàn)： 1施肖旭,用, 2趙稼祥. 趙稼祥, 4孫凱英,4)研究擴(kuò)大碳纖維的應(yīng)用范圍，開發(fā)宇航級(小與一股1：業(yè)級的碳纖維和發(fā)展以T700為基礎(chǔ) 的軍用碳纖維系列。碳纖維要降低價格必須擴(kuò)大用量:，必須擴(kuò)大碳纖維的應(yīng)用范圍。軍用高性能碳纖維 的用量單竟是有限的，必須開發(fā)新的應(yīng)用范圍，包括交通運(yùn)輸、汽不、能源和土木建筑等領(lǐng)域,劉紅