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一、碳纖維介紹 2、碳纖維的物理性能 由于碳纖維具有出色的力學性能和化學穩(wěn)定性，是目前已大量生產(chǎn)的高性能纖維中具有最高的比強度和最高的比模量的纖維，特別是在2000℃以上的高溫惰性環(huán)境中，碳材料是唯一強度不下降的物質(zhì)，是其它主要結(jié)構(gòu)材料(金屬及其合金)所無法比擬的。此外，碳纖維還兼有其它多種優(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、電及熱導性高、熱膨脹系數(shù)低、X光穿透性高，非磁體但有電磁屏蔽性等。 3、碳纖維技術(shù)進展及發(fā)展趨勢 3.1 技術(shù)進展 PAN基碳纖維向兩個方面發(fā)展：一是提高，二是普及。提高是指小絲束碳纖維(1～24K)的質(zhì)量提高，普及是指大絲束碳纖維(48~540K)的產(chǎn)量大幅度增加，價格日趨下降。 隨著航空航天飛行器各項性能的不斷提高，對結(jié)構(gòu)件用材料的性能要求也越來越高。國外碳纖維主要生產(chǎn)商都在積極地開發(fā)超高強度、超高模量的碳纖維。日本東麗公司已開發(fā)出高強型T1000系列碳纖維，其抗拉模量為295 GPa，拉伸強度達7.05 GPa，而高強高模MSJ型抗拉模量達640 GPa，抗拉強度為3.62 GPa。 今后日本先進復合材料的發(fā)展方向是：在增強材料方面，進一步提高碳纖維的強度和模量，降低成本；在樹脂基體方面，主要提高樹脂的沖擊后壓縮強度和耐濕熱性；在復合材料成型技術(shù)方面，進一步實現(xiàn)整體成型技術(shù)，固化監(jiān)控、自動化技術(shù)及三維復合材料技術(shù)，同時提高復合材料性能和降低制造成本。 總的來講，制備碳纖維的新技術(shù)可歸納為三大方面： (1) 研究發(fā)展廉價原絲。在高性能碳纖維成本中原絲所占比例約為40-60%，國外從兩方面降低原絲的成本，一是試探采用聚丙烯腈外的其它材料作為制備高性能碳纖維的原絲，包括低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和聚丙烯等其它聚烯類高分子材料以及木質(zhì)素等；二是改進現(xiàn)有工藝聚丙烯腈原絲的技術(shù)，達到降低成本的目的，包括采用紡織用的聚丙烯腈、化學改性、輻照穩(wěn)定化處理等。 (2) 研究發(fā)展新的預氧化技術(shù)。預氧化工序在高性能碳纖維成本中所占的比例約為15-20%，而且預氧化工序的時間也比較長。縮短生產(chǎn)周期，降低成本有重大現(xiàn)實意義。目前在預氧化方面的新思路是采用等離子技術(shù)。 (3) 研究發(fā)展新的碳化和石墨化技術(shù)。碳化和石墨化是制備高性能碳纖維的關(guān)鍵工序，在成本中所占比例約為25-30%，對產(chǎn)品的最終性能影響極大。在碳化和石墨化方面的新思路是采用微波技術(shù)。 3.2 最新碳纖維技術(shù)動向 PAN基碳纖維技術(shù)開發(fā)新方向包括：碳纖維性能的提高；基體樹脂技術(shù)；成型技術(shù)三個方面。 (1) 碳纖維性能的提高 為了適應用途方面的性能提高，謀求強度、彈性模量及成本的平衡： PAN基碳纖維的抗壓縮強度提高—通過把硼離子在高電壓下進行加速照射，使結(jié)晶結(jié)構(gòu)微細化，抗壓縮強度可提高1.3-2.0倍；高彈性模量化—PAN基碳纖維彈性模量達到690 GPa，抗拉強度達到3.4 GPa；碳纖維的界面控制—為了提高耐沖擊性，使碳纖維和基體樹脂的粘接平衡，對碳纖維界面進行表面處理；碳纖維價格降低。 內(nèi)容來自中機院機電市場研究所 (2) 基體樹脂技術(shù) 低溫固化的耐熱性樹脂；熱熔融樹脂；不燃樹脂；碳納米纖維配合碳纖維樹脂預浸料，提高層間抗剝離強度和耐壓縮強度。 (3) 成型技術(shù) 努力開發(fā)成型的高速化、低價格化、適應批量生產(chǎn)的成型技術(shù)及中間體材料。這些技術(shù)包括： 高速成型技術(shù)：樹脂灌注成型、樹脂膜灌注成型(RFI)、RTM成型、擠拉成型、高速纏繞(FW)成型、SMC/BMC成型等技術(shù)并進行積累。 帶有數(shù)字控制(NC)的自動鋪層法：在航空飛機部件的高壓釜成型中，為了優(yōu)先使曲面形預浸料鋪層合理化和高速化，引入了帶NC的自動鋪層機。 全自動纖維分布：復合材料的成型材料(窄幅預浸料)被開發(fā)出自動鋪層的先進裝置。 非加熱成型技術(shù)：由于電子射線和光固化為非加熱成型技術(shù)，是低成本、高性能的大型結(jié)構(gòu)復合材料的制造方法。 RTM成型技術(shù)的進化：把批量生產(chǎn)、低壓、低溫、強化纖維體積分數(shù)、方向、位置設(shè)定自由等特征為研發(fā)的意向。另外，因為補強材料、夾層芯材和嵌件一體成型的可行性，使船身等大型構(gòu)件的成型成為可能。 ACM熱成型體系：由連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂基體的ACM片材的成型法。 3.3 發(fā)展趨勢 當今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；低成本化，價格將從2006年約40美元/公斤大幅度降低；航天航空和文體用品領(lǐng)域用量穩(wěn)定增加，民用工業(yè)用量增幅較大，已超過前兩者。特別是隨著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)用量將繼續(xù)保持大幅度增加的趨勢。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。按應用領(lǐng)域劃分，世界聚丙烯腈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，其總體消費比例分別為25.2%，31.4%，43.4%，不同地區(qū)各有側(cè)重。 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、冰雪運動器材、水上運動器材等方面，需求量穩(wěn)步、較快增長。其中高爾夫球桿、網(wǎng)球拍和釣魚竿是體育用品用碳纖維復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)對碳纖維材料的應用發(fā)展比較迅速，包括基礎(chǔ)設(shè)施的修復、更新和加固；新能源開發(fā)如沿海油氣田、深海油田的鉆井平臺、管道和纜繩等，以及風力發(fā)電機的螺旋槳和風葉；汽車的剎車系統(tǒng)、轉(zhuǎn)動軸、車身以及環(huán)保汽車用的壓縮天然氣氣瓶；電子領(lǐng)域的應用主要有通信、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用領(lǐng)域。 二、世界碳纖維供需分析 表1 2005-2008年世界碳纖維總生產(chǎn)能力統(tǒng)計及預測 (t/a) 從2008年開始全球碳纖維行業(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。資深金融專家安東尼?羅伯茨(AnthonyRoberts)表示，全球小絲束碳纖維的實際生產(chǎn)能力為名義生產(chǎn)能力的50%～65%，估計當今這一比例為65%，實際生產(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，實際生產(chǎn)能力會進一步提高，可能達到45500 噸左右。他還表示，目前全球大絲束碳纖維實際生產(chǎn)能力為14500 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93450 噸，比1998 年增長7 倍。 內(nèi)容來自中機院機電市場研究所 表2 全球碳纖維生產(chǎn)能力預測 (噸) 2.2 世界碳纖維消費狀況及結(jié)構(gòu) 表3 日本東邦tenax對世界碳纖維總用量的統(tǒng)計 (按用途) (t/a) 表4 2002年國外PAN基碳纖維的消費結(jié)構(gòu) % 2.3 世界碳纖維需求分析 圖1 碳纖維需求量 圖2 世界碳纖維供需對比 根據(jù)2004年東麗集團法國Soficar公司報告對21世紀前十年世界碳纖維需求統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，碳纖維需求量呈逐年增長趨勢。 表5 全球碳纖維需求預測 (噸) 預計2010年全球碳纖維市場將增至9 億美元，碳纖維加強復合材料部件市場將增至99 億美元；預計到2010年碳纖維的總需求量將達到32000 噸。顯然，羅伯茨的預測比該研究報告樂觀。
2.4 碳纖維生產(chǎn)分析 日本是全球最大的碳纖維生產(chǎn)國，2002年日本東麗(Toray)公司碳纖維生產(chǎn)能力達7300噸/年，東邦公司(TohoTenax)擁有5600噸/年的生產(chǎn)能力，三菱人造絲(Rayon)有4700噸的年產(chǎn)量，這3家公司碳纖維的總銷售份額約占全球小絲束市場的75%。美國碳纖維總產(chǎn)量居于世界第二(以大絲束為主)，年產(chǎn)量超過1萬噸，主要制造商有卓爾塔克(ZOLTEK)、阿克蘇(AKZO)、阿爾迪力(ALDILA)等公司。在聚丙烯腈基大絲束碳纖維的生產(chǎn)方面，世界總生產(chǎn)能力為8400 t/a，福塔菲爾(Fort-afil)、卓爾泰克(Zohek)、阿爾迪拉(Aldila)、愛斯奇愛爾(SGL)等四家公司壟斷了世界聚丙烯腈基大絲束碳纖維的生產(chǎn)。其中福塔菲爾公司為3500 t/a，占世界聚丙烯腈基大絲束碳纖維總生產(chǎn)能力的41.7%，居世界的首位。在24K以上大絲束CF的產(chǎn)能中，美國占66%，歐洲占34%。 三、中國碳纖維行業(yè)分析 1、中國PAN基碳纖維生產(chǎn)現(xiàn)狀及趨勢 1.1 中國PAN基碳纖維生產(chǎn)狀況 “十五”期間，國家已批準在安徽蚌埠建立年產(chǎn)500噸PAN原絲和年產(chǎn)200噸/年P(guān)AN基碳纖維(T300)生產(chǎn)線，總投資過億元，華皖碳纖維公司二期建設(shè)規(guī)模將使碳纖維產(chǎn)量翻一番達到400 t/a，使我國碳纖維工業(yè)進入了產(chǎn)業(yè)化。目前該項目一期工程正在進行設(shè)備安裝，將于2005年初建成投產(chǎn)。隨后，一些廠家相繼加入碳纖維生產(chǎn)行列。還有揚州匯通碳纖維公司采用國產(chǎn)技術(shù)新建100噸原絲、40噸T-300 PAN碳纖維，山東威海光威集團在目前的基礎(chǔ)上計劃新建2500噸原絲、1000噸碳纖維生產(chǎn)線，還有山東天泰碳纖維有限責任公司作為國家計委示范工程，引進全套國外先進碳纖維生產(chǎn)設(shè)備，自動化程度較高，年產(chǎn)可達400噸，產(chǎn)品以12K的T300級碳纖維為主。依據(jù)中石化吉化研究院的信息，2006年我國主要PAN基碳纖維生產(chǎn)廠家約12家(5～800噸/年)，合計產(chǎn)能約1310 t/年，產(chǎn)品規(guī)格為1K、3K、6K、12K，但設(shè)備運轉(zhuǎn)率很低，國內(nèi)實際總產(chǎn)量只有40余噸/年(1K～12K)，而且產(chǎn)品質(zhì)量不太穩(wěn)定，大多數(shù)達不到T300水平。最大生產(chǎn)企業(yè)為吉化公司，生產(chǎn)能力100 t/a；現(xiàn)有裝置生產(chǎn)總能力號稱300 t/a，實際年產(chǎn)量不足100 t。可喜的是從2000年開始我國碳纖維向技術(shù)多元化發(fā)展，放棄了原來的硝酸法原絲制造技術(shù)，采用以二甲基亞砜為溶劑的一步法濕法紡絲技術(shù)獲得成功。目前利用自主技術(shù)研制的國產(chǎn)T300、T700碳纖維產(chǎn)品已經(jīng)達到國際同類產(chǎn)品水平。大連興科碳纖維有限公司2003年形成年產(chǎn)800 t 碳纖維的生產(chǎn)能力。這標志著我國碳纖維生產(chǎn)開始實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和國產(chǎn)化，已可以替代同類進口產(chǎn)品。興科公司擁有的年產(chǎn)量800 t 的生產(chǎn)能力，已是當年我國最大的碳纖維生產(chǎn)企業(yè)，產(chǎn)品各項技術(shù)指標已達到國外同類產(chǎn)品( T300) 先進水平。隨著全球CF市場及需求量的普遍看漲，國內(nèi)還有十幾家在建或擬建的CF項目，產(chǎn)能在1400～1600 t/年左右。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前擬建和在建的碳纖維生產(chǎn)企業(yè)有11家，合計生產(chǎn)能力為原絲7100噸/年、碳纖維1560噸/年，其中在建企業(yè)為4家，合計生產(chǎn)能力為原絲1100噸/年、碳纖維470噸/年。目前從事碳纖維行業(yè)的規(guī)模公司主要有華皖碳纖維公司、山西恒天紡織公司，現(xiàn)國內(nèi)原絲生產(chǎn)規(guī)模約875噸/年，碳纖維生產(chǎn)規(guī)模約410噸/年。 copyright 中機院機電市場研究所 隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，碳纖維需求與日俱增，雖然國際上一些公司開始向我國出售T300級原絲，但數(shù)量有限而且價格昂貴，極大地制約我國碳纖維及其復合材料在國防建設(shè)中高科技技術(shù)的應用。因此，自主研制生產(chǎn)高性能、高質(zhì)量的PAN基碳纖維，以滿足軍工和民用產(chǎn)品的需求，是我國碳纖維工業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展亟待解決的問題。目前，碳纖維已被列為國家產(chǎn)業(yè)化纖行業(yè)重點扶植的新產(chǎn)品，國內(nèi)已有多家企業(yè)擬建或正在建設(shè)碳纖維生產(chǎn)裝置，具體情況見表3-2。2006年安徽華皖集團的PAN基碳纖維項目的建成投產(chǎn)，填補了我國PAN基碳纖維工業(yè)化生產(chǎn)的空白。 1.2 中國碳纖維行業(yè)發(fā)展趨勢 盡管我國碳纖維生產(chǎn)發(fā)展緩慢，但消費量卻與日俱增，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，每年主要依靠從國外進口碳纖維以滿足要求，據(jù)統(tǒng)計1996-2002年國內(nèi)碳纖維消費年均增長率超過20%，2007年國內(nèi)的市場需求量約為3500 t/a，主要依靠進口。國內(nèi)碳纖維主要應用領(lǐng)域見表3-3。 內(nèi)容來自中機院機電市場研究所 表6 國內(nèi)碳纖維主要應用領(lǐng)域 綜上所述，中國位于歐洲、美國和日本之外的其它國家之列，國內(nèi)PAN基碳纖維的消耗量遠大于生產(chǎn)量，碳纖維的生產(chǎn)遠遠不能滿足市場需求，需大量進口。通過對國內(nèi)市場需求進行廣泛深入的調(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)μ祭w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復合材料。國內(nèi)碳纖維生產(chǎn)消耗狀況與國際預測的情形基本一致。此外，考慮到我國碳纖維的應用還在不斷發(fā)展，許多用途還有待開發(fā)，如碳纖維在工程修補增強方面、飛機和汽車剎車片、汽車和其他機械零部件的應用以及電子設(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市場，對碳纖維的需求量將更大。因此，必須加快我國碳纖維制備技術(shù)的開發(fā)和規(guī)?；I(yè)化生產(chǎn)的步伐，以緩解我國國防和工業(yè)對碳纖維需求緊缺和依靠進口的現(xiàn)狀。 內(nèi)容來自中機院機電市場研究所 (2) 大部分國產(chǎn)碳纖維未經(jīng)過表面處理，制成復合材料層間剪切強度偏低。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復合材料增強體，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，遠比國外進口的價格要高。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本的粗略統(tǒng)計，原絲費用約占碳纖維成本的25 %，而車間費用約占碳纖維成本的44 %。 (4) 品種單一、規(guī)格單一，碳纖維來源大部分依賴于進口。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。除了供結(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于T 300的一個品種。 (5) PAN基碳纖維質(zhì)量低。國產(chǎn)PAN基碳纖維性能指標僅能達到或接近T300的水平，而國外T300以逐漸為強度高達4900MPa、模量高達320 GPa的T700所取代，還發(fā)展了高強高模量的M-J系列碳纖維產(chǎn)品。 1.4 對我國碳纖維發(fā)展的建議 (1) 提高PAN原絲質(zhì)量 PAN原絲不僅影響碳纖維的質(zhì)量，而且影響其產(chǎn)量和生產(chǎn)成本。如原絲質(zhì)量低劣、彼此性能差異較大，在生產(chǎn)過程中易產(chǎn)生毛絲纏結(jié)，甚至發(fā)生斷絲。對于質(zhì)量好的PAN原絲，用2.2 kg左右的原絲可生產(chǎn)出1 kg碳纖維；而質(zhì)量差的原絲，則需2.5 kg，這必然加大生產(chǎn)成本。 內(nèi)容來自中機院機電市場研究所 (2) 研制高純度原絲 國產(chǎn)PAN原絲和碳纖維中所含堿、堿土金屬和鐵的含量比國外大得多，它們的存在不僅影響聚合和紡絲的穩(wěn)定性，而且在高溫碳化過程中逸走而殘留下孔隙，所以聚合所用原料要純，紡絲空間應潔凈化，設(shè)備應耐腐蝕。 (3) 擴大生產(chǎn)線規(guī)模 除PAN原絲質(zhì)量外，擴大生產(chǎn)規(guī)模也是降低成本的有效途徑。我國至今沒有一條百噸級碳纖維生產(chǎn)線，而且國內(nèi)目前還沒有正式的大絲束PAN原絲生產(chǎn)廠家，也就沒有大絲束碳纖維生產(chǎn)裝置與技術(shù)。 (4) 增強拉伸強度 碳纖維的拉伸強度等性能受控于各類缺陷，要提高碳纖維的拉伸強度等性能就是采取技術(shù)措施減少缺陷數(shù)目、減小缺陷尺寸。從碳纖維的缺陷產(chǎn)生大致可分為兩類：一是先天性缺陷，由PAN原絲“遺傳”給碳纖維；二是后天性缺陷，在預氧化、碳化等一系列后處理過程中產(chǎn)生。從缺陷所處的位置分為表面缺陷和內(nèi)部缺陷，表面缺陷占總?cè)毕輸?shù)的90%左右，對拉伸強度的影響要比內(nèi)部缺陷大得多。控制缺陷是提高碳纖維拉伸強度的主要途徑之一。 3.2 中國碳纖維生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)及應用 我國從事碳纖維生產(chǎn)技術(shù)研究的單位主要有中科院山西煤化所、上海合纖所、北京化工大學、山東工業(yè)大學、東華大學、安徽大學、浙江大學、長春工業(yè)大學等。國家863項目帶動了國產(chǎn)碳纖維產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，在PAN基碳纖維原絲技術(shù)上，進行了重點攻關(guān)，國內(nèi)目前大多采用的技術(shù)是以DMSO為溶劑的間歇式溶液聚合、濕法(或干濕法)紡絲，產(chǎn)品以1K、3K為主，生產(chǎn)的原絲經(jīng)氧化、碳化后強度、模量可以達到日本T300的水平，但是在纖維指標的離散性上差距還很大，特別是在12K纖維方面還沒有產(chǎn)業(yè)化批量生產(chǎn)的裝置。完全成熟的成套千噸/年(12K計)T300碳纖維的12K原絲、碳纖維生產(chǎn)技術(shù)國內(nèi)目前尚不具備。國內(nèi)在預氧化碳化工藝技術(shù)、工藝保障性控制方法、關(guān)鍵技術(shù)與裝備方面亟待完善。 copyright 中機院機電市場研究所 高性能原絲制備技術(shù)的開發(fā)可徹底改變我國碳纖維制備技術(shù)落后的不利局面，中科院長春應化所2002年初承擔了吉林省科技發(fā)展計劃重大項目—高性能T700聚丙烯腈碳纖維原絲的研制，經(jīng)過3年多的努力取得突破性進展：制得的聚丙烯腈共聚物結(jié)構(gòu)新穎，已申報中國發(fā)明專利2項；確立了高性能碳纖維溶液的制備方法，且擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，可獲得以開發(fā)T700碳纖維原絲為目標的專業(yè)紡絲溶液；應用的干噴-濕紡技術(shù)和高溫蒸汽牽伸技術(shù)適合于高強度碳纖維原絲的制備，可用于指導規(guī)?；a(chǎn)。 T300碳纖維及原絲實現(xiàn)自主生產(chǎn)：吉林石化公司和長春工業(yè)大學共同承擔吉林省重點高科技攻關(guān)項目“T300碳纖維及原絲的穩(wěn)定生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)”研究任務，采用連續(xù)溶液聚合加一步濕法紡絲技術(shù)，不斷優(yōu)化工藝條件，獲得圓形截面而且結(jié)構(gòu)致密的PAN原絲產(chǎn)品，并在碳纖維的截面形態(tài)控制上取得了關(guān)鍵性技術(shù)創(chuàng)新。該技術(shù)已在吉林石化公司實現(xiàn)了PAN原絲的小規(guī)模連續(xù)穩(wěn)定性生產(chǎn)。 東華大學先后攻克了原絲關(guān)、工藝關(guān)、強度關(guān)、排廢關(guān)，在原絲質(zhì)量指標確定、稀緯帶碳化技術(shù)，在有機和無機混合型催化體系、連續(xù)純化工藝、空氣介質(zhì)低溫熱處理和兩段排焦等工藝技術(shù)和裝置方面取得了一系列原創(chuàng)性成果，成功研制出性能穩(wěn)定，質(zhì)量合格的航天級高純粘膠基碳纖維。該纖維具有高強度、低密度、高斷裂應變、低熱導率和耐燒蝕等優(yōu)良特性，是特種防熱層材料，廣泛用于導彈防熱層材料。 中機院機電市場研究所 山東大學碳纖維工程技術(shù)研究中心承擔的碳纖維增強橡膠復合材料及其應用研究和碳纖維復合發(fā)熱體開發(fā)及其應用項目取得新進展。該碳纖維增強橡膠復合材料已在管材、耐磨襯輪和特殊密封件等領(lǐng)域推廣應用。該新型加熱體具有優(yōu)良的熱輻射性能和電熱轉(zhuǎn)換性能，電熱元件壽命長，節(jié)能效果顯著。 上海紡織科學院研制的碳纖維加固補強織物具有高強高效、耐久耐腐、質(zhì)量輕等特點，可用于梁、柱、板、墻等補強，也可用于橋梁、隧道水壩等其他土木工程的加固。 江蘇遠東集團和美國一家高科技公司聯(lián)合開發(fā)的新型碳纖維復合芯導線具有質(zhì)量輕、強度大、耐高溫、耐腐蝕、線損低、弛度小、與環(huán)境親和等優(yōu)點，可提高傳輸容量1倍，減少20%桿塔數(shù)，減少有色金屬消耗，降低傳輸損耗。 3.3 我國碳纖維行業(yè)未來走向 1、碳纖維制備技術(shù)方面 在技術(shù)方面，制約我國碳纖維發(fā)展的主要原因是PAN原絲質(zhì)量不過關(guān)，還有生產(chǎn)技術(shù)及設(shè)備等問題導致碳纖維產(chǎn)品收率低下，生產(chǎn)成本較高。根據(jù)我國碳纖維工業(yè)現(xiàn)狀，首先要提高原絲質(zhì)量，研制高純原絲，同時加強預氧化、碳化、石墨化設(shè)備及表面處理工程技術(shù)研究開發(fā)，盡快實現(xiàn)規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)。 2、碳纖維應用方面 中機院機電市場研究所 (1) 航天航空領(lǐng)域 近年來，我國航空航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，特別是2007年我國全面啟動和實施的大飛機重大專項整體配套項目，預計2020年國內(nèi)航線需新增干線大型飛機1600架，價值約1500億～1800億美元；到2050年將更新干線大型飛機3000架，總價值約3500億～4000億美元。2007年，中航公司預測：未來10年內(nèi)，國內(nèi)支線客機還有900架的市場。大型民用飛機國產(chǎn)化需要大量的碳纖維增強復合材料(CFRP)，這給我國碳纖維及其增強材料的發(fā)展提供了機遇。 (2) 光伏產(chǎn)業(yè)熱場材料 近年來，由于能源危機的陰影日益增大，資源性礦產(chǎn)價格日益上揚，因此世界各國均在探索新的清潔能源的開發(fā)。在這樣的大背景下，光伏產(chǎn)業(yè)得以迅猛發(fā)展。自1990年以來，世界總的光伏模塊的產(chǎn)量增長了50倍。中國國內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)2000年開始起步，經(jīng)過近年來的幾何極數(shù)的增長，迅速在世界光伏產(chǎn)業(yè)市場上占據(jù)了重要地位。 高純硅是太陽能光伏產(chǎn)業(yè)和信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)材料。生產(chǎn)高純硅的反應爐、氫化爐、多晶硅澆鑄爐、單晶硅生長爐等要使用大量的高純、高性能熱場材料。碳纖維增強碳基體復合材料坩堝與石墨坩堝相比具有更優(yōu)異的性能(如表3-12)，其壽命為石墨坩堝的10倍左右，而其價格僅為石墨坩堝的6-8倍左右。因此。它可以作為石墨坩堝的良好替代品，應用于多晶硅生產(chǎn)設(shè)備中。 內(nèi)容來自中機院機電市場研究所 (3) 風能發(fā)電與葉片材料 中國的風能總儲量估計為1.6×109千瓦，列世界第三位，有廣闊的開發(fā)前景。我國聯(lián)網(wǎng)型風力發(fā)電在上世紀80年代初開始起步，到2000年底已經(jīng)安裝了344兆瓦。早在1989年廣東省南澳島就立足當?shù)刭Y源優(yōu)勢，著手建設(shè)風力發(fā)電場，先后從瑞典、丹麥、美國等國家引進風力發(fā)電機，使主島風力發(fā)電機達135臺，總裝機容量達53.540兆瓦，年可發(fā)電1.4億千瓦?h，成為亞洲沿海最大的風力發(fā)電場和世界開發(fā)風能資源的重點示范區(qū)域。風力發(fā)電場分期投產(chǎn)11年來，累計發(fā)電近3億千瓦?時，創(chuàng)產(chǎn)值1.9億元。近年來，我國風電產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)加速增長的態(tài)勢。2004年以來的3年增長率分別達到34.7%、65.7%和90.9%，2006年我國風電總裝機容量達到2.6 GW。到“十一五”期末，全國風能總裝機容量將達到5 GW，實際容量達到10-12 GW，目標到2020年全國將達到20 GW的風電裝機容量。因此，中國在未來是風力發(fā)電碳纖維復合材料葉片的巨大市場。2005年2月我國制定的《可再生能源法》做出了 2010年風能不少于400萬千瓦的規(guī)劃，預計到2010年，葉片國內(nèi)市場總量可達約60億元人民幣。2005年11月，我國發(fā)改委將2020年風能裝機總量的規(guī)劃由不少于2,000萬千瓦提高到不少于3,000萬千瓦，以千瓦造價8,000人民幣計算，我國未來十五年將有2,400億的風能市場；風電產(chǎn)業(yè)在我國進入新的大發(fā)展時期。 中機院機電市場研究所 (4) 汽車工業(yè) 近年來，我國汽車工業(yè)發(fā)展迅速，從2000年到2010年全國汽車保有量將增加1倍。這樣，汽車用纖維的需求也將大大地增加(見表3-14)。碳纖維復合材料作為一種先進的輕質(zhì)高強材料，正好迎合了未來汽車輕量化發(fā)展方向的要求。 內(nèi)容來自中機院機電市場研究所 |
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