全球碳纤维应用领域、供需情况2

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1、全球碳纤维产需以及应用领域分析2009-10-13（顾超英）一、前言碳纤维是由有机母体纤维(粘胶丝、聚丙烯睛或沥青等)采用高温分解法在1000-3000°C高温的惰性气体下碳化制成的，具有强度大、模量高、密度低、线膨胀系数小等特点，是一种力学性能优异的材料。特别是聚丙烯腊(PAN)基碳纤维，其性能优越，更适合规模化生产，是当今碳纤维的主流，成为了军民两用的主导材料，广泛应用于国防、航空航天、高档民用产品。其实，碳纤维主要是山碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90%以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐

2、磨擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向界性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴向表现出很高的强度。碳纤维是由含碳量鮫高，在热处理过程中不熔融的人造化学纤维，经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。碳纤维作为高性能纤维的代表，属于高技术密集型产詁，其牛产技术复杂，产业发展涉及官、产、学、研各个环节。由于它是发展航天航空和军事工业等尖端技术必不可少的新材料，也是民用工业更新换代的基础材料，国外又对其出口进行封锁，所以近年来我国就一直比较重视对其研制和牛产，虽然起步较早，投入不薄，但仍处于失利地位，

3、很重要的一个方面是反映出中国鬲技术产业创新系统存在的问题。二、碳纤维的研究历史1.世界碳纤维研究历史1950年，美国Wright-Patterson空军基地开始研制粘胶基碳纤维。1959年，最早上市的粘胶基碳纤维Thomel-25就是美国联合碳化物公司(UCC)的产品。与此同时，H本研究人员也在1959年发明了用聚丙烯睛(PAN)基原丝制造碳纤维的新方法。在此基上，英国皇家航空研究院开发出了制造高性能PAN基碳纤维的技术流程，使其发展驶入了快车道，PAN基碳纤维成为当前碳纤维工业的主流，产量占世界总产量的90%左右。20世纪70年代

4、小期,UCC在美国空军和海军的资金支持下，研发高性能中间相沥青基碳纤维；1975年研发成功ThornelP-55(P-55),在1980-1982年之间,又研发成功P・75、P・100和P-120,年产量为230吨。P・120的模最高达965GPa,是理论值的94%,热导率是铜的1.6倍,线膨胀系数仅为-1.33X10-6/K,且在375°C空气中加热1000h仅失重0.3%・1.0%左右,显示出优异的抗氧化性能。它们已广泛用于火箭喷管、导弹鼻锥、卫星构件、观艇材料等方面。不仅美国国防部资助碳纤维T业的发展，美国国会也关注碳纤维，国

5、际市场上碳纤维的全方位商业化始于20世纪70年代，70年代是高尔夫球棒和钓鱼杆应用的引入和发展时期，主要是在口木。而早在1971年的时候，日木东丽公司成了世界上第一制造商，从事PAN基碳纤维的人型工业化牛产，并将其产站命名为”TORAYCA”，是东丽碳纤维的缩写。目前，东丽是全球生产和营销碳纤维的领先者。在20世纪80年代早期，碳纤维开始被广泛地用在客机和航空飞行器上作为结构材料，主要在欧洲和北美进行应用。然后，人们提高了对碳纤维的认识,开始把它当成一种高质量的材料，并在20世纪80年代中期得到了飞速的增长在80年代屮期，欧洲空客公

6、司开始将CFRP(碳纤维增强塑料)作为首要的结构材料应用在它们的飞机上,而随着碳纤维在网球和新的体育项hl的应用，碳纤维市场得到了稳步的扩展。2.我国碳纤维研究历史我国较早地意识到碳纤维的研制和生产刈•军事工业发展和国民经济具有重要作用，早在20世纪60年代末就开始研制碳纤维，经过40余年的发展，碳纤维从无到冇，从研制到生产取得了一定的成绩，但总的来说，国内碳纤维的研制少生产水平还较低，一直没有在高标号碳纤维研究上取得突破性进展。我国碳纤维产业未实现人规模工业化生产、产品规格单一。碳纤维的生产属于梢细炭素工业,在生产过程中，单体、聚

7、合、纺丝、油剂、预氧化、炭化及表面处理等工序环坏紧扣，是一个多学科、多交叉的系统工程。国内先后有多家企业介入碳纤维的研发与生产，但多数均以失败告终，退出该领域。近些年来，由于我国对碳纤维需求量的口益增加，碳纤维乂成为国内新材料业研发的热点。但是，除极个别企业外，大多数引进项目的技术和设备水平属国际中下等，生产的碳纤维产詁也未达到高端水平，引进后的消化、吸收与创新是碳纤维行业血临的重大课题。如U肃地区的脂纶生产线是我国最早引进的，有丰富的生产经验和技术积累，但是生产的原丝质量不高，与工艺相似的Courtaulds公司相比，质量和差很人

8、。我国碳纤维产品应用主要依赖进口，制约了相关高技术的发展。我国碳纤维的主要用途包括体育器材、一般工业应用、航天航空和国防领域。其中体育器材用量最大，约占总消费量的80%-90%。造成这种消费结构特点的主要原因是韩国和我国台湾地区把体育