【精品】碳纤维发展现状及其发展趋势

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1、碳纤维发展现状及其发展趋势0引言高性能纤维是指耐热好、质量轻、强度高、高模量的特种纤维材料。作为高性能纤维的一种，碳纤维既有碳材料的固有本征，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代军民两用新材料，已广泛用于航空航天、交通、体育与休闲用品、医疗、机械、纺织等各领域。碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在90%以上。它是利用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下碳化而制得。碳纤维具有十分优异的力学性能，是日前已大量生产的高性能纤维屮具有最高的比强度和最高的比模量的纤维，特别是在2000°C以上的高温惰性环境屮，碳材料是唯一强度不下降的物质，是其他主要结构材料（金

2、属及其合金）所无法比拟的。除了优异的力学性能外，碳纤维还兼具其他多种优良性能，如低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、电及热传导性高、热膨胀系数低、光穿透性高，非磁体但有电磁屏蔽性等。作为高性能纤维的-•种，碳纤维既有碳材料的固有特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是先进复合材料最重要的增强材料，已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用，从航天、航空、汽车、电了、机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等。因此，碳纤维被认为是高科技领域中新型工业材料的典型代表，为世人所瞩目。碳纤维产业在发达国家支柱产业升级乃至国民经济整体素质提高

3、方面，发挥着非常重要的作用，对我国产业结构的调整和传统材料的更新换代也有觅要意义，对国防军工和国民经济有举足轻重的影响。内外碳纤维的发展现状1.1国外碳纤维的发展现状碳纤维的起源可追溯到19世纪后期，美国人爱迪生（Edson）用碳丝制作灯泡的灯丝，从而发明了电灯，给人类社会带来了光明。但是在20世纪初期，美国通用电器公司的库里基（Coolidge）发明了用钩丝取代碳丝作为灯丝，并一直沿用至今。这使得碳丝一度退出了历史舞台。直到20世纪50年代，在美苏冷战和争霸的时代背景下，为了解决战略武器的耐高温和耐烧蚀材料，碳纤维再次进入人们的关注视角。并自此以后，

4、在材料科学领域掀起了碳纤维研究与开发热潮，各种有机纤维被用来尝试制备碳纤维。经过儿十年的发展，形成了聚丙烯購（PAN）、沥青和粘胶三大原料体系。其中，PAN基碳纤维因其生产工艺简单、生产成木较低和力学性能优良的特点，已成为发展最快、产量最高、品种最多以及应用最广的一种碳纤维。H前，PAN碳纤维市场用量最大，按力学性能可分为高模量、超高模量、高强度和超高强度4种碳纤维；按用途可分为宇航级小丝束碳纤维和工业级大丝束碳纤维，其中小丝束初期以1K、3K、6K（1K为1000根长丝）为主，逐渐发展为12K和24K,人丝束为48K以上，包括60K、120K.360

5、K和480K等。国外PAN基碳纤维的研究与开发开始于20世纪60年代。起初，碳纤维主耍用于军工和宇航，经过40余年的发展，其应用领域正在向T业领域和普通民用领域扩大。世界PAN基碳纤维生产厂商主耍有日本Toray（东丽）、Toho（东邦）、MitsubishiRayon（三菱人造丝），美国Hexcel（赫克塞尔）、Amoco（阿莫科）和Zoltek（卓尔泰克）等公司。沥青基碳纤维主要生产厂商有日本MitsubishiChem（三菱化学）、Kureha（吴羽）、Donac与美国Amoco公司。在小丝束碳纤维（3K,6K和12K）方面，Toray.Toho

6、与MitsubishiRayon等3家公司已形成垄断，其产能分别达到9100、5600和4700t/a,占世界总产能的31.6%、19.5%和16.3%。大丝朿碳纤维的主要生产国是美国、德国与日本，产能情况如表1.1所示，其产量大约是小丝束碳纤维产量的33%左右。表1.1世界大丝朿碳纤维产能情况t/a生产商产能美国AKZO-Fortafil（阿克苏-福坦菲尔）3500Zoltek1800Aldila（阿尔迪拉）1000德国SGL（爱斯奇爱尔）1900日本Toray300总计9500近年来，大丝束碳纤维获得飞速发展，世界上过去不生产大丝束碳纤维的一些碳纤

7、维生产厂也纷纷打算生产大丝束碳纤维或已开始生产大丝束碳纤维，最典型的当推Toray公司；同时，国外已经通过利用与电磁辐射有关的等离子技术由完全和部分稳定的碳纤维原丝来生产碳纤维；并且把纳米技术也应用在碳纤维上，研制出纳米碳纤维，CarbonNanotechnologiesInc.（Houston,TX）、Materials&ElectrochemicalResearchCorp.（Tucson,AZ）和日木MitsubushiChem与Toray等计划大规模生产纳米碳纤维。1.2我国碳纤维发展现状从20世纪70年代屮期开始，经过30余年的发展，我国碳纤

8、维从无到有,从研制到生产取得了一定的成绩，但总的来说，我国碳纤维的研制与生产水平还较低，冃前仅