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一、 國內外現狀
1、國內現狀
我國對碳纖維的研究始于二十世紀60年代,進展緩慢,碳纖維產業整體上還處于一個較低的發展水平,原絲品質低下,僅能生產低性能碳纖維,指標尚達不到國際T300(拉伸強度大于3000MPa)水平,與國外差距較大。
近年來,由于航空航天技術等相關行業的快速發展,帶動了高性能碳纖維及其復合材料需求的快速增長。碳纖維的應用領域由航空航天、國防領域和體育休閑用品,擴展到增強塑料、壓力容器、建筑加固、風力發電、鉆井平臺等新興應用領域。截至2009年底,國內碳纖維生產企業有23家,主要有中復神鷹年產2500t
原絲和1000t碳纖維生產線、威海拓展纖維有限公司千噸級碳纖維生產線、吉林石化碳纖維廠百噸級碳纖維生產基地等,總產能達4000t/a。此外,陜西航天四院投資4.6億元建設4000t/a碳纖維產業化項目,預計2010年底建成投產。 內容來自123456
目前,國內碳纖維的市場需求量以每年11%~15%的速度增長。截至2009年底,國內碳纖維的需求總量已超過8000t,預計2010年將達1萬t。
2、國外現狀
目前,世界碳纖維生產企業主要有日本的東麗、東邦和三菱公司,美國的赫氏,德國的西格里集團,韓國泰光產業,以及臺塑集團等,以生產T700(拉伸強度大于4500MPa)以上的高性能碳纖維為主。東麗是世界上最大的生產商,已經開發出高強型T1000(拉伸強度大于7000MPa)系列碳纖維,其抗拉模量為295GPa,拉伸強度達7.05GPa。
隨著碳纖維應用領域的不斷擴大,碳纖維的市場需求日趨增加,碳纖維及其復合材料產業呈現良好發展態勢。據相關部門預測,世界碳纖維需求將以每年大約13%的速度飛速增長,碳纖維的全球需求量2010年將達到5萬t,2012年將達到6萬t,2018年將達到10萬t。
二、 未來將快速增長的應用領域
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航空航天
在飛機制造業,B787、A380一架就需要碳纖維30t,預計到2012年僅在航空航天方面就需要12.1kt.。瑞士UAV公司研制了各種未取名的小型飛行器,形若直升機,機身由碳纖維三明治結構構成,3
個葉片各長300 cm,飛機質量25kg,有效載重20kg。德國飛機零部件制造商Premium
Aerotec公司開發了大型CFRP飛機貨艙門“A400M”并獲得2009年JEC創新獎。Quantum復合材料公司開發出碳纖維增強酚醛樹脂,用于飛機內裝三維部件及公共交通部件。
汽車輕量化
目前美國、日本都在研究用碳纖維增強復合材料制造的碳纖維汽車車身,據國外預測到2015年,各大汽車公司將陸續將碳纖維汽車投入市場,以實現汽車的輕量化、節能與環保。目前CFRP的概念車越來越多展現在國際車展上,其中奧迪車已開始上市。
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大型風機葉片
世界氣候大會后,在新能源中成本最低的就是風力發電,未來的風機葉片將會變得更長,長度將普遍到60m以上,而碳纖維將是大型風機葉片的首選材料,需求量勢必擴大。此外,大型太陽能電池板、氫氣瓶、燃料電池等都需要CFRP。
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三、碳纖維生產商加速擴張產能 本文來自123
東麗首先完成在石川廠580萬m2/a的碳纖維預浸料(CFPP)新裝置的投產,自2008年6月起在名古屋投入25
億日元推進東麗汽車中心的先進材料和技術的開發,2009年4月再投入約40億日元開設“先進復合材料中心”,開展CFRP制品的技術開發,并進一步構筑“樹脂應用開發中心”及“汽車、飛機(A&A)中心”,以加速CFRP在這些領域的產業化。目前豐田汽車的全CFRP車身汽車已開始上市,但大量用于汽車工業約在2015年前后,其中用ACM法制成的熱塑性CFRP將成為主流材料。此外,該公司還開發了短切碳纖維增強水泥的耐火外裝建材,由東麗在德國的新復合材料工程(ACE)公司生產,目標是5萬m2/a。
東邦Tenax繼導入碳纖維新產品Tenax-E IM65 24K后,又研發出超高強度型Tenax-E UTS 55
24K新產品,目標是用于深海油田管道、壓力容器和新一代飛機。此外,還有用于一般高溫用途(耐500℃)的短切碳纖維 Tenax-A UT C723 6mm,用于增強PPS和PEEK。同時開發了超薄的碳纖維織物,用12k碳纖維可制成59g/m2的織物預浸料,3k絲的織物只有其1/3。目前正與其母公司帝人集團聯手重點開發CFRP在環境和能源、汽車、飛機等領域的應用,包括壓縮天然氣瓶(CNG)、消防員用空氣呼吸器(SCNA)、高壓氫氣瓶(CHG)、風力發電葉片、燃料電池用電極氣體擴散層、納硫電池電極等。 copyright 123456
三菱麗陽首先推出了“Pyrofil P330”大絲束碳纖維新產品,50k和60k碳纖維的綜合性能與TR50S/TRH50高強小絲束碳纖維相同(T700水平),并與寶馬公司共同設立新公司計劃用于汽車上,在中國鹽城則將與德國CFRP風電葉片廠家一起開發沿海風電市場。另外,為了扭轉2009年度其碳纖維及CFRP事業虧損70億日元的局面,一方面擴大原絲的外銷,與西格里公司合作成立大絲束原絲廠、并委托西格里生產750t大絲束碳纖維,與美國CEM公司合作開發飛機用CFRP材料,希望以此來擴大應用并實現2011年扭虧為盈。
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四、 高效和節能減排的新生產技術
美國卓爾泰克(ZOLTEK)公司是世界最大的大絲束碳纖維廠家之一,為了應對金融危機和航空業不景氣的影響,一方面收購了墨西哥的一家腈綸廠,用不到一年的時間改造成大絲束原絲生產廠,并改進該原絲的生產效率,以期降低生產成本,同時開發了易于浸漬樹脂的單向(UD)和多向(MD)織物,如同浸漬玻纖織物一樣便捷,而其成本較低。這樣既可滿足風力發電葉片愈來愈長并將持續以20%~25%的年需求量增長的需求。
東邦Tenax公司正推進擴大CFRP產業和碳纖維生產過程的革新,目標是開發生產效率為現有工藝的10倍乃至100倍的碳纖維碳化技術,并使10年后的CFRP產業規模超過目前的10倍。三菱麗陽則革新從原絲至碳化的工藝,以降低成本和提高競爭力。
日本新能源產業技術開發機構(NEDO)為落實“2007~2020年纖維領域的技術路線圖”,向全社會募集“節能減排的技術項目”,其中“超碳纖維的研究開發”等8項課題被選中,該項目完成后,只需在碳纖維中分散一種納米尺寸的填加物,就可大幅度提高碳纖維的強度和模量。這項成果將有利于進一步減輕汽車、飛機等運輸工具的質量,達到節能減排的目的。日本經濟產業的中、小企業廳也向社會募集相關的課題,共選中了1657件(采納率為22.4%),每項課題的補助金上限為1億日元,其中32件為復合材料方面的課題,而近半數的15件是有關CFRP研發的:埼玉縣的C/C復合材料大型部件的研制與開發;東京都的超高精度、零膨脹的CFRP/陶瓷復合化輕量薄板平臺的開發;山梨縣的金屬板材與CFRP一體化的輕量、高強度結構材料的開發;靜岡縣的CFRP成型用高壓容器的試制;CFRP廉價成型技術的開發和輕量化汽車部件的研制;CFRP等難加工材料的高檔加工機平臺的開發;愛知縣的飛機用CFRP機體部件接合用填隙片的高效生產技術的開發;岐阜縣的CFRP材料鉆孔加工用鉆頭的高精度研磨盤的開發;CFRP用大型成型模具制造技術的開發;開纖NCF材料及新VaR 123456
TM法飛機用CFRP成型的開發;富山縣的飛機用大型CFRP成型品5軸加工技術的開發;石川縣的CF織物高效制造技術的開發;德島縣的CFRP加工技術及新鉆模的開發;愛媛縣的“為實現汽車車體和產業用機器人的輕量化而確立‘預浸料等’新碳纖維壓制成型模具及成型技術”。這些課題都是有利于在日本實現CFRP制品的全面實用化,達到節能減排的目的。 內容來自123456