2008年—2009年，世界PAN基碳纖維（PAN-CF）的需求受世界金融危機的影響較大，截止2008年9月底其需求量比2007年同期增長5%～10%，然而到10～12月特別是2008年底，需求量下降較大，造成全年與2007年比形成負增長。由于需求下降，CF的價格明顯下降，這對用戶來說是有利，因此總體上對市場的影響較小。東麗2008年10～12月將CF的預算減少一成，而2009年1～3月計劃減少兩成，其它公司也大體相同。東麗原定于2009年7月在愛媛廠投產的1×103t/a的新線，現已暫緩建設，待到中期經濟情況好轉且需求量恢復至15%的增長速率后，將導入4×103t/a的大型設備，以進一步提高成本的競爭力，保持在業界的領先地位。 123,123
 
    另外，根據日本野村證券金融經濟研究所材料產業調查室主任西村修一先生的看法，日本許多從事多種產業的化學公司，其電子材料和多功能纖維受金融危機的影響，效益急速惡化，而液晶材料、半導體材料及CF制品的效益也減半，其中CF主要是受世界航空業界低迷和歐美經濟不景氣的影響所致，造成這些公司的總體營業不斷下降。以帝人、東麗和三菱人造絲為例，2007年、2008年、2009年和2012年的效益（億日元），預計各為652、320、230、575，1034、550、350、785和396、100、70、290，可見到2012年預期尚難恢復到2007年的水平。但不管經濟形勢如何變化，今后CF的主要用途，將依然是汽車、飛機、風力發電、壓力容器等與節能環保相關的產業，其中面向汽車方面，開發復合材料所需的熱塑性樹脂和與之相匹配的CF用上漿劑，是今后的重要課題。東麗計劃2015年實現CFRP汽車的實用化，東邦Tenax的CFRP產業規模10 年后將翻10 倍。以下按主要用途分別介紹最新的開發動向。

    1、 飛機 123456

    2009年，名古屋大學設立了復合材料工學研究中心，目的是與日本宇航研究所、三菱重工及東麗等材料供應商合作，共同推進中斷了近40年的國產YS-11客機的開發，這種機型可乘坐70～90人，其主翼和尾翼都選用CFRP，以達到世界最高水平的航運經濟性和客艙的舒適性，以期與俄、中等正在開發的區域性飛機在國際競爭中處于優勢地位。今后的重要課題是如何降低成本，盡快開發可確實檢測因CF預浸料的內部發生層間剝離而導致強度下降的無損檢測技術、修復技術及高精度打孔及快速切削加工技術等。 copyright 123456

  住友貝克萊特公司則推進其長絲增強熱固性樹脂復合物的應用開發，其樹脂基體有酚醛樹脂、環氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂，而長絲選用玻璃纖維、對位芳酰胺纖維和CF的最佳組合，這種長絲復合物的抗沖擊強度相當于以往短纖維增強熱固性樹脂的10倍，強度、耐熱性、耐藥品性和耐蠕變特性也高，可采用壓縮成型、壓入成型法進行加工，成型周期只有以往品的1/3，生產效率高，容易制成三維形狀的制品。應用開發的目標是取代金屬應用于飛機的噴氣發動機部件和內裝部件、汽車的齒輪箱等，可實現輕量化。在歐洲已開始應用于飛機的發動機部件等，雖然這種材料的強度與CF預浸料制品略差些，但在成型性和成本方面卻具有競爭優勢，因此也開始用于產業機械部件、車輛結構部件等。 123456

    今后的發展動向是最大限度地發揮CF的特性，實現與之相匹配的樹脂高性能化，使纖維和樹脂的粘合界面最佳化，這些都是今后研究開發的重要方向，目的是滿足不斷高速化和大型化飛機的主翼、尾翼等材料的需求。例如東邦Tenax公司生產的Tenax IM600系列（抗拉強度5880MPa）與高強韌性的樹脂相組合形成的預浸料，已用于空客A-380的飛機部件、直升飛機和噴氣式戰斗機的材料。今后將設計開發面向新一代飛機的CF。

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    2、汽車

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    為了應對燃油費的不斷上漲和溫室效益，靠運輸工具的輕量化顯然是有效的，但CFRP制的超輕量結構材料，從目前的價格、信賴性、生產效率（包括制造速率和二次加工性）、再生性等觀點看，基本上不可能用于通用的運輸工具，然而從全球今后的人口增長和經濟發展來看，節能減排問題又是當務之急。東京大學的高橋淳教授最近從有效利用CFRP的觀點發表了關于“汽車的輕量化和樹脂材料的展望”的論文，從各類運輸工具特別是汽車的壽命周期評估及宏觀分析的角度，較全面分析了汽車的輕量化和CFRP今后的技術開發方向。

    圖1示出日本運輸部門提供的各種運輸工具的能耗情況，可見家用乘用車和卡車的能耗最大； 123,123

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圖2和圖3分別示出各種能源汽車及不同能源電動汽車的能耗和CO₂排放量情況； 123456

    圖4示出采用不同量CFRP的家用乘用車的輕量化情況；

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    圖5示出再生使用前后制造每1kg汽車部件時不同材料的能耗情況； 123,123

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    圖6示出采用不同CFRP而達到比鋼制品減重30%時，乘用車壽命周期內的能耗情況。

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目前，世界每年生產乘用車5千萬輛，若包括卡車和公共汽車為7千萬輛，隨著中、印等國汽車工業的快速發展，不久世界汽車的年產量確可能超過1億輛。另外，目前世界PAN-CF的年產量只有數萬噸，由于CFRP成本高、難加工、成型速度慢及還受再生問題的限制，只能用于航空航天、體育用品和工業產業領域，要想用于汽車上，最重要的是盡快開發適用于熱塑性樹脂（如聚丙烯等）的具有表面活性的CF以及其CFRTP超高速成型技術和二次加工技術，其次當CF需求量超過百萬噸時，就要求開發以生物質為原料的CF，盡管目前還有一定難度。再次，當達到這么大規模時，需要開發CFRP的再生和CF高度再利用技術，還要解決這些材料和有關成型加工的評價和標準化問題。圖7示出CF的潛在需求及相應所需的重要技術，供參考。

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內容來自123456

    在汽車剎車片等方面，住友貝克萊特公司開發CF增強酚醛樹脂“VYNTEC”制的剎車片，取代原用的CF增強PEEK或聚酰亞胺，其密度只有1.6g/cm³，相當于鐵的1/5，比CF/PEEK輕，而且耐磨性和高溫下的力學強度更好，在200℃下的抗彎曲強度為200MPa，而CF/PEEK < 100 MPa。此外還用于汽車的止推環、節流閥、主體齒輪等。Victrex日本公司則開發超薄的CF/PEEK預浸料，厚度<40μm，相當于一般CF預浸料（120～200 μm）的1/3～1/5，將用于飛機和汽車的薄板等。作為CFRP的新用途，還有汽車的燃料罐。 123456

    3、風力發電葉片 本文來自123

    隨著風力發電設備的大型化，要求減輕設備負荷，為此要求采用適應于大型葉片輕量化和高剛性化的CF，為此除已大量采用的大絲束PAN-CF外，日鐵復合材料公司已正式生產銷售高性能瀝青CF制的風電大型圓柱翼根，代替以往的螺旋槳，通過在螺旋圓柱翼上所安裝的螺旋狀葉片，可使風車高效捕風并旋轉，即使弱風也能發揮較高的發電穩定性，而且噪音等級極低。

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    德國拜耳材料科學公司現正著手建設世界最大的多層碳納米管（MWCNT）的生產裝置，規模為200t/a，商品名為“BAYTUBES”，其純度超過95%，而且可以穩定再現。用它增強的塑料或金屬鋁，力學強度高，與以往的材料相比，密度是鋼鐵的1/3而強度相當，質量卻只有鋼的50%，因此可改善能效和CO₂排放量的平衡，在某些領域取代鋼、鈦等特種金屬及CFRP。在風力發電領域，若在大型CF與玻璃纖維增強的環氧樹脂葉片中加入上述MWCNT，則與未加入CNT的材料相比，達到同樣的強度時，質量減輕30%，抗沖擊強度提高10%～30%，耐疲勞性也提高50%～200%，耐久性好，可延長葉片的壽命。為此，該公司正與加拿大阿爾基安公司、德國PEAK及ZOZ公司協作來開拓各方面的市場，包括CNT增強鋁的高性能材料、體育用品等，預期10年內的銷售額目標為20億美元。 copyright 123456

    據報道，2005～2008年全球CF風電葉片的平均增長率為11808.6 MW/a，相當于每年增設5904座2MW風機。若2kW風電機組每片葉片以12t計，需玻纖6t，CF占10%，則每片葉片的CF用量為0.6t，每座風機需1.8t CF，則年均需求量估計為10627t。目前風電用大絲束CF的提供者為美國ZOLTEK公司，由于瑞典復合材料研究所及Oxcon AB公司開發了能將12k～48k CF展開成超?。?8～80 g/m²）的扁帶，再經緯紗方式編織成織物，它極適用于單向交叉鋪層，經測試其CFRP性能與采用1k～6k CF相同。為此，這種技術的開發無疑有助于大絲束CF的擴大應用。正是由于其市場的不斷擴大，ZOLTEK的產能計劃由2008年的13000t/a擴大至2010年的15500t/a。德國SGL集團的大絲束PAN-CF也將從2008年的7400t/a，擴大到2010年的14000t/a。

    由于我國風電的需求量很大，許多國際知名企業如Vestas、Repower、Gamesa、EHN、Suzulon、Nordex、GE及LM等，都相繼登陸中國，這將大大提升我國風電的技術水平，但同時又將加劇企業間的競爭。 內容來自123456

    4、CFRP寬幅工業羅拉 內容來自123456

    日本三菱樹脂公司最近實現了采用其高性能瀝青CF“Dialead”制成的耐熱型工業羅拉的批量生產，商品名“カ-ボリ-ダ-”。這種新產品即使在高溫條件下也不會發生因熱膨脹而產生垂度的現象，并維持高速旋轉的性能，從而可以提高在制造過程中使用高溫爐生產高功能膜等的效率，現已向塑料膜、金屬膜、機械等廠家出售，預期到2011年的銷售額將達到10億日元。這種高耐熱的CFRP羅拉的熱膨脹系數基本上是零，質量只有鋁制品的2/3，而剛性為鐵的3倍，在100～200 ℃的高溫爐內使用時，其旋轉性能與在室溫下幾乎沒有兩樣，例中長3m的羅拉振動精度，在室溫下與爐內溫度150℃下都是0.05mm以下，為此可以提高液晶電視和太陽電池所需高功能膜的生產效率，并使金屬箔的搬運和處理高精度化。日本石墨纖維公司的高性能瀝青CF（180t/a）復合材料也應用于印刷機械和制膜機的寬幅羅拉方面。 copyright 123456

    5、高壓氣瓶 copyright 123456

    如所周知，壓縮天然氣瓶已在汽車上大量使用，而最近伊纖維公司開發了燃料電池汽車所需的CFRP高壓氫氣瓶，內膽采用鉻鉬不銹鋼，實現了高強度和低成本，并取得了高壓氣保安協會的認定。該公司現每年生產85萬個高壓氣體容器，是世界最大生產廠家，同時已累積生產15萬個汽車用的壓縮天然氣瓶。這次所開發的壓縮氫氣瓶因選用CrMo鋼內膽，耐氫氣發脆特性提高了，可耐超過11250次高壓充填氫氣，與采用鋁合金膽相比，抗拉伸強度為其3倍，由于容器壁薄了，其質量與鋁制品同級，而成本低50%以上。另外，東邦Tenax的CF已用于吸氧器制品上。 123456

    6、結束語

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    根據JEC“復合材料工業的結構與動態”一文的預測，2005年全球復合材料的市場為530億歐元，到2015年預期將增長至880億歐元，而不同國家和地區的市場情況示于圖8，其中中國的市場增長最快，其次是亞太地區，歐美的增長點主要在航空、風能、船艇及建筑業方面，目前越來越多的國外復合材料廠家登陸我國，一批國外汽車廠商在中國設立了研發中心，以達到本土化、降低生產成本和占領一席市場的目的。另據CFRP知名專家Tony Roberts在其著作“2006～2010年全球戰略市場評估”中預測，全球CFRP的產值將從2006年的99億美元增至2010年的136億美元，到2025年可望超過250 億美元，其中波音和空客到2010年的小絲束PAN-CF的用量，將占全球的15%～20 %，其次的大型用戶是風能葉片，因此這兩大應用領域仍是未來CF的主導市場。表1示出全球2007～2012年一般工業領域對CF的需求情況。我國目前正大規模發展風能，但迄今為止仍采用玻璃纖維復合材料（GFRP），今后隨著葉片的大型化，勢必要發展混雜的復合材料制品，即葉片的加強筋及其圓柱形翼根采用CFRP，而其它部位采用GFRP，只有特大型葉片會考慮采用全CFRP。此外，我國現正研制大型飛機，這對國內CF市場將是巨大的推動力。另外，電纜的CFRP加強芯材也將是我國的大市場，因為高壓輸電電纜將不斷延伸至邊遠地區?？傊?，到2020年我國勢必將成為CF及其CFRP制品的生產大國。

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表1 2007～2012年一般工業領域對CF的具體需求 t/a

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目前，世界每年生產乘用車5千萬輛，若包括卡車和公共汽車為7千萬輛，隨著中、印等國汽車工業的快速發展，不久世界汽車的年產量確可能超過1億輛。另外，目前世界PAN-CF的年產量只有數萬噸，由于CFRP成本高、難加工、成型速度慢及還受再生問題的限制，只能用于航空航天、體育用品和工業產業領域，要想用于汽車上，最重要的是盡快開發適用于熱塑性樹脂（如聚丙烯等）的具有表面活性的CF以及其CFRTP超高速成型技術和二次加工技術，其次當CF需求量超過百萬噸時，就要求開發以生物質為原料的CF，盡管目前還有一定難度。再次，當達到這么大規模時，需要開發CFRP的再生和CF高度再利用技術，還要解決這些材料和有關成型加工的評價和標準化問題。圖7示出CF的潛在需求及相應所需的重要技術，供參考。

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    在汽車剎車片等方面，住友貝克萊特公司開發CF增強酚醛樹脂“VYNTEC”制的剎車片，取代原用的CF增強PEEK或聚酰亞胺，其密度只有1.6g/cm³，相當于鐵的1/5，比CF/PEEK輕，而且耐磨性和高溫下的力學強度更好，在200℃下的抗彎曲強度為200MPa，而CF/PEEK < 100 MPa。此外還用于汽車的止推環、節流閥、主體齒輪等。Victrex日本公司則開發超薄的CF/PEEK預浸料，厚度<40μm，相當于一般CF預浸料（120～200 μm）的1/3～1/5，將用于飛機和汽車的薄板等。作為CFRP的新用途，還有汽車的燃料罐。 本文來自123

    3、風力發電葉片

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    隨著風力發電設備的大型化，要求減輕設備負荷，為此要求采用適應于大型葉片輕量化和高剛性化的CF，為此除已大量采用的大絲束PAN-CF外，日鐵復合材料公司已正式生產銷售高性能瀝青CF制的風電大型圓柱翼根，代替以往的螺旋槳，通過在螺旋圓柱翼上所安裝的螺旋狀葉片，可使風車高效捕風并旋轉，即使弱風也能發揮較高的發電穩定性，而且噪音等級極低。

    德國拜耳材料科學公司現正著手建設世界最大的多層碳納米管（MWCNT）的生產裝置，規模為200t/a，商品名為“BAYTUBES”，其純度超過95%，而且可以穩定再現。用它增強的塑料或金屬鋁，力學強度高，與以往的材料相比，密度是鋼鐵的1/3而強度相當，質量卻只有鋼的50%，因此可改善能效和CO₂排放量的平衡，在某些領域取代鋼、鈦等特種金屬及CFRP。在風力發電領域，若在大型CF與玻璃纖維增強的環氧樹脂葉片中加入上述MWCNT，則與未加入CNT的材料相比，達到同樣的強度時，質量減輕30%，抗沖擊強度提高10%～30%，耐疲勞性也提高50%～200%，耐久性好，可延長葉片的壽命。為此，該公司正與加拿大阿爾基安公司、德國PEAK及ZOZ公司協作來開拓各方面的市場，包括CNT增強鋁的高性能材料、體育用品等，預期10年內的銷售額目標為20億美元。

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    據報道，2005～2008年全球CF風電葉片的平均增長率為11808.6 MW/a，相當于每年增設5904座2MW風機。若2kW風電機組每片葉片以12t計，需玻纖6t，CF占10%，則每片葉片的CF用量為0.6t，每座風機需1.8t CF，則年均需求量估計為10627t。目前風電用大絲束CF的提供者為美國ZOLTEK公司，由于瑞典復合材料研究所及Oxcon AB公司開發了能將12k～48k CF展開成超?。?8～80 g/m²）的扁帶，再經緯紗方式編織成織物，它極適用于單向交叉鋪層，經測試其CFRP性能與采用1k～6k CF相同。為此，這種技術的開發無疑有助于大絲束CF的擴大應用。正是由于其市場的不斷擴大，ZOLTEK的產能計劃由2008年的13000t/a擴大至2010年的15500t/a。德國SGL集團的大絲束PAN-CF也將從2008年的7400t/a，擴大到2010年的14000t/a。

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    由于我國風電的需求量很大，許多國際知名企業如Vestas、Repower、Gamesa、EHN、Suzulon、Nordex、GE及LM等，都相繼登陸中國，這將大大提升我國風電的技術水平，但同時又將加劇企業間的競爭。

    4、CFRP寬幅工業羅拉

    日本三菱樹脂公司最近實現了采用其高性能瀝青CF“Dialead”制成的耐熱型工業羅拉的批量生產，商品名“カ-ボリ-ダ-”。這種新產品即使在高溫條件下也不會發生因熱膨脹而產生垂度的現象，并維持高速旋轉的性能，從而可以提高在制造過程中使用高溫爐生產高功能膜等的效率，現已向塑料膜、金屬膜、機械等廠家出售，預期到2011年的銷售額將達到10億日元。這種高耐熱的CFRP羅拉的熱膨脹系數基本上是零，質量只有鋁制品的2/3，而剛性為鐵的3倍，在100～200 ℃的高溫爐內使用時，其旋轉性能與在室溫下幾乎沒有兩樣，例中長3m的羅拉振動精度，在室溫下與爐內溫度150℃下都是0.05mm以下，為此可以提高液晶電視和太陽電池所需高功能膜的生產效率，并使金屬箔的搬運和處理高精度化。日本石墨纖維公司的高性能瀝青CF（180t/a）復合材料也應用于印刷機械和制膜機的寬幅羅拉方面。 123,123

    5、高壓氣瓶 123456

    如所周知，壓縮天然氣瓶已在汽車上大量使用，而最近伊纖維公司開發了燃料電池汽車所需的CFRP高壓氫氣瓶，內膽采用鉻鉬不銹鋼，實現了高強度和低成本，并取得了高壓氣保安協會的認定。該公司現每年生產85萬個高壓氣體容器，是世界最大生產廠家，同時已累積生產15萬個汽車用的壓縮天然氣瓶。這次所開發的壓縮氫氣瓶因選用CrMo鋼內膽，耐氫氣發脆特性提高了，可耐超過11250次高壓充填氫氣，與采用鋁合金膽相比，抗拉伸強度為其3倍，由于容器壁薄了，其質量與鋁制品同級，而成本低50%以上。另外，東邦Tenax的CF已用于吸氧器制品上。 123456

    6、結束語 內容來自123456

    根據JEC“復合材料工業的結構與動態”一文的預測，2005年全球復合材料的市場為530億歐元，到2015年預期將增長至880億歐元，而不同國家和地區的市場情況示于圖8，其中中國的市場增長最快，其次是亞太地區，歐美的增長點主要在航空、風能、船艇及建筑業方面，目前越來越多的國外復合材料廠家登陸我國，一批國外汽車廠商在中國設立了研發中心，以達到本土化、降低生產成本和占領一席市場的目的。另據CFRP知名專家Tony Roberts在其著作“2006～2010年全球戰略市場評估”中預測，全球CFRP的產值將從2006年的99億美元增至2010年的136億美元，到2025年可望超過250 億美元，其中波音和空客到2010年的小絲束PAN-CF的用量，將占全球的15%～20 %，其次的大型用戶是風能葉片，因此這兩大應用領域仍是未來CF的主導市場。表1示出全球2007～2012年一般工業領域對CF的需求情況。我國目前正大規模發展風能，但迄今為止仍采用玻璃纖維復合材料（GFRP），今后隨著葉片的大型化，勢必要發展混雜的復合材料制品，即葉片的加強筋及其圓柱形翼根采用CFRP，而其它部位采用GFRP，只有特大型葉片會考慮采用全CFRP。此外，我國現正研制大型飛機，這對國內CF市場將是巨大的推動力。另外，電纜的CFRP加強芯材也將是我國的大市場，因為高壓輸電電纜將不斷延伸至邊遠地區。總之，到2020年我國勢必將成為CF及其CFRP制品的生產大國。

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表1 2007～2012年一般工業領域對CF的具體需求 t/a copyright 123456