碳纖維應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛

目前，世界碳纖維生產(chǎn)企業(yè)主要有日本的東麗、東邦和三菱公司，美國(guó)的赫氏，德國(guó)的西格里集團(tuán)，韓國(guó)泰光產(chǎn)業(yè)，以及臺(tái)塑集團(tuán)等。東麗是世界上最大的生產(chǎn)商，已經(jīng)開發(fā)出高強(qiáng)型T1000（拉伸強(qiáng)度大于7000MPa）系列碳纖維，其抗拉模量為295GPa，拉伸強(qiáng)度達(dá)7.05GPa。

隨著碳纖維應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，碳纖維的市場(chǎng)需求日趨增加，碳纖維及其復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)良好發(fā)展態(tài)勢(shì)。據(jù)相關(guān)部門預(yù)測(cè)，世界碳纖維需求將以每年大約13%的速度飛速增長(zhǎng)，碳纖維的全球需求量2010年將達(dá)到5萬t，2012年將達(dá)到6萬t，2018年將達(dá)到10萬t。

碳纖維是含碳量高于90%的無機(jī)高分子纖維，具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐高溫、耐疲勞、抗腐蝕、導(dǎo)熱、導(dǎo)電等特性。除土木建筑、航空航天、汽車、體育休閑用品、能源以及醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域外，碳纖維在電子通信、石油開采、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用。隨著應(yīng)用研究的進(jìn)一步深入，未來碳纖維產(chǎn)品將趨向于高性能化，民用、工業(yè)用量將繼續(xù)保持大幅增長(zhǎng)趨勢(shì)。 123456

日本

1.基本情況

目前日本東麗、帝人和三菱等3家企業(yè)在世界碳纖維市場(chǎng)的占有率為69％，特別是在準(zhǔn)芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等高強(qiáng)度、高彈性材料，以及元芳綸纖維等耐高溫的高性能材料等方面，具有較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

盡管在目前，日本70％全球市場(chǎng)占有率的碳纖維原絲產(chǎn)量中，35％為國(guó)內(nèi)生產(chǎn)（其中25％供應(yīng)海外市場(chǎng)），35％為海外生產(chǎn)（其中5％供應(yīng)日本市場(chǎng)）。日本除在原絲領(lǐng)域具有很強(qiáng)的壟斷地位外，在使用50％碳纖維的飛機(jī)用材料領(lǐng)域更是世界唯一的供應(yīng)商，產(chǎn)業(yè)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯。

目前，這些高強(qiáng)度、高彈性及高性能的碳纖維材料，已經(jīng)被廣泛用于日本的汽車、飛機(jī)、建筑、環(huán)保、醫(yī)療、農(nóng)林業(yè)、IT以及通信業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域，未來還將在節(jié)能及相關(guān)領(lǐng)域創(chuàng)造更大的市場(chǎng)。碳纖維的需求量也將由2010年的27,000t，增加到2020年的125,000t。 copyright 123456

近期，由于地震和海嘯等自然災(zāi)害，日本本土的部分碳纖維生產(chǎn)企業(yè)受到了影響。鑒于日本碳纖維產(chǎn)量在世界市場(chǎng)份額上的重要地位，其本土碳纖維生產(chǎn)裝置開工率水平下降將會(huì)在一定程度上影響世界碳纖維的供給。

2.研發(fā)動(dòng)態(tài)

2.1. 高傳導(dǎo)率碳纖維的成功開發(fā)

日本東洋紡績(jī)株式會(huì)社和Polymatech公司已成功開發(fā)了熱傳導(dǎo)率超過瀝青基碳纖維的新型碳纖維。新開發(fā)的碳纖維的熱傳導(dǎo)率約是銅的3倍，鋁的5倍，在市場(chǎng)流通的散熱材料中被歸屬于高傳導(dǎo)率材料。該產(chǎn)品呈粉末狀態(tài)，添加樹脂后，可制造成容易散熱的零部件 。據(jù)悉，Polymatech已使用其生產(chǎn)散熱材料并開始銷售。據(jù)悉，東洋紡績(jī)也將開始粉末狀的碳纖維樣品生產(chǎn)，在電子器械用散熱零部件及其保護(hù)器（箱）領(lǐng)域進(jìn)行推廣。

2.2. 東京大學(xué)研發(fā)酚醛納米碳纖維非織造材料

日本東京工業(yè)大學(xué)以酚醛樹脂為原料，利用靜電紡絲法，成功開發(fā)出不易彎曲破壞的納米碳纖維非織造材料。研究人員將該材料高度彎曲并生成碳納米管，使其具有在使用一般硅基板的一半電壓就可以通電流的特性，是一項(xiàng)首創(chuàng)技術(shù)。一般以聚丙烯腈為原料的納米碳纖維非織造材料的彎曲強(qiáng)度低。因此，該材料有望用于開發(fā)節(jié)能基板、顯示器、照明用電子源、汽車用二次電池的電極、傳感基板等。

2.3.5年內(nèi)日本碳纖維汽車有望商品化

在目前的汽車中，鋼鐵材料約占車體重量的四分之三；而“碳纖維汽車”中新材料幾乎可以完全替代鋼鐵材料。報(bào)道說，“碳纖維汽車”相比目前的汽車，最多將減重40％。

然而阻礙“碳纖維汽車”商品化的關(guān)鍵因素是制造成本。目前汽車用鋼材的價(jià)格約為每公斤100多日元，鋁合金材料約為每公斤300至400日元，而汽車用碳素纖維復(fù)合材料的成本目前高達(dá)每公斤數(shù)千日元。 copyright 123456

為此，東麗公司、汽車巨頭日產(chǎn)及本田公司，還有東京大學(xué)等高校研究機(jī)構(gòu)正聯(lián)合進(jìn)行科研攻關(guān)，他們的目標(biāo)是在2015年前后使這一材料技術(shù)達(dá)到商品化階段。

俄羅斯最新研發(fā)動(dòng)態(tài)

1. 電碳纖維吸附劑研究

俄羅斯圣彼得堡國(guó)家和大學(xué)研究用于蓄電池的導(dǎo)電活性碳纖維吸附劑，碳纖維是粘膠基的，用700℃――800℃碳化，成碳纖維以后的工藝有兩種工藝方案，第一種對(duì)碳纖維進(jìn)行1100℃――1500℃最終溫度的熱處理，使碳纖維具有導(dǎo)電性，然后在850℃下進(jìn)行活化。第二種先進(jìn)行碳纖維活化，然后熱處理。再下道工序兩者相同――改性，成為導(dǎo)電活性碳纖維。著重研究了碳纖維的孔隙度、孔的結(jié)構(gòu)，熱處理的溫度，活化的溫度和時(shí)間等因素，對(duì)導(dǎo)電活性碳纖維吸附劑幾大性能指標(biāo)――導(dǎo)電性、吸附性、電容量的影響。 內(nèi)容來自123456

2.碳纖維材料應(yīng)用于飛機(jī)零部件制造

俄羅斯從上世紀(jì)八十年代起，由莫斯科國(guó)立設(shè)計(jì)和工藝大學(xué)、國(guó)家航空工藝研究院股份公司等單位，用RTM技術(shù)成功研制了“暴風(fēng)雪”號(hào)軌道飛船的熱防護(hù)罩和飛船外緣板。近年兩單位合作，將碳纖維織物轉(zhuǎn)向民用飛機(jī)零部件的研發(fā)，主要課題從三方面進(jìn)行：1) 制造渦輪噴氣式雙回路發(fā)動(dòng)機(jī)的排風(fēng)葉片；2）研制整塊無縫織物、三維條子增強(qiáng)的發(fā)動(dòng)機(jī)葉片；3）研制碳纖維和玻璃纖維織物增強(qiáng)的飛機(jī)舷窗框。

兩研究單位與企業(yè)共同進(jìn)行科研和設(shè)計(jì)——實(shí)驗(yàn)工作，研制結(jié)果證明，用碳纖維和玻璃纖維代替航空工業(yè)的貴金屬雖有一定的難度，但零件重量可減輕30-50%，成本可下降二分之一到三分之一。另外碳纖維在破損時(shí)變成較軟的材料，比較安全，不會(huì)產(chǎn)生金屬樣的危險(xiǎn)碎片。

3.聚酰亞胺/納米碳纖維復(fù)合材料研究

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俄羅斯高分子化合研究院試驗(yàn)用聚酰亞胺結(jié)晶、納米碳纖維、碳微纖維制造復(fù)合材料（碳塑料）。 聚酰亞胺能從熔融物中結(jié)晶，結(jié)晶的結(jié)構(gòu)可以提高材料的耐熱性、耐水性和耐堿性。研究用1,3-雙-(3,3'',4,4''-二羧基苯氧基)苯和4,4''-雙-(4-氨基苯氧基)-二苯基作復(fù)合材料的粘合劑。聚酰亞胺結(jié)晶、粘合劑顆粒、改性日本產(chǎn)納米碳纖維（含量占3％）、俄產(chǎn)“愛魯爾”碳微纖維（含量占55％），在實(shí)驗(yàn)室條件下制成復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)中聚酰亞胺結(jié)晶的延續(xù)時(shí)間僅為通常的十分之一，復(fù)合材料層間破壞粘度增高，復(fù)合材料的結(jié)晶度達(dá)到40％。這項(xiàng)研究得到俄羅斯聯(lián)邦政府的資金支持。

其他地區(qū)

1.美國(guó)與中國(guó)臺(tái)灣合作開發(fā)航天碳纖維

中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的工業(yè)研究院與美國(guó)最大航空零組件制造商勢(shì)必銳航天公司合作，雙方將共同開發(fā)航天碳纖維，預(yù)估3~5年內(nèi)能通過美國(guó)聯(lián)邦飛行總署(FAA)認(rèn)證并進(jìn)入量產(chǎn)。 123456

中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)其實(shí)很早就在發(fā)展碳纖維，如網(wǎng)球拍、自行車等，都是其在國(guó)際市場(chǎng)上著名的碳纖維商品，但在高端碳纖維市場(chǎng)，特別是在航天用碳纖維方面，始終是日本獨(dú)強(qiáng)局面，臺(tái)灣的工研院及經(jīng)濟(jì)部一直積極尋找突破之道。而在未來通過勢(shì)必銳航天的協(xié)助，臺(tái)灣地區(qū)的碳纖維廠商更有機(jī)會(huì)取得FAA的認(rèn)證，一舉突破現(xiàn)在的技術(shù)門坎與認(rèn)證困難。

勢(shì)必銳航天是自美國(guó)波音公司獨(dú)立出來的公司，成立4年，目前接單已經(jīng)高達(dá)340億美元，是美國(guó)最大的航空零組件廠商，在美國(guó)市場(chǎng)占有率高達(dá)6~7成。據(jù)悉，未來與勢(shì)必銳航天的合作目標(biāo)是能夠開發(fā)出新一代航天碳纖維技術(shù)，預(yù)估在3~5年內(nèi)就會(huì)有技術(shù)通過認(rèn)證及量產(chǎn)，未來會(huì)以權(quán)利金的方式將技術(shù)移轉(zhuǎn)給臺(tái)灣地區(qū)碳纖維從業(yè)者。

2.德國(guó)研制航天用碳纖維增強(qiáng)陶瓷瓦

據(jù)德國(guó)《世界報(bào)》消息，德國(guó)航空航天中心（DLR）新發(fā)明了一種碳纖維耐熱陶瓷瓦，有望解決目前美國(guó)航天飛機(jī)耐熱陶瓷瓦脫落的難題。碳纖維增強(qiáng)耐高溫陶瓷瓦是確保航天飛機(jī)飛行安全的重要部件，美國(guó)發(fā)現(xiàn)者號(hào)航天飛機(jī)上，就有約2.5萬多塊耐熱陶瓷瓦。陶瓷瓦在進(jìn)入大氣層時(shí)經(jīng)歷高溫摩擦，會(huì)出現(xiàn)大片脫落，是造成航天飛機(jī)事故甚至機(jī)毀人亡悲劇的重要原因。美國(guó)宇航局一直在致力改善耐熱陶瓷瓦的性能，但至今仍未取得突破性進(jìn)展。 本文來自123

德國(guó)航空航天中心采用一種新的制造工藝，使生產(chǎn)的碳纖維增強(qiáng)碳化硅陶瓷瓦可以反復(fù)經(jīng)受1700攝氏度的高溫，并具有很強(qiáng)的抗沖擊性和耐化學(xué)性。新型陶瓷瓦的另一突出優(yōu)點(diǎn)是，在大尺寸下性能穩(wěn)定，沒有裂紋。新型陶瓷瓦在俄羅斯發(fā)射的聯(lián)盟號(hào)飛船火箭上首次使用，取得理想的效果。這種新型碳纖維增強(qiáng)陶瓷還被一些汽車制造商看好，可用于制造剎車系統(tǒng)中的耐高溫陶瓷剎車片。

3.英國(guó)研發(fā)低成本碳纖維再循環(huán)工藝

英國(guó)諾丁漢大學(xué)（University of Nottingham）的工程技術(shù)人員研發(fā)出碳纖維循環(huán)再生工藝，此工藝將使飛機(jī)和汽車制造業(yè)變得更加綠色、環(huán)保。

飛機(jī)制造商目前逐漸開始使用碳纖維替代金屬來建造飛機(jī)，因?yàn)樘祭w維更輕也更堅(jiān)固，但目前業(yè)內(nèi)還沒有將再循環(huán)碳纖維用于商業(yè)化生產(chǎn)。諾丁漢大學(xué)工程學(xué)院的這一獨(dú)特的科研項(xiàng)目可能將使這一現(xiàn)狀發(fā)生改變。

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AFRECAR（負(fù)擔(dān)得起的再循環(huán)碳纖維）項(xiàng)目將研發(fā)出一種成本低、強(qiáng)度高的碳纖維基制造原材料。這種纖維可用于飛機(jī)和汽車制造中輕質(zhì)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)件，僅用于非重要用途，比如座椅、頭頂行李柜以及其他飛機(jī)內(nèi)飾部件和汽車車身面板。

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來源：碳纖維制品與行業(yè)網(wǎng) 本文來自123