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碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強度(strength)、高模量纖維的新型纖維材料。碳纖維生產(chǎn)傳統(tǒng)的玻璃纖維相比,楊氏模量是其3倍多;它與凱夫拉纖維相比,楊氏模量是其2倍左右,在有機溶劑、酸、堿中不溶不脹,耐蝕性突出。
碳纖維制品由于碳纖維擁有極高的材質(zhì)特性,因此碳纖維制品的強度大,硬度高,遠超過同體積同重量的金屬材質(zhì)。因此,碳纖維制品在航空、航海、軍工等高科技工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應用。也正是因為如此,此前世界上碳纖維技術(shù)發(fā)達的國家(美國、德國、日本、韓國),對于向中國輸出碳纖維產(chǎn)品和技術(shù),保持著極其謹慎的態(tài)度。即使在目前,我國碳纖維以及碳纖維制品的進口,還受到發(fā)達國家的嚴格控制。碳纖維生產(chǎn)具有許多優(yōu)良性能,碳纖維的軸向強度和模量高,密度低、比性能高,無蠕變,非氧化環(huán)境下耐超高溫,耐疲勞性好,比熱及導電性介于非金屬和金屬之間,熱膨脹系數(shù)小且具有各向異性,耐腐蝕性好,X射線透過性好。良好的導電導熱性能、電磁屏蔽性好等。被譽為材料界的 ;黑色黃金 ;性能高端、產(chǎn)量稀少,但卻用途廣泛(extensive),特別是在航天軍事等高端領(lǐng)域,碳纖維更發(fā)揮(表現(xiàn)出內(nèi)在的能力)著不可替代的作用。因此,許多企業(yè)都在碳纖維材料的研發(fā)與生產(chǎn)上投入了大量精力。 如此重要的材料,其生產(chǎn)和研發(fā)的難度不亞于攀登珠穆朗瑪峰。目前,碳纖維材料的市場基本被日本、美國等發(fā)達國家所壟斷。 但我國的碳纖維行業(yè)若想獲得更長遠的發(fā)展,也需吸收和借鑒(jiè jiàn)其他國家的發(fā)展經(jīng)驗(experience),進而突破自身發(fā)展瓶頸(bottleneck),在碳纖維市場中分得更大的蛋糕。 國際風云日美兩家獨大 20世紀中葉,發(fā)達國家投入大量人力和物力研究(research)碳纖維,
碳纖維復合材料最初由于其在結(jié)構(gòu)輕量化中無可替代的材料性能,首先在軍用航空航天領(lǐng)域得到了青睞;1959年,日本大阪工業(yè)技術(shù)試驗所的進藤昭男首先發(fā)明了聚丙烯腈(PAN)基碳纖維,1964年,英國皇家航空研究所(RAE)的瓦特等人打通了生產(chǎn)高性能聚丙烯腈(PAN)基碳纖維的工藝流程(liú chéng),在纖維的熱穩(wěn)定化過程(guò chéng)中施加了張力牽伸,以滿足結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化,使聚丙烯腈(PAN)基碳纖維成為主流產(chǎn)品(Product),并于20世紀70年代開啟民用碳纖維商業(yè)化應用;20世紀80年代至90年代,碳纖維在民用航空領(lǐng)域的引領(lǐng)下得以快速發(fā)展;進入21世紀,碳纖維生產(chǎn)工藝技術(shù)已經(jīng)成熟,隨著碳纖維應用領(lǐng)域的擴大,碳纖維的市場需求急劇增加,碳纖維產(chǎn)業(yè)日趨成熟。 碳纖維很少直接應用,大多是經(jīng)過深加工制成中間產(chǎn)物或復合材料使用,碳纖維復合材料作為結(jié)構(gòu)件或功能件現(xiàn)已廣泛應用在航空航天、工業(yè)和體育休閑用品三大領(lǐng)域。碳纖維以其質(zhì)輕、高強度、高模量、耐高低溫和耐腐蝕等特點最早應用于航天及國防領(lǐng)域,如大型飛機、軍用飛機、無人機及導彈、火箭、人造衛(wèi)星和雷達罩等,且航空航天領(lǐng)域用碳纖維的性能等級相對而言是最高的。在工業(yè)領(lǐng)域,碳纖維廣泛應用在汽車、電纜、風能發(fā)電、壓力容器、海洋產(chǎn)業(yè)、電子器件、工業(yè)器材和土木建筑等;在體育休閑用品領(lǐng)域,高爾夫球桿和釣魚竿最早獲得應用,近年來,自行車、網(wǎng)球拍、羽毛球拍等體育用品也越來越多地使用碳纖維材料。 從全球碳纖維市場的份額劃分看,國際碳纖維市場依然為日、美企業(yè)所壟斷。日本是全球最大的碳纖維生產(chǎn)國,世界碳纖維技術(shù)主要掌握(熟知并能運用) 在日本公司(Company)手中,其生產(chǎn)的碳纖維無論質(zhì)量還是數(shù)量上均處于世界領(lǐng)先(率先)地位,日本東麗更是世界上高性能碳纖維研究與生產(chǎn)的 ;領(lǐng)頭羊 ;。
copyright 123456 據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)(data)顯示,在小絲束碳(C)纖維市場(shì chǎng)上,日本公司所占有的市場份額占到全球產(chǎn)能的49%;在碳纖維市場上,日本企業(yè)所擁有市場份額占到全球產(chǎn)能的52%,美國企業(yè)所擁有的市場份額占全球產(chǎn)能的24%,日美兩國合計擁有全球76%的碳纖維生產(chǎn)能力,處于明顯的主導地位。 目前全球碳纖維制造的主導者是日本和他們設(shè)立在歐美的工廠,其次是依靠歐美航空航天市場健康發(fā)展的美國HEXCEL和CYTEC公司(Company),以及依靠強大工業(yè)創(chuàng)新體系的德國SGL公司,隨著中國在碳纖維領(lǐng)域投入的不斷增大,中國碳纖維產(chǎn)量占世界份額也在不斷提高。中國碳纖維 國內(nèi)趨勢(trend)亟待自主創(chuàng)新 2016全球與中國市場碳纖維深度研究報告顯示,目前國內(nèi)大小碳纖維生產(chǎn)企業(yè)近40家,2010至2014年期間,我國碳纖維產(chǎn)能從6445噸增至15000噸,產(chǎn)量從1500噸增至3700噸,發(fā)展取得了相當?shù)某煽儭?nbsp; 據(jù)統(tǒng)計,目前國內(nèi)碳纖維在航空航天、體育休閑和工業(yè)應用三大領(lǐng)域的用量比例是4%、67%和29%。其中,體育休閑占絕大多數(shù),而在民用航空、交通工具、新能源(解釋:向自然界提供能量轉(zhuǎn)化的物質(zhì))裝備、工程建設(shè)等方面的應用雖然已經(jīng)開始起步,但應用水平偏低。 目前國內(nèi)碳纖維市場中,國產(chǎn)碳纖維自給率只有20%左右,對外依存率達到80%。國外碳纖維企業(yè)通過技術(shù)及價格優(yōu)勢打壓國內(nèi)碳纖維企業(yè),使我國的碳纖維市場長期受制于歐美及日本等國家。 碳纖維復合材料(Material)的設(shè)計水平不足,配套的材料缺乏,相關(guān)的應用標準體系不健全,導致應用領(lǐng)域窄。此外,樹脂、上漿劑等配套材料品種少、性能不足,復合材料用輔助原料還不能完全實現(xiàn)自主供給,部分品種還依賴進口等,不僅制約了碳纖維復合材料在高端制品上的應用,同時還嚴重影響著國產(chǎn)碳纖維的市場應用。 國外碳纖維龍頭企業(yè)使用的設(shè)備基本上都是根據(jù)自身技術(shù)特點進行的自主設(shè)計,在專有設(shè)備的基礎(chǔ)上改進升級,形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的專有碳纖維生產(chǎn)裝備;而國內(nèi)引進的國外生產(chǎn)設(shè)備是非禁運通用型碳纖維生產(chǎn)裝備,且價格比較高。雖然國內(nèi)碳纖維生產(chǎn)企業(yè)中設(shè)計產(chǎn)能千噸級以上的有3~4家,但由于缺乏核心技術(shù)(Core Technology)團隊,大多數(shù)碳纖維生產(chǎn)企業(yè)對進口生產(chǎn)裝備的技術(shù)參數(shù)(parameter)和性能指標(target aim)缺乏消化和吸收能力,生產(chǎn)線自動化程度和對自身碳纖維生產(chǎn)技術(shù)的匹配性遠遠落后于國外同行,導致生產(chǎn)工藝(production engineering)的穩(wěn)定性(The stability of)和過程控制的一致性較差,影響了碳纖維產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性,且生產(chǎn)成本很高,造成設(shè)備閑置、經(jīng)營(jīng yíng)虧損,沒有辦法與國際先進企業(yè)競爭。 不僅如此,目前我國大多數(shù)碳纖維企業(yè)產(chǎn)品處于低端領(lǐng)域,且行業(yè)集中度不高,有能力生產(chǎn)航空航天用的高端碳纖維企業(yè)屈指可數(shù),大量企業(yè)集中于體育領(lǐng)域。更重要的是,我國碳纖維的產(chǎn)業(yè)鏈需要進一步完善。目前,國外已經(jīng)形成設(shè)計、制造、分析及驗證、應用牽引系統(tǒng)化的碳纖維復合材料體系。如日本東麗和美國赫克塞爾都有預浸料、織物、短切纖維、夾層材料等中間成型物,同時,直接為客戶提供量身定制的復合材料解決方案和產(chǎn)品,方便了客戶的使用,也解決了碳纖維產(chǎn)品與樹脂匹配性問題。由于國內(nèi)大部分碳纖維復合材料企業(yè)技術(shù)尚不成熟,缺乏相應的研發(fā)及工藝支持,目前尚未能形成體系化、系列化的碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展模式(pattern)。 雖然我國的碳纖維產(chǎn)業(yè)目前較世界先進水平仍有差距,未能在市場上搶占先機。但隨著碳纖維市場需求的不斷擴大和國家經(jīng)濟發(fā)展結(jié)構(gòu)調(diào)整,只要相關(guān)企業(yè)抓住機遇,加強自主創(chuàng)新研發(fā),相信中國的碳纖維產(chǎn)業(yè)也將分得更大的蛋糕。 ??
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