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碳纖維使用哪些方面?

文章出處:未知責(zé)任編輯:潤大管理員人氣:發(fā)表時間:2015-06-22【

    碳纖維屬于國際高端新材料產(chǎn)業(yè),目前,除了傳統(tǒng)的航空航天領(lǐng)域外,汽車、風(fēng)力渦輪葉片及壓力容器等市場對碳纖維的需求也在逐漸增加。據(jù)中投顧問產(chǎn)業(yè)研究中心相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,目前,世界碳纖維的需求量將以每年約13%的速度增長。預(yù)計2011年,世界聚丙烯腈基碳纖維的全球需求量將達5萬噸,2012年將達6萬噸,到2018年需求量將可能達到10萬噸。

    中投顧問化工行業(yè)研究員常軼智指出,碳纖維是一種高性能纖維增強材料,由于具有高強度、高模量、耐高溫、耐磨、耐腐蝕、導(dǎo)電和導(dǎo)熱等性能,而且兼有纖維的柔軟可加工性和碳材料的強抗拉力兩大特征,以前主要應(yīng)用于航空航天和軍工等領(lǐng)域。近年來,隨著生產(chǎn)技術(shù)水平的提高和生產(chǎn)規(guī)模的擴大,碳纖維在新型紡織機械、碳纖維復(fù)合芯電纜、風(fēng)力發(fā)電葉片、核電、油田鉆探、醫(yī)療器械、汽車構(gòu)件、建筑補強材料、文體用品等領(lǐng)域也都有應(yīng)用。目前,碳纖維不論是在傳統(tǒng)的航空航天領(lǐng)域,還是在汽車構(gòu)件、風(fēng)力渦輪葉片等新市場,其應(yīng)用范圍都有逐漸擴大的趨勢。 123,123

  常軼智指出,在航空航天領(lǐng)域的傳統(tǒng)市場,隨著一些新型超大型客機和新一代噴氣式客機的投入運營,碳纖維的用量將不斷增加。例如,目前,波音公司已經(jīng)收到860架波音787型客機的訂單,在波音787中,幾乎50%的結(jié)構(gòu)材料需要使用碳纖維復(fù)合材料和玻璃纖維增強塑料;歐洲空中客車公司計劃于2013年投入運營的新一代噴氣式客機A350XWB,該機型的主機翼和機身材料大量采用碳纖維復(fù)合材料;三菱重工在新一代支線噴氣客機MRJ主機翼和尾部組件的制作中也計劃利用碳纖維復(fù)合材料等。

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  常軼智同時指出,在碳纖維應(yīng)用的新市場,碳纖維主要用于風(fēng)機葉片的載荷加強桿中。目前,由于風(fēng)能發(fā)電的成本相對低廉,全球風(fēng)機裝機容量的增速迅猛,大容量風(fēng)機的應(yīng)用將成為主要趨勢。而大容量風(fēng)機的長葉片將會采用密度高重量輕的高碳纖維制造,未來隨著風(fēng)電應(yīng)用范圍的逐步擴大,將會大大拉動大絲束碳纖維需求的增長。常軼智還指出,目前,碳纖維復(fù)合材料傳動軸、尾翼和引擎蓋在汽車行業(yè)的應(yīng)用,也有從豪華車型擴大到大眾車型的趨勢;而碳纖維在隔熱材料領(lǐng)域的應(yīng)用也在逐漸增大;此外,在核電、油田鉆探、醫(yī)療器械、汽車構(gòu)件、建筑補強材料、文體用品等領(lǐng)域,碳纖維也具有廣闊的應(yīng)用空間。

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  常軼智認為,碳纖維作為國際高端新材料產(chǎn)業(yè),在世界各個國家都備受重視;而且,碳纖維具有優(yōu)異的性能,其相關(guān)產(chǎn)品也備受人們青睞;再加上碳纖維的高技術(shù)壁壘及其軍工材料背景,將會更加吸引投資者的目光,從而加大對碳纖維的投資力度。今后,隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展和人們生活水平的提高,碳纖維的應(yīng)用范圍從軍工和航天領(lǐng)域向其他領(lǐng)域擴大的趨勢將會越來越強。

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碳纖維是一種高性能纖維,它是指有機纖維經(jīng)高溫碳化后,形成的含碳量在85%以上的碳素纖維。顧名思義,它不僅具有碳材料的優(yōu)良特性,又兼具紡織纖維的柔軟可加工性,是新一代的增強纖維。
    碳纖維具有高比強度,高比模量,耐高溫,耐腐蝕,耐疲勞,抗蠕變,導(dǎo)電,傳熱和熱膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)異性能。它既可以作為結(jié)構(gòu)材料的增強劑承載負荷,又可作為功能材料發(fā)揮作用,因而廣泛應(yīng)用于航空航天、建筑、體育、汽車、醫(yī)療等領(lǐng)域。目前,幾乎沒有其它任何一種材料能兼具如此眾多的特性。 從這個意義上已預(yù)示了碳纖維在工程的廣闊應(yīng)用前景,綜觀多種新興的復(fù)合材料(如高分子復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料)的優(yōu)異性能, 不少人預(yù)料,人類在材料應(yīng)用上正從鋼鐵時代進入到一個復(fù)合材料廣泛應(yīng)用的時代。 
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    碳纖維的性能參數(shù):碳纖維的密度是1.6~2.15g/cm3, 拉伸強度在2.2GPa以上,模量在230GPa以上。(拉伸強度變化范圍為2548~7056MPa,模量為(2.30~5.88)?105MPa,斷裂伸長為0.6%~2.4%)高比強度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、抗蠕變、導(dǎo)電、傳熱和熱膨脹系數(shù)小。因此,具有高的比強度和比模量,它比絕大多數(shù)金屬的比強度高7倍以上,比模量為金屬的5倍以上。
    近些年來,碳纖維等先進復(fù)合材料行業(yè)發(fā)展十分迅速,碳纖維在高端復(fù)合材料市場中應(yīng)用已相當(dāng)普及,主要包括軍民用航空、體育休閑及民用工業(yè)三大領(lǐng)域。


    在軍用航空領(lǐng)域,高性能碳纖維復(fù)合材料主要應(yīng)用于導(dǎo)彈彈頭、彈體箭體、發(fā)動機殼體的結(jié)構(gòu)部件和衛(wèi)星主體結(jié)構(gòu)承力上,其中碳/碳和碳/酚醛復(fù)合制品是彈頭端頭和發(fā)動機噴管的重要防熱材料;在衛(wèi)星構(gòu)件上,高模量(MJ系列)碳纖維主要應(yīng)用于衛(wèi)星承力筒、桁架、夾層面板及電池板支架。在戰(zhàn)斗機和直升機上,碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于戰(zhàn)機主結(jié)構(gòu)、次結(jié)構(gòu)件和戰(zhàn)機特殊部位的特種功能部件,當(dāng)前戰(zhàn)斗機上碳纖維復(fù)合材料的用量已達到25%以上,軍用直升機用量則高達50%以上。 copyright 123456
    在民用航空領(lǐng)域,高端碳纖維增強材料主要應(yīng)用于民用大型飛機的制造。前兩年每年世界上交付使用的波音和空客數(shù)量大約為250~350架,而空中客車A350中復(fù)合材料用量已接近總重量的40%;空中客車A380約22%為碳纖維增強材料;波音787客機復(fù)合材料中的50%使用了碳纖維,因減重而可節(jié)省20%的燃料。未來幾年,民用大型飛機的市場需求量還將不斷提升。據(jù)《空客全球市場預(yù)測》估算,從現(xiàn)在起到2025年間,世界各大飛機運營商共需要新增22700架客機和貨機,高性能碳纖維將更廣泛的應(yīng)用于B787及A380的生產(chǎn)。該類航空器的產(chǎn)量擴張將使本領(lǐng)域內(nèi)碳纖維復(fù)合材料的用量以年均12%左右的速度增長,估計到2010年其需求量會達到10000噸左右,2012年則可達到13000噸。


    在體育休閑領(lǐng)域,碳纖維增強材料主要應(yīng)用于高爾夫球棒、釣魚桿、網(wǎng)球拍框架及碳纖維自行車制作。據(jù)估計,目前世界范圍內(nèi)高爾夫球棒的年產(chǎn)量為3400萬副,主要產(chǎn)地在美國、日本、中國大陸和臺灣;碳纖維釣魚桿的年產(chǎn)量約為2000萬副,網(wǎng)球拍框架的全球市場容量為600萬副/年。 copyright 123456
    碳纖維自行車近些年來在歐美等國家十分流行。這些國家的人民生活水平普遍較高,自行車更多的應(yīng)用于休閑健身及環(huán)保出行,對產(chǎn)品追求更多的是輕質(zhì)高強,這就給碳纖維自行車創(chuàng)造了極大的市場空間。目前,美國、英國、中國大陸及臺灣地區(qū)都已開發(fā)生產(chǎn)出碳纖維自行車車架及整車,臺灣捷安特公司曾一度獲得年產(chǎn)100萬輛碳纖維自行車的訂單,而國內(nèi)企業(yè)浙江力霸皇集團有限公司也在2009年前五個月創(chuàng)造了出口歐盟7000輛碳纖維自行車的營銷佳績??梢钥隙?,隨著碳纖維生產(chǎn)成本不斷降低,加之未來人們的環(huán)保意識加強及低碳經(jīng)濟流行,國內(nèi)外碳纖維自行車市場將會發(fā)展更快,較低價位的碳纖維自行車將逐步走進百姓生活。以國內(nèi)08年8700萬輛左右的自行車產(chǎn)量,碳纖維自行車以其優(yōu)越性能,合理的價位,預(yù)計將很快覆蓋2%的市場,并會在國內(nèi)成為年輕人的時尚潮流。 123456
     在一般的民用工業(yè)領(lǐng)域,近些年來碳纖維增強材料的應(yīng)用比例一直呈現(xiàn)明顯的上升態(tài)勢,其中風(fēng)電產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域最值得關(guān)注,具備出眾抗疲勞性能的碳纖維材料被選作為風(fēng)力機葉片中理想的增強材料之一,碳纖維在該領(lǐng)域的應(yīng)用到2010年后將成為繼航空航天領(lǐng)域后的第二大市場。據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計:全球2008年應(yīng)用于大型風(fēng)電機組葉片上的碳纖維用量已達6000噸/年,預(yù)計到2010年之后該領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求量將會增長到10000噸/年以上 。
    汽車產(chǎn)業(yè)是除風(fēng)電產(chǎn)業(yè)外碳纖維產(chǎn)品在民用工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的又一大市場。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計,碳纖維應(yīng)用于汽車主要是取代部分鋼制零部件:碳纖維復(fù)合材料傳動軸、汽車尾翼及引擎蓋已在汽車上廣泛應(yīng)用,車體重量也大幅度下降,一般來說可以減重40%左右,相應(yīng)地可節(jié)省30%以上的燃油消耗和尾氣排放。由于減重、節(jié)油和環(huán)保是該產(chǎn)業(yè)重要的效益指標(biāo),因此碳纖維在該領(lǐng)域的應(yīng)用引起了世界各國政府和相關(guān)企業(yè)的重視:美國已先行投資1.95億美元執(zhí)行一個汽車車體輕量化的5年發(fā)展計劃;日本的日產(chǎn)汽車和本田汽車企業(yè)也將與東麗公司聯(lián)手開發(fā)汽車車體用新型碳纖維材料,合作企業(yè)還包括三菱麗陽和東陽紡織,該合作項目計劃2010年以后開始實現(xiàn)量產(chǎn)。  內(nèi)容來自123456


    除上述產(chǎn)業(yè)外,碳纖維增強材料在土木工程、油氣田開發(fā)、高壓容器、電力傳輸、紡織機械部件等民用工業(yè)領(lǐng)域的其它產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中也相當(dāng)廣泛。以土木工程為例,目前美國已有3000座橋梁采用了碳纖維進行加固補強;在沿海油氣田開發(fā)產(chǎn)業(yè)中,碳纖維主要應(yīng)用于各種安全繩索的制備,據(jù)測算美國每年用在該類安全繩索上的碳纖維量保持在1000噸左右;在電力傳輸產(chǎn)業(yè)中,碳纖維主要應(yīng)用于復(fù)合材料纜芯部件的制備,美國在該領(lǐng)域的年市場需求預(yù)計2010年以后也將達到1000噸左右。
    以上幾大產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域為碳纖維復(fù)合材料當(dāng)前和今后數(shù)年內(nèi)主要的應(yīng)用市場。雖然整體應(yīng)用范圍在今后數(shù)年內(nèi)都不會有太大變化,但是三大領(lǐng)域之間的應(yīng)用比例卻有較大改變。統(tǒng)計表明,國際碳纖維市場中航空業(yè)的應(yīng)用比例近些年來有所上升,已經(jīng)超過了20%;體育休閑領(lǐng)域的應(yīng)用比例已降至20%以下;而民用工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用比例則已超過了60%。 123456
    從整體供需狀況上看,目前世界上碳纖維的主要消費地區(qū)仍然集中分布在美國、歐洲和日本。日本東麗公司的統(tǒng)計預(yù)測表明:世界碳纖維需求量將以每年13%左右的速度增長,2010年P(guān)AN基碳纖維的全球市場容量將達到5萬噸左右,到2012年將達到6萬噸,2015年將達到88000噸,而到2018年將達到10萬噸。為滿足不斷增長的需求,世界七大碳纖維 制造商都已計劃在未來的3~5年內(nèi)實現(xiàn)擴產(chǎn),市場供應(yīng)短缺、價格暴漲的碳纖維危機時代已經(jīng)過去,世界碳纖維市場在未來幾年的市場競爭將日趨激烈  從應(yīng)用領(lǐng)域上看,近期我國碳纖維產(chǎn)品的消耗比例為:體育休閑領(lǐng)域60%,一般民用工業(yè)領(lǐng)域30%,航空航天領(lǐng)域10%,而這一應(yīng)用比例并不與國際市場接軌。國際市場上高端碳纖維產(chǎn)品有著更大的市場空間,而體育休閑用碳纖維產(chǎn)品市場則需求已處于穩(wěn)定。而國內(nèi)隨著碳纖維的低成本化,碳纖維制品開發(fā)方興未艾,應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展,但同時由于碳纖維產(chǎn)品屬于高新產(chǎn)品,需要時間進行市場開發(fā)和引導(dǎo),因此國內(nèi)對碳纖維及制品將有持續(xù)增加的需求。由于面臨碳纖維材料的國際化競爭,國內(nèi)碳纖維企業(yè)也要加快發(fā)展碳纖維高端產(chǎn)品(T-700級及以上),才能在激烈的市場競爭中求得生存和發(fā)展。 內(nèi)容來自123456
 

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