国内外碳纤维复合材料现状及研究开发方向概要

--]

诺贝尔学术资源网->材料资源->《转》国内外碳纤维复合材料现状及研究开发方向[打印本页]

登录->注册->回复主题->发表主题

romanceliu

2008-01-15 17:37

查看完整版本: [-- 《转》国内外碳纤维复合材料现状及研究开发方向

一.国外情况

1996年世界碳纤维生产能力15000t,实际产量约10000t左右,其中日本约占60%。日本有三家大公司从事碳纤维的生产、研究和开发,东丽公司、东邦人造丝

公司和三菱人造丝公司是世界著名的碳纤维生产企业,它们都在积极扩展碳纤维生产,继续加强其在世界市场上的主导地位,并纷纷实现从原丝到下游复合材料一体化的配套生产体制,碳纤维及其下游产品己成为这些公司的支柱产业和新的经济增长点。

随着航空航天飞行器各项性能的不断提高,对结构件用材料的性能要求也越来越高。今后日本先进复合材料的发展方向是:在增强材料方面,进一步提高碳纤维的强度和模量,降低成本;在树脂基体方面,主要提高树脂的冲击后压缩强度和耐湿热性;在复合材料成型技术方面,进一步实现整体成型技术、固化监控、自动化技术及三维复合材料技术,从而同时提高复合材料性能降低制造成本。

美国是碳纤维生产大国,更是消费大国,世界碳纤维40%以上的市场在美国。美国199 6年碳纤维生产能力约为4500t,其中卓尔泰克(ZOLT E K公司1997年在美国德克萨斯州的亚平伦城和匈亚利的布达佩斯附近建了5条碳纤维生产线,1997年的总生产能力达3000t左右,一跃成为世界上生产碳纤维的最大集团之一。

它的产品有许多特色,最主要是低成本、低价格、大丝束、采用纺织用的丙烯酸原丝和开发工业级碳纤维等。该公司生产的碳纤维价格已降至17.64$/kg,而日本东丽同类产品大约30$/kg。在应用方面,美国摩里逊(Morison公司为达纳(Dcna公司生产汽车传动轴,供通用汽车公司用;采用碳纤维复合材料可使原来由两件合并成一个传动轴简化成单件,与钢材料相比,可减重60%。美国斯道顿复合材料公司(Stoug hton开发碳纤维复合材料集装箱,重量轻、耐磨,在碳纤维价格降至17.6$/kg 时,此集装箱的价格可与金属集装箱竞争。

目前,美国正在开发碳纤维复合材料的五大新市场,即清洁能源车辆、土木建筑工程、近海油田勘探和生产、风力发电机大型叶片、高尔夫球杆和球拍。这是推动美国和世界碳纤维复合材料大发展的动力。随着碳纤维生产规模的扩大和生产成本的下降,在增强木材、机械和电器零部件、新型电极材料乃至日常生活用品中的应用必将迅速扩大。

除日美之外,德国、英国和韩国也具有一定碳纤维复合材料生产能力。据预测,今后十年世界碳纤维及复合材料需求量将稳定高速增长。国外碳纤维及复合材料业已步入良性循环,而我国目前尚不具备国际竞争能力。我国当前及今后一个时期内最大的市场在体育用品方面。我国碳纤维及其复合材料业存在的几个问题为:原丝质量差、生产规模小、质量低、价格高、应用基础研究薄弱等。

二.国内情况

1.转自泰州市科协《科技快讯》总第110期:碳纤维取代钢筋

钢筋是混凝土不可缺少的材料,现在日本科学家开发出利用碳纤维取代钢筋制作钢筋混凝土的技术。根据这项新技术,先将1.2万根直径约7微米的碳纤维困在一起,制成30根碳纤维绳,然后呈螺旋状在骨架上缠绕碳纤维绳,只在连接处用树脂固定起来。整个工作由机器人按输入的设计完成。

连接处以外的碳纤维可以折叠,便于运输和保管。在施工现场,先将碳纤维绳拉直,使之恢复原状,然后浇注混凝土。但要注意的是如处理不当,就有可能损伤碳纤维。

碳纤维的强度大,相当于钢筋的10倍,其重量大约为钢筋的1/4,但弱点是与混凝土的附着性差。于是科学家们改变了碳纤维结构,使之能够很好地与混凝土附着在一起。作为混凝土的骨架材料的棒状碳纤维价格比钢筋贵,但采用这项新技术,可以减少利用树脂和电焊的工作量,因此可以降低成本。

2.转自南方纺织网:国内首套大型工业化聚丙烯腈基碳纤维工程开工

来自中国华源集团的消息说,由华源主投资的国内首套大型工业化聚丙烯腈基碳纤维工程日前正式开工。

这项工程由中国华源集团与安徽蚌埠灯芯绒集团共同投资建设,华源占90%的股份。工程位于蚌埠市高新技术开发区,占地197亩,其中一期工程为年产200吨聚丙烯腈基碳纤维及500吨原丝项目,总投资2.2亿元,全套装置和技术从国外引进,由英国艾麦克(A MEC公司总承包,预计2005年初建成投产。

据悉,碳纤维是国际上20世纪70年代发展起来的高性能材料,具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、抗蠕变、稳定性强等特点,既可作为结构材料承载负荷,又可作为功能材料发挥作用。鉴于此,碳纤维广泛应用于航空航天、现代国防、汽车制造、特种机械、新型建材、体育设施等领域,前景广阔。

目前,我国对碳纤维的研究还停留在小试、中试阶段。华源这一项目的建设成功将填补

我国碳纤维及原丝工业化生产的空白。

3.中国塑料机械网:聚丙烯腈基碳纤维前景喜人

目前,世界PAN基碳纤维约占各种碳纤维材料的80%以上,其中PAN基小丝束碳纤维的世界总需求约为10000t/a强。东丽、东邦和三菱人造丝三家公司提供了

70%以上的需求,而它们三者的总产能占了世界中产能的78%,其余由美国hexcel、英美的bp amoco和中国台湾的台塑三家分担。

在1998年底,世界小丝束PAN基碳纤维的生产能力为1875t/a,到1999年底增加为2055t/a,增幅8%,其中日本的增幅占42%;在大丝束PAN基碳纤维方面,1998年世界的总产能为7630t/a,到1999年底增至10080t/a,增长率高达32.1%,主要由美国akzo-fortafil、zoltek 和德国sgl集团3家独占。

在市场应用方面,全球的CFRP生产厂家约有100余家。从1997年至2005年,航空方面的需求增长149%,体育休闲用品为116%,工业用为252%,合计将增长175%。在飞机方面,美国f-18战斗机已采用10%的CFRP;新一代的战斗机yf-22a属雷达难以搜索型,CFRP占35%。在民航机方面,空中客车公司的新一代a3xx机,其ACM将扩大至60%。在体育休闲用品方面,高尔夫球杆自1993年起需求急速增长,在1995-1997年亚洲市场增长减速,到1999年后美国市场也趋于饱和。网球拍曾在1993-1995年红火一时,目前台湾和国外厂家都已转移至我国生产,其芯部结构为聚氨酯泡沫,外包缠CFRP、GFRP、硼纤维或kevlar纤维等。

在工业领域,有六大方面正在推广应用:

(1土木建筑领域主要是桥梁和抗震补强材料,特别是发生阪神、淡路、tolco和台湾省大地震后,海外的需求量大增,日本的耐震补强材料和技术已向海外扩展。另外,伴随着信息社会的发达,出现了机密泄露和通过内外部的各种情报、通信设备而相互干扰等社会问题,其对策便是利用CFRP网格混入混凝土中形成电磁波屏蔽墙加以解决。此外,CFRP管制的桁梁构架屋顶,比钢制品轻1/2,使大型结构物达到了实用化的水平,而且施工效率和耐震性能得到了大幅度提高。

(2汽车由于目前碳纤维的价格偏高,只能说是未来潜在的大市场。日产汽车公司的“skylinegt-r”的外装材料已使用CFRP;丰田汽车公司自1996年秋起已将CFRP 用于“mark ii ”等3种车的内装材料,这两家公司都正与东丽共同开发CFRP制车体,应用于卡车上。现最引人注目的是美国的压缩天然气(cng压力容器和消防车的氧气