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      碳纖維使用哪些方面?

      文章出處:未知責任編輯:潤大管理員人氣:發表時間:2015-06-22【

          碳纖維屬于國際高端新材料產業,目前,除了傳統的航空航天領域外,汽車、風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。據中投顧問產業研究中心相關統計數據顯示,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、導電和導熱等性能,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,以前主要應用于航空航天和軍工等領域。近年來,隨著生產技術水平的提高和生產規模的擴大,碳纖維在新型紡織機械、碳纖維復合芯電纜、風力發電葉片、核電、油田鉆探、醫療器械、汽車構件、建筑補強材料、文體用品等領域也都有應用。目前,碳纖維不論是在傳統的航空航天領域,還是在汽車構件、風力渦輪葉片等新市場,其應用范圍都有逐漸擴大的趨勢。 123,123

        常軼智指出,在航空航天領域的傳統市場,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,波音公司已經收到860架波音787型客機的訂單,在波音787中,幾乎50%的結構材料需要使用碳纖維復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合材料等。

      內容來自123456

        常軼智同時指出,在碳纖維應用的新市場,碳纖維主要用于風機葉片的載荷加強桿中。目前,由于風能發電的成本相對低廉,全球風機裝機容量的增速迅猛,大容量風機的應用將成為主要趨勢。而大容量風機的長葉片將會采用密度高重量輕的高碳纖維制造,未來隨著風電應用范圍的逐步擴大,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,碳纖維復合材料傳動軸、尾翼和引擎蓋在汽車行業的應用,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域的應用也在逐漸增大;此外,在核電、油田鉆探、醫療器械、汽車構件、建筑補強材料、文體用品等領域,碳纖維也具有廣闊的應用空間。

      123,123

        常軼智認為,碳纖維作為國際高端新材料產業,在世界各個國家都備受重視;而且,碳纖維具有優異的性能,其相關產品也備受人們青睞;再加上碳纖維的高技術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,隨著經濟的不斷發展和人們生活水平的提高,碳纖維的應用范圍從軍工和航天領域向其他領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,導電,傳熱和熱膨脹系數小等一系列優異性能。它既可以作為結構材料的增強劑承載負荷,又可作為功能材料發揮作用,因而廣泛應用于航空航天、建筑、體育、汽車、醫療等領域。目前,幾乎沒有其它任何一種材料能兼具如此眾多的特性。 從這個意義上已預示了碳纖維在工程的廣闊應用前景,綜觀多種新興的復合材料(如高分子復合材料、金屬基復合材料、陶瓷基復合材料)的優異性能, 不少人預料,人類在材料應用上正從鋼鐵時代進入到一個復合材料廣泛應用的時代。 
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          碳纖維的性能參數: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、導電、傳熱和熱膨脹系數小。因此,具有高的比強度和比模量,它比絕大多數金屬的比強度高7倍以上,比模量為金屬的5倍以上。
          近些年來,碳纖維等先進復合材料行業發展十分迅速,碳纖維在高端復合材料市場中應用已相當普及,主要包括軍民用航空、體育休閑及民用工業三大領域。


          在軍用航空領域,高性能碳纖維復合材料主要應用于導彈彈頭、彈體箭體、發動機殼體的結構部件和衛星主體結構承力上,其中碳/碳和碳/酚醛復合制品是彈頭端頭和發動機噴管的重要防熱材料;在衛星構件上,高模量(MJ系列)碳纖維主要應用于衛星承力筒、桁架、夾層面板及電池板支架。在戰斗機和直升機上,碳纖維復合材料應用于戰機主結構、次結構件和戰機特殊部位的特種功能部件,當前戰斗機上碳纖維復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
          在民用航空領域,高端碳纖維增強材料主要應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量大約為250~350架,而空中客車A350中復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客機復合材料中的50%使用了碳纖維,因減重而可節省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《空客全球市場預測》估算,從現在起到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用于B787及A380的生產。該類航空器的產量擴張將使本領域內碳纖維復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。


          在體育休閑領域,碳纖維增強材料主要應用于高爾夫球棒、釣魚桿、網球拍框架及碳纖維自行車制作。據估計,目前世界范圍內高爾夫球棒的年產量為3400萬副,主要產地在美國、日本、中國大陸和臺灣;碳纖維釣魚桿的年產量約為2000萬副,網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,自行車更多的應用于休閑健身及環保出行,對產品追求更多的是輕質高強,這就給碳纖維自行車創造了極大的市場空間。目前,美國、英國、中國大陸及臺灣地區都已開發生產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100萬輛碳纖維自行車的訂單,而國內企業浙江力霸皇集團有限公司也在2009年前五個月創造了出口歐盟7000輛碳纖維自行車的營銷佳績。可以肯定,隨著碳纖維生產成本不斷降低,加之未來人們的環保意識加強及低碳經濟流行,國內外碳纖維自行車市場將會發展更快,較低價位的碳纖維自行車將逐步走進百姓生活。以國內08年8700萬輛左右的自行車產量,碳纖維自行車以其優越性能,合理的價位,預計將很快覆蓋2%的市場,并會在國內成為年輕人的時尚潮流。 123456
           在一般的民用工業領域,近些年來碳纖維增強材料的應用比例一直呈現明顯的上升態勢,其中風電產業領域最值得關注,具備出眾抗疲勞性能的碳纖維材料被選作為風力機葉片中理想的增強材料之一,碳纖維在該領域的應用到2010年后將成為繼航空航天領域后的第二大市場。據相關部門統計:全球2008年應用于大型風電機組葉片上的碳纖維用量已達6000噸/年,預計到2010年之后該領域對碳纖維的需求量將會增長到10000噸/年以上 。
          汽車產業是除風電產業外碳纖維產品在民用工業領域應用的又一大市場。據相關資料統計,碳纖維應用于汽車主要是取代部分鋼制零部件:碳纖維復合材料傳動軸、汽車尾翼及引擎蓋已在汽車上廣泛應用,車體重量也大幅度下降,一般來說可以減重40%左右,相應地可節省30%以上的燃油消耗和尾氣排放。由于減重、節油和環保是該產業重要的效益指標,因此碳纖維在該領域的應用引起了世界各國政府和相關企業的重視:美國已先行投資1.95億美元執行一個汽車車體輕量化的5年發展計劃;日本的日產汽車和本田汽車企業也將與東麗公司聯手開發汽車車體用新型碳纖維材料,合作企業還包括三菱麗陽和東陽紡織,該合作項目計劃2010年以后開始實現量產。  內容來自123456


          除上述產業外,碳纖維增強材料在土木工程、油氣田開發、高壓容器、電力傳輸、紡織機械部件等民用工業領域的其它產業應用中也相當廣泛。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;在沿海油氣田開發產業中,碳纖維主要應用于各種安全繩索的制備,據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;在電力傳輸產業中,碳纖維主要應用于復合材料纜芯部件的制備,美國在該領域的年市場需求預計2010年以后也將達到1000噸左右。
          以上幾大產業領域為碳纖維復合材料當前和今后數年內主要的應用市場。雖然整體應用范圍在今后數年內都不會有太大變化,但是三大領域之間的應用比例卻有較大改變。統計表明,國際碳纖維市場中航空業的應用比例近些年來有所上升,已經超過了20%;體育休閑領域的應用比例已降至20%以下;而民用工業領域的應用比例則已超過了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仍然集中分布在美國、歐洲和日本。日本東麗公司的統計預測表明:世界碳纖維需求量將以每年13%左右的速度增長,2010年PAN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年內實現擴產,市場供應短缺、價格暴漲的碳纖維危機時代已經過去,世界碳纖維市場在未來幾年的市場競爭將日趨激烈  從應用領域上看,近期我國碳纖維產品的消耗比例為:體育休閑領域60%,一般民用工業領域30%,航空航天領域10%,而這一應用比例并不與國際市場接軌。國際市場上高端碳纖維產品有著更大的市場空間,而體育休閑用碳纖維產品市場則需求已處于穩定。而國內隨著碳纖維的低成本化,碳纖維制品開發方興未艾,應用領域不斷擴展,但同時由于碳纖維產品屬于高新產品,需要時間進行市場開發和引導,因此國內對碳纖維及制品將有持續增加的需求。由于面臨碳纖維材料的國際化競爭,國內碳纖維企業也要加快發展碳纖維高端產品(T-700級及以上),才能在激烈的市場競爭中求得生存和發展。 內容來自123456
       

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