http://www.frponline.com.cn  2010-10-19  复材在线

    一、 国内外现状

    1、国内现状

    我国对碳纤维的研究始于二十世纪60年代，进展缓慢，碳纤维产业整体上还处于一个较低的发展水平，原丝品质低下，仅能生产低性能碳纤维，指标尚达不到国际T300（拉伸强度大于3000MPa）水平，与国外差距较大。

    近年来，由于航空航天技术等相关行业的快速发展，带动了高性能碳纤维及其复合材料需求的快速增长。碳纤维的应用领域由航空航天、国防领域和体育休闲用品，扩展到增强塑料、压力容器、建筑加固、风力发电、钻井平台等新兴应用领域。截至2009年底，国内碳纤维生产企业有23家，主要有中复神鹰年产2500t 原丝和1000t碳纤维生产线、威海拓展纤维有限公司千吨级碳纤维生产线、吉林石化碳纤维厂百吨级碳纤维生产基地等，总产能达4000t/a。此外，陕西航天四院投资4.6亿元建设4000t/a碳纤维产业化项目，预计2010年底建成投产。

    目前，国内碳纤维的市场需求量以每年11%～15%的速度增长。截至2009年底，国内碳纤维的需求总量已超过8000t，预计2010年将达1万t。

    2、国外现状

    目前，世界碳纤维生产企业主要有日本的东丽、东邦和三菱公司，美国的赫氏，德国的西格里集团，韩国泰光产业，以及台塑集团等，以生产T700（拉伸强度大于4500MPa）以上的高性能碳纤维为主。东丽是世界上最大的生产商，已经开发出高强型T1000（拉伸强度大于7000MPa）系列碳纤维，其抗拉模量为295GPa，拉伸强度达7.05GPa。

    随着碳纤维应用领域的不断扩大，碳纤维的市场需求日趋增加，碳纤维及其复合材料产业呈现良好发展态势。据相关部门预测，世界碳纤维需求将以每年大约13%的速度飞速增长，碳纤维的全球需求量2010年将达到5万t，2012年将达到6万t，2018年将达到10万t。

    二、 未来将快速增长的应用领域

    2008年，体育器材、一般工业产业、航空航天三大领域对碳纤维的需求呈现强劲态势，其中需求量最大的包括清洁能源中的大型风力发电机叶片、航空航天及汽车等领域。

    航空航天

    在飞机制造业，B787、A380一架就需要碳纤维30t，预计到2012年仅在航空航天方面就需要12.1kt.。瑞士UAV公司研制了各种未取名的小型飞行器，形若直升机，机身由碳纤维三明治结构构成，3 个叶片各长300 cm，飞机质量25kg，有效载重20kg。德国飞机零部件制造商Premium Aerotec公司开发了大型CFRP飞机货舱门“A400M”并获得2009年JEC创新奖。Quantum复合材料公司开发出碳纤维增强酚醛树脂，用于飞机内装三维部件及公共交通部件。

    汽车轻量化

    目前美国、日本都在研究用碳纤维增强复合材料制造的碳纤维汽车车身，据国外预测到2015年，各大汽车公司将陆续将碳纤维汽车投入市场，以实现汽车的轻量化、节能与环保。目前CFRP的概念车越来越多展现在国际车展上，其中奥迪车已开始上市。

    大型风机叶片

    世界气候大会后，在新能源中成本最低的就是风力发电，未来的风机叶片将会变得更长，长度将普遍到60m以上，而碳纤维将是大型风机叶片的首选材料，需求量势必扩大。此外，大型太阳能电池板、氢气瓶、燃料电池等都需要CFRP。

    三、碳纤维生产商加速扩张产能

    东丽首先完成在石川厂580万m2/a的碳纤维预浸料（CFPP）新装置的投产，自2008年6月起在名古屋投入25 亿日元推进东丽汽车中心的先进材料和技术的开发，2009年4月再投入约40亿日元开设“先进复合材料中心”，开展CFRP制品的技术开发，并进一步构筑“树脂应用开发中心”及“汽车、飞机（A&A)中心”，以加速CFRP在这些领域的产业化。目前丰田汽车的全CFRP车身汽车已开始上市，但大量用于汽车工业约在2015年前后，其中用ACM法制成的热塑性CFRP将成为主流材料。此外，该公司还开发了短切碳纤维增强水泥的耐火外装建材，由东丽在德国的新复合材料工程（ACE）公司生产，目标是5万m2/a。

    东邦Tenax继导入碳纤维新产品Tenax-E IM65 24K后，又研发出超高强度型Tenax-E UTS 55 24K新产品，目标是用于深海油田管道、压力容器和新一代飞机。此外，还有用于一般高温用途（耐500℃）的短切碳纤维 Tenax-A UT C723 6mm，用于增强PPS和PEEK。同时开发了超薄的碳纤维织物，用12k碳纤维可制成59g/m2的织物预浸料，3k丝的织物只有其1/3。目前正与其母公司帝人集团联手重点开发CFRP在环境和能源、汽车、飞机等领域的应用，包括压缩天然气瓶（CNG）、消防员用空气呼吸器（SCNA）、高压氢气瓶（CHG）、风力发电叶片、燃料电池用电极气体扩散层、纳硫电池电极等。

    三菱丽阳首先推出了“Pyrofil P330”大丝束碳纤维新产品，50k和60k碳纤维的综合性能与TR50S/TRH50高强小丝束碳纤维相同（T700水平），并与宝马公司共同设立新公司计划用于汽车上，在中国盐城则将与德国CFRP风电叶片厂家一起开发沿海风电市场。另外，为了扭转2009年度其碳纤维及CFRP事业亏损70亿日元的局面，一方面扩大原丝的外销，与西格里公司合作成立大丝束原丝厂、并委托西格里生产750t大丝束碳纤维，与美国CEM公司合作开发飞机用CFRP材料，希望以此来扩大应用并实现2011年扭亏为盈。

    四、 高效和节能减排的新生产技术

    美国卓尔泰克（ZOLTEK）公司是世界最大的大丝束碳纤维厂家之一，为了应对金融危机和航空业不景气的影响，一方面收购了墨西哥的一家腈纶厂，用不到一年的时间改造成大丝束原丝生产厂，并改进该原丝的生产效率，以期降低生产成本，同时开发了易于浸渍树脂的单向（UD）和多向（MD）织物，如同浸渍玻纤织物一样便捷，而其成本较低。这样既可满足风力发电叶片愈来愈长并将持续以20%～25%的年需求量增长的需求。

    东邦Tenax公司正推进扩大CFRP产业和碳纤维生产过程的革新，目标是开发生产效率为现有工艺的10倍乃至100倍的碳纤维碳化技术，并使10年后的CFRP产业规模超过目前的10倍。三菱丽阳则革新从原丝至碳化的工艺，以降低成本和提高竞争力。

    日本新能源产业技术开发机构（NEDO）为落实“2007～2020年纤维领域的技术路线图”，向全社会募集“节能减排的技术项目”，其中“超碳纤维的研究开发”等8项课题被选中，该项目完成后，只需在碳纤维中分散一种纳米尺寸的填加物，就可大幅度提高碳纤维的强度和模量。这项成果将有利于进一步减轻汽车、飞机等运输工具的质量，达到节能减排的目的。日本经济产业的中、小企业厅也向社会募集相关的课题，共选中了1657件（采纳率为22.4%），每项课题的补助金上限为1亿日元，其中32件为复合材料方面的课题，而近半数的15件是有关CFRP研发的：埼玉县的C/C复合材料大型部件的研制与开发；东京都的超高精度、零膨胀的CFRP/陶瓷复合化轻量薄板平台的开发；山梨县的金属板材与CFRP一体化的轻量、高强度结构材料的开发；静冈县的CFRP成型用高压容器的试制；CFRP廉价成型技术的开发和轻量化汽车部件的研制；CFRP等难加工材料的高档加工机平台的开发；爱知县的飞机用CFRP机体部件接合用填隙片的高效生产技术的开发；岐阜县的CFRP材料钻孔加工用钻头的高精度研磨盘的开发；CFRP用大型成型模具制造技术的开发；开纤NCF材料及新VaR TM法飞机用CFRP成型的开发；富山县的飞机用大型CFRP成型品5轴加工技术的开发；石川县的CF织物高效制造技术的开发；德岛县的CFRP加工技术及新钻模的开发；爱媛县的“为实现汽车车体和产业用机器人的轻量化而确立‘预浸料等’新碳纤维压制成型模具及成型技术”。这些课题都是有利于在日本实现CFRP制品的全面实用化，达到节能减排的目的。

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