碳纤维的应用及未来展望
  • 技术应用
  • 2015-07-15 15:11
  • 来源:中国纺织机械网
  • 作者:[db:作者]
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  •   当前,世界上生产两种碳纤维。种是用聚丙烯腈纤维为原料生产的丙烯腈叫基碳纤维;而另种是用煤石油精炼产生的沥青和合成沥青制得坜青基碳纤维。

      总产量中占压倒多数。因此今天我愿意集中讨论,基碳纤维。1971年,东丽成为世界首家成功地大规模工业化生产碳纤维的公司,产品称为1町;3,是东丽碳纤维的缩写。目前,东丽在世界范围内,基碳纤维的生产及市场领域占**地位。

      1碳纤维制造工艺在,人基碳纤维生产时,称为母体原丝的聚丙烯纤维,先要由丙烯腈聚合和纺制成丝。然后将这些原丝放入氧化箱中,在20000,醒趸,=,谔蓟,杏,10020,的温度下被碳化成碳纤维。除了常规碳纤维般较细,PAN基碳纤维还包括粗碳纤维,称作大丝束型,其目的是降低成本。

      2碳纤维的性能如通常所说,碳纤维轻于铝而强于钢。它们特性是比重为铁的分之,比强力为铁的十倍。而且,碳纤维与钻石样,主要是由碳组成的物质。为此,除了超级的拉伸强力和拉伸模量以外,碳纤维化学性能非常稳定,耐腐蚀性高。碳纤维的其他特征包括高水平义射线穿透性,高度耐化学制剂耐高温和低温。

      碳纤维的性能使它们用于各种不同的领域。主要应用包括运动器械,如高尔夫球棒和钓鱼杆;空间飞行,如飞机部件和工业领域。随着工业变得越发先进,新型功能材料的不断探寻,在医疗设备,压力容器,建筑工程和结构材料,能源及其他新型工业中对碳纤维的需求正在增加。碳纤维的成本已经下降,工艺技术多样化,制造者已经能够根据具体的用途,提供宽广范围的碳纤维产品了。

      所有这些正支持着对其工业领域新应用的开发。下面我将详细介绍应用开发的现状。

      3碳纤维的产品形式和加工工艺接下来,我将简要介绍碳纤维的产品形式和加工工艺。

      碳纤维分为种产品形式丝束布料预浸溃和切断纤维。布料就是由碳纤维制成的织物。预浸渍是种产品,通过在个方向均匀地拉碳纤维,并将碳纤维或织物用树脂浸溃而形成片材。切断纤维就是短纤维。

      这些产品加上树脂,根据具体的用途制成碳纤维增强塑料扣只口。

      压力容器和筒子可以用以下方法制造将树脂粘附在纤维上,再往芯材上卷绕,然后熟成或硬化,这就是所谓的长丝卷绕法。

      织物是放人模型中,用树脂浸渍,是制造卡车和划艇飞机部件是用加热加压和在高压釜中熟成预浸溃就是大家熟悉的片材卷绕法。这方法用来生产尔夫球棒和钓鱼杆。短纤维和树脂混合形成复合物,然后再加工成机器部件和其他产品。

      过去,预浸溃是碳纤维应用*多的形式,它们是用高压釜和片材卷绕法加工。但是,近来由于新工业用途的开发,长丝卷绕,复合物和其他加工方法也多起来了。种像,了1的模型法,可以高效地模制大件产品。碳纤维和*适当的树脂及加工工艺的结合,使碳纤维变得更具吸引力。

      4应用开发现在我较详细地介绍当前碳纤维应用开发状况。如日本东丽公司ShinjiKoyamat我早些时候提到的,碳纤维的应用分为个主要组成部分运动航天和工业用途。时下,在对碳纤维的年总需求量中,各种用途的百分数大约为运动领域30,航天领域20,工业领域50.

      运动领域的个主要用途是高尔夫球棒,钓鱼杆和网球拍框架。现在,估计全世界每年大约生产3600万只碳纤维高尔夫球棒。分国家地区的话,这些球棒主要在美国中国日本和中国台北生产,其中80以上的产品在美国和日本消费。向您提供个信息,全世界生产的碳纤维高尔夫球棒的50,是用东丽的碳纤维制造的。

      世界碳纤维钓鱼杆的产量,估计是1000万套左右,并显出这领域内对碳纤维有稳定的需求。

      网球拍框的市场规模,估计是每年约600万套。其他运动用途包括射术自行车和赛车,碳纤维还用于船只游艇冲浪及其他水上运动。

      1992年前后,民用飞机工业的衰退影响了碳纤维在航天领域的需求,但到1995年初期需求量又迅速恢复。

      这是因为生产全面恢复和波音777飞机的满负荷生产,而东丽的碳纤维用于制造结构材料,包括水平和垂直机尾,地板梁等。这些部件是如此重要,它们旦在飞行中损坏,飞机就会坠毁。它们称作基础结构材料,由于其重要性,质量要求特别严格。以8777为例,东丽是唯获准的碳纤制造商,能为波音公司的基础结构材料供货。

      除了基础结构材料,每架8777大约需要6吨碳纤维用于副翼螺旋浆升降梯引擎和其他部件。

      碳纤维也大量用于空中客车飞机。在人造卫星中,它们用作构件太阳能板天线和其它部件。

      碳纤维的工业应用范围非常广泛,且在这领域中碳纤维正在取代金属混凝土材料等。作为材,它满足对环境安全和节能的要求,所以预计在这领域中碳纤维的需求量将会继续增长。

      在建筑工程和结构领域中,在抗震修复和增强措施中采用碳纤维是重大突破,并迅速地在工业领域中扩展。增强桥墩就是个应用的实例。作为加强筋取代材料,对碳纤维的需求预计将来会增加。这项再加上压力容器,是*有前途的应用之。压力容器主要用于汽车压缩天然气CNG缸和消防用整装呼吸器SCBA.CNG缸在美国和欧洲用量激增,而日本和其他亚洲国家,正显出对这应用有着,长的兴趣。

      其它碳纤维的应用包括大面积屋顶系统;汽车相关领域,传动轴和其它类型的运输设备,以及别的应用如风力透平叶片;机器部件;家用电器和电子产品;个人计算机及半导体相关设施,它们都需用到碳纤维复合材料的增强抗静电性和电磁波屏蔽效果。此外,减少人体暴露于,射线的,射线器械市场正在扩大。

      5碳纤维市场的历史下面我将谈到碳纤维市场的历史和碳纤维市场的供需状况。碳纤维全面工业化规模生产始于197,年。

      在70年代引进期,高尔夫球棒,钓鱼杆应用的开发主要在日本进行。到80年代早期,碳纤维开始作为次结构材料,在欧洲和北美全面应用于民用客机和空间领域。

      接下来,碳纤维作为种高品质纤维开始被认知,并于80年代中期得到迅速发展。在这10年间,空中客车工业开始用CFRP作为飞机的基础结构材料,并且在网球拍和运动应用方面,碳纤维市场稳步扩张。虽然在1991年海湾战争以后,由于飞机制造工业的衰退和世界经济对碳纤维需求的持续增长主要在工业应用领域。特,是在欧洲和美洲,压力容器用碳纤维的需求出现明显增长,而抗展增强方面的应用需求,也在1995年神户大地震以后加速上升。预计未来对碳纤维的需求将稳步增长,尤其是在工业应用领域。

      6供需状况下全世界碳纤维的年生产能力。所公布的常规碳纤维生产能力,在2000年全世界大约22000吨,而大约70在日本所属的公司之中。此外,低成本,所谓的大丝束型粗碳纤维有几千吨,大丝束纤维已经开始进入要求不高的运动和工业应用领域,以及过去采用玻璃纤维的领域中。

      制造能力单位吨年东丽集团13人纤集团菱人纤集团般地说,对于碳纤维,所公布的70的生产能力是实际生产能力。公布的生产能力,通常是基于标准型产品的计算生产能力。但是,除了具有标准强度和模量的常规碳纤维,按照其技术性能还有许多其它规格的碳纤维。

      同时还有各种粗细纤维的不同产量,所以,根据产品类型和纤维粗细,生产能力有所不同。当生产多种产品时,产品品种的切换会造成时间损失。因此,实际的生产能力通常比公布的生产能力低。

      今天,在般用途的碳纤维市场,供需关系的紧张已经稍微缓和。但这仅代增长进程中的过渡时期。

      东丽预测,到2005年这段时间内,对碳纤每年需求的增长,在航天领域是5,运动器材4,工业用途2,这样全部应用的平均年增长率是14.因此,预计对碳纤维的总需求量,在2005年将达到27000吨。

      7东丽的全球运作和碳纤维展望*后,我将谈谈东丽碳纤维业务当前发展的状况和展望。

      目前,东丽将碳纤维作为它的项梭心业务,并建立起了全球运作系统。生产基地位于个区域日本美国和欧洲,基于这极体系,东丽正促进全球运作,以*好地适应需求趋势。碳纤维生产基地有日本工厂,法国3汇人化美国东丽碳纤维美国公司0.预浸渍产品在;1工厂和美国东丽复合材料美国公司,入生产,这两间工厂还处理复合材料产品,迄今,对碳纤维的需求直稳定增长。

      碳纤维在质轻强力耐用等方面,有超出其他材料生产碳纤维与钼的合金,及碳纤维与橡胶的结合,使其应用形式正趋多样化。想象下将来会出现什么新应用是很有趣的。我们肯定,碳纤维是具有巨大潜在增长能力特别要提到的是,因为中国正处于经济的快速增长时期,并且人口众多,我们估计本世纪对碳纤维的需求将持续发展。预计,随着中国西部大开发项目的进展,碳纤维将越来越多地用于建筑工程和结构制品中。同时预计,随着汽车需求量的增高,日益增多的碳纤维将用于,0缸。以此推断,碳纤维非常有可能在中国大范围地应用到工业领域中去。加之,随着不断增多的人参加尔夫球,垂钓和其他运动休闲活动,预计碳纤维在运动器械方面

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