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碳纖維材料領軍先材料發展

文章出處:責任編輯:人氣:發表時間:2015-09-26 10:11:33【

碳纖維是一種纖維狀碳材料。它是一種強度比鋼大、密度比鋁小、比不銹鋼耐腐蝕性強、比耐熱鋼耐高溫、又能像銅那樣導電,具有許多寶貴的電學、熱學和力學性能的新型材料。碳纖維主要被制成碳纖維增強塑料這種復合材料來應用。
每一根碳纖維由數千條更微小的碳纖維所組成,直徑大約5滋m~8滋m。在原子層面的碳纖維跟石墨很相近,由一層層以六角型排列的碳原子構成。碳纖維與 石墨兩者的差別在于層與層之間的連接。石墨是晶體結構,它的層間連接松散,而碳纖維不是晶體結構,層間連接是不規則的,這樣可防止滑移,增強物質強度。

  一般碳纖維的密度為1750kg/m3,導熱能力高但傳電能力低,碳纖維的比熱容量亦比銅低。當加熱的時候,碳纖維會變厚、變短。雖然碳纖維的天然顏色是黑色,但科學家可以把它染成不同的顏色。

  我國碳纖維產品市場現狀

  我國碳纖維的生產和使用尚處于起步階段,,國內碳纖維生產能力僅占世界高性能碳纖維總產量的0.4%左右,國內用量的90%以上靠進口。而 PAN原絲質量一直是制約我國碳纖維工業規;a的瓶頸。另外,碳纖維長期以來被視為戰略物資,發達國家一直對外實行封鎖。因此,業內專家認為,強化基 礎研究是創新之本,是發展國內碳纖維工業的根本出路。

  我國早在上世紀六七十年代就開始了碳纖維的研究工作,幾乎與世界同步。經過30多年的努力,已經研制出接近日本東麗公司T300水平的碳纖維產 品,但產量和品質都遠不能滿足國內需求,與國外差距甚遠。與國際先進水平相比,國產碳纖維的突出問題是碳纖維強度低,均勻性和穩定性都較差,發展水平比發 達國家落后了近20年~30年,而且生產規模小,技術設備落后,生產效益不理想。

  目前全球碳纖維產能約3.5萬噸,我國市場年需求量6500噸左右,屬于碳纖維消費大國,但我國碳纖維2007年產量僅200噸左右,而且主要 是低性能產品,沒有形成規;a業,絕大部分依賴進口,價格非常昂貴,比如標準型T300市場價格每千克曾高達4000元~5000元。由于缺少具有自主 知識產權的技術支撐,國內企業目前尚未掌握完整的碳纖維核心關鍵技術。我國碳纖維的質量、技術和生產規模與國外差距很大,其中高性能碳纖維技術更是被日本 及西方國家壟斷和封鎖。因此碳纖維要真正實現國產化需要一個漫長的過程。由于市場短缺,近年來國內出現了“碳纖維熱”,眾多科研院所和企業紛紛啟動了碳纖 維研究或千噸級產業化項目。雖然當前國內市場對碳纖維產品需求較大,但盲目發展低于檔次品類存在很大風險,尤其現有產品研發停滯不前,不能開發出新型配套 系列產品,這些千噸級項目實施后,市場產能出現過剩趨勢將成為必然。

  從價格角度分析,目前碳纖維國際市場供不應求,國內價格居高不下,而且在我國,碳纖維應用領域越來越廣泛,已從軍用向民用領域快速滲透。從投資 角度分析,大量資本,特別是民營資本的高度關注,在很大程度上激活了這一產業,極大地提高了碳纖維產業的活躍程度,民營資本的進入為加快碳纖維產業化進程 發揮了積極而重要的作用,使國內碳纖維的產業化研究不斷深入。到目前為止,我國已建立起相對完整的十分級、百分級甚至千分級碳纖維產業研發的配套體系。 1976年在中科院山西煤炭化學研究所建成我國第一條PAN基碳纖維擴大試驗生產線,生產能力為2t/a,20世紀80年代開展了高強型碳纖維的研究,于 1998年建成一條新的中試生產線,規模為40t/a。中科院山西煤化所、上海合纖所、北京化工大學、山東工業大學、東華大學、安徽大學、浙江大學、長春 工業大學等科研機構及院校參與了碳纖維項目的研究與開發。目前,國內小規模PAN基碳纖維生產企業和科研院所共10余家。

  國內企業不再照搬國外現成的技術,關鍵設備也在加快研發,某些關鍵設備的研發已取得了突破性成果,而且原材料供應充足。我國碳纖維產業技術特點 十分明顯,技術多元化越來越受到重視。從2000年開始,我國已完全放棄了硝酸法原絲技術,采用以二甲基亞砜為溶劑的一步法濕法紡絲技術。目前,國產碳纖 維百分級產品能與日本東麗的T700相媲美?梢哉f,我國多年來碳纖維產、學、研相結合研發的技術成果已不遜色于東麗的相應技術。在我國完整的碳纖維研發 鏈條下的碳纖維工程化研發出現了加速發展的勢頭。吉林、山東、江蘇、山西、遼寧、安徽是我國傳統的碳纖維工程化研發的基地,而近年來,河北、上海、陜西逐 步成為新興的碳纖維工程化研發基地,有越來越多的企業加入到工程化研發與建設中來。同時,北京、廣東、浙江、江蘇也積極參與了碳纖維的產業化建設。
 

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