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碳纤维
碳纤维第一节 碳纤维的分类及其特性 21.1 碳纤维分类 21.2 碳纤维性能 2第二节 世界生产厂商 32.1 国外厂商 32.2 国内厂商 4第三节 发展历史 4第四节 世界产量 5第五节 碳纤维制品形式 55.1碳纤维毡的简介 65.2碳纤维电热管介绍 6第六节 碳纤维制备 6第七节 碳纤维的用途 67.1 体育用品 67.2 航空、航天领域 77.3一般产业用途 7碳纤维碳纤维是用含碳的有机纤维，在惰性气体中，经预氧化和高温碳化等多道工序，形成具有石墨状的结构，正是这一特殊结构使碳纤维获得了特殊的高性能。由于碳纤维中的碳以共价碳的形式存在，沿晶格轴向分布，故而其强度高，弹性模量也高。其强度比钢大4 倍，比铅大7 倍，比铝大12 倍。抗变形能力比钢大2倍多，比玻璃纤维大5～6 倍。碳纤维对温度的适应范围相当宽，它既能耐高温，又能耐低温。在600℃高温时，其性能不变，而尼龙和玻璃纤维等非金属材料，随温度升高而强度下降；当-180℃时，由于低温冷脆,钢铁脆性很大 ，而碳纤维布仍有较好的柔韧。碳纤维耐化学腐蚀性好，它不象金属那样容易生锈，在50 %的盐酸溶液中浸泡200 天，其直径和强度都不会变化。碳纤维的高温导热性极低，是耐火粘土的1/ 10 。第一节 碳纤维的分类及其特性1.1 碳纤维分类 碳纤维根据其原料可分为：聚丙烯腈（%&'）基碳纤维、石油沥青级碳纤维和人造丝碳纤维三类，由原料纤维高温烧成，成分基本都是碳元素。这种以碳元素为主的碳纤维其主要性能如下表：碳纤维按照用途可分为两类：1、24K以下的为宇航级小丝束碳纤维（1K的含义为一条碳纤维丝束含1000根单丝）2、48K以上为工业级大丝束碳纤维。目前军工级碳纤维（3-6K）的售价为200万元/吨，民用碳纤维（12K）的售价为55万元/吨，而碳纤维的生产成本为18万元/吨，如以民用碳纤维为例，其毛利为37万元/吨，即便加上3万吨的营业费用和33%的所得税率，民用碳纤维的净利润也用25万元/吨，如果考虑军品销价和33%的所得税减免，则其吨净利将达到170万元/吨。1.2 碳纤维性能碳纤维除具有强度高、模量高、密度低等突出特点外还具有：（1） 耐高温：可在2000℃使用，3000℃非氧化气氛中不熔不软；（2） 耐酸：能耐浓盐酸、硫酸、磷酸、苯、丙酮等介质的侵蚀；（3） 热膨胀系数小，约等于零；（4） 热导率高：约为10~140w/（m·k）；（5） 摩擦系数小，导电性好。第二节 世界生产厂商2.1 国外厂商在全球碳纤维市场份额中，东丽（TORAY）占3成以上，帝人子公司东邦特耐克丝（TohoTenax）占2成以上，三菱丽阳占近2成，整体上日本企业占7成。另外还有台湾台塑旗下台丽碳纤维公司。1971年，TORAY成了世界上第一制造商，从事PAN基碳纤维的工业化生产，并将其产品命名为“TORAYCA”，是TORAY碳纤维的缩写。目前，TORAY是全球生产和营销碳纤维的领导者。表1 PAN基碳纤维的产能 （单位：吨／年）| 集团、公司 | 2007 | 2009 | |
| 普通丝束 | 东丽 | 7000 | 8000 |
| 索菲卡尔（法） | 3400 | 5200 | |
| CFA（美） | 3600 | 5400 | |
| 东丽总计 | 14000 | 18600 | |
| 东邦特纳克斯 | 3700 | 6400 | |
| TTE（德） | 3400 | 5100 | |
| TTA（美） | 700 | 700 | |
| 东邦特纳克斯总计 | 7800 | 12200 | |
| 三菱人造丝 | 5400 | 8100 | |
| 古拉斐尔（美） | 2000 | 2000 | |
| 三菱人造丝总计 | 7400 | 10100 | |
| Hexcel（美） | 4200 | 7200 | |
| Cytec（美） | 1900 | 1900 | |
| 台湾塑胶（台丽） | 3900 | 塑料表面电晕处理机5000 | |
| 小计 | 39200 | 55000 | |
| 大丝束小计 | 11800 | 17400 | |
| 总计 dc偏置 | 51000 | 72400 | |
| 公司 | 2007 | 2009蚊子网 |
| 三菱化学产业资材 | 1000 | |
| 日本石墨纤维 | 120 | 180 |
| Cytec Engineered Materials（美） | 230 | |
| 吴羽 | 1100 | 1450 |
| 大阪瓦斯化学 | 300 | |
中复神鹰下一个目标是，从明年开始攻关T700碳纤维项目，开工建设2000吨生产线，为此确立了万吨目标：在2年内达到3000吨规模，3~5年达到1万吨。届时将在中国崛起一个碳纤维生产巨头。为此，三方股东预计投入30亿元。注：中复神鹰的产品大部分将提供给中国复合材料旗下生产风力发电叶片的中复连众所用。中复连众2兆瓦风电叶片成功下线，已成为全球兆瓦级叶片单厂产能最大的厂家之一，这两个企业将产生巨大协同作用。第三节 发展历史碳纤维的全方位商业化始于20世纪70年代，70年代是高尔球棒和钓鱼杆应用的引入和发展时期，主要是在日本。在80年代早期，碳纤维开始被广泛地应用在客机和航空飞行器上作为结构材料，主要是用在欧洲和北美。 然后，人们提高了对碳纤维的认识，开始把它当成一种高质量的材料，并在20世纪80年代中期得到了飞速的增长。在80年代中期，空客公司开始将CFRP作为首要的结构材料应用在它们的飞机上，而且，随着碳纤维在网球和新的体育项目的应用，碳纤维市场得到了稳步的扩展。尽管住ttx2基板1991年的海湾战争之后，航空业的发展走向衰退，全球经济开始停止不前，碳纤维的需求增长也趋向缓慢，白90年代中期以来，碳纤维的工业应刚开始成为新的需求增长点。尤其是，欧洲和北美开始将碳纤维应用与压力容器上，这种增长非常显著，由于1995年的神户人地震，加快了抗震加固应用的需求。在未来，预计碳纤维的主要应用领域将侧重于工业应用，而且这一需求将会稳步增加。
另外，新一代的航天计划和与汽车相关的应用都将促进碳纤维的工业化应用。第四节 世界产量2003年之后，国际碳纤维的市场快速增长，因此日本的东丽公司、东邦Tenax集团和三菱人造丝集团等碳纤维生产巨头纷纷在04年左右开始扩产，但由于碳纤维生产装置从设计、安装、试车到产生制品需要2-3年的时间，估计到07年以后才能有产能扩张，因此在2008年之前国际碳纤维的供给仍然紧张，另外在2008年之后，碳纤维有望在海上钻井平台、汽车等其他工业领域获得积极拓展，碳纤维市场需求潜力仍然十分巨大。综合上述产能变化和未来需求的变化，并考虑现有产能并不一定完全产生效益，则我们可以算出未来几年碳纤维行业供需变化，未来两年的产能随有所扩张，但产能扩张难跟需求步伐，碳纤维行业未来几年的景气度仍然保持较高水平，潜力巨大。在2004年，常规型的碳纤维的产能约为25000 吨，其中75％由和日本相关的制造商生产。另外，低成本的粗碳纤维一被称为“丝束类型”的碳纤维的产量也有几千吨，丝束类型已经开始被用于低端的体育和工业应用中，同时也被应用于过去只有玻璃纤维才涉及的领域。
自2000年以来，全球对碳纤维的需求急速增加，供不应求。1995年全球碳纤维产量14500吨，2005年底增至21000吨，而2010年预计全球需求量将达45000吨，年增长率10%~12%。第五节 碳纤维制品形式碳纤维有四种产品形式：纤维、布料、毡、预浸料坯和切短纤维。布料指的是由碳纤维制成的织品。预浸料坯是一种产品，是将碳纤维按照一个方向一致排列，并将碳纤维或布料与树脂浸泡使其转化成片状。切短纤维指的是短丝。
按照不同的配比，这些产品和树脂一起应用将形成碳纤维强化塑料(CFRP)。
将树脂附在纤维上可以制成压力容器和轧滚，将它们缠绕在一个芯儿上，然后进行塑化或硬化处理。这种方法被称为“缠绕成型法”。
将布料放入一个模型中，然后刚树脂浸泡，可以汽车和划艇的车身部分。这就是所说的“树脂转注成型法(RTM)”。
飞机元件的制造是通过在高压釜中给预浸料坯加热，加压和塑化成型而成的。将预浸料坯缠绕在一个芯儿上，然后将其加热和塑化，这就是所说的“薄片缠绕法”，用这种方法可以用来制成高尔夫球棒利钓鱼杆。短丝与树脂混合可以形成混合物，经过加工后可以生产山机器元件和其它产品。
过去，预浸坯料是应用最广泛的碳纤维形式，通过在反应釜内利用薄片缠绕法预制而成。然而，近来，随着新的工业应用的开发，纤维缠绕成型法，混合物和其他的预制方法得到了更加广泛的发展。像RTM这样的成型法的应用，使得制造商可以更加有效地制成大型产品。碳纤维与最合适的树脂及预制工艺的结合使得碳纤维的应用更加具有吸引力。5.1碳纤维毡的简介碳纤维毡是将基材经1000℃高温碳化后形成的一种高碳纤维材料，按原料来分，可分为粘胶基碳纤维毡、聚丙烯腈基碳纤维毡及混合毡等。碳纤维毡的应用范围非常广泛：1 高温炉的隔热保温材料，它是目前唯一可在2000-3000度高温下使用的隔热材料； 2 C/C复合材料的增强材料；3 高温过滤材料和腐蚀性液体的过滤材料；4 导电材料、电极；5 抗静电材料5.2碳纤维电热管介绍酒精壁炉基于碳纤维毡优良的电特性，我们研制开发了碳纤维电热管。碳纤维发热体是本世纪最具竞争力的高科技材料，它的出现在电热领域掀起了一场新的革命，碳纤维发热体替代金属发热体将成为一种必然的趋势。
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