國(guó)際碳纖維復(fù)合材料行業(yè)發(fā)展方向

2008年—2009年，世界PAN基碳纖維（PAN-CF）的需求受世界金融危機(jī)的影響較大，截止2008年9月底其需求量比2007年同期增長(zhǎng)5%～10%，然而到10～12月特別是2008年底，需求量下降較大，造成全年與2007年比形成負(fù)增長(zhǎng)。由于需求下降，CF的價(jià)格明顯下降，這對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)是有利，因此總體上對(duì)市場(chǎng)的影響較小。東麗2008年10～12月將CF的預(yù)算減少一成，而2009年1～3月計(jì)劃減少兩成，其它公司也大體相同。東麗原定于2009年7月在愛(ài)媛廠投產(chǎn)的1×103t/a的新線，現(xiàn)已暫緩建設(shè)，待到中期經(jīng)濟(jì)情況好轉(zhuǎn)且需求量恢復(fù)至15%的增長(zhǎng)速率后，將導(dǎo)入4×103t/a的大型設(shè)備，以進(jìn)一步提高成本的競(jìng)爭(zhēng)力，保持在業(yè)界的領(lǐng)先地位。 123,123
 
    另外，根據(jù)日本野村證券金融經(jīng)濟(jì)研究所材料產(chǎn)業(yè)調(diào)查室主任西村修一先生的看法，日本許多從事多種產(chǎn)業(yè)的化學(xué)公司，其電子材料和多功能纖維受金融危機(jī)的影響，效益急速惡化，而液晶材料、半導(dǎo)體材料及CF制品的效益也減半，其中CF主要是受世界航空業(yè)界低迷和歐美經(jīng)濟(jì)不景氣的影響所致，造成這些公司的總體營(yíng)業(yè)不斷下降。以帝人、東麗和三菱人造絲為例，2007年、2008年、2009年和2012年的效益（億日元），預(yù)計(jì)各為652、320、230、575，1034、550、350、785和396、100、70、290，可見(jiàn)到2012年預(yù)期尚難恢復(fù)到2007年的水平。但不管經(jīng)濟(jì)形勢(shì)如何變化，今后CF的主要用途，將依然是汽車(chē)、飛機(jī)、風(fēng)力發(fā)電、壓力容器等與節(jié)能環(huán)保相關(guān)的產(chǎn)業(yè)，其中面向汽車(chē)方面，開(kāi)發(fā)復(fù)合材料所需的熱塑性樹(shù)脂和與之相匹配的CF用上漿劑，是今后的重要課題。東麗計(jì)劃2015年實(shí)現(xiàn)CFRP汽車(chē)的實(shí)用化，東邦Tenax的CFRP產(chǎn)業(yè)規(guī)模10 年后將翻10 倍。以下按主要用途分別介紹最新的開(kāi)發(fā)動(dòng)向。

    1、 飛機(jī) 123456

    2009年，名古屋大學(xué)設(shè)立了復(fù)合材料工學(xué)研究中心，目的是與日本宇航研究所、三菱重工及東麗等材料供應(yīng)商合作，共同推進(jìn)中斷了近40年的國(guó)產(chǎn)YS-11客機(jī)的開(kāi)發(fā)，這種機(jī)型可乘坐70～90人，其主翼和尾翼都選用CFRP，以達(dá)到世界最高水平的航運(yùn)經(jīng)濟(jì)性和客艙的舒適性，以期與俄、中等正在開(kāi)發(fā)的區(qū)域性飛機(jī)在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中處于優(yōu)勢(shì)地位。今后的重要課題是如何降低成本，盡快開(kāi)發(fā)可確實(shí)檢測(cè)因CF預(yù)浸料的內(nèi)部發(fā)生層間剝離而導(dǎo)致強(qiáng)度下降的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)、修復(fù)技術(shù)及高精度打孔及快速切削加工技術(shù)等。 copyright 123456

  住友貝克萊特公司則推進(jìn)其長(zhǎng)絲增強(qiáng)熱固性樹(shù)脂復(fù)合物的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，其樹(shù)脂基體有酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂，而長(zhǎng)絲選用玻璃纖維、對(duì)位芳酰胺纖維和CF的最佳組合，這種長(zhǎng)絲復(fù)合物的抗沖擊強(qiáng)度相當(dāng)于以往短纖維增強(qiáng)熱固性樹(shù)脂的10倍，強(qiáng)度、耐熱性、耐藥品性和耐蠕變特性也高，可采用壓縮成型、壓入成型法進(jìn)行加工，成型周期只有以往品的1/3，生產(chǎn)效率高，容易制成三維形狀的制品。應(yīng)用開(kāi)發(fā)的目標(biāo)是取代金屬應(yīng)用于飛機(jī)的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)部件和內(nèi)裝部件、汽車(chē)的齒輪箱等，可實(shí)現(xiàn)輕量化。在歐洲已開(kāi)始應(yīng)用于飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)部件等，雖然這種材料的強(qiáng)度與CF預(yù)浸料制品略差些，但在成型性和成本方面卻具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，因此也開(kāi)始用于產(chǎn)業(yè)機(jī)械部件、車(chē)輛結(jié)構(gòu)部件等。 123456

    今后的發(fā)展動(dòng)向是最大限度地發(fā)揮CF的特性，實(shí)現(xiàn)與之相匹配的樹(shù)脂高性能化，使纖維和樹(shù)脂的粘合界面最佳化，這些都是今后研究開(kāi)發(fā)的重要方向，目的是滿(mǎn)足不斷高速化和大型化飛機(jī)的主翼、尾翼等材料的需求。例如東邦Tenax公司生產(chǎn)的Tenax IM600系列（抗拉強(qiáng)度5880MPa）與高強(qiáng)韌性的樹(shù)脂相組合形成的預(yù)浸料，已用于空客A-380的飛機(jī)部件、直升飛機(jī)和噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)的材料。今后將設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)面向新一代飛機(jī)的CF。

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    2、汽車(chē)

本文來(lái)自123

    為了應(yīng)對(duì)燃油費(fèi)的不斷上漲和溫室效益，靠運(yùn)輸工具的輕量化顯然是有效的，但CFRP制的超輕量結(jié)構(gòu)材料，從目前的價(jià)格、信賴(lài)性、生產(chǎn)效率（包括制造速率和二次加工性）、再生性等觀點(diǎn)看，基本上不可能用于通用的運(yùn)輸工具，然而從全球今后的人口增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展來(lái)看，節(jié)能減排問(wèn)題又是當(dāng)務(wù)之急。東京大學(xué)的高橋淳教授最近從有效利用CFRP的觀點(diǎn)發(fā)表了關(guān)于“汽車(chē)的輕量化和樹(shù)脂材料的展望”的論文，從各類(lèi)運(yùn)輸工具特別是汽車(chē)的壽命周期評(píng)估及宏觀分析的角度，較全面分析了汽車(chē)的輕量化和CFRP今后的技術(shù)開(kāi)發(fā)方向。

    圖1示出日本運(yùn)輸部門(mén)提供的各種運(yùn)輸工具的能耗情況，可見(jiàn)家用乘用車(chē)和卡車(chē)的能耗最大； 123,123

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圖2和圖3分別示出各種能源汽車(chē)及不同能源電動(dòng)汽車(chē)的能耗和CO₂排放量情況； 123456

    圖4示出采用不同量CFRP的家用乘用車(chē)的輕量化情況；

本文來(lái)自123

    圖5示出再生使用前后制造每1kg汽車(chē)部件時(shí)不同材料的能耗情況； 123,123

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    圖6示出采用不同CFRP而達(dá)到比鋼制品減重30%時(shí)，乘用車(chē)壽命周期內(nèi)的能耗情況。

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目前，世界每年生產(chǎn)乘用車(chē)5千萬(wàn)輛，若包括卡車(chē)和公共汽車(chē)為7千萬(wàn)輛，隨著中、印等國(guó)汽車(chē)工業(yè)的快速發(fā)展，不久世界汽車(chē)的年產(chǎn)量確可能超過(guò)1億輛。另外，目前世界PAN-CF的年產(chǎn)量只有數(shù)萬(wàn)噸，由于CFRP成本高、難加工、成型速度慢及還受再生問(wèn)題的限制，只能用于航空航天、體育用品和工業(yè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，要想用于汽車(chē)上，最重要的是盡快開(kāi)發(fā)適用于熱塑性樹(shù)脂（如聚丙烯等）的具有表面活性的CF以及其CFRTP超高速成型技術(shù)和二次加工技術(shù)，其次當(dāng)CF需求量超過(guò)百萬(wàn)噸時(shí)，就要求開(kāi)發(fā)以生物質(zhì)為原料的CF，盡管目前還有一定難度。再次，當(dāng)達(dá)到這么大規(guī)模時(shí)，需要開(kāi)發(fā)CFRP的再生和CF高度再利用技術(shù)，還要解決這些材料和有關(guān)成型加工的評(píng)價(jià)和標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題。圖7示出CF的潛在需求及相應(yīng)所需的重要技術(shù)，供參考。

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內(nèi)容來(lái)自123456

    在汽車(chē)剎車(chē)片等方面，住友貝克萊特公司開(kāi)發(fā)CF增強(qiáng)酚醛樹(shù)脂“VYNTEC”制的剎車(chē)片，取代原用的CF增強(qiáng)PEEK或聚酰亞胺，其密度只有1.6g/cm³，相當(dāng)于鐵的1/5，比CF/PEEK輕，而且耐磨性和高溫下的力學(xué)強(qiáng)度更好，在200℃下的抗彎曲強(qiáng)度為200MPa，而CF/PEEK < 100 MPa。此外還用于汽車(chē)的止推環(huán)、節(jié)流閥、主體齒輪等。Victrex日本公司則開(kāi)發(fā)超薄的CF/PEEK預(yù)浸料，厚度<40μm，相當(dāng)于一般CF預(yù)浸料（120～200 μm）的1/3～1/5，將用于飛機(jī)和汽車(chē)的薄板等。作為CFRP的新用途，還有汽車(chē)的燃料罐。 123456

    3、風(fēng)力發(fā)電葉片 本文來(lái)自123

    隨著風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的大型化，要求減輕設(shè)備負(fù)荷，為此要求采用適應(yīng)于大型葉片輕量化和高剛性化的CF，為此除已大量采用的大絲束PAN-CF外，日鐵復(fù)合材料公司已正式生產(chǎn)銷(xiāo)售高性能瀝青CF制的風(fēng)電大型圓柱翼根，代替以往的螺旋槳，通過(guò)在螺旋圓柱翼上所安裝的螺旋狀葉片，可使風(fēng)車(chē)高效捕風(fēng)并旋轉(zhuǎn)，即使弱風(fēng)也能發(fā)揮較高的發(fā)電穩(wěn)定性，而且噪音等級(jí)極低。

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    德國(guó)拜耳材料科學(xué)公司現(xiàn)正著手建設(shè)世界最大的多層碳納米管（MWCNT）的生產(chǎn)裝置，規(guī)模為200t/a，商品名為“BAYTUBES”，其純度超過(guò)95%，而且可以穩(wěn)定再現(xiàn)。用它增強(qiáng)的塑料或金屬鋁，力學(xué)強(qiáng)度高，與以往的材料相比，密度是鋼鐵的1/3而強(qiáng)度相當(dāng)，質(zhì)量卻只有鋼的50%，因此可改善能效和CO₂排放量的平衡，在某些領(lǐng)域取代鋼、鈦等特種金屬及CFRP。在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，若在大型CF與玻璃纖維增強(qiáng)的環(huán)氧樹(shù)脂葉片中加入上述MWCNT，則與未加入CNT的材料相比，達(dá)到同樣的強(qiáng)度時(shí)，質(zhì)量減輕30%，抗沖擊強(qiáng)度提高10%～30%，耐疲勞性也提高50%～200%，耐久性好，可延長(zhǎng)葉片的壽命。為此，該公司正與加拿大阿爾基安公司、德國(guó)PEAK及ZOZ公司協(xié)作來(lái)開(kāi)拓各方面的市場(chǎng)，包括CNT增強(qiáng)鋁的高性能材料、體育用品等，預(yù)期10年內(nèi)的銷(xiāo)售額目標(biāo)為20億美元。 copyright 123456

    據(jù)報(bào)道，2005～2008年全球CF風(fēng)電葉片的平均增長(zhǎng)率為11808.6 MW/a，相當(dāng)于每年增設(shè)5904座2MW風(fēng)機(jī)。若2kW風(fēng)電機(jī)組每片葉片以12t計(jì)，需玻纖6t，CF占10%，則每片葉片的CF用量為0.6t，每座風(fēng)機(jī)需1.8t CF，則年均需求量估計(jì)為10627t。目前風(fēng)電用大絲束CF的提供者為美國(guó)ZOLTEK公司，由于瑞典復(fù)合材料研究所及Oxcon AB公司開(kāi)發(fā)了能將12k～48k CF展開(kāi)成超薄（48～80 g/m²）的扁帶，再經(jīng)緯紗方式編織成織物，它極適用于單向交叉鋪層，經(jīng)測(cè)試其CFRP性能與采用1k～6k CF相同。為此，這種技術(shù)的開(kāi)發(fā)無(wú)疑有助于大絲束CF的擴(kuò)大應(yīng)用。正是由于其市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，ZOLTEK的產(chǎn)能計(jì)劃由2008年的13000t/a擴(kuò)大至2010年的15500t/a。德國(guó)SGL集團(tuán)的大絲束PAN-CF也將從2008年的7400t/a，擴(kuò)大到2010年的14000t/a。

    由于我國(guó)風(fēng)電的需求量很大，許多國(guó)際知名企業(yè)如Vestas、Repower、Gamesa、EHN、Suzulon、Nordex、GE及LM等，都相繼登陸中國(guó)，這將大大提升我國(guó)風(fēng)電的技術(shù)水平，但同時(shí)又將加劇企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)。 內(nèi)容來(lái)自123456

    4、CFRP寬幅工業(yè)羅拉 內(nèi)容來(lái)自123456

    日本三菱樹(shù)脂公司最近實(shí)現(xiàn)了采用其高性能瀝青CF“Dialead”制成的耐熱型工業(yè)羅拉的批量生產(chǎn)，商品名“カ-ボリ-ダ-”。這種新產(chǎn)品即使在高溫條件下也不會(huì)發(fā)生因熱膨脹而產(chǎn)生垂度的現(xiàn)象，并維持高速旋轉(zhuǎn)的性能，從而可以提高在制造過(guò)程中使用高溫爐生產(chǎn)高功能膜等的效率，現(xiàn)已向塑料膜、金屬膜、機(jī)械等廠家出售，預(yù)期到2011年的銷(xiāo)售額將達(dá)到10億日元。這種高耐熱的CFRP羅拉的熱膨脹系數(shù)基本上是零，質(zhì)量只有鋁制品的2/3，而剛性為鐵的3倍，在100～200 ℃的高溫爐內(nèi)使用時(shí)，其旋轉(zhuǎn)性能與在室溫下幾乎沒(méi)有兩樣，例中長(zhǎng)3m的羅拉振動(dòng)精度，在室溫下與爐內(nèi)溫度150℃下都是0.05mm以下，為此可以提高液晶電視和太陽(yáng)電池所需高功能膜的生產(chǎn)效率，并使金屬箔的搬運(yùn)和處理高精度化。日本石墨纖維公司的高性能瀝青CF（180t/a）復(fù)合材料也應(yīng)用于印刷機(jī)械和制膜機(jī)的寬幅羅拉方面。 copyright 123456

    5、高壓氣瓶 copyright 123456

    如所周知，壓縮天然氣瓶已在汽車(chē)上大量使用，而最近伊纖維公司開(kāi)發(fā)了燃料電池汽車(chē)所需的CFRP高壓氫氣瓶，內(nèi)膽采用鉻鉬不銹鋼，實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度和低成本，并取得了高壓氣保安協(xié)會(huì)的認(rèn)定。該公司現(xiàn)每年生產(chǎn)85萬(wàn)個(gè)高壓氣體容器，是世界最大生產(chǎn)廠家，同時(shí)已累積生產(chǎn)15萬(wàn)個(gè)汽車(chē)用的壓縮天然氣瓶。這次所開(kāi)發(fā)的壓縮氫氣瓶因選用CrMo鋼內(nèi)膽，耐氫氣發(fā)脆特性提高了，可耐超過(guò)11250次高壓充填氫氣，與采用鋁合金膽相比，抗拉伸強(qiáng)度為其3倍，由于容器壁薄了，其質(zhì)量與鋁制品同級(jí)，而成本低50%以上。另外，東邦Tenax的CF已用于吸氧器制品上。 123456

    6、結(jié)束語(yǔ)

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    根據(jù)JEC“復(fù)合材料工業(yè)的結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)”一文的預(yù)測(cè)，2005年全球復(fù)合材料的市場(chǎng)為530億歐元，到2015年預(yù)期將增長(zhǎng)至880億歐元，而不同國(guó)家和地區(qū)的市場(chǎng)情況示于圖8，其中中國(guó)的市場(chǎng)增長(zhǎng)最快，其次是亞太地區(qū)，歐美的增長(zhǎng)點(diǎn)主要在航空、風(fēng)能、船艇及建筑業(yè)方面，目前越來(lái)越多的國(guó)外復(fù)合材料廠家登陸我國(guó)，一批國(guó)外汽車(chē)廠商在中國(guó)設(shè)立了研發(fā)中心，以達(dá)到本土化、降低生產(chǎn)成本和占領(lǐng)一席市場(chǎng)的目的。另?yè)?jù)CFRP知名專(zhuān)家Tony Roberts在其著作“2006～2010年全球戰(zhàn)略市場(chǎng)評(píng)估”中預(yù)測(cè)，全球CFRP的產(chǎn)值將從2006年的99億美元增至2010年的136億美元，到2025年可望超過(guò)250 億美元，其中波音和空客到2010年的小絲束PAN-CF的用量，將占全球的15%～20 %，其次的大型用戶(hù)是風(fēng)能葉片，因此這兩大應(yīng)用領(lǐng)域仍是未來(lái)CF的主導(dǎo)市場(chǎng)。表1示出全球2007～2012年一般工業(yè)領(lǐng)域?qū)F的需求情況。我國(guó)目前正大規(guī)模發(fā)展風(fēng)能，但迄今為止仍采用玻璃纖維復(fù)合材料（GFRP），今后隨著葉片的大型化，勢(shì)必要發(fā)展混雜的復(fù)合材料制品，即葉片的加強(qiáng)筋及其圓柱形翼根采用CFRP，而其它部位采用GFRP，只有特大型葉片會(huì)考慮采用全CFRP。此外，我國(guó)現(xiàn)正研制大型飛機(jī)，這對(duì)國(guó)內(nèi)CF市場(chǎng)將是巨大的推動(dòng)力。另外，電纜的CFRP加強(qiáng)芯材也將是我國(guó)的大市場(chǎng)，因?yàn)楦邏狠旊婋娎|將不斷延伸至邊遠(yuǎn)地區(qū)?？傊?020年我國(guó)勢(shì)必將成為CF及其CFRP制品的生產(chǎn)大國(guó)。

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表1 2007～2012年一般工業(yè)領(lǐng)域?qū)F的具體需求 t/a

本文來(lái)自123

目前，世界每年生產(chǎn)乘用車(chē)5千萬(wàn)輛，若包括卡車(chē)和公共汽車(chē)為7千萬(wàn)輛，隨著中、印等國(guó)汽車(chē)工業(yè)的快速發(fā)展，不久世界汽車(chē)的年產(chǎn)量確可能超過(guò)1億輛。另外，目前世界PAN-CF的年產(chǎn)量只有數(shù)萬(wàn)噸，由于CFRP成本高、難加工、成型速度慢及還受再生問(wèn)題的限制，只能用于航空航天、體育用品和工業(yè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，要想用于汽車(chē)上，最重要的是盡快開(kāi)發(fā)適用于熱塑性樹(shù)脂（如聚丙烯等）的具有表面活性的CF以及其CFRTP超高速成型技術(shù)和二次加工技術(shù)，其次當(dāng)CF需求量超過(guò)百萬(wàn)噸時(shí)，就要求開(kāi)發(fā)以生物質(zhì)為原料的CF，盡管目前還有一定難度。再次，當(dāng)達(dá)到這么大規(guī)模時(shí)，需要開(kāi)發(fā)CFRP的再生和CF高度再利用技術(shù)，還要解決這些材料和有關(guān)成型加工的評(píng)價(jià)和標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題。圖7示出CF的潛在需求及相應(yīng)所需的重要技術(shù)，供參考。

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    在汽車(chē)剎車(chē)片等方面，住友貝克萊特公司開(kāi)發(fā)CF增強(qiáng)酚醛樹(shù)脂“VYNTEC”制的剎車(chē)片，取代原用的CF增強(qiáng)PEEK或聚酰亞胺，其密度只有1.6g/cm³，相當(dāng)于鐵的1/5，比CF/PEEK輕，而且耐磨性和高溫下的力學(xué)強(qiáng)度更好，在200℃下的抗彎曲強(qiáng)度為200MPa，而CF/PEEK < 100 MPa。此外還用于汽車(chē)的止推環(huán)、節(jié)流閥、主體齒輪等。Victrex日本公司則開(kāi)發(fā)超薄的CF/PEEK預(yù)浸料，厚度<40μm，相當(dāng)于一般CF預(yù)浸料（120～200 μm）的1/3～1/5，將用于飛機(jī)和汽車(chē)的薄板等。作為CFRP的新用途，還有汽車(chē)的燃料罐。 本文來(lái)自123

    3、風(fēng)力發(fā)電葉片

內(nèi)容來(lái)自123456

    隨著風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的大型化，要求減輕設(shè)備負(fù)荷，為此要求采用適應(yīng)于大型葉片輕量化和高剛性化的CF，為此除已大量采用的大絲束PAN-CF外，日鐵復(fù)合材料公司已正式生產(chǎn)銷(xiāo)售高性能瀝青CF制的風(fēng)電大型圓柱翼根，代替以往的螺旋槳，通過(guò)在螺旋圓柱翼上所安裝的螺旋狀葉片，可使風(fēng)車(chē)高效捕風(fēng)并旋轉(zhuǎn)，即使弱風(fēng)也能發(fā)揮較高的發(fā)電穩(wěn)定性，而且噪音等級(jí)極低。

    德國(guó)拜耳材料科學(xué)公司現(xiàn)正著手建設(shè)世界最大的多層碳納米管（MWCNT）的生產(chǎn)裝置，規(guī)模為200t/a，商品名為“BAYTUBES”，其純度超過(guò)95%，而且可以穩(wěn)定再現(xiàn)。用它增強(qiáng)的塑料或金屬鋁，力學(xué)強(qiáng)度高，與以往的材料相比，密度是鋼鐵的1/3而強(qiáng)度相當(dāng)，質(zhì)量卻只有鋼的50%，因此可改善能效和CO₂排放量的平衡，在某些領(lǐng)域取代鋼、鈦等特種金屬及CFRP。在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，若在大型CF與玻璃纖維增強(qiáng)的環(huán)氧樹(shù)脂葉片中加入上述MWCNT，則與未加入CNT的材料相比，達(dá)到同樣的強(qiáng)度時(shí)，質(zhì)量減輕30%，抗沖擊強(qiáng)度提高10%～30%，耐疲勞性也提高50%～200%，耐久性好，可延長(zhǎng)葉片的壽命。為此，該公司正與加拿大阿爾基安公司、德國(guó)PEAK及ZOZ公司協(xié)作來(lái)開(kāi)拓各方面的市場(chǎng)，包括CNT增強(qiáng)鋁的高性能材料、體育用品等，預(yù)期10年內(nèi)的銷(xiāo)售額目標(biāo)為20億美元。

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    據(jù)報(bào)道，2005～2008年全球CF風(fēng)電葉片的平均增長(zhǎng)率為11808.6 MW/a，相當(dāng)于每年增設(shè)5904座2MW風(fēng)機(jī)。若2kW風(fēng)電機(jī)組每片葉片以12t計(jì)，需玻纖6t，CF占10%，則每片葉片的CF用量為0.6t，每座風(fēng)機(jī)需1.8t CF，則年均需求量估計(jì)為10627t。目前風(fēng)電用大絲束CF的提供者為美國(guó)ZOLTEK公司，由于瑞典復(fù)合材料研究所及Oxcon AB公司開(kāi)發(fā)了能將12k～48k CF展開(kāi)成超?。?8～80 g/m²）的扁帶，再經(jīng)緯紗方式編織成織物，它極適用于單向交叉鋪層，經(jīng)測(cè)試其CFRP性能與采用1k～6k CF相同。為此，這種技術(shù)的開(kāi)發(fā)無(wú)疑有助于大絲束CF的擴(kuò)大應(yīng)用。正是由于其市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，ZOLTEK的產(chǎn)能計(jì)劃由2008年的13000t/a擴(kuò)大至2010年的15500t/a。德國(guó)SGL集團(tuán)的大絲束PAN-CF也將從2008年的7400t/a，擴(kuò)大到2010年的14000t/a。

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    由于我國(guó)風(fēng)電的需求量很大，許多國(guó)際知名企業(yè)如Vestas、Repower、Gamesa、EHN、Suzulon、Nordex、GE及LM等，都相繼登陸中國(guó)，這將大大提升我國(guó)風(fēng)電的技術(shù)水平，但同時(shí)又將加劇企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)。

    4、CFRP寬幅工業(yè)羅拉

    日本三菱樹(shù)脂公司最近實(shí)現(xiàn)了采用其高性能瀝青CF“Dialead”制成的耐熱型工業(yè)羅拉的批量生產(chǎn)，商品名“カ-ボリ-ダ-”。這種新產(chǎn)品即使在高溫條件下也不會(huì)發(fā)生因熱膨脹而產(chǎn)生垂度的現(xiàn)象，并維持高速旋轉(zhuǎn)的性能，從而可以提高在制造過(guò)程中使用高溫爐生產(chǎn)高功能膜等的效率，現(xiàn)已向塑料膜、金屬膜、機(jī)械等廠家出售，預(yù)期到2011年的銷(xiāo)售額將達(dá)到10億日元。這種高耐熱的CFRP羅拉的熱膨脹系數(shù)基本上是零，質(zhì)量只有鋁制品的2/3，而剛性為鐵的3倍，在100～200 ℃的高溫爐內(nèi)使用時(shí)，其旋轉(zhuǎn)性能與在室溫下幾乎沒(méi)有兩樣，例中長(zhǎng)3m的羅拉振動(dòng)精度，在室溫下與爐內(nèi)溫度150℃下都是0.05mm以下，為此可以提高液晶電視和太陽(yáng)電池所需高功能膜的生產(chǎn)效率，并使金屬箔的搬運(yùn)和處理高精度化。日本石墨纖維公司的高性能瀝青CF（180t/a）復(fù)合材料也應(yīng)用于印刷機(jī)械和制膜機(jī)的寬幅羅拉方面。 123,123

    5、高壓氣瓶 123456

    如所周知，壓縮天然氣瓶已在汽車(chē)上大量使用，而最近伊纖維公司開(kāi)發(fā)了燃料電池汽車(chē)所需的CFRP高壓氫氣瓶，內(nèi)膽采用鉻鉬不銹鋼，實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度和低成本，并取得了高壓氣保安協(xié)會(huì)的認(rèn)定。該公司現(xiàn)每年生產(chǎn)85萬(wàn)個(gè)高壓氣體容器，是世界最大生產(chǎn)廠家，同時(shí)已累積生產(chǎn)15萬(wàn)個(gè)汽車(chē)用的壓縮天然氣瓶。這次所開(kāi)發(fā)的壓縮氫氣瓶因選用CrMo鋼內(nèi)膽，耐氫氣發(fā)脆特性提高了，可耐超過(guò)11250次高壓充填氫氣，與采用鋁合金膽相比，抗拉伸強(qiáng)度為其3倍，由于容器壁薄了，其質(zhì)量與鋁制品同級(jí)，而成本低50%以上。另外，東邦Tenax的CF已用于吸氧器制品上。 123456

    6、結(jié)束語(yǔ) 內(nèi)容來(lái)自123456

    根據(jù)JEC“復(fù)合材料工業(yè)的結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)”一文的預(yù)測(cè)，2005年全球復(fù)合材料的市場(chǎng)為530億歐元，到2015年預(yù)期將增長(zhǎng)至880億歐元，而不同國(guó)家和地區(qū)的市場(chǎng)情況示于圖8，其中中國(guó)的市場(chǎng)增長(zhǎng)最快，其次是亞太地區(qū)，歐美的增長(zhǎng)點(diǎn)主要在航空、風(fēng)能、船艇及建筑業(yè)方面，目前越來(lái)越多的國(guó)外復(fù)合材料廠家登陸我國(guó)，一批國(guó)外汽車(chē)廠商在中國(guó)設(shè)立了研發(fā)中心，以達(dá)到本土化、降低生產(chǎn)成本和占領(lǐng)一席市場(chǎng)的目的。另?yè)?jù)CFRP知名專(zhuān)家Tony Roberts在其著作“2006～2010年全球戰(zhàn)略市場(chǎng)評(píng)估”中預(yù)測(cè)，全球CFRP的產(chǎn)值將從2006年的99億美元增至2010年的136億美元，到2025年可望超過(guò)250 億美元，其中波音和空客到2010年的小絲束PAN-CF的用量，將占全球的15%～20 %，其次的大型用戶(hù)是風(fēng)能葉片，因此這兩大應(yīng)用領(lǐng)域仍是未來(lái)CF的主導(dǎo)市場(chǎng)。表1示出全球2007～2012年一般工業(yè)領(lǐng)域?qū)F的需求情況。我國(guó)目前正大規(guī)模發(fā)展風(fēng)能，但迄今為止仍采用玻璃纖維復(fù)合材料（GFRP），今后隨著葉片的大型化，勢(shì)必要發(fā)展混雜的復(fù)合材料制品，即葉片的加強(qiáng)筋及其圓柱形翼根采用CFRP，而其它部位采用GFRP，只有特大型葉片會(huì)考慮采用全CFRP。此外，我國(guó)現(xiàn)正研制大型飛機(jī)，這對(duì)國(guó)內(nèi)CF市場(chǎng)將是巨大的推動(dòng)力。另外，電纜的CFRP加強(qiáng)芯材也將是我國(guó)的大市場(chǎng)，因?yàn)楦邏狠旊婋娎|將不斷延伸至邊遠(yuǎn)地區(qū)?？傊?，到2020年我國(guó)勢(shì)必將成為CF及其CFRP制品的生產(chǎn)大國(guó)。

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表1 2007～2012年一般工業(yè)領(lǐng)域?qū)F的具體需求 t/a copyright 123456