第一情报 ---材料工业

2017年全球碳纤维材料发展动态

供稿人:温一村  供稿时间:2020-6-9   关键字:碳纤维  日本  欧洲  航空航天行业  

碳纤维指的是含碳量高于95%的无机高分子纤维,具有低密度、高强度、耐高温、高化学稳定性、抗疲劳、耐磨擦等优异的基本物理及化学性能,以及高振动衰减性、良好的导电导热性能、电磁屏蔽性能以及较低的热膨胀系数等。以高模量碳纤维作为增强材料的先进碳纤维复合材料具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳和热膨胀系数小等一系列的优异性能。

美日中企业在碳纤维产业中占据领先位置

近年来,随着碳纤维应用领域不断增加,碳纤维需求量呈稳步上升的趋势,根据前瞻产业研究院公布的数据显示:2017年全球碳纤维复合材料需求达到8.42万吨,预计2019年达到10.19万吨,受需求端稳步增长刺激,全球碳纤维理论产能不断增加,2017年,全球碳纤维理论产能达到14.71万吨。而且全球碳纤维产能集中于美国、日本、中国三大地区,呈现高度集中的特征。其中,美国的碳纤维理论产能最高,为3.86万吨,比重达到26%,日本和中国大陆分别为2.72和2.6万吨,超过第四名韩国一个数量级。

目前,全球最大的碳纤维及复合材料供应商主要集中在日本,无论质量还是数量均处于世界领先地位,尤其以日本东丽公司为代表,是世界首屈一指的碳纤维生产供应商,除了产能占绝对优势(2017年年产能为2.17万吨,排名全球第一),在航空航天高端碳纤维(强度5吉帕以上)领域处于技术垄断地位,所生产的高强度碳纤维T1000、T1100产品以及高模量碳纤维M60J、M70J代表碳纤维技术最高水品,最新开发出的“东丽卡”(TORAYCA)MX系列碳纤维,实现了更高的拉伸强度和拉伸模量,这是世界范围内首次实现在量产的基础上,兼顾这两个功能的碳纤维。美国是继日本之后掌握碳纤维生产技术的少数几个发达国家之一,是碳纤维材料以及碳纤维复合材料的应用大国,在生产方面更加注重产能的提升和成本的降低,该国是聚丙烯腈(PAN)基大丝束碳纤维技术的主导国家。欧洲地区,德国西格里(SGL)是较为强势的供应商,其在汽车领域具有很强的竞争力,欧洲对轻量化材料、可持续材料的旺盛需求促进跨国集团在欧洲设立生产基地,并占据大部分产能比例,在欧洲设立了生产基地的主要碳纤维生产商包括日本东丽、日本东邦、日本三菱、美国赫氏等一系列企业。亚太地区的碳纤维企业经过十几年的发展,虽然仍然不能对传统巨头带来撼动,但是以中国为代表的碳纤维产业新增力量一直备受行业关注,中国该行业存在的问题是销量/产能比过低,2017年为28.46%,同期国际销量/产能比为57.20%,如排除中国,世界其他国家的销量/产能比为63.40%,说明国内行业竞争力尚弱。 

碳纤维在航空航天行业内需求强劲,具有高附加值

最早于20世纪70年代,碳纤维因其重量轻、刚性好的特征而在航天领域被用于制造人造卫星的天线和卫星支架,随后因其耐热耐疲劳的特性应用在固体火箭发动机壳体和喷管上,随后,航空领域开始应用碳纤维复合材料,首先用于军用飞机的非受力的部分,如舵面、整流罩等,以及用于幅面较大的承力部位,如机身、机翼等。  

目前,碳纤维复合材料被广泛应用于导弹、空间平台和运载火箭等航天领域,导弹方面,主要应用于制造弹体整流罩、复合支架、仪器舱、诱饵舱和发射筒等主/次承力结构部件,以及洲际弹道导弹的鼻锥、发动机喷管和壳体,在空间平台方面,碳纤维复合材料可确保结构变形小、承载力大、抗辐射、耐老化和空间环境耐受性良好,主要用于制造卫星和空间站的承力筒、蜂窝面板、基板、相机镜筒和抛物面天线等结构部件,在运载火箭方面,主要应用于制造箭体整流罩、仪器舱、壳体、级间段、发动机喷管喉衬等部件。

从价值上来看,2017年航空航天(含国防)行业碳纤维的价值约为11.52亿美元,占比达49.14%,远超第二名休闲体育的12.95%,体现出航空航天领域内碳纤维应用的高附加值属性,随着碳纤维及复合材料的成本逐渐降低,对成本要求更高的民用航天行业将成为未来市场应用增长点。



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碳纤维增强羟基磷灰石/聚乳酸复合生物材料的制备和力学性能
作者:沈烈|乔飞|张稚燕|
刊名:实验力学
年:2007
卷:22
期:3
摘要:为了提高羟基磷灰石粒子和碳纤维与聚乳酸之间的粘接力和相互作用力,对羟基磷灰石和碳纤维分别进行表面改性.羟基磷灰石采用表面接枝聚乳酸的方法,结果在红外谱图中1740cm-1处出现了羰基的吸收峰,经热失重分析接枝率达到5﹪.碳纤维则用硝酸进行氧化处理后表面变粗糙,有效地提高了与聚乳酸基体的界面结合力.采用溶液共混-热压方法制备了碳纤维增强羟基磷灰石/聚乳酸三元复合生物材料,研究了其剪切强度随羟基磷灰石含量和体外降解时间的变化关系.复合材料的剪切强度随HA含量的增加存在一个峰值,最大剪切强度为340MPa.在37℃ PBS模拟体液中体外降解16周后,剪切强度维持在190MPa左右,有很好的强度保持性,观察复合材料的微观结构发现,聚乳酸降解后碳纤维和基体之间的界面出现空隙.

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