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碳纤维材料领军先材料发展

文章出处:责任编辑:人气:发表时间:2015-09-26 10:11:33【

碳纤维是一种纤维状碳材料。它是一种强度比钢大、密度比铝小、比不锈钢耐腐蚀性强、比耐热钢耐高温、又能像铜那样导电,具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料。碳纤维主要被制成碳纤维增强塑料这种复合材料来应用。
每一根碳纤维由数千条更微小的碳纤维所组成,直径大约5滋m~8滋m。在原子层面的碳纤维跟石墨很相近,由一层层以六角型排列的碳原子构成。碳纤维与 石墨两者的差别在于层与层之间的连接。石墨是晶体结构,它的层间连接松散,而碳纤维不是晶体结构,层间连接是不规则的,这样可防止滑移,增强物质强度。

  一般碳纤维的密度为1750kg/m3,导热能力高但传电能力低,碳纤维的比热容量亦比铜低。当加热的时候,碳纤维会变厚、变短。虽然碳纤维的天然颜色是黑色,但科学家可以把它染成不同的颜色。

  我国碳纤维产品市场现状

  我国碳纤维的生产和使用尚处于起步阶段,,国内碳纤维生产能力仅占世界高性能碳纤维总产量的0.4%左右,国内用量的90%以上靠进口。而 PAN原丝质量一直是制约我国碳纤维工业规模化生产的瓶颈。另外,碳纤维长期以来被视为战略物资,发达国家一直对外实行封锁。因此,业内专家认为,强化基 础研究是创新之本,是发展国内碳纤维工业的根本出路。

  我国早在上世纪六七十年代就开始了碳纤维的研究工作,几乎与世界同步。经过30多年的努力,已经研制出接近日本东丽公司T300水平的碳纤维产 品,但产量和品质都远不能满足国内需求,与国外差距甚远。与国际先进水平相比,国产碳纤维的突出问题是碳纤维强度低,均匀性和稳定性都较差,发展水平比发 达国家落后了近20年~30年,而且生产规模小,技术设备落后,生产效益不理想。

  目前全球碳纤维产能约3.5万吨,我国市场年需求量6500吨左右,属于碳纤维消费大国,但我国碳纤维2007年产量仅200吨左右,而且主要 是低性能产品,没有形成规模化产业,绝大部分依赖进口,价格非常昂贵,比如标准型T300市场价格每千克曾高达4000元~5000元。由于缺少具有自主 知识产权的技术支撑,国内企业目前尚未掌握完整的碳纤维核心关键技术。我国碳纤维的质量、技术和生产规模与国外差距很大,其中高性能碳纤维技术更是被日本 及西方国家垄断和封锁。因此碳纤维要真正实现国产化需要一个漫长的过程。由于市场短缺,近年来国内出现了“碳纤维热”,众多科研院所和企业纷纷启动了碳纤 维研究或千吨级产业化项目。虽然当前国内市场对碳纤维产品需求较大,但盲目发展低于档次品类存在很大风险,尤其现有产品研发停滞不前,不能开发出新型配套 系列产品,这些千吨级项目实施后,市场产能出现过剩趋势将成为必然。

  从价格角度分析,目前碳纤维国际市场供不应求,国内价格居高不下,而且在我国,碳纤维应用领域越来越广泛,已从军用向民用领域快速渗透。从投资 角度分析,大量资本,特别是民营资本的高度关注,在很大程度上激活了这一产业,极大地提高了碳纤维产业的活跃程度,民营资本的进入为加快碳纤维产业化进程 发挥了积极而重要的作用,使国内碳纤维的产业化研究不断深入。到目前为止,我国已建立起相对完整的十分级、百分级甚至千分级碳纤维产业研发的配套体系。 1976年在中科院山西煤炭化学研究所建成我国第一条PAN基碳纤维扩大试验生产线,生产能力为2t/a,20世纪80年代开展了高强型碳纤维的研究,于 1998年建成一条新的中试生产线,规模为40t/a。中科院山西煤化所、上海合纤所、北京化工大学、山东工业大学、东华大学、安徽大学、浙江大学、长春 工业大学等科研机构及院校参与了碳纤维项目的研究与开发。目前,国内小规模PAN基碳纤维生产企业和科研院所共10余家。

  国内企业不再照搬国外现成的技术,关键设备也在加快研发,某些关键设备的研发已取得了突破性成果,而且原材料供应充足。我国碳纤维产业技术特点 十分明显,技术多元化越来越受到重视。从2000年开始,我国已完全放弃了硝酸法原丝技术,采用以二甲基亚砜为溶剂的一步法湿法纺丝技术。目前,国产碳纤 维百分级产品能与日本东丽的T700相媲美。可以说,我国多年来碳纤维产、学、研相结合研发的技术成果已不逊色于东丽的相应技术。在我国完整的碳纤维研发 链条下的碳纤维工程化研发出现了加速发展的势头。吉林、山东、江苏、山西、辽宁、安徽是我国传统的碳纤维工程化研发的基地,而近年来,河北、上海、陕西逐 步成为新兴的碳纤维工程化研发基地,有越来越多的企业加入到工程化研发与建设中来。同时,北京、广东、浙江、江苏也积极参与了碳纤维的产业化建设。
 

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