碳纤维的发展与现状

人员分工情况

资料收集：蔡煜简江婷婷宋爽韵周晓楠张领中英文摘要：蔡煜张领周晓楠

内容编写：发展部分简江婷婷宋爽韵

现状与差距部分蔡煜张领周晓楠排版校对：简江婷婷宋爽韵

宋爽韵 20110815023

简江婷婷 20110815036

蔡煜 20110815045

周晓楠 20110815047

张领 20110815050

碳纤维的发展与现状

学生：蔡煜简江婷婷宋爽韵周晓楠张领指导老师：秦文峰

摘要:简要介绍了碳纤维的性能、发展历史以及在航空航天领域中的应用，同时分析了国内外碳纤维的发展差距，给出了对我国碳纤维发展的建议。

关键词：碳纤维;碳纤维复合材料;应用领域;发展差距;发展建议

Abstract：The brief introduction of the performance and development history and application in the aviation&aerospace field of carbon fiber ,the analysis of the development gap of carbon fiber between home and abroad ,the advises of carbon fiber’s development to our country are given in this paper.

Key words：carbon fiber;carbon fiber composites;application territory; development gap;development advises

目录

1 前言 (4)

2 碳纤维应用的发展与现状 (4)

2.1发展概况 (4)

2.2 碳纤维在军机中的应用 (6)

2.3 碳纤维在民机中的应用 (8)

2.3.1 碳纤维在B777上的应用 (9)

2.3.2 碳纤维在A380-800中的应用 (9)

2.4 碳纤维复合材料（CFRP）在航天领域的应用 (10)

2.4.1 碳纤维复合材料在国外航天领域的应用 (10)

2.4.2 碳纤维复合材料在国内航天领域的应用 (14)

3 国内外碳纤维发展差距和建议 (15)

3.1 国内外碳纤维发展差距 (15)

3.2 对我国碳纤维发展的建议 (16)

3.3 结语 (18)

1 前言

碳纤维是指含碳量高于 90% 的无机高分子纤维，一般作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成具有强度高、模量高、重量轻、抗疲劳、耐腐蚀等一系列优异性能的新型复合材料。与传统的玻璃纤维(GF)相比，杨氏模量是其3倍多;它与凯芙拉纤维( KF－49)相比，不仅杨氏模量是其2倍左右，而且耐蚀性出类拔萃。碳纤维根据原丝类型可分为聚丙烯腈( PAN) 基、沥青基和粘胶基等 3 种;根据力学性能可分为通用型、高性能型两种。目前，全世界碳纤维生产中以聚丙烯腈基为主。

碳纤维的主要性能:

①密度小、质量轻，密度为1.5～2g2cm－3，相当于钢密度的l/4、铝合金

密度的 1/2;

②强度、弹性模量高，其强度比钢大4～5倍，弹性回复l00%;

③具有各向异性，热膨胀系数小，导热率随温度升高而下降，耐骤冷、急热，即使从几千度的高温突然降到常温也不会炸裂;

④导电性好，25℃时高模量纤维为775μΩ2cm－1，高强度纤维为1500μΩ2cm－1;

⑤耐高温和低温性好，在3000℃非氧化气氛下不融化、不软化，在液氮温度下依旧很柔软，也不脆化;

⑥耐酸性好，对酸呈惰性，能耐浓 HC

l 、 H

3

PO

4

、 H

2

SO

4

等侵蚀。

此外，还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性。但其耐冲击性较差，容易损伤，易在强酸作用下发生氧化，与金属复合时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。因此，碳纤维在使用前须进行表面处理。自碳纤维工业化生产以来，世界各国都特别重视其应用开发。通常，碳纤维不单独使用，而是与塑料、橡胶、金属、水泥、陶瓷等制成高性能的复合材料，该复合材料具有轻质、高强、耐高温、耐疲劳、抗腐蚀、导热、导电等优良性质，已在现代工业领域得到广泛应用。随着碳纤维价格的不断降低，其应用范围从满足性能要求高的航空、航天领域逐步向文体和民用领域扩展。]1[

2 碳纤维应用的发展与现状

2.1 发展概况

只有人们产生了某种需求，才能去认识并制造出一种材料。同样碳纤维最早是为了满足制造优良的灯丝的要求应运而生的。

1860年，英国人瑟夫2斯旺将细长的绳状纸片碳化制取碳丝，并以此制作电灯的灯丝，但这项发明未能成功。至1879年，美国人爱迪生将油烟和焦油的混合物做成丝，再碳化制成灯丝，并解决了电灯的相应使用问题，碳丝才在电灯上得到应用。虽然这种碳纤维最终被钨丝等材料所代替，但是它的特点比如密度小，模量高，耐酸碱，耐氧化是以往的材料所不能比拟的，后来人们不断探索用其它方法来制造碳纤维。

20世纪50年代，美国为了研发大型火箭和人造卫星以及全面提升飞机的性能，急需新型结构材料和耐烧蚀材料，使得碳纤维重新出现在新材料的舞台上。

美国最先开发出粘胶基碳纤维，应用于耐烧蚀和隔热材料。由于在航空和军事方面的大量应用及性能的不断提升，使得粘胶基碳纤维在一段时间里处于鼎盛时期。但后来陆续开发出更优越的碳纤维，粘胶基碳纤维的产量减少了。

粘胶基碳纤维发展的同时，在1959年，日本大阪工业试验所的近藤昭男发明了利用聚丙烯腈纤维制造碳纤维的新方法。这一创新促进了碳纤维工业的大发展，成为当前碳纤维的主流。他发明了生产碳纤维新的技术路线，但是并不能制造出高性能的PAN基碳纤维。1963年，英国航空研究所（RAE）的瓦特（W.Wat）等人在预氧化过程中施加张力，抑制原丝在热处理过程中的收缩，奠定了现代生产PAN基碳纤维的工艺基础。约翰逊（W2Johnson）等人改进预氧化装置，他们打通了制造高性能PAN基碳纤维的技术路线。

1965年，日本群马大学的大谷衫郎研制沥青基碳纤维，并获得成功。使得沥青成为生产碳纤维的新原料，并成为当前碳纤维领域仅次于PAN基碳纤维的第二大原料路线。1970年，日本吴羽化学工业公司生产的通用级沥青基碳纤维上市。1975年，UCC开始高性能中间相碳纤维“Thomel-P55”的研制，并取得成功。目前Thomel-P系列高性能沥青碳纤维仍是沥青基碳纤维中最好的产品。

碳纤维从诞生发展至今，经历了几起几落。这既是优胜劣汰促进碳纤维工业发展的必然规律，也是市场经济的无情裁决。20世纪60年代PAN基碳纤维的研制中心在英国，并且得到了很大的发展。但是在激烈的市场竞争中，因为种种原因，碳纤维的研制和生产中心发生转移。目前世界PAN基碳纤维生产厂商主要集中在日本和美国。日本三大碳纤维生产商东丽集团、东邦集团和三菱集团为最大的生产商，三家公司合计产能占全球产能的70%以上。其中东丽集团的产能最大，并且主要集中在高性能的小丝束的生产。同时东丽的碳纤维的性能一直处于前列，堪称是碳纤维行业的领头羊。其最早开发出的T300系碳纤维强度达到3.54Gpa，现在已逐步要被强度为4.92GPa的T700系碳纤维代替。]2[

到了21世纪初，聚丙烯腈碳纤维工艺生产技术已经成熟。现在已分化成为大丝束碳纤维生产和小丝束碳纤维生产两大种类。大丝束生产对前驱体要求较低，产品成本低，较适合一般民用工业使用和产品开发。小丝束生产追求高性能化，代表碳纤维发展的先进水平。对于高性能PAN基碳纤维，美、日等发达国家均极为重视，在研发、生产方面给予经费、人力上的大力支持，并获得成功。

我国从20世纪60年代后期开始研制碳纤维，历经40多年的发展历程。由于国外严格控制封锁，制约了我国碳纤维工业的发展，与国外相比有很大差距。产量不能满足市场发展需求，PAN基原丝质量不过关，生产技术及设备落后等。目前国内小规模PAN基碳纤维生产企业和科研院所共十余家，其中最大生产企业为吉化公司，其年生产能力号称300t，实际年产量不足100t，且产品质量不稳定，达不到T300级的水平。20世纪70年代初突破连续化工艺，1976年在中国科学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，年生产能力为2 t；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，年生产能力为40t。我国主要研究单位有中国科学院山西煤炭化学研究所、上海市合成纤维研究所、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。随着我国经济的快速发展，碳纤维需求与日俱增，虽然国际上一些公司T300级原丝和碳纤维产品对我国开始解冻，但碳纤维及其复合材料的生产关系到国防建设，必须立足国内。研制生产高性能、高质量的碳纤维，以满足军工和民用产品的需求，扭转大量进口的局面，是我国碳纤维工业发展亟待解决的问题。碳纤维已被列为国家化纤行业重点扶持的新产品。在国家政策的重点扶持下，国内碳纤维的研究开发和生产呈现出令人鼓舞的发展趋势。]3[

2.2 碳纤维在军机中的应用

碳纤维增强树脂基复合材料是生产武器装备的重要材料。在战斗机和直升机上，碳纤维复合材料应用于战机主结构、次结构件和战机特殊部位的特种功能部件。国外将碳纤维/环氧和碳纤维/双马复合材料应用在战机机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位，起到了明显的减重作用，大大提高了抗疲劳、耐腐蚀等性能。如果用军机战术技术性能的重要指标——结构重量系数来衡量，国外第四代军机的结构重量系数已达到27～28%。未来以F-22为目标的背景机复合材料用量比例需求35%左右，其中碳纤维复合材料将成为主体材料。国外一些轻型飞机和无人驾驶飞机，已实现了结构的复合材料化。目前主要使用的是T300级和T700级小丝束碳纤维增强的复合材料。

美国在歼击机和战斗机上大量使用复合材料：F-22的结构重量系数为27.8%，先进复合材料的用量已达到25%以上，军用直升机用量达到50%以上。八

十年代初美国生产的单人驾驶的“星舟”轻型机，结构质量约1800kg，其中复合材料用量超过1200kg。1986年美生产的“旅行者”号轻型飞机，其90%以上的结构采用了碳纤维复合材料，创下了不着陆连续九天进行环球飞行的世界记录。Boeing公司用GF/PPS制造海军巡航导弹的壳体，Du Pont公司用GF、KF/ PA、PPS，制造军机的零部件。

由于碳纤维增强复合材料不但是轻质高强的结构材料，还具有隐身的重要功能，如CF/PEEK 或CF/PPS具有极好的宽峰吸收性能，能有效地吸收雷达波。美国已用来制造新型的隐形轰炸机。美国的P－22超音速飞机的主要结构就是采用了中等模量的碳纤维增强的特种工程塑料。幻影III战斗机的减速降落伞盖和弹射的弹射装置也由这种材料制成。已成功地用于飞机的肋条、蒙皮及一些连接件、紧固件等雷达波的吸收件。战斧式巡航导弹壳体、B-2隐型轰炸机的机身基材，F117A隐型飞机的局部也都采用了碳纤维改性的高分子吸波材料。

英国ICI公司用GF/PA生产战斗机上的阀门，使飞机阀门在很宽的温度范围内与燃料长期接触也能保持其性能和形状的稳定；其它国家的飞机F/A-18、RAH-66、A330 / A340、 B77、Y-22上面也都采用了这种材质来制造机翼、蒙皮、主承力结构、中央冀盒、地板、尾冀、设备箱体及结构件。]4[

2.3 碳纤维在民机中的应用

机体结构复合材料化程度被认为是飞机先进性的重要标志，可以说是“一代飞机，一代材料”。

从民用飞机发展来看，美国波音公司第一代民用客机B707上没有采用复合材料，复合材料的用量为零。1960、1970年代先进复合材料在民用飞机上的用

量还只有1%～3%，像DC-9、DC-10、MD80和L1011等客机上先进复合材料的用量还只有1 %左右，B747 飞机的先进复合材料的用量当时比较高，也只有2 %～3%。1980年代民用飞机先进复合材料的用量有所提高，波音公司B757先进复合材料的用量为3%～4%，B767则达到4%～5%。欧洲空中客车公司的先进复合材料的用量比美国波音公司高，A300-600达5%～6%、A310接近10%而A320则>10%。到1990年代欧洲空中客车公司的A321、A330和A340的先进复合材料的用量都增长到13 %～15 %，A322则在15%～16%。波音公司的B777在10%～11%。表明在1980、1990年代先进复合材料在民用客机上的应用欧洲空中客车公司领先于美国波音公司。

21 世纪以来，美国波音公司大力开展扩大先进复合材料在民用飞机上应用的研究，取得很大成绩，具体反映在最新一代的民用客机B787上。B787用的材料见表1，铝合金用量约占20%，而先进复合材料在B787的用量高达50%。同期欧洲空中客车公司大型客机A380上先进复合材料的用量在25%左右。

国外民用航空的发展表明，随航空技术的发展，飞机应用的材料也在不断变化和发展。材料应用最明显的特点就是先进复合材料的比例在不断增长，包括在主承力构件、次承力构件和内装饰的应用，例如波音B787采用碳纤维复合材料制造机翼和机身结构，波音B787先进复合材料典型构件－机身段，它是长7m 和宽6m的整体结构件。先进复合材料主要指的是不同类型的碳纤维增强树脂基复合材料。由于碳纤维增强树脂基复合材料用量比例大幅度增长，因此，对碳纤维的需求量也不断地增长，这是近年来国际市场上碳纤维供应日趋紧张的重要原因。

先进复合材料的大量采用,降低了飞机结构质量，而新型的发动机和创新的流线型机翼设计，使B787飞机比目前同类飞机节省20%的燃油消耗，此外波音B787除了让中型飞机尺寸与大型飞机航程的实现结合，也将以0.85倍音速飞行，这与当代速度最快的民用飞机波音747速度是相同的，这也使其点对点远程不经停直飞能力得以更好的体现。

2.3.1 碳纤维在B777上的应用

美国波音公司的B777客机应用复合材料的比例达到9%，在B777客机上，先进复合材料主要应用在飞机尾翼、襟翼、副翼、天线罩、整流罩、短舱和地板梁等构件。

而美国波音公司制备碳纤维复合材料的原材料主要采用日本东丽公司的产品，包括：T800H高强中模碳纤维、3900-2增韧环氧树脂等，用T800H高强中模碳纤维增强3900-2增韧环氧树脂的复合材料T800H/3900-2，用于制造B777的主承力构件。S-2玻璃纤维增强环氧树脂用于制作雷达天线罩。玻璃纤维和碳纤维混杂增强环氧树脂用作机身下主起落架舱门和固定前缘。

波音公司认为在波音系列客机中可以进一步采用碳纤维复合材料的主要有：机翼结构与蒙皮、机身（前、后、中）及其蒙皮、压力舱等。是否在下一代新机种上采用碳纤维复合材料要有一系列因素决定，减重绝对不是唯一决定因素，成本才是重要因素，性能和价格要统一考虑。这里必须指出，性能和价格除了通常人们所说的飞机速度、航程、载重等以及原材料价格、制造成本、设备与折旧、工资等等外，还要包括操作性能与费用、维护与费用、市场与销售费用等，所有因素统一折平衡。所以全面的性能/价格比才是决定因素。

为了促进复合材料在民用客机上的应用，一是要降低碳纤维复合材料成本；二是提高碳纤维复合材料制备效率；三是改进大型复合材料构件制备工艺技术。

2.3.2 碳纤维在A380-800中的应用

A380 客机大量采用碳纤维复合材料和玻纤增强铝合金，碳纤维复合材料构件包括：襟翼、副翼、梁、后隔板、舱壁、地板梁、前缘、中央机翼盒、机身段、垂直稳定翼等。A380飞机采用复合材料的比例虽没有波音B787 高，量也没有波音B787大，但A380对碳纤维复合材料的需求量约为1 000 t/a。]5[

2.4 碳纤维复合材料（CFRP）在航天领域的应用

2.4.1 碳纤维复合材料在国外航天领域的应用

CFRP在国外航天领域的应用主要体现在卫星结构、运载火箭、精密支撑结构件及光雪景体4大方面。

A 在卫星结构上的应用

①卫星本体结构

由于CFRP具有较高的比强度、较大的比刚度和良好的抗疲劳性能等特性，适于用来制造卫星本体的结构CFRP在卫星本体上的应用主要包括卫星外壳、中心承力筒和各种仪器安装结构板等。

在法国电信一号通信卫星本体结构中，带有4条环形加强筋的中心承力筒是由CFRP制成的，它通过螺接连接在由CFRP制成的仪器平台上卫星的蒙皮是由

T300 CFRP制成。由于CFRP的比模量高，在日本JERS-1地球资源卫星壳体内部

的Φ500 mm 的推力筒、仪器支架、8根支撑杆和分隔环都使用了M40JB CFRP，此外，卫星的外壳、一些仪器的安装板均采用了碳纤维/环氧蜂窝夹层结构。

②卫星能源系统-太阳电池阵结构

卫星在太空中工作所需要的电能是由太阳电池阵提供的，用电量较大卫星发射时，大型太阳电池阵通常都是折叠的，在空中进行展开，面积较大，不能采用金属件制成。由于CFRP具有质量轻、比强度高、比刚度大以及线膨胀系数小的特点，因此，大型太阳电池阵通常采用CFRP由德国MBB公司研制出并已应用于轨道试验卫星的一种刚性太阳电池阵是由CFRP面板、薄壁方形梁和铝蜂窝胶结而成，面积为11.4 m2。应用在国际通信卫星号上的太阳能电池帆板的面积为18.12 m2，也采用了CFRP，每个帆板的长为7 m，宽为1.7 m 德国MBB公司研制的另外一种太阳电池阵是半刚性的，其上面的方管形桁架采用了 CFRP。

③卫星通信系统-天线结构

天线是任何卫星都不可缺少的星载设备，它一般均安装于卫星外表面，当观察一颗卫星时，天线往往是最容易看到的部分，不同用途的卫星通常需要不同用途的天线，即便同一颗卫星，为了完成不同的功能要求，往往需要多种天线，如美国ACTS卫星上包含着各种用途的反射天线、接收天线、遥控天线和C波段全向天线等。

卫星上安装的大型抛物面天线等强方向天线要求在温度急剧变化的空间环境中仍然能够保持稳定的外形，这就需要采用线膨胀系数极小的材料，即具有较好的热稳定性。由于CFRP的可设计性，可以通过选择碳纤维的单层铺设角铺层比和铺层顺序来获得抛物面天线所要求的刚度、强度以及极小的线膨胀系数。大型抛物面天线一般采用高强度和高刚度的CFRP蜂窝夹层结构，能承受主动段的静、动力载荷，以及良好的微波反射特性等。

国外在卫星结构中较早应用CFRP的是应用技术卫星(ATS- F)上的天线支撑桁架。为了使天线支撑桁架具有较高的结构刚度和较低的线膨胀系数，采用了8根CFRP制成的66.3 mm，长度为4.4 m的圆柱形支撑杆组成桁架结构。用CFRP 制成的桁架在满足使用要求的前提下，比相同结构的铝台金桁架质量减轻约50%。国外用 CFRP 制成的卫星天线见表2：]6[

日本东丽公司近年来连续推出的T800和T1000等高强度纤维和 M40J,M50J, M55J及M60J等高模量碳纤维，使CFRP在卫星上的应用正大量从次承力结构件转入主承力结构件。

B 在运载火箭方面的应用

在运载火箭方面，由于CFRP具有耐高温、比强度高和比模量高等力学特性，常被应用在火箭的排气锥体、发动机的盖壳体、燃烧室、发动机喷管、喉衬、扩散段以及整流罩等部位。目前，运载火箭上所采用的 CFRP 件在质量上比铝合金构件节省约10%～25%。

美国空军实验室1997年在国家导弹防御系统试验项目(BMDO CEP)支持下，成功设计并制造了以CFRP为加强筋的AGS整流罩，重量仅37kg，同类型铝合金防护罩重97kg，运用纤维缠绕技术实现了自动化生产，工艺周期缩短88%，比同类型蜂窝夹层结构制造复合材料整流罩减重40%，成本降低20%。

美国、日本、法国的固体发动机壳体主要采用CFRP，如美国三叉戟-2导弹战斧式巡航导弹、大力神-4火箭、法国的阿里安娜2型火箭日本的M-5火箭等发动机壳体，其中使用量最大的是美国赫克里斯公司生产的抗拉强度为5.3 GPa 的IM- 7 碳纤维，性能最高的是日本东丽公司生产的T800碳纤维，抗拉强度为

5.65GPa，杨氏模量为300GPa。

C 在精密支撑构件上的应用

随着空间技术的发展和对轻质复合材料的牵引，CFRP作为结构件逐步应用

于空间光学遥感仪器结构中，尤其应用在支撑各光学元件的精密结构件中，且有逐步增长的趋势美国NASA的哈勃空间望远镜中有一台叫作FOC(FAINT OBJECT CAMERA)的相机这是一台包括滤光镜、折叠镜光屏以及检测器等多个通道的复杂光学系统的微弱目标相机这些光学元件都安装在由高模量碳纤维/环氧复合材料制成的光学平台上。这个光学平台的纵向线膨胀系数为0±0.2310-6/℃，横向线膨胀系数为-0.3310-6/℃，在复杂的空间环境条件下都具有非常好的尺寸稳定性，可以观测到27等星。

美国哈勃空间望远镜的主支撑结构采用了CFRP制成的精密桁架结构采用桁架设计是为了使主镜和次镜能够达到间隔漂移3 m，偏心10m，倾斜2"的对准精度该桁架结构由3个直径为2.4 m横截面为工字形的支撑环和48根2.13 m长的支撑杆构成，这些构件都有严格的线膨胀系数要求，48根支撑杆的线膨胀系数为0.025±0.035310-6/F，3个支撑环的线膨胀系数为0.25±0.15310-6/F 每根支撑杆的结构都是由两种碳纤维组成的多层复合材料，T50纤维(2层)平行于支撑杆的纵轴放置，而T300纤维(1层)与该轴呈±59°放置3个支撑环设计成网状结构，由3层T300/934纤维组成每一层厚0.33mm支撑环的盖是多层复合材料，由2层0°铺层的T50 纤维和1层±40°铺层的T300纤维构成。通过分析和测试证明，该CFRP桁架结构可以达到工作环境下高稳定性的要求。

在国际紫外线探测卫星上，为了保证卫星的探测效果，经过详细的计算，要求卫星本体的轴向膨胀＜2 m常用的一些金属材料不能达到这个指标要求，因此，通过铺层设计采用了16 根由碳纤维/环氧复合材料制成的桁架结构来支撑光学元件，不受空间温度变化的影响。

D 在空间光学镜体上的应用

为了满足空间光学遥感器中光学系统的高分辨率、小体积、轻质量的要求，CFRP不仅大量应用在精密支撑构件上，而且正在向精度和稳定性很高的空间光学镜体上发展。

美国复合材料光学制造公司( Composite Op-tics，Inc．，cot) 从20世纪80年代开始研究发展CFRP镜面成型技术1995～1996年间，研制出了5种小型的镜面，有平面型和球面型的，制造精度在1～2 m RMS 之间。20世纪80年代，欧洲空间局开展了XMM研究，采用了高模量碳纤维/环氧复合材料制造镜面，并获得了初期成功20世纪90 年代后期，为了降低空间天文望远镜的质量，提高

望远镜的动力学特性，NASA戈达德宇航中心采用M55J/EX1515碳/氰酸酯复合材料，应用离子束抛光等技术获得了Φ420 mm、表面粗糙度＜1 nm、面密度＜2 000g /m的镜面，对空间天文望远镜有极为重要的意义。

目前，采用CFRP所制造的镜面精度已能达到红外的精度，具有可见光精度的光学镜体还没有研制出来，相信随着未来碳纤维和树脂基体的进一步开发，采用特殊的光学加工技术，大口径高精度的可见光甚至是紫外的空间光学镜体会研制成功，并且应用于空间光学遥感器中。

2.4.2 碳纤维复合材料在国内航天领域的应用

我国在航天领域对CFRP结构的研究始于70年代，自从1984年我国东方红1号卫星上首次使用碳纤维/环氧复合材料以后，CFRP在我国卫星的结构件、大型运载火箭以及空间相机上获得了广泛的应用。

①在国产卫星上的应用

目前，在我国自行研制的卫星结构中，大量采用CFRP结构。因为卫星结构纯属有效载荷，减重的经济效益很大，又因其空间环境恶劣，要求卫星结构的尺寸和性能稳定、变形一致，所以在卫星的主体骨架结构、外壳结构、太阳能电池板组件桁架结构、天线结构、仪器安装板和支架结构等都在不断扩大使用CFRP。CFRP在国内卫星的应用情况见表3。

②在大型运载火箭上的应用

近10多年来，我国已经在多种型号的大型运载火箭，特别是上面级结构中广泛采用 CFRP，有效地减轻了上面级结构质量，对提高运载火箭发射有效载荷的能力具有十分明显的效果。CFRP在大型运载火箭的应用大致经历了由70年代的简单零部件、次承力件转化到80年代以来大型部段复杂结构、主承力结构件。CFRP在运载火箭中的具体应用实例见表4：

③在空间相机结构件上的应用

CFRP应用在我国自行研制的空间相机上始于20世纪末21世纪初，最初只是应用在对强度要求较高的结构件中，如空间相机遮光罩光阑板、空间相机支架等，

所用的CFRP的型号为T300或T700基于CFRP的可设计性，自2003年以来，高模量的CFRP逐步应用于空间相机的精密支撑结构件中，尤其是在对刚度要求较高，线膨胀系数要求极为严格的连接在光学元件之间的精密支撑结构件的应用越来越广泛，且有逐步增长的趋势。如在某空间相机中连接在各光学元件之间的零膨胀系数支撑杆，所用的CFRP型号为M40JB。我国在近年发射的某卫星中搭载的高分辨率空间相机，构成该相机光学系统的主镜、次镜、第三反射镜及折叠镜都安置在由M40JBCFRP制成的相机框架上，该相机框架具有较高的尺寸稳定性，能够保证相机在轨获得清晰的图像，这是我国首次在航天领域使用CFRP作为高精度光学元件的精密支撑结构件并获得成功。

④在空间光学镜体上的研究进展

文献指出，2001年，天文光学技术研究所正与南京航空航天大学协作，共同开展CFRP用于光学镜面的课题研究，预计不远的将来可以研制出用CFRP制成的光学镜面。

3．国内外碳纤维发展差距和建议

3.1 国内外碳纤维发展差距

尽管我国从世纪年代后期就开始PAN基碳纤维研究工作，且与国外开始的时间相差不远。但由于在原丝与碳化的关键技术及设备上一直未能取得突破，特别是PAN原丝技术停滞不前。因此与世界上碳纤维生产先进水平的国家相比，在数量和质量上差距越拉越大。其主要表现有以下四个方面：

①数量和规模均低于国外水平

国内碳纤维的发展现状与当代碳纤维的发展速度极不相称，既满足不了高水平的军工需要，也无法满足对通用级民用碳纤维的需要。国外单线规模已经达到数千吨，国内大部分还是数百吨，甚至数十吨。

②国产原丝性能差

国内碳纤维原丝只能达到相当于东丽T300指标的PAN基碳纤维水平，而东丽已有大于T1000的商品问世。国外如日本T300碳纤维正逐步被T700碳纤维取代，生产这种规格的原丝需求越来越大，而国内尚未研制出产业化的这种原丝。

③应用研究和市场开发滞后

国内碳纤维的应用研究和市场开发基本空白、产品单一、规格、品种少，仅有小丝束原丝而大丝束原丝是空白，制约了碳纤维的最终品种和应用，无法适

应快速增长的市场需求。

④生产装备的技术水平低

国内生产碳纤维的装备自动化水平低，无法保证质量的稳定性，且绝大部分装备没有自主知识产权，大大影响了产品进入国际市场。]7[

3.2 对我国碳纤维发展的建议

①尽快掌握核心技术，实现自主创新

碳纤维生产工艺流程长和技术关键点多，是多学科、多技术的集成。发展我国的碳纤维工业，当前必须解决工程化问题。可采用对引进技术消化吸收与自主创新相结合办法，尽快实现国产化生产。在此过程中首先必须要提高原丝质量，只有高质量的原丝才能生产出高性能碳纤维，才能稳定生产，提高产量，降低成本。由生产1K、3K原丝转向生产6K、12K或24K原丝工业化技术研究,同时需要加强预氧化、碳化及表面处理工程技术的研究开发。

②科学管理，联合攻关，推进项目进程

碳纤维的研发和生产具有涉及学科多、流程长、工艺复杂、管理水平要求高特点，特别是用于军工产品的材料需经过反复试验，质量要求高，定型周期长。在军用航空航天等领域，应采用国防科工委“一条龙”模式，即由碳纤维的最终用户（如航空、航天等军工部门）牵头，采取行政或市场手段组织科研、工程设计、设备制造和碳纤维生产等单位及相关部门参加，协同开展碳纤维的基础研究，工程化研究及相关配套研究。“一条龙”模式以需求为导向，能够明确碳纤维研发和产业化活动的发展目标、任务及各相关主体的责任，解决政府部门多头管理及科研、设备制造、生产、用户之间彼此脱节的问题，有利于建立有效的约束激励机制，推进项目进程。在民用领域要鼓励碳纤维的研发、生产和下游应用的紧密结合，并形成共同投资、共发展共同盈利的集团式企业，以应用带动民用碳纤维的发展和产业化。

③加强信息化建设，带动碳纤维的产业化

国家应建立碳纤维产业发展的信息平台和知识共享机制，保障知识和信息的充分流动。一是建立由主要碳纤维科研机构和企业参加的行业协会，推进相互间的交流与合作；二是依托权威机构建立碳纤维产业信息平台，使行业内外的企业能够及时、全面地掌握产业信息；三是整理、汇总近年来政府各部门支持的碳

纤维领域的研究成果，确定知识产权归属，建立有偿使用制度，保障创新能够在已有基础上推进；四是重点加强碳纤维产业知识产权保护的执法力度，保障知识产权所有者的利益，促进研发、工程设计机构与设备制造和碳纤维生产企业之间的资源整合。

④强化应用研究和市场开发，保证持续快速发展

碳纤维很少有直接使用，大多是经深加工制成中间产物或复合材料后使用。为此，应大力开展应用研究，扩大适用范围，形成产业链，提升其附加值；通过上下游产业共同努力，形成良性互动，使我国碳纤维产业走上健康快速发展的轨道。逐步建立健全碳纤维工业生产及应用研发体系，立足自身，加强交流与合作，同时密切关注国际上著名碳纤维厂商技术发展进程，借鉴其发展经验!加快发展步伐，努力缩小与国际间的差距。

⑤选好品种，规模化生产

国内PAN基小丝束的生产厂家较多，而大丝束是国内的空白，因此开发生产大丝束是国内重要的一个发展方向。要避免小规模、低水平的重复建设，要通过资本运作和行政手段相结合的方法对国内目前的技术、人才和设备资源进行有效整合，并吸引大型化纤企业的参与和投资，形成集中、明确的产品目标和合理的生产规模。要尽快做强做大原丝和碳纤维，降低原丝和碳纤维成本，提高碳纤维的市场竞争力。针对航空航天等领域的需求，投资建设的碳纤维最小经济规模应在400t/年(3K)(原丝规模为1000t/年水平);针对民用领域的需求,投资建设的碳纤维最小经济规模应在1000t/年(12k)原丝规模为2500t/年水平上。

3.3 结语

尽管我国的碳纤维生产发展缓慢，但消费量却与日俱增，市场需求旺盛。随着市场需求的增加，特别是国防、军工、航空航天、体育用品等方面需求的增长，每年从国外进口的碳纤维越来越多。这就要求我们必需加快研究、生产步伐，抓住发展机遇，尽快实现和提高我国碳纤维国产化生产水平。

[参考文献]

[1]周嵩林.国内碳纤维材料的生产现状[J].泸天化科技，2011，（3）：221-222.

[2]杨波.高温热处理制备国产PAN基高模量碳纤维的研究[D].长沙：中南大学，2011.

[3]钱伯章.国内外碳纤维应用领域、市场需求以及碳纤维产能的进展（3）.高科技纤维与运用第35卷第2期，2010.4.

[4]林德春，潘鼎，高健等.碳纤维复合材料在航空航天领域的应用[J].玻璃钢，2007（3）：19-23.

[5]沈真.碳纤维复合材料在飞机结构中的应用.高科技纤维与运用第35卷第4期，2010.8.

[6]李威，郭权锋.碳纤维复合材料在航天领域的应用.中国光学第四卷第三期，2011.6.

[7]冯丽,闻艳萍.我国碳纤维发展及建议.进展与述评2012年第1期.

碳纤维产业现状及发展前景

碳纤维：从“无”到“有”到“好” 随着国家政策扶持力度的不断增大及市场需求的日益增长，我国碳纤维出现了前所未有的产业化建设热潮，国产碳纤维技术和产业化水平显著提高。特别是最近十年，在国家科技与产业计划的支持下，高性能碳纤维及其复合材料在关键技术、装备及应用等方面取得了突破性进展，初步建立起国产碳纤维制备技术研发、工程实践和产业化建设的较完整体系，技术发展速度明显加快，产品质量不断提高，有效缓解了国防建设重大工程对国产高性能碳纤维的迫切需求。 目前，国内大小碳纤维生产企业近40家，其中，拥有千吨以上规模生产线的企业4家，拥有五百吨级生产线的企业5家。国产碳纤维总产能达到1.96万吨。主要产品为12K及以下规格小丝束PAN基碳纤维，其中，T300级碳纤维性能达到国际水平，已进入产业化发展阶段，并在航空航天领域得到了应用；T700级碳纤维已建成千吨级生产线，产品进入应用考核阶段，低成本干喷湿纺T700级碳纤维已经实现规模化生产；T800级碳纤维吨级线建成并已实现批量生产。但高模、高模高强碳纤维的工程化制备技术及更高等级碳纤维的制备关键技术还有待攻关。 总体上讲，目前我国碳纤维产业整体发展水平仍与国外存在较大差距。主要表现在碳纤维原丝生产工艺路线单一、纺丝速度慢、效率低；生产线规模小，产能分散，低端产品产能过剩但生产线开工率低，年产量不足产能的20%；产品品种规格单一、性能稳定性不高、同质化现象严重、成本居高不下；生产装备自主设计制造能力不足、对生产工艺的适应性差；油剂、上浆剂等原辅料开发不配套；下游应用技术发展与碳纤维技术不匹配，下游应用市场对碳纤维产业发展牵引力不足等。特别是，由于低成本、稳定化、规模化生产技术的欠缺，绝大多数碳纤维产品的成本与市场售价倒挂，我国碳纤维企业面临着国内企业间恶性竞争和国外企业恶意压价的内忧外患，生存状况不容乐观。 而目前，国际碳纤维产业及下游应用市场均呈现欣欣向荣的繁荣景象，一方面国际碳纤维应用市场继续以6-8%的增速不断扩大，应用领域进一步拓展；另一方面，全球各大碳纤维制造商已陆续宣布了大幅扩产计划，市场竞争空前激烈。 面对国际碳纤维产业如此明确的发展信号，“十三五”期间，我国碳纤维产

国内外碳纤维生产现状及发展趋势

国内外碳纤维生产现状及发展趋势 碳纤维, 国内外, 趋势, 生产, 发展 碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在90%以上。它是利用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下碳化而制得。碳纤维具有十分优异的力学性能，是目前已大量 生产的高性能纤维中具有最高的比强度和最高的比模量的纤维，特别是在2000℃以上的高温惰性环境中，碳材料是唯一强度不下降的物质，是其他主要结构材料(金属及其合金)所无法比拟的。除了优异的力学性能外，碳纤维还兼具其他多种优良性能，如低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、电及热 传导性高、热膨胀系数低、X光穿透性高，非磁体但有电磁屏蔽性等。 作为高性能纤维的一种，碳纤维既有碳材料的固有特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是先进复合材料最重要的增强材料，已在军事及民用工业的各 个领域取得广泛应用，从航天、航空、汽车、电子、机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等。因此，碳纤维被认为是高科技领域中新型工业材料的典 型代表，为世人所瞩目。碳纤维产业在发达国家支柱产业升级乃至国民经济整体素质提高方面，发挥着非常重要的作用，对我国产业结构的调整和传统材料的更新换代也有重要意义，对国防军工和国民经济有举足轻重的影响。 我国自20世纪60年代开始碳纤维研究开发至今已有近40年的历史，但进展缓慢，同时由于发达国家对我国几十年的技术封锁，至今没能实现大规模 工业化生产，工业及民用领域的需求长期依赖进口，严重影响了我国高技术的发展，尤其制约了航空航天及国防军工事业的发展，与我国的经济社会发展进程极不相 称。所以，研制生产高性能、高质量的碳纤维，以满足军工和民用产品的需求，扭转大量进口的局面，是当前我国碳纤维工业发展的迫切任务。 1生产方法 目前，工业化生产碳纤维按原料路线可分为聚丙烯腈(PAN)基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维三大类。从粘胶纤维制取高力学性能的碳纤维必 须经高温拉伸石墨化，碳化收率低，技术难度大、设备复杂，成本较高，产品主要为耐烧蚀材料及隔热材料所用；由沥青制取碳纤维，原料来源丰富，碳化收率高， 但因原料调制复杂、产品性能较低，亦未得到大规模发展；由聚丙烯腈纤维原丝可制得高性能的碳纤维，其生产工艺较其它方法简单，而且产品的力学性能优良，用 途广泛，因而自20世纪60年代问世以来，取得了长足的发展，成为当今碳纤维工业生产 的主流。 聚丙烯腈基碳纤维的生产主要包括原丝生产和原丝碳化两个过程。 原丝生产过程主要包括聚合、脱泡、计量、喷丝、牵引、水洗、上油、烘干收丝等工序。碳化过程主要包括放丝、预氧化、低温碳化、高温碳化、表面处理、上浆烘干、收丝卷绕 等工序。

2018年碳纤维行业现状及发展前景分析报告

2018年碳纤维行业现状及发展前景分析报告

正文目录 1、碳纤维材料前景广阔，全球产能高度集中 (6) 1.1、碳纤维应用领域广泛，全球需求增长态势良好 (6) 1.2、碳纤维技术壁垒高，行业龙头优势显著、成本控制能力强 (17) 2、日本企业后发先至，精准定位碳纤维市场 (21) 2.1、东丽掌控碳纤维核心技术，引领行业持续发展 (22) 2.2、帝人东邦布局全球生产基地，碳纤维材料业务盈利能力不断增长 (27) 2.3、三菱丽阳兼备多种碳纤维材料生产能力，大力发展车用碳纤维复材37 2.4、西格里集团碳纤维产业链一体化布局， (45) 3、发展高端制造业，国内未来碳纤维需求巨大 (51) 3.1国内碳纤维的需求增长迅速，行业发展空间广阔 (51) 3.2、国内外企业规模差距大，碳纤维近年获国家政策大力支持 (57) 3.3、国内碳纤维行业步入快速发展期，竞争力持续增强 (58) 4、主要公司分析 (59) 5、风险提示 (60)

图目录 图1：全球碳纤维市场需求及预测 (6) 图2：2016年全球碳纤维需求分布 (6) 图3：2016 年碳纤维在全球航空航天领域细分应用占比 (7) 图4：波音787“梦想客机”的碳纤维机身 (8) 图5：国外商用飞机碳纤维复合材料应用占比 (8) 图6：波音公司预测2014 -2033年全球新增客机数量 (9) 图7：客机碳纤维渗透率预测 (9) 图8：碳纤维复合材料在汽车零部件中的应用情况 (10) 图9：全球汽车领域碳纤维需求量预测 (12) 图10：风电机组正向着大型化发展 (12) 图11：风电叶片的长度和材料经济性关系 (12) 图12：碳纤维在风电叶片中的主要应用部位 (13) 图13：风电新增装机容量预测 (14) 图14：风电叶片碳纤维需求量预测 (14) 图15：碳纤维高尔夫球杆 (15) 图16：碳纤维自行车 (15) 图17：2014-2016年各领域碳纤维价格变动趋势 (17) 图18：2014-2016年全球碳纤维市场需求分布情况 (17) 图19：碳纤维的制造工艺 (19) 图20：全球小丝束碳纤维市场分布 (20) 图21：全球大丝束碳纤维市场分布 (20) 图22：碳纤维行业发展历史 (21) 图23：东丽近年营业收入及毛利率 (23) 图24：2016年东丽株式会社营业收入各业务板块占比 (24) 图25：东丽株式会社PAN碳纤维生产工艺 (25) 图26：聚丙烯腈预氧化化学式 (25) 图27：东邦公司的全球化布局 (28) 图28：帝人集团的全球设施分布 (28) 图29：帝人集团业务领域概要 (29)

中国碳纤维产业现状和思考

中国碳纤维产业现状和思考 碳纤维作为战略性新兴产业中的重要产品正受到越来越多的关注，国内碳纤维生产线建设也异常热闹，一片红火。目前，我国碳纤维生产企业已近３０家，除了民营企业，中石油、中石化、中化工、中钢铁、中国建材、首钢国际等大型国企都已介入，而且都是大手笔。截至目前，我国已建和拟在建的碳纤维产能已达到７万—８万吨／年，其中建成的产能为５０００吨。然而，去年的产量只有千吨左右，部分产品质量水平连Ｔ３００级都达不到，国内市场每年８０００—９０００吨的需求量大部分要依靠进口。在大量生产线出现“趴窝”现象的背后，反映了我国碳纤维目前真实的技术现状。 　１９５９年，日本发明了用聚丙烯腈为原丝加张力牵伸制造碳纤维的方法。目前，日本东丽公司的系列化聚丙烯腈基碳纤维最具代表性，其产品主要分为Ｔ、Ｍ、ＭＪ三个系列，每个系列又有不同型号，远远领先于世界平均水平。日本在１９８４年就生产出了Ｔ７００级产品，此外，国外单线最大产能已达１８００吨（１２ｋ），生产效率高。 我国碳纤维生产的研究始于１９６２年，起步不晚，但长期以来未取得实质性进展。近年的攻关，我国在一些碳纤维应用领域已经不再受制于人，但整体技术水平仍然相对落后。由于碳纤维技术被日本、美国等专利覆盖，我国企业缺乏核心自主知识产权的技术支撑，尚未全面掌握完整的碳纤维核

心关键技术，高性能碳纤维基本处于空白。目前，国内只有相当于或者次于Ｔ３００级碳纤维的产品，Ｔ７００级碳纤维尚处于工程化研究阶段，Ｔ８００、ＭＪ系列碳纤维尚在攻关。国内以３Ｋ（３０００根）、１２Ｋ的Ｔ３００级碳纤维为主打产品，许多低端产品毛丝多，性能指标不稳定，通用性差。千吨级碳纤维生产线的投资在４亿元左右，如果技术始终不能过关，项目投资有可能会打水漂，因此当务之急是提高碳纤维技术水平。目前国内技术水平高的碳纤维企业也有几家，但由于没有形成规模优势，同等质量产品的价格远高于国外，因此成本差异很大，导致我国碳纤维产品没有市场竞争力。据了解，日本东丽Ｔ７００级碳纤维的成本与国内Ｔ３００级的成本相当。 近年来，碳纤维产业风行，有技术背景的和没有技术背景的都在上项目。有技术上项目可以理解，但没技术怎么上呢？多数企业采用的是“挖人战术”，师出同门，技术水平和工艺路线处于同一档次的项目在低水平重复建设。引进的洋技术由于相关设备及配套技术的缺失，改造后多数都难以开花结果。上世纪８０年代我国就曾从英国ＲＫ公司引进大丝束预氧化炉和炭化炉，结果两套设备均未能正常运转，所谓的外国专家也无能为力，引进单位有苦难言，十几年后，当初的设备都当废铁卖了。另据了解，上世纪末期，安徽华皖碳纤维有限公司从英国引进了２００吨／年聚丙烯腈基碳纤维及５００吨／年原丝生产线，经过近十年建设，耗资３亿多，

碳纤维的产业现状及发展

碳纤维的产业现状及发展 2009-05-26源自:IT粉丝网网友评论0 条进入视频教程论文关键词：碳纤维工艺技术供需情况发展 论文摘要：碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，分子结构界于石墨和金刚石之间，含碳体积分数随品种而异，一般在0.9以上。 一、碳纤维的性能 1.1分类 根据原丝类型分类可分为聚丙烯腈（PAN）基、沥青基和粘胶基3种碳纤维，将原丝纤维加热至高温后除杂获得。目前，PAN碳纤维市场用量最大；按力学性能可分为高模量、超高模量、高强度和超高强度4种碳纤维；按用途可分为宇航级小丝束碳纤维和工业级大丝束碳纤维，其中小丝束初期以1K、3K、6K（1K 为1000根长丝）为主，逐渐发展为12K和24K，大丝束为48K以上，包括60K、120K、360K和480K等。 1.2性能 碳纤维的主要性能：(1)密度小、质量轻，密度为1.5～2克/立方厘米，相当于钢密度的l/4、铝合金密度的1/2；(2)强度、弹性模量高，其强度比钢大4-5倍，弹性回复l00%；(3)具有各向异性，热膨胀系数小，导热率随温度升高而下降，耐骤冷、急热，即使从几千度的高温突然降到常温也不会炸裂；(4)导电性好，25。C时高模量纤维为775μΩ/cm，高强度纤维为1500μΩ/cm；(5)耐高温和低温性好，在3000。C非氧化气氛下不融化、不软化，在液氮温度下依旧很柔软，也不脆化；(6)耐酸性好，对酸呈惰性，能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀。此外，还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性。 通常，碳纤维不单独使用，而与塑料、橡胶、金属、水泥、陶瓷等制成高性能的复合材料，该复合材料也具有轻质、高强、耐高温、耐疲劳、抗腐蚀、导热、导电等优良性质，已在现代工业领域得到了广泛应用。 1.3应用领域 由于碳纤维具有高强、高模、耐高温、耐疲劳、导电、导热等特性，因此被广泛应用于土木建筑、航空航天、汽车、体育休闲用品、能源以及医疗卫生等领域。此外，碳纤维在电子通信、石油开采、基础设施等领域也有着广泛的应用，主要用于放电屏蔽材料、防静电材料、分离铀的离心机材料、电池的电极，在生化防护、除臭氧、食品等领域种也有出色的表现。 二、生产工艺 通常用有机物的炭化来制取碳纤维，即聚合预氧化、炭化原料单体—原丝—预氧化丝—碳纤维。碳纤维的品质取决于原丝，其生产工艺决定了碳纤维的优劣。以聚丙烯腈(PAN)纤维为原料，干喷湿纺和射频法新工艺正逐步取代传统的碳纤维制备方法(干法和湿法纺丝)。 2.1干喷湿纺法 干喷湿纺法即干湿法，是指纺丝液经喷丝孔喷出后，先经过空气层(亦叫干段)，再进入凝固浴进行双扩散、相分离和形成丝条的方法。经过空气层发生的物理变化有利于形成细特化、致密化和均质化的丝条，纺出的纤维体密度较高，表面平滑无沟槽，且可实现高速纺丝，用于生产高性能、高质量的碳纤维原丝。

碳纤维国内技术和生产现状简介

碳纤维国内技术和生产 现状简介 文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-

国内碳纤维技术及生产现状 我国从20世纪60年代后期开始研制碳纤维，历经近40年的漫长历程。在此期间，由于国外把碳纤维生产技术列入禁运之列，严格控制封锁，制约了我国碳纤维工业的发展。我国科技工作者发扬自力更生的精神，从无到有，逐步建成了碳纤维的工业雏型。20世纪70年代初突破连续化工艺，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，当时生产能力为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。我国主要研究单位有中科院山西煤化所、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。 我国目前使用碳纤维量约占世界用量的1/5。巨大的市场潜力，供不应求的局面，必然促进我国碳纤维工业的发展。但是，要想进入竞争的市场，一是要保证产品的质量，二是要求价位相当。针对我国碳纤维工业的现状，需首先解决高性能PAN原丝的质量，在这基础上才有可能产业化，这是进市场的前提；同时，还需进行预氧化，碳化，石墨化设备及表面处理装置的工程化开发，使其形成规模化生产能力，才能在保证质量的基础上降低成本。目前，内内研究开发以及生产碳纤维的呼声很高，发展趋势令人鼓舞。 但由于对我国碳纤维产业发展的建议目前我国高性能碳纤维无论在质量上还是数量上与国外相比还有一定差距，远远满足不了需求。为此，尽快研究和发展我国自己的高性能碳纤维材料已迫在眉睫。碳纤维是一门多学科交叉、多技术集成的系统工程，质量的提升涉及到方方面面。以下几个方面应优先考虑。 1、提高PAN原丝质量 PAN原丝不仅影响碳纤维的质量，而且影响其产量和生产成本。换言之，只有高质量的原丝才能生产出高性能碳纤维，才能稳定生产，提高产量，降低成本。对于现代碳纤维

碳纤维的发展与现状

人员分工情况 资料收集：蔡煜简江婷婷宋爽韵周晓楠张领中英文摘要：蔡煜张领周晓楠 内容编写：发展部分简江婷婷宋爽韵 现状与差距部分蔡煜张领周晓楠排版校对：简江婷婷宋爽韵 宋爽韵 20110815023 简江婷婷 20110815036 蔡煜 20110815045 周晓楠 20110815047 张领 20110815050

碳纤维的发展与现状 学生：蔡煜简江婷婷宋爽韵周晓楠张领指导老师：秦文峰 摘要:简要介绍了碳纤维的性能、发展历史以及在航空航天领域中的应用，同时分析了国内外碳纤维的发展差距，给出了对我国碳纤维发展的建议。 关键词：碳纤维;碳纤维复合材料;应用领域;发展差距;发展建议 Abstract：The brief introduction of the performance and development history and application in the aviation&aerospace field of carbon fiber ,the analysis of the development gap of carbon fiber between home and abroad ,the advises of carbon fiber’s development to our country are given in this paper. Key words：carbon fiber;carbon fiber composites;application territory; development gap;development advises

碳纤维发展现状及其发展趋势

碳纤维发展现状及其发展趋势 0 引言 高性能纤维是指耐热好、质量轻、强度高、高模量的特种纤维材料。作为高性能纤维的一种,碳纤维既有碳材料的固有本征,又兼备纺织纤维的柔软可加工性,是新一代军民两用新材料,已广泛用于航空航天、交通、体育与休闲用品、医疗、机械、纺织等各领域。 碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在90%以上。它是利用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下碳化而制得。碳纤维具有 十分优异的力学性能，是目前已大量生产的高性能 纤维中具有最高的比强度和最高的比模量的纤维，特 别是在2000℃以上的高温惰性环境中，碳材料是唯 一强度不下降的物质，是其他主要结构材料（金属及 其合金）所无法比拟的。除了优异的力学性能外， 碳纤维还兼具其他多种优良性能，如低密度、耐高 温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、 电及热传导性高、热膨胀系数低、光穿透性高，非磁 体但有电磁屏蔽性等。 作为高性能纤维的一种，碳纤维既有碳材料的固有特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是先进复合材料最重要的增强材料，已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用，从航天、航空、汽车、电子、机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等。因此，碳纤维被认为是高科技领域中新型工业材料的典型代表，为世人所瞩目。碳纤维产业在发达国家支柱产业升级乃至国民经济整体素质提高方面，发挥着非常重要的作用，对我国产业结构的调整和传统材料的更新换代也有重要意义，对国防军工和国民经济有举足轻重的影响。 1国内外碳纤维的发展现状1.1 国外碳纤维的发展现状 碳纤维的起源可追溯到19世纪后期，美国人爱迪生（Edson）用碳丝制作灯泡的灯丝，从而发明了电灯，给人类社会带来了光明。但是在20世纪初期，美国通用电器公司的库里基（Coolidge）发明了用钨丝取代碳丝作为灯丝，并

碳纤维及其复合材料产业现状及发展趋势

国内外碳纤维及其复合材料产业现状及发展趋势 自上世纪60年代碳纤维首次商业化以来，产业规模不断扩大，产品品质不断提高，2014年全球碳纤维产能（365天连续生产12K/24K 碳纤维丝束计算）已达到12.6万吨。尽管碳纤维与传统的玻璃纤维在价格上仍不能相比，但高性能碳纤维以其高比强度、高模量、可设计、防腐蚀和抗疲劳等突出特点，具有玻璃纤维所不能比拟的优势，已成为发展先进武器装备的关键材料，并在航空航天、国防军工、风能产业、土木工程、体育休闲等领域得到了广泛应用。 当前，国际复合材料产业呈现蓬勃发展态势，据估计，未来5年，先进复合材料将以每年5%的增速发展，而随着民用航空、汽车工业等领域的快速发展，全球高性能碳纤维需求量的年增幅可达10%，亚太地区将会有更高的增长率，即碳纤维及其复合材料产业将面临前所未有的发展空间和机遇。 因此，在目前碳纤维产业快速发展的关键时期，我们更应该认清国际碳纤维产业的发展形势、对照国外先进企业找差距找问题，通过理性思考寻求解决途径，适时把握发展机遇，落实行动、注重实效，努力推进国内碳纤维及其复合材料产业的健康快速发展。 1、国外碳纤维产业现状及发展趋势 1）产业方面 根据前躯体原料的不同，碳纤维可分为聚丙烯腈（PAN）基、沥青基和粘胶基碳纤维等。由于粘胶基碳纤维在制备过程中会释放出毒

性物质二硫化碳，且工艺流程长、生产成本高、整体性能不高，因此目前，国际碳纤维产业领域，前两种碳纤维获得了更大规模的生产和应用。其中，PAN基碳纤维又占据绝对优势，国际市场占有率超过90%。PAN基碳纤维的九大生产商包括：日本东丽、东邦、三菱丽阳、美国赫氏（Hexcel）、氰特（Cytec）、卓尔泰克（Zoltek，已被东丽收购）、台塑、土耳其阿克萨（AKSA）和德国西格里（SGL）。沥青基碳纤维的生产和应用居其次，主要生产企业三家，分别是Cytec、三菱塑料和日本碳素纤维。 PAN基碳纤维分为小丝束（1-24K）和大丝束（36K及以上）两类。全球小丝束碳纤维市场主要被日本东丽、东邦、三菱丽阳三家公司所垄断，而来自中国、土耳其和韩国的企业，正不断扩充小丝束的全球产能，同时也降低了三家日本公司的市场份额。 大丝束碳纤维生产商主要有Zoltek、SGL和三菱丽阳三家。另外，中国国企蓝星集团英国分公司拥有大丝束碳纤维原丝的供应能力，Cytec于2014年与德国腈纶企业合作开展低成本大丝束碳纤维的研制开发。预计在未来10年中，其它制造商也会陆续加入大丝束碳纤维生产领域。 为满足高速发展的航空航天与汽车市场对碳纤维的需要，几乎所有的碳纤维巨头都宣布了扩产计划。例如，日本东丽拥有以日本本土为核心的日美法韩4个生产基地，目前已形成11000～12000吨/年的T700S和4500吨/年的T800碳纤维生产能力，并宣布PAN基碳纤维的总产能于2015年达到27100吨，2020年扩大至50000吨。另外，Hexcel

碳纤维产业发展背景-管理学案例分析

碳纤维产业发展背景 一、产业方面 自 20 世纪 60 年代碳纤维首次商业化以来，碳纤维产业规模不断扩大，产品品质不断提高，2014 年全球碳纤维产能（365 天连续生产 12K/24K 碳纤维丝束计算）已达到 12.6 万 t。尽管碳纤维与传统的玻璃纤维在价格上仍不能相比，但高性能碳纤维以其高比强度、高模量、可设计、防腐蚀和抗疲劳等突出特点，具有玻璃纤维所不能比拟的优势，已成为发展先进武器装备的关键材料，并在航空航天、国防军工、风能产业、土木工程、体育休闲等领域得到了广泛应用。 当前，国际复合材料产业呈现蓬勃发展态势，据估计，未来 5 年先进复合材料将以每年 5%的增速发展，而随着民用航空、汽车工业等领域的快速发展，全球高性能碳纤维需求量的年增幅可达 10%，亚太地区将会有更高的增长率，即碳纤维及其复合材料产业将面临前所未有的发展空间和机遇。 根据前躯体原料的不同，碳纤维可分为聚丙烯腈基（PAN）、沥青基和粘胶基碳纤维等。由于粘胶基碳纤维在制备过程中会释放出毒性物质二硫化碳，且工艺流程长、生产成本高、整体性能不高，因此目前在国际碳纤维产业领域，前 2 种碳纤维获得了更大规模的生产和应用。其中，PAN 基碳纤维又占据绝对优势，国际市场占有率超过90%。PAN 基碳纤维的 9 大生产商包括：日本东丽工业株式会社（简

称“东丽”）、日本东邦化学工业株式会社（简称“东邦”）、日本三菱丽阳株式会社（简称“三菱丽阳”）、美国赫氏有限公司（Hexcel）、美国氰特工业公司（Cytec）、美国卓尔泰克公司（Zoltek，已被东丽收购）、台湾塑料工业股份有限公司（简称“台塑”）、土耳其阿克萨集团（AKSA）和德国西格里碳素集团（SGL）。沥青基碳纤维的生产和应用居其次，主要生产企业 3 家，分别是 Cytec、三菱丽阳和东丽。 PAN 基碳纤维分为小丝束（1～24K）和大丝束（36K 及以上）２类。全球小丝束碳纤维市场主要被东丽、东邦、三菱丽阳 3 家公司所垄断，而来自中国、土耳其和韩国的企业，正不断扩充小丝束的全球产能，同时也降低了３家日本公司的市场份额。 大丝束碳纤维生产商主要有 Zoster、SGL 和三菱丽阳３家。另外，中国蓝星(集团)总公司英国分公司拥有大丝束碳纤维原丝的供应能力，Cytec 于 2014 年与德国 Dormagen 的腈纶纤维生产商 DralonGmbH 公司合作开展低成本大丝束碳纤维的研制开发。预计在未来 10 年中，其他制造商也会陆续加入大丝束碳纤维生产领域。 为满足高速发展的航空航天与汽车市场对碳纤维的需要，几乎所有的碳纤维巨头都宣布了扩产计划。例如，东丽拥有以日本本土为核心的日美法韩 4 个生产基地，目前已形成 11 000 ～12 000ｔ/a 的 T700S 和 4 500ｔ/a 的 T800 碳纤维生产能力，并宣布 PAN 基碳纤维的总产能于2015 年达到27 100ｔ，2020 年扩大至50

碳纤维的研究现状与发展

碳纤维的研究现状与发展 摘要：碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，分子结构界于石墨和金刚石之间，含碳体积分数随品种而异，一般在0.9以上。 关键词：碳纤维复合材料性能与应用 正文 一、碳纤维的性能 1.1分类 根据原丝类型分类可分为聚丙烯腈（PAN）基、沥青基和粘胶基3种碳纤维，将原丝纤维加热至高温后除杂获得。目前，PAN碳纤维市场用量最大；按力学性能可分为高模量、超高模量、高强度和超高强度4种碳纤维；按用途可分为宇航级小丝束碳纤维和工业级大丝束碳纤维，其中小丝束初期以1K、3K、6K（1K为1000根长丝）为主，逐渐发展为12K和24K，大丝束为48K以上，包括60K、120K、360K和480K等。 1.2性能碳纤维的主要性能：(1)密度小、质量轻，密度为1.5～2克/立方厘米，相当于钢密度的l/4、铝合金密度的1/2；(2)强度、弹性模量高，其强度比钢大4-5倍，弹性回复l00%； (3)具有各向异性，热膨胀系数小，导热率随温度升高而下降，耐骤冷、急热，即使从几千度的高温突然降到常温也不会炸裂；(4)导电性好，25。C时高模量纤维为775μΩ/cm，高强度纤维为1500μΩ/cm；(5)耐高温和低温性好，在3000。C非氧化气氛下不融化、不软化，在液氮温度下依旧很柔软，也不脆化；(6)耐酸性好，对酸呈惰性，能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀。此外，还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性。 通常，碳纤维不单独使用，而与塑料、橡胶、金属、水泥、陶瓷等制成高性能的复合材料，该复合材料也具有轻质、高强、耐高温、耐疲劳、抗腐蚀、导热、导电等优良性质，已在现代工业领域得到了广泛应用。 1.3应用领域 由于碳纤维具有高强、高模、耐高温、耐疲劳、导电、导热等特性，因此被广泛应用于土木建筑、航空航天、汽车、体育休闲用品、能源以及医疗卫生等领域。此外，碳纤维在电子通信、石油开采、基础设施等领域也有着广泛的应用，主要用于放电屏蔽材料、防静电材料、分离铀的离心机材料、电池的电极，在生化防护、除臭氧、食品等领域种也有出色的表现。碳纤维复合材料片。碳纤维复合材料片是采用常温固化的热固性树脂（通常是环氧树脂）将定向排列的碳纤维束粘结起来制成的薄片。把这种薄片按照设计要求，贴在结构物被加固的部位，充分发挥碳纤维的高拉伸模量和高拉伸强度的作用，来修补加固钢筋混凝土结构物。日本、美国、英国将该材料用于加固震后受损的钢筋混凝土桥板，增强石油平台壁及耐冲击性能的许多工程上，获得了突破性进展。碳纤维复合材料片具有轻质（比重是铁的1/4～1/5），拉伸模量比钢高10倍以上，耐腐蚀性能优异，可以手糊，工艺性好等优点。因此，碳纤维复合材料片在修补加固已劣化的钢筋混凝土结构物（约束裂纹发展、防止混凝土削落）和提高结构物耐力以及对用旧标准设计建成的钢筋混凝土结构物的补强、加固应用将越来越多。 二、生产工艺

国内外碳纤维的发展现状分析

国内外碳纤维的发展现状分析 摘要：介绍了碳纤维的基本特性，概述了世界及中国碳纤维的发展概况。详细论述了碳纤维在航空航天、体育用品、工业领域应用的最新进展。碳纤维是一种物理化学性能优异的新型纤维，其在三大领域的应用前景非常乐观。 关键词：碳纤维复合材料发展应用 前言 随着工程技术和材料科学的发展，对材料性能的要求越来越高。有关先进复合材料的研究、发展和应用一直是高科技材料技术的重要内容之一，而碳纤维及其碳纤维复合材料在此领域则占有举足轻重的地位。其主要原因：它是一种技术和用途十分广泛的树脂基复合材料，以碳纤维为增强材料，合成树脂为基体材料，通过各种成型工艺复合而成的碳纤维复合材料，是一种高性能新型结构材料；它是一种强度比钢大十多倍、密度比铝合金还低，且还有许多宝贵的电学、热学和力学性能；在现代航天航空等尖端技术发展中，已成为一种不可缺少的新型材料。因此，许多发达国家不惜投入大量人力、物力和财力，对碳纤维进行研制开发、完善和提高，使其质量不断提高，品种、型号和规格与日俱增，应用领域日益拓宽。 1 碳纤维发展概况 1.1 世界碳纤维发展概况 近几年随着先进复合材料的发展，碳纤维需求激增，引爆了近年来世界性的碳纤维危机，这场危机从2005年开始日趋明显，至2007年达到极点。自碳纤维危机爆发以来，各大碳纤维生产厂商急剧扩张，扩大产能，缓解了碳纤维紧缺的供应情况。2008年下半年爆发了世界金融危机，实体经济受影响颇深，碳纤维的需求也有所回落。尤其是2009年经济衰退陷入最低谷时，很多碳纤维制造商也推迟或放慢了自己的发展计划。但是进入2010 年以来，随着经济危机的好转，全球碳纤维市场出现快速回暖的迹象。巨大需求刺激碳纤维市场回暖，因此对碳纤维的需求总体仍处上升趋势。目前世界碳纤维产量达到4万t/年以上，随着碳纤维应用领域的不断扩大，碳纤维的市场需求日趋增加，碳纤维及其复合材料产业呈现良好发展态势。据相关部门预测，世界碳纤维需求将以每年大约13%的速度飞速增长，碳纤维的全球需求量2018年将达到10万t。全世界主要的碳纤维生产厂商是日本东丽、东邦人造丝和三菱人造丝三家公司, 美国的HEXCEL、ZOLTEK、ALDILA 三家公司，以及德国SGL西格里集团、韩国泰光产业等少数单位。 1.2 我国碳纤维产业发展概况 我国对碳纤维的研究开始于20世纪60年代，80年代开始研究高强型碳纤维。多年来进展缓慢，但也取得了一定成绩,进入21世纪以来发展较快，安徽华皖碳纤维公司率先引进了500t/ 年原丝、200t/ 年PAN基碳纤维(只有东丽碳纤维T300水平)，使我国碳纤维工业进入了产业化。

碳纤维的发展现状

碳纤维的发展现状 碳纤维(carbon fiber)，它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维碳，是纤维状的碳素材料，含碳量在90%以上，其中含碳量高于99%的称石墨纤维。与传统的玻璃纤维(GF)相比，杨氏模量是其3倍多；它与凯芙拉纤维(KF-49)相比，不仅杨氏模量是其2倍左右，而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃。有学者在1981年将聚丙烯腈(PAN)基碳纤维浸泡在强碱溶液中，时间已过去20多年，它至今仍保持纤维形态。 图1 碳纤维 碳纤维最早由美国联合碳化物公司和美国空军材料实验室于1959年投产，原丝采用粘胶纤维。1962年，日本碳公司进行了通用级聚丙烯腈基碳纤维的生产。1971年，日本东丽公司的高性能聚丙烯腈基碳纤维投产。沥青基碳纤维是日本吴羽化学工业公司于1973年投产的。联合碳化物公司生产了高模量沥青基碳纤维,1985年，美国、日本及西欧的聚丙烯腈基碳纤维年生产能力共约有7.25kt，沥青基碳纤维为1.28kt。 碳纤维一般以力学性能和制造原材料来进行分类。 按力学性能一般可分为两类：a)通用型(GP)碳纤维；b)高性能型(HP)碳纤维。通用型碳纤维强度1000MPa、模量100GPa左右，高性能型碳纤维又可分为高强型（强度2000MPa、模量250GPa）和高模型(模量在300GPa以上)。强度大于4000MPa者称为超高强型;模量大于450GPa者称为超高模型。

按原材料可分为3类：a)聚丙烯腈基(PAN)碳纤维；b)沥青基碳纤维；c)粘胶基(纤维素)碳纤维。3种原料碳纤维的主要性能见表1。 表1 3种原料碳纤维的主要性能 碳纤维按照一束纤维中根数的多少分为小丝束和大丝束碳纤维。通常把1K、3K、6K、12K和24K的称为小丝束，36K以上碳纤维称为大丝束碳纤维，包括48K～480K等。1K为1 000根丝。 在聚丙烯腈基(PAN)碳纤维中，日本东丽公司的碳纤维为国际公认的代表性产品，分为T系列(碳化产品)、M系列(石墨化产品)，规格有T300（拉伸强度大于3000MPa），T700(拉伸强度大于4500MPa(，T800，T1000（拉伸强度大于7000MPa）等。 碳纤维有长丝、短纤维、短切纤维等,可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料，如金属涂层。 纤维。长丝和纤维织物一般加工成预浸料。此外，还可不经碳化和石墨化生产聚丙烯腈预氧化丝和活性炭纤维。碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，常加入树脂、金属、陶瓷和混凝土等，构成相应的复合材料，用于制作飞机结构材料、火箭外壳、宇宙机械、高尔夫球棒、球拍、机动船、电波屏蔽除电材料、电视机天线、离心分离机的高速转子、工业机器人、汽车板簧及驱动轴、人工韧带等身体代用材料等。 碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器

国内碳纤维产业发展浅析及展望

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/403995918.html, 国内碳纤维产业发展浅析及展望 作者：姜茂川范雨娇 来源：《新材料产业》2017年第08期 碳纤维作为国家战略性新材料，随着碳纤维复合材料应用的扩大得到越来越多的重视。碳纤维复合材料的优势主要在于以下几点：①低密度，碳纤维复合材料的密度一般在1.5～1.8之间，而传统结构材料中铝的密度为2.7，钢的密度约为7.8，要远大于碳纤维复合材料；②高的比强度、比刚度，其比强度是钢的7～8倍、铝的3～4倍，比刚度是钢和铝的2～3倍；③具有优异的耐疲劳、耐腐蚀性能，使用环境和寿命均有较大保障；④可设计性，复合材料是一种各向异性材料，可以通过铺层设计来达到性能与结构的最优配置；⑤易于整体化成型，作为结构材料，其具有整体化成型的优势，可大大减少装配与维护成本[1-3]。 一、国内碳纤维产业发展背景 20世纪60年代基于我国航空航天领域对碳纤维材料迫切需求的背景下，国内开始组织开展对碳纤维的基础研究工作。但是由于碳纤维的制造工艺复杂、多学科交错、基础技术要求高等原因，直至20世纪80年代，我国虽已建成碳纤维原丝生产线，产品性能基本达到当时日本东丽T200级的水平，但产品质量及稳定性一直未能突破，无法作为航空航天用结构材料[4]。20世纪90年代后期，北京化工大学在国家部委立项支持下实现了碳纤维原丝制备关键技术的突破，中国石油吉林石化公司（以下简称“吉林石化”）依此开展了工程化研究，用溶剂法代替了硝酸法，使得我国碳纤维制备技术成功转型，为之后国产碳纤维的产业化应用打下了基础[5]。 21世纪初，随着国内外碳纤维材料的应用进一步扩大以及国内材料界前辈的推动，我国 对碳纤维产业更加重视，国内逐渐建立起碳纤维及其复合材料的“产、学、研、用”体系，实现了碳纤维行业较为完整的产业链，促进了碳纤维行业的发展[6]。在原丝制备上形成了以有机 溶剂1步法纺丝为主，其他溶剂1步法或2步法纺丝并存的原丝制备体系，解决了以往国产碳纤维离散性大、强度偏低等难题[5]。至2011年底，国内碳纤维企业中具有500t产能以上规模的企业达到了7家，其中有4家建立起千吨级生产线。 近年来，碳纤维的研究方向朝着更高强度与更高模量的2个方向发展，图1中列出了日本东丽的主要碳纤维产品型号的性能。日本东丽的研究认为，控制纤维表面的微缺陷可以得到更高强度的碳纤维，纤维中石墨晶体的轴向取向好可以得到更高模量的碳纤维[7]。鉴于湿法纺 丝本身的工艺缺陷，从微观形态上来看其纤维表面具有较多的微缺陷，这些缺陷对碳纤维的拉伸强度有较大的影响，因此如果沿用湿法纺丝工艺，很难制备出具有更高强度的碳纤维。参照国外的生产经验，国内各大科研院所、高校开展对干喷湿纺工艺的研究，干喷湿纺碳纤维由于存在空气层的牵伸，纤维表面缺陷更少，更容易获得高强度的碳纤维[8]，日本东丽的T800S、T1000G等高强碳纤维均采用该纺丝工艺。至2016年，国内干喷湿纺碳纤维技术趋于成熟，威

碳纤维未来发展前景分析

碳纤维未来发展前景分析 摘要：碳纤维已经发展成为重要的现代工业材料之一，应用领域非常广泛。文章阐述了目前国内外碳纤维发展状况和我国碳纤维存在的一些主要问题，重点介绍了碳纤维在工业、土木建筑和交通运输等领域的应用状况及其碳纤维复合材料产品的发展并且讨论了碳纤维的发展趋势。 关键词：碳纤维；发展现状；应用；发展趋势 Abstract: Carbon fiber has become one of the important modern industrial materials and it can be used in many fields. This paper describes the current development of carbon fiber at home and abroad and some shortcomings of carbon fibers in china also be discussed. This paper also focuses on the application of carbon fiber in industry, civil construction, transportation, and other fields and the development of composite materials product of carbon fiber .The development trend of carbon fiber is also be discussed. Key words: Carbon Fiber; Development Status; Application; Development Trend 0 引言 碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在90%以上。它是利用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下碳化而制得。碳纤维具有十分优异的力学性能，是目前已大量生产的高性能纤维中具有最高的比强度和最高的比模量的纤维，特别是在2000℃以上的高温惰性环境中，碳材料是唯一强度不下降的物质，是其他主要结构材料（金属及其合金）所无法比拟的。除了优异的力学性能外，碳纤维还兼具其他多种优良性能，如低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、电及热传导性高、热膨胀系数低、光穿透性高，非磁体但有电磁屏蔽性等。 作为高性能纤维的一种，碳纤维既有碳材料的固有特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是先进复合材料最重要的增强材料，已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用，从航天、航空、汽车、电子、机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等。因此，碳纤维被认为是高科技领域中新型工业材料的典型代表，为世人所瞩目。碳纤维产业在发达国家支柱产业升级乃至国民经济整体素质提高方面，发挥着非常重要的作用，对我国产业结构的调整和传统材料的更新换代也有重要意义，对国防军工和国民经济有举足轻重的影响。 1 国内外碳纤维的发展现状 1.1 国外碳纤维的发展现状 目前世界各国发展的主要是PAN 基碳纤维和沥青基碳纤维。国外PAN 基碳纤维的研究与开发开始于20世纪60 年代。起初，碳纤维主要用于军工和宇航，经过40余年的发展，其应用领域正在向工业领域和普通民用领域扩大［1］。世界PAN 基碳纤维生产厂商主要有日本Toray（东丽）、Toho（东邦）、Mitsubishi Rayon（三菱人造丝），美国Hexcel（赫克塞尔）、Amoco（阿莫科）和Zoltek （卓尔泰克）等公司。沥青基碳纤维主要生产厂商有日本Mitsubishi Chem（三菱化学）、Kureha （吴羽）、Donac与美国Amoco 公司。 在小丝束碳纤维（3 K ，6 K 和12 K ）方面，Toray、Toho与Mitsubishi

国内碳纤维发展历程与现状分析

国内碳纤维发展历程与现状分析 国内开展的最早的碳纤维工业可以追溯到1962年，总体上与日本碳纤维的研发时间相近，但是在产业化生产和集中度方面却有着极大的差距。以日本东丽（Toray）、三菱（Mrc）、东邦（Toho）为代表的碳纤维产能占全球碳纤维产量的50%，而在国内方面，虽然与日本研发时间相当，但是由于各种原因，与日本之间差距已经十分明显。 国内碳纤维产业发展大致经历了三个阶段： 1、中国石油吉林石化公司在1962年开始采用PAN原料研制碳纤维，但是因为缺乏相应的科学知识和组织，没有取得实质性的进展，与此同时，美日等国家将其视其为战略物资，实施技术禁运，这也导致我国碳纤维的研发止步不前。 2、直到1975年，原国防科委主任开始主持碳纤维研发工作，先后组织了二十多名科研和企事业单位，组成原丝、碳化等五个专业组。但由于知识产权归属问题没有得到妥善解决，各部门之间的利益难以协调，进展速度缓慢。在此之后的80年代中期，我国也陆续尝试走引进开发之路，但均以失败告终。 3、进入2000年，两院院士师昌绪提出要大力发展碳纤维产业，这引起了政府的重视，至此我国开始采取措施大力支持碳纤维领域的自主创新，在863、973计划中也将碳纤维作为重点研发项目。 2005年，当时国内的碳纤维行业企业仅有10家，合计产能仅占全球产能的1%；2008年，以国有企业为代表的企业开始进入碳纤维行业，但大部分企业在核心关键技术上还无任何突破，无论是生产线的运行还是产品质量，都极不稳定；进入2010年，国内碳纤维生产能力占世界高性能碳纤维总产量的0.5%；2012年1月，国家工信部公布了“十二五”规划，其中碳纤维计划产能为1.2万吨/年，到2022年，预计我国碳纤维的产能约为2.4万吨/年。

碳纤维生产现状

碳纤维生产现状及发展趋势 碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在90%以上。它是利用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下碳化而制得。碳纤维具有十分优异的力学性能，是目前已大量生产的高性能纤维中具有最高的比强度和最高的比模量的纤维，特别是在2000℃以上的高温惰性环境中，碳材料是唯一强度不下降的物质，是其他主要结构材料 (金属及其合金)所无法比拟的。除了优异的力学性能外，碳纤维还兼具其他多种优良性能，如低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、电及热传导性高、热膨胀系数低、X光穿透性高，非磁体但有电磁屏蔽性等。 作为高性能纤维的一种，碳纤维既有碳材料的固有特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是先进复合材料最重要的增强材料，已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用，从航天、航空、汽车、电子、机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等。因此，碳纤维被认为是高科技领域中新型工业材料的典型代表，为世人所瞩目。碳纤维产业在发达国家支柱产业升级乃至国民经济整体素质提高方面，发挥着非常重要的作用，对我国产业结构的调整和传统材料的更新换代也有重要意义，对国防军工和国民经济有举足轻重的影响。 我国自20世纪60年代开始碳纤维研究开发至今已有近40年的历史，但进展缓慢，同时由于发达国家对我国几十年的技术封锁，至今没能实现大规模工业化生产，工业及民用领域的需求长期依赖进口，严重影响了我国高技术的发展，尤其制约了航空航天及国防军工事业的发展，与我国的经济社会发展进程极不相称。所以，研制生产高性能、高质量的碳纤维，以满足军工和民用产品的需求，扭转大量进口的局面，是当前我国碳纤维工业发展的迫切任务。 1 生产方法 目前，工业化生产碳纤维按原料路线可分为聚丙烯腈(PAN)基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维三大类。从粘胶纤维制取高力学性能的碳纤维必须经高温拉伸石墨化，碳化收率低，技术难度大、设备复杂，成本较高，产品主要为耐烧蚀材料及隔热材料所用；由沥青制取碳纤维，原料来源丰富，碳化收率高，但因原料调制复杂、产品性能较低，亦未得到大规模发展；由聚丙烯腈纤维原丝可制得高性能的碳纤维，其生产工艺较其它方法简单，而且产品的力学性能优良，用途广泛，因而自20世纪60年代问世以来，取得了长足的发展，成为当今碳纤维工业生产的主流。 聚丙烯腈基碳纤维的生产主要包括原丝生产和原丝碳化两个过程。 原丝生产过程主要包括聚合、脱泡、计量、喷丝、牵引、水洗、上油、烘干收丝等工序。 碳化过程主要包括放丝、预氧化、低温碳化、高温碳化、表面处理、上浆烘干、收丝卷绕等工序。 根据产品规格的不同，碳纤维目前被划分为宇航级(aerospace—grade)和工业级(commercial—grade)两类，亦称为小丝束(small—strand tow或small tow)和大丝束