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碳纤维及其复合质料海内外工业及科研生长剖析

分类：工业动态
作者：
泉源：陕西省工业和信息化厅
宣布时间：2019-12-11 00:00
会见量：

【提要形貌】

碳纤维及其复合质料海内外工业及科研生长剖析

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分类：工业动态
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泉源：陕西省工业和信息化厅
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碳纤维是含碳量高于95％的无机高分子纤维，具有低密度、高强度、耐高温、高化学稳固性、抗疲劳、耐磨擦等优异的物理及化学性能，优异的导电导热、电磁屏障性能以及较低的热膨胀系数。以碳纤维作为增强质料的先进复合质料具有高比强度、高比模量、可设计性强、耐高温、耐侵蚀、耐疲劳和热膨胀系数小等一系列的优异性能。碳纤维及其复合质料优异的性能使其被普遍应用于航空航天、轨道交通、车辆制造、武器装备、工程机械、基础设施建设、海洋工程、石油工程、风力能源、体育用品等领域。

现在全球最大的碳纤维及复合质料供应商主要集中在日本，日本碳纤维工业水平居全球第一，主要领头企业为日本东丽公司、帝人公司和三菱化学。2018年3 月28日，日本东丽公司宣布推出新碳纤维复合质料成型工艺——CFRP （CarbonFiber Reinforced Plastics）新型真空压力成型工艺，该手艺在提高部件尺寸精度的同时，还能降低生产历程中的能耗。2018年11月1 日，日本东丽公司宣布开发出新型的TORAYCAMX 系列碳纤维，同时具有高拉伸强度和拉伸模量。美国是继日本之后掌握碳纤维生产手艺的少数几个蓬勃国家之一，是碳纤维及复合质料的应用大国。

现在我国高性能碳纤维质料工业生长势头迅猛，针对市场主要为航空航天领域，同时着力瞄准新能源市场，包括风力发电、压力容器（储氢罐），以及潜在的新型汽车轻量化质料市场。但我国的碳纤维质料产品大多仍处在试运行、少量装机等阶段，与下游工业的合作仍需增强。应用端开发不充分也导致了大宗碳纤维生产企业产能虚高，企业运营压力较大。2018年，我国各大碳纤维企业陆续在碳纤维及复合质料相关手艺和产能方面取得突破。2018年9月，中国新一代全碳纤维复合质料地铁车体全球宣布，接纳碳纤维增强复合质料手艺，与钢、铝合金等古板金属质料相比，新一代碳纤维地铁车辆的车体、司机室、装备舱划分减重 30％以上，转向架构架减重40％，整车减重13％；2018年8月17日，吉林化纤自主研发的48K大丝束碳纤维原丝顺遂通过碳化并一连批量生产。碳化效果远超预期，各项指标均凌驾了日本东丽T300水平，是继24K碳纤维乐成市场化后的又一碳纤维新产品。

碳纤维领域研发效果一直涌现，大部分突破性效果来自日本和美国。最新前沿手艺不但聚焦于碳纤维生产制备手艺，也投射于汽车质料轻量化、3D打印、发电质料等更普遍领域的应用。另外，碳纤维质料的接纳循环使用、木质素基碳纤维制备等方面也取得一系列效果。日本很是重视碳纤维手艺的生长，企业、政府、高�Ｆ鹁⒑献魍平枷宋忠昭蟹�。2013年，日本在“未来开拓研究妄想”框架之下，推进“刷新性新结构质料等手艺开发”；日本早稻田大学的细井厚志副教授等人研发出碳纤维塑料（CFRP）与铝轻质质料毗连的新手艺。在铝外貌制造针状细小突起，加热消融后的 CFRP 容易进入细小的突起距离。它有助于减轻汽车和电子装备的重量，预计3年后实现商业化。美国也一连开启了多次碳纤维研究项目。国防预研局（DARPA）在 2006 年启动先进结构纤维项目；2019年1 月，美国佐治亚理工学院的 Satich Kumar 团队接纳聚丙烯腈（PAN）纤维为质料，乐成制备了质量分数凌驾 40％的纳米微晶纤维素（CNC）碳纤维。PAN/CNC基碳纤维的拉伸强度在 1.8GPa~2.3GPa 规模内，拉伸模量在 220GPa~265GPa 规模内。

通过国家973项目的支持，我国现在在科学与手艺基础领域已经取得了响应的突破，就要害手艺而言，主要包括低缺陷均质原丝的制备手艺、预氧化环结构调控手艺、碳化历程微晶生长控制手艺、各单位匹配协同手艺，以及装备制造手艺、工业化集成手艺等。2019年1月22 日，中国科学院山西煤炭化学研究所研究员张寿春团队围绕T1000级超高强碳纤维制备，肩负了中国科学院重点安排项目，已通过中科院组织的专家验收。