碳纤维发展现状及其发展趋势

.-.---可修编---可修编-.---可修编-碳纤维开展现状及其开展趋势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。十分优异的力学性能，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，是其他主要构造材料〔金属及其合金〕所无法比较的。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。碳纤维产业在兴旺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，对我国产业构造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。国内外碳纤维的开展现状1.1国外碳纤维的开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，从而创造了电灯，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〕创造了用钨丝取代碳丝作为灯丝，并一直沿用至今。这使得碳丝一度退出了历史舞台。直到20世纪50年代，在美苏冷战和争霸的时代背景下，为了解决战略武器的耐高温和耐烧蚀材料，碳纤维再次进入人们的关注视角。并自此以后，在材料科学领域掀起了碳纤维研究与开发热潮，各种有机纤维被用来尝试制备碳纤维。经过几十年的开展，形成了聚丙烯腈〔PAN〕、沥青和粘胶三大原料体系。其中，PAN基碳纤维因其生产工艺简单、生产本钱较低和力学性能优良的特点，已成为开展最快、产量最高、品种最多以及应用最广的一种碳纤维。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，逐渐开展为12K和24K，大丝束为48K以上，包括60K、120K、360K和480K等。国外PAN基碳纤维的研究与开发开场于20世纪60年代。起初，碳纤维主要用于军工和宇航，经过40余年的开展，其应用领域正在向工业领域和普通民用领域扩大。世界PAN基碳纤维生产厂商主要有日本Toray〔东丽〕、Toho〔东邦〕、MitsubishiRayon〔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MitsubishiChem〔三菱化学〕、Kureha〔X羽〕、Donac与美国Amoco公司。在小丝束碳纤维〔3K，6K和12K〕方面，Toray、Toho与MitsubishiRayon等3家公司已形成垄断，其产能分别到达9100、5600和4700t/a，占世界总产能的31.6%、19.5%和16.3%。大丝束碳纤维的主要生产国是美国、德国与日本，产能情况如表1.1所示，其产量大约是小丝束碳纤维产量的33%左右。产能美国Zoltek1800产能美国Zoltek1800Aldila(阿尔迪拉)1000德国SGL(爱斯奇爱尔)1900日本Toray300总计9500AKZO-Fortafil(阿克苏-福坦菲尔)3500近年来，大丝束碳纤维获得飞速开展，世界上过去不生产大丝束碳纤维的一些碳纤维生产厂也纷纷打算生产大丝束碳纤维或已开场生产大丝束碳纤维，最典型的当推Toray公司；同时，国外已经通过利用与电磁辐射有关的等离子技术由完全和局部稳定的碳纤维原丝来生产碳纤维；并且把纳米技术也应用在碳纤维上，研制出纳米碳纤维，CarbonNanotechnologiesInc.〔Houston，TX〕、Materials&ElectrochemicalResearchCorp.〔Tucson，AZ〕和日本MitsubushiChem与Toray等方案大规模生产纳米碳纤维。1.2我国碳纤维开展现状从20世纪70年代中期开场，经过30余年的开展，我国碳纤维从无到有，从研制到生产取得了一定的成绩，但总的来说，我国碳纤维的研制与生产水平还较低，目前仅相当于国外20世纪70年代中、末期水平。1.2.1PAN基碳纤维我国PAN基碳纤维的开发研制已有30多年历史。20世纪60年代初，XX应用化学研究所已着手于PAN基碳纤维的研究，70年代初已完成连续化中试装置。其后，XX合成纤维研究所、中国科学院XX煤化所等单位也开展研制工作，并于80年代中期通过了中试。我国碳纤维生产先后建成了从年产几百千克到年产几吨的小试装置和几十吨的中试生产装置，起步不晚，但开展缓慢，总生产能力还不及兴旺国家或地区的一家公司见表1.2。表1.2世界各大PAN基碳纤维公司2002-2004年的产能t/a生产公司生产能力日本Toray9100〔小丝束〕日本Toho5600〔小丝束〕日本Mitsubishirayon4700〔小丝束〕美国Hexcel2000〔小丝束〕英国Amoco1900〔小丝束〕中国XXXX工程塑料公司1750〔小丝束〕美国AKZO-Fortafil3500〔大丝束〕美国Zoltek1800〔大丝束〕美国Aldila1000〔大丝束〕德国SGL1900〔大丝束〕2002年国内PAN基碳纤维需求量约为2235t，其中体育休闲领域需求量为1935t，占87%；一般产业需求量为250t，占11%；军工领域需求量为50t，仅占2%。2003年3月10日，英国AMEC/ACE〔艾麦克〕公司与中国XX华皖碳纤维XX关于年产量分别为PAN原丝500t、碳纤维200t〔均以12K计算〕的技术转让合同在XX正式签约，预期2005年初本工程投产，这将极大地推动我国碳纤维的开展。1.2.2沥青基碳纤维世界沥青基碳纤维的生产能力较小，国内沥青基碳纤维的研究和开发较早，但在开发、生产及应用方面与国外相比有较大的差距见表1.3。表32002—2004年世界沥青基碳纤维的生产厂家及产能品种品种-1模量/GPa通用型碳纤维中国45068641Donac30068634Kureha900590~98030~33Niffobo开发中657~980~4940Noppon开发中784~98039~49高性能碳纤维Amoco140~2301300~2400170~960MitsubishiChem5001800~3300176~735NipponSekiyu503230~3300392~686Donac开发中1800~3000140~600Kureha开发中1800~4000150~40020世纪70年代初，XX焦化厂以煤焦油为原料成功地制取了碳纤维，但因试验结果不稳定，产品质量不高而中止。1979年，中国科学院XX煤化所开场研制沥青基碳纤维，1985年通过小试。在此根底上，冶金部在XX筹建了新材料研究所，生产通用级沥青碳纤维，规模70～100t/a，主要做飞机的刹车片。90年代初扩大到150t/a。但由于设备未过关，又无改造资金，处于停产状态。鞍XX亚精细化工XX投资1.2亿元人民币于90年代初从美国Ashland〔阿什兰德〕石油公司引进了全套生产设备，生产能力为200t/a，1994年开工建立，1995年投产。近年来，我国碳纤维的产量虽有增加，但与不断增长的需求相比仍有较大的差距。我国沥青基碳纤维与PAN基碳纤维相比开展较慢，但由于生产本钱较低，价格约为PAN基碳纤维的1/3～1/4，因此沥青基碳纤维在民用及建筑领域的应用前景较为广阔，这将为我国沥青基碳纤维的开展提供良好的机遇。1.2.3小结近些年来，随着我国整体实力的不断提升，对碳纤维的需求量也与日俱增，而我国碳纤维现阶段大局部依赖进口，2004年全国碳纤维用量为4000吨，国内实际产量仅为1O多吨，而且无论是质量还是规模与国外相比差距都很大。另据估测2021年我国碳纤维需求将到达7500吨，这说明我国碳纤维严重供不应求。尽管目前国际社会碳纤维的制造技术与产品对华出口有所松动，通用级碳纤维进口渠道已经开通，但高性能碳纤维对我国依然限制。由于我国对碳纤维需求的日益增加，聚丙烯腈基碳纤维成为国内新材料业研发的热点，如XX石化公司准备采用NaS一步法生产数千吨PAN基原丝。XX星楼实业XX拟建立400吨/年大丝束碳纤维生产线，XX市合纤所采用亚砜两步法研制和小批量生产PAN基原丝以及碳纤维，XX碳素厂也有小型碳化线及碳纤维下游产品。XX华皖集团(原XX灯芯绒集团公司)建立500吨/年PAN原丝和200吨/年碳纤维生产线，其PAN原丝采用亚砜一步法，技术由国外引进，产品以12K的T300级碳纤维为主，并准备引进成熟的预浸料生产线。XXXX市化纤总厂拟建200吨/年碳纤维生产线，产品为3-12K的小丝束碳纤维。XX天泰碳纤维XX公司将建立400吨/年生产线，碳纤维性能为T300级水平，产品以12K为主。XX化工学院高分子工程材料研究所(恒晨公司)将建立50吨/年左右的碳纤维生产线。XXXX与中国科学院XX煤炭研究所也方案合作建立高性能聚丙烯腈原丝和碳纤维的生产中试基地。XX石化公司放弃了以前采用硝酸一步法生产原丝的技术，与化工大学合作承当了国家“九五〞科技攻关工程，共同研究开发二甲基亚砜法高性能聚丙烯腈原丝生产技术，并将充分依靠自己的技术建立500吨/年原丝和200吨/年碳纤维生产线。兰化集团化纤厂已有100吨/年原丝生产线和预氧化生产装置，方案配套碳化装置生产碳纤维，原丝采用NaS一步法，该厂的腈纶生产线是我国从国外最早引进的，有丰富的生产经历和技术积累。XX碳素厂是我国小丝束碳纤维生产基地，已向用户提供50余吨小丝束碳纤维。目前，该厂正在建立新的小丝束碳纤维生产线，扩大产量，以满足市场需求。此外，XXXX化纤厂是我国唯一用亚砜一步法生产PAN基原丝达数十年的单位，目前仍在生产。XX兴科碳纤维XX已建成380吨/年生产线，是目前我国唯一实现碳纤维产业化的企业，位居大陆首位，并在世界排名第十一，据专家评价该公司实际拥有年产量800吨的生产能力，产品各项技术指标已经到达国外同类产品先进水平。1.3碳纤维的主要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)。1.3.1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)，再进入凝固浴进展双扩散、相别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，外表平滑无沟槽，且可实现高速纺丝，用于生产高性能、高质量的碳纤维原丝。干喷湿纺装置常为立式喷丝机，从喷丝板喷出的纺丝液细流经空气段(干段)后进入凝固浴，完成干喷湿纺过程；再经导向辊、离浴辊引出的丝条经后处理得到PAN纤维。离开喷丝板后的纺丝液细流先经过空气层(干段)再进入凝固浴，干段很短，但对凝固相别离和成纤构造有着重大影响，在空气层，挤出的纺丝液细流中的溶剂急速蒸发，外表形成了薄薄致密层，细流进入凝固浴后可抑制双扩散速度；由于在喷丝板出口处产生膨胀效应，靠细流自身的重力以及牵伸力向下流动，然后经干喷湿纺的正牵伸可使胀大局部被牵伸变细后进入凝固浴；凝固浴采用低溶剂质量分数配比和低温凝固，低溶剂质量分数配比可加大溶剂与细流之间的质量分数差，加速扩散；低温可抑制扩散速度，利于沉淀构造致密化、均质化，最终纺出的原丝和所制碳纤维外表较平滑而无沟槽。与纯湿纺相比，干喷湿纺可纺出较高密度且无明显皮芯构造的原丝，大幅提高了纤维的抗拉强度，可生产细特化和均质化的高性能碳纤维。1.3.2射频法PAN原丝经过预氧化(200～350ºC，射频负压软等离子法)、碳化(800～1200ºC，微波加热法)到石墨化(2400～2600ºC，射频加热法)，主要受到牵伸状态下的温度控制。在这一形成过程中到达纤维定型、碳元素富集，分子构造从聚丙烯腈高分子构造—乱层的石墨构造—三维有序的石墨构造。国内有自主知识产权的“射频法碳纤维石墨化生产工艺〞开辟了碳纤维生产的创新之路，它采用射频负压软等离子法预氧化PAN原丝，接着用微波加热法碳化，最后用射频加热法石墨化形成小丝束碳纤维。1.4国产碳纤维存在的主要问题我国碳纤维虽然经过了一段时期的开展，但是与国外的技术水平还存在一定的差距和一些在竞争中不容无视的问题，主要有以下几个方面。1〕原丝质量与国外比还存在差距。由于国产碳原丝在生产过程中大局部采用民用腈纶原液，杂质含量较高，造成碳纤维性能不稳定，离散系数较大均匀性、稳定性差〔强度、模量、线密度的CV值均为国外产品的一倍以上〕，毛丝多〔断头率为国外产品的6倍〕。2〕大局部国产碳纤维未经过外表处理，制成复合材料层间剪切强度偏低。没有经过外表处理的国产碳纤维不能用作高性能要求的先进复合材料增强体，也不能在航空、航天等国防部门中用来制作主承力构件。3〕尚未形成经济规模，价格太贵〔为国外产品的1.5～3倍〕，本钱组成不合理。国产碳纤维目前售价太高，远比国外进口的价格要高。我国碳纤维之所以价格昂贵，有很多不合理因素。如本钱构造存在问题，据我国某碳纤维厂对碳纤维本钱的粗略统计，原丝费用约占碳纤维本钱的25%，而车间费用约占碳纤维本钱的44%，厂家、装置规模小，技术设备落后，经济效益差。4〕品种单一、规格单一，碳纤维来源大局部依赖于进口。国内PAN碳纤维总生产能力较小，实际生产量仅30～40吨/年，远远不能满足国内的需要〔约5000～6000吨〕，目前我国95%的碳纤维依靠进口。根据不同行业、不同产品、不同零部件的不同需求，希望能采用不同类别、不同品种、不同规格的碳纤维。除了供构造材料使用的碳纤维，还希望有供功能材料使用的碳纤维，而我国目前碳纤维仅相当于东丽公司已根本决定淘汰的T300水平。2碳纤维的应用状况2.1碳纤维主要应用领域碳纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热等特性，属典型的高新技术产品，表2.1是几种碳纤维材料的性能比较。主要用于制备先进复合材料〔ACM〕，已广泛应用于军事宇航、体育用品领域、工业领域、交通运输领域及土木建筑领域。鉴于近年军事工业上应用的萎缩、碳纤维本钱的降低及先进低本钱制造复合材料技术的突破，碳纤维复合材料在建筑、工业、交通运输等方面的应用便成为研究开发的热点，并取得了一定的突破性进展。表2.1几种碳纤维材料性能比较 拉伸强度拉伸模量密度 比模量 比强度产地 /MPa /GPa /〔g·cm-3〕/〔109·cm〕/〔107·cm〕IM6 5200 276 1.70 1.62 3.06 美国IM7 5379 276 1.80 1.53 3.00 美国IM8 5447 303 1.70 1.78 3.20 美国IM9IM963432902.001.453.17美国P3040002101.761.192.27日本T70048002301.801.282.67日本T80054902941.801.623.03日本T10007060日本2.1.1军事宇航领域在宇航领域，由于其重量轻，刚性、尺寸稳定性和导热性好，高模量碳纤维很早便应用于航天器中。碳纤维在宇航上的应用主要在固体火箭发动机壳体和喷管上。碳纤维是火箭、卫星、导弹、战斗机和舰船等尖端武器装备必不可少的战略根底材料。将碳纤维复合材料应用在战略导弹的弹体和发动机壳体上，可大大减轻重量，提高导弹的射程和突击能力，如美国80年代研制的“侏儒〞洲际导弹〔图2〕三级壳体全都采用碳纤维/环氧树脂复合材料。碳纤维复合材料在新一代战斗机上也开场得到大量使用，如美国第四代战斗机F22〔图3〕采用了约为24%的碳纤维复合材料，从而使该战斗机具有超高音速巡航、超视距作战、高机动性和隐身等特性。碳纤维在舰艇上也有重要的应用价值，可减轻舰艇的构造重量，增加舰艇有效载荷，从而提高运送作战物资的能力，而且，碳纤维不存在腐蚀生锈的问题，可以延长使用寿命和节省维护费用。图2美国“侏儒〞洲际导弹图3美国F22战斗机碳纤维还是让大型民用飞机、汽车、高速列车等现代交通工具实现“轻量化〞的完美材料。新一代大型民用客机空客A380〔图4〕和波音787〔图5〕使用了约为50%的碳纤维复合材料。这使飞机机体的构造重量减轻了20%，比同类飞机可节省20%的燃油，从而大幅降低了运行本钱、减少二氧化碳排放。在1992年,航空应用中对碳纤维的需求开场有所减少,主要是受到了商业飞机业衰退的影响,但是在1995早期有得到了迅速的恢复。恢复的主要原因是由于生产效率在整体上都得到了提升,同时也开场全力生产波音777飞机,TORAY的碳纤维被用做构造材料,包括水平和垂直的横尾翼和横梁,这两局部构造是如此的重要,如果他们受损,那么整个飞机在飞行的过程中就可能坠毁。这些材料被称为"首要的构造材料",因为他们是如此的重要,所以对他们的质量要求是极其苛刻的。对于波音777飞机,TORAY是波音公司指定的唯一有资格的碳纤维制造商。欧洲空客也在他们的飞机上使用了大量的碳纤维,TORAY的TORAYCA碳纤维有望将被大量地应用在他们的新型客机A380上。图4空客A380飞机图5波音787飞机2002年，在宇航领域中碳纤维的需求量大约是4000t，其应用分布：北美为2500t，高达62.5%；欧洲和亚洲分别为1260t和240t，分别占26.1%和4.2%。2.1.2土木建筑领域随着碳纤维本钱的降低与复合材料制造技术的开展，土木建筑领域成为碳纤维复合材料应用的新市场。利用碳纤维复合材料棒材替代元钢，利用碳纤维复合材料层板加固或修复桥梁及建筑物，及利用碳纤维增强混凝土等将会有很大的开展。目前在土木建筑领域的应用主要是：复合材料棒材、纤维增强胶接层板、碳纤维增强混凝土、碳纤维复合材料片等。在土木工程和建筑领域,应用碳纤维的抗震修复和加强法是一项主要突破,正在此领域得到广泛的推广。在铁路建筑中,大型的顶部系统和隔音墙在未来会有很好的应用,这些也将是很有前景的应用。2.1.3工业领域近几年来碳纤维在宇航领域中应用萎缩，在工业应用的市场不断看好。与宇航和体育休闲用品相比，工业应用对于碳纤维的需求在不断增长。根底设施、油气开采、压力容器〔压力容器主要用在汽车的受压大然气(G)箱上,而且还用在救火队员的固定式呼吸器(SCBA)上。G罐源于美国和欧洲国家,现在日本和其他的亚洲国家也对这项应用表现出了极大的兴趣。〕、复合材料辊子、航海构件等应用不断开发，使碳纤维在这个领域的应用持续增长。欧洲和日本在这方面的开发处于领先地位，因此，用于工业应用碳纤维的需求量欧洲最大，亚洲其次。据报导，制备注射和模压用的粒料消耗的碳纤维高达2700t，主要用于生产手机、计算机、办公设施等，在电磁屏蔽和静电消散方面的应用也不断增长。碳纤维应用在机器元件、家用电器、微机、及与半导体相关的设备的复合材料的生产,可以用来起到加强,防静电,和电磁波防护的作用,另外,在X射线仪器市场上,碳纤维的应用可以减少人体内X射线下的暴露。2.1.4交通运输领域在交通领域，碳纤维扩大应用的最大希望在于汽车业。国外的各大主要汽车厂家，均竞相开发CFRP〔碳纤维复合材料〕化的节能、环保和平安性汽车。新一代的汽车要求大大地降低能耗，最重要的措施之一就是减轻汽车质量，用一般钢材是不可能实现的，因此采用复合材料是最有效的方法。设计说明，一辆典型小车的碳纤维用量可以超过113kg。在这一领域仅仅为了满足北美的需求，碳纤维的需求量就达现有世界碳纤维总生产能力的100倍。因此碳纤维复合材料用作汽车材料，将具有广阔的开展前景。目前碳纤维复合材料已获得应用或正在研究开发应用的领域主要包括：飞轮、压缩天然气贮罐、燃气透平部件、刹车装置，其它部件如蓄电池、活塞、传动轴、弹翼、大梁等。在载重汽车上使用碳纤维复合材料后，每辆可降低质量200kg左右。2.1.5能源领域目前，电阻率在10－3～10－2W·cm的碳纤维纸属高性能碳纤维纸，通常称之高导电率碳纤维纸，在新能源和电化学领域正在广泛推广应用。科学家经过多种探索，确认高性能碳纤维纸能满足绿色能源——燃料电池的要求，而且和原碳材料电极相比，还有体积小、质量轻、效率高等优点。现在，用高性能碳纤维纸制作质子交换膜——燃料电池〔PEMFC〕的气体扩散层电极材料，已经得到各燃料电池制造商的认同，从而得到很快开展。能源和贮能方面，像风力发电叶片、飞轮、电池等应用也不断扩大。2.1.6体育休闲领域亚洲用于生产体育休闲用品碳纤维的消耗量是世界上最高的。2002年在体育休闲用品的4990t碳纤维中，亚洲占首位达3100t，占62.2%；其次是北美，为1120t，占22.4%；欧洲最少，为770t，占15.4%。在亚洲特别是中国〔包括XX省〕正越来越多地生产管状复合材料件，像高尔夫球杆和网球拍等，其它还包括箭杆、钓鱼竿、自行车架、船桨、滑雪工具、棒球棒、公路赛车、竞技墙等体育用品。2.2碳纤维及其复合材料的产品2.2.1碳纤维加固补强织物XX市纺织科学研究院研制的碳纤维加固补强织物是一种高科技含量的产品,该纤维采用国外进口高性能碳纤维加工而成,具有高强高效、耐久耐腐、质量轻等特点。该补强织物具有以下性能:面密度为300g/m2,厚度为0.3mm,弹性模量为2.1×105MPa,拉伸强度≥3300MPa,伸长率≥1.6%,密度1.80g/cm3幅宽30~150cm。补强技术是用配套树脂将碳纤维织物粘贴于混凝土构造外表,起到构造补强及抗震加固作用,广泛用于梁、柱、板、墙等补强,也可用于桥梁、隧道、水坝等其他土木工程的加固。2.2.2新型活性碳纤维杀菌效果神奇中国XX地区逢甲大学材料科学研究所成功研发出一种新型活性碳纤维。经测试发现,使用一层这种纤维布,可以百分之百地过滤和抵挡绿脓杆菌和大肠杆菌,对肺炎杆菌的减菌率在99.99%以上。放置一年后,杀菌效果依然不减。逢甲大学科学家指出,以前的活性碳纤维布是让细菌吸附固定在纤维上,经过几个小时,碳纤维便能发挥抑菌效果。新一代活性碳纤维布的化学特性可以让细菌如同踩到地雷瞬间被杀死。新活性碳纤维布的独特之处还在于可以重复清洗100次以上,寿命长达3至5年,用来做口罩,比用即弃的N95口罩更好。这种纤维布对其他细菌的抑制和杀灭功能尚待测试。据悉,目前全球仅日本、俄罗斯、英国、中国大陆及中国XX地区拥有活性碳纤维的制造技术。2.2.3新型碳纤维复合芯导线XX远东集团和美国一家高科技公司联合开发的新型碳纤维复合芯导线获得成功,产品己上市。据介绍,与传统钢芯铝绞线相比,碳纤维复合芯导线具有质量轻、强度大、耐高温、耐腐蚀、线损低、弛度小、与环境亲和等优点,可提高传输容量1倍,减少20%杆塔数,减少有色金属消耗,降低传输损耗。该技术推广将有利于我国构造平安、环保、高效节约型输电网络。2.2.4碳纤维导电面料俄罗斯柴可夫斯基纺织股份公司是专业防护服生产企业,其产品用于食品医药业、建筑交通业、石化天然气行业的劳动防护。该公司最近开发出两种新型含碳丝导电面料,这两种面料分别是“弗尼克斯—热防护〞和“弗尼克斯—舒适〞,前者成分50%为棉、50%为耐热化纤,每平方米质量为330g;后者为棉涤面料,每平方米为280g。这两种面料专用于石油、天然气行业工作服,参加了碳纤维作为导电纤维,而国际上同类产品通常参加金属丝作为导电纤维。这两种面料还都加有CI-BA公司的TEFLON和PYROVATEX涂层。2.2.5碳纤维软质复合材料日本创和纺织与东丽合纤产业集群碳纤维分科会携手开发的利用碳纤维织物与树脂的复合材料“CarbonClothSoftposite〞的碳纤维系列产品CarbonClubTM(零钱夹、钥匙圈、印章盒、皮带等日用品、小杂物等)上市。今后,除了日用品、小饰品之外,产品还将拓展至间隔材料、挂毯、墙壁装饰材料、百叶窗、窗帘等室内装饰材料领域。“CarbonClothSoftposite〞布比铁结实,是碳纤维与耐久性良好的高柔软可挠性树脂的复合材料,防起毛性好。“CarbonClothSoftposite〞布是采用了创和纺织所有的碳纤维束整齐均一的排列平面织造技术和碳纤维分科会成员平松产业所持的特殊树脂在碳纤维织物上的均一粘合技术。这些技术不仅赋予碳纤维很高的物性,而且实现了环氧树脂碳纤维等坚硬复合材料(硬质复合材料)所不可能的裁剪、缝纫,可与普通的布料和皮革同样使用,用途非常广泛。碳纤维的开展趋势3.1国外碳纤维的开展趋势自从碳纤维工业化生产以来，世界各国都特别重视其应用开发。随着价格不断降低，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推广。目前，碳纤维的市场需求在北美、欧洲、亚洲根本上呈鼎足之势。按应用领域划分，世界聚丙烯腈基碳纤维主要用于宇航、文体休闲用品、其它工业等领域，其总体消费比例分别为25.2%，31.4%，43.4%，不同地区各有侧重。由于碳纤维复合材料具有高比强度、设计性好、构造尺寸稳定性好、抗疲劳断裂性好和可大面积整体成型，以及特殊的电磁性能和吸波隐身的特点，目前已大量用于生产军用、民用飞机以及战略导弹和运载火箭上，需求量稳步增长。文体用品方面，目前碳纤维材料已从钓鱼竿和高尔夫球棒推广到网球拍、羽毛球拍、高尔夫球杆、冰雪运动器材、水上运动器材等方面，需求量稳步、较快增长。其中高尔夫球杆、网球拍和钓鱼竿是体育用品用碳纤维复合材料的三大支柱产品，约占该类产品的80%。一般产业对碳纤维材料的应用开展比较迅速，包括根底设施的修复、更新和加固；新能源开发如沿海油气田、深海油田的钻井平台、管道和缆绳等，以及风力发电机的螺旋桨和风叶；汽车的刹车系统、转动轴、车身以及环保汽车用的压缩天然气气瓶；电子领域的应用主要有通信、播送、地球观测、空间探测以及各种飞行器的高精度天线。一般产业的需求增长较快，将成为碳纤维新的主要应用领域。碳纤维是一种性能优越的构造材料，具有极高的附加值，自商品化以来，应用范围已从最初的航空航天、军事部门逐渐向民用领域渗透，目前已扩展到整个工业民用的多种领域。随着应用研究的不断深入，特别是在民用方面仍将继续拓宽应用领域，扩大使用量。国外预测碳纤维除了在航空航天以及体育用品进一步应用外，近年内包括土木建筑、交通运输、汽车、能源等领域将会大规模采用工业级碳纤维。由此可见，当前世界碳纤维有如下开展趋势：产品性能趋向于高性能化；价格将大幅度降低；航天航空和文体用品领域用量稳定增加，民用工业用量增幅较大，已超过前两者。特别是随着大丝束碳纤维的大规模生产，其价格将不断降低，民用工业用量将继续保持大幅度增加的趋势。3.2国内碳纤维的开展趋势尽管我国碳纤维生产开展缓慢，但消费量却与日俱增，市场需求旺盛，主要集中在文体用品和航空航天方面，一般产业需求增长也比较迅速。近年来，随着市场需求的增加，特别是国防、军工、航天航空、体育用品方面的需求增加，每年主要依靠从国外进口碳纤维以满足要求，据统计1996-2002年国内碳纤维消费年均增长率超过20%，目前国内的市场需求量约为2500t/a，主要依靠进口。国内碳纤维主要应用领域见表3.1表3.1国内碳纤维主要应用领域类别 应用领域成熟市场航空、航天及国防领域：飞机、卫星、火箭、导弹、雷达等 体育休闲品：高尔夫球、渔具、网球拍、羽毛球拍、箭杆、自行车、赛艇等新兴市场 碳纤维基增强工程塑料、压力容器、建筑补强、风力发电叶片、摩擦材料、深海油田的钻进平台等待开发市场汽车零部件、医疗机械等通过对国内市场需求进展广泛深入的调研发现，近几年体育和休闲用品及压力容器等领域对碳纤维的年需求量迅速增长，从我国航空航天技术的开展来看，也急需高性能碳纤维及其复合材料。综上所述，国内PAN基碳纤维材料加工业已初具规模，有一定的技术根底和市场开发能力，市场需求比较旺盛，但碳纤维的生产远远不能满足市场需求，需大量进口。此外，考虑到我国碳纤维的应用还在不断开展，许多用途还有待开发，如碳纤维在工程修补增强方面、飞机和汽车刹车片、汽车和其他机械零部件的应用以及电子设备套壳、集装箱、医疗器械、深海勘探和新能源的开发等方面都将是我国碳纤维未来的潜在消费市场，对碳纤维的需求量将更大。因此，未来我国碳纤维的市场需求前景广阔，潜力极大。3.3碳纤维未来需求未来几年碳纤维产能提高，市场需求增加。专家们认为，未来全球碳纤维行业将加快开展，碳纤维生产将加大力度，不少生产线会上马，碳纤维的生产能力将以空前的速度增长。会议副主席、业内资深专家安东尼·罗伯茨(AnthonyRoberts)的发言尤其引人注目。他说，全球小丝束纤维的实际生产能力为名义生产能力的50%～65%，估计当今这一比例为65%，实际生产能力是24500吨；到2021年，会增加到40000吨。由于新的生产线上马，更专注于生产单一的产品，生产效率会更高，实际生产能力会进一步提高，可能到达45500吨左右。罗伯茨还说，目前全球大丝束纤维实际生产能力为14500吨，到2021年，会增长到30000吨左右。2021年，这两种纤维的名义生产能力达93450吨，比1998年增长7倍。(见表3.1)表3.1全球碳纤维生产能力预测〔单位：吨〕小小丝束纤维实际产能27958363904215044400444754515045525大丝束纤维宣布的产能20500237502575025750317503225032750大丝束纤维实际产能18860218502085023690292102967010130小丝束纤维宣42950498505620059200592005970060700布的产能宣布的总产能63450736007995084200914509245093450实际产能力46818582406400068090736857482075655上述数字包括新组建公司的产品数量，如中国、加拿大、印度和沙特阿拉伯的一些新成立公司的产品数量。罗伯茨说，这些实体可能会增加他们的生产量，其他供给商也有可能浮出水面。需要说明的是，对于碳纤维，人们所宣布的产能通常是以标准产品类型为根底进展计算的。但是，除了具有标准强度和模量的标准产品之外，还有很多其他的根据技术特性而定的等级产品，纤维的粗度也不尽一样，按照产品类型和纤维粗度来划分，其产能是不同的。在生产多种产品的时候，换产会很浪费时间。因此，实际的产能通常会低于宣布的产能。罗伯茨广泛研究了碳纤维生产问题，包括聚丙烯腈(PAN)的前