國際碳纖維市場發(fā)展情況解析

碳纖維應用領(lǐng)域日益廣泛

目前，世界碳纖維生產(chǎn)企業(yè)主要有日本的東麗、東邦和三菱公司，美國的赫氏，德國的西格里集團，韓國泰光產(chǎn)業(yè)，以及臺塑集團等。東麗是世界上最大的生產(chǎn)商，已經(jīng)開發(fā)出高強型T1000（拉伸強度大于7000MPa）系列碳纖維，其抗拉模量為295GPa，拉伸強度達7.05GPa。

隨著碳纖維應用領(lǐng)域的不斷擴大，碳纖維的市場需求日趨增加，碳纖維及其復合材料產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)良好發(fā)展態(tài)勢。據(jù)相關(guān)部門預測，世界碳纖維需求將以每年大約13%的速度飛速增長，碳纖維的全球需求量2010年將達到5萬t，2012年將達到6萬t，2018年將達到10萬t。

碳纖維是含碳量高于90%的無機高分子纖維，具有輕質(zhì)、高強、耐高溫、耐疲勞、抗腐蝕、導熱、導電等特性。除土木建筑、航空航天、汽車、體育休閑用品、能源以及醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域外，碳纖維在電子通信、石油開采、基礎設施建設等領(lǐng)域也有著廣泛的應用。隨著應用研究的進一步深入，未來碳纖維產(chǎn)品將趨向于高性能化，民用、工業(yè)用量將繼續(xù)保持大幅增長趨勢。 123456

日本

1.基本情況

目前日本東麗、帝人和三菱等3家企業(yè)在世界碳纖維市場的占有率為69％，特別是在準芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等高強度、高彈性材料，以及元芳綸纖維等耐高溫的高性能材料等方面，具有較強的技術(shù)優(yōu)勢。

盡管在目前，日本70％全球市場占有率的碳纖維原絲產(chǎn)量中，35％為國內(nèi)生產(chǎn)（其中25％供應海外市場），35％為海外生產(chǎn)（其中5％供應日本市場）。日本除在原絲領(lǐng)域具有很強的壟斷地位外，在使用50％碳纖維的飛機用材料領(lǐng)域更是世界唯一的供應商，產(chǎn)業(yè)和技術(shù)優(yōu)勢明顯。

目前，這些高強度、高彈性及高性能的碳纖維材料，已經(jīng)被廣泛用于日本的汽車、飛機、建筑、環(huán)保、醫(yī)療、農(nóng)林業(yè)、IT以及通信業(yè)等多個領(lǐng)域，未來還將在節(jié)能及相關(guān)領(lǐng)域創(chuàng)造更大的市場。碳纖維的需求量也將由2010年的27,000t，增加到2020年的125,000t。 copyright 123456

近期，由于地震和海嘯等自然災害，日本本土的部分碳纖維生產(chǎn)企業(yè)受到了影響。鑒于日本碳纖維產(chǎn)量在世界市場份額上的重要地位，其本土碳纖維生產(chǎn)裝置開工率水平下降將會在一定程度上影響世界碳纖維的供給。

2.研發(fā)動態(tài)

2.1. 高傳導率碳纖維的成功開發(fā)

日本東洋紡績株式會社和Polymatech公司已成功開發(fā)了熱傳導率超過瀝青基碳纖維的新型碳纖維。新開發(fā)的碳纖維的熱傳導率約是銅的3倍，鋁的5倍，在市場流通的散熱材料中被歸屬于高傳導率材料。該產(chǎn)品呈粉末狀態(tài)，添加樹脂后，可制造成容易散熱的零部件 。據(jù)悉，Polymatech已使用其生產(chǎn)散熱材料并開始銷售。據(jù)悉，東洋紡績也將開始粉末狀的碳纖維樣品生產(chǎn)，在電子器械用散熱零部件及其保護器（箱）領(lǐng)域進行推廣。

2.2. 東京大學研發(fā)酚醛納米碳纖維非織造材料

日本東京工業(yè)大學以酚醛樹脂為原料，利用靜電紡絲法，成功開發(fā)出不易彎曲破壞的納米碳纖維非織造材料。研究人員將該材料高度彎曲并生成碳納米管，使其具有在使用一般硅基板的一半電壓就可以通電流的特性，是一項首創(chuàng)技術(shù)。一般以聚丙烯腈為原料的納米碳纖維非織造材料的彎曲強度低。因此，該材料有望用于開發(fā)節(jié)能基板、顯示器、照明用電子源、汽車用二次電池的電極、傳感基板等。

2.3.5年內(nèi)日本碳纖維汽車有望商品化

在目前的汽車中，鋼鐵材料約占車體重量的四分之三；而“碳纖維汽車”中新材料幾乎可以完全替代鋼鐵材料。報道說，“碳纖維汽車”相比目前的汽車，最多將減重40％。

然而阻礙“碳纖維汽車”商品化的關(guān)鍵因素是制造成本。目前汽車用鋼材的價格約為每公斤100多日元，鋁合金材料約為每公斤300至400日元，而汽車用碳素纖維復合材料的成本目前高達每公斤數(shù)千日元。 copyright 123456

為此，東麗公司、汽車巨頭日產(chǎn)及本田公司，還有東京大學等高校研究機構(gòu)正聯(lián)合進行科研攻關(guān)，他們的目標是在2015年前后使這一材料技術(shù)達到商品化階段。

俄羅斯最新研發(fā)動態(tài)

1. 電碳纖維吸附劑研究

俄羅斯圣彼得堡國家和大學研究用于蓄電池的導電活性碳纖維吸附劑，碳纖維是粘膠基的，用700℃――800℃碳化，成碳纖維以后的工藝有兩種工藝方案，第一種對碳纖維進行1100℃――1500℃最終溫度的熱處理，使碳纖維具有導電性，然后在850℃下進行活化。第二種先進行碳纖維活化，然后熱處理。再下道工序兩者相同――改性，成為導電活性碳纖維。著重研究了碳纖維的孔隙度、孔的結(jié)構(gòu)，熱處理的溫度，活化的溫度和時間等因素，對導電活性碳纖維吸附劑幾大性能指標――導電性、吸附性、電容量的影響。 內(nèi)容來自123456

2.碳纖維材料應用于飛機零部件制造

俄羅斯從上世紀八十年代起，由莫斯科國立設計和工藝大學、國家航空工藝研究院股份公司等單位，用RTM技術(shù)成功研制了“暴風雪”號軌道飛船的熱防護罩和飛船外緣板。近年兩單位合作，將碳纖維織物轉(zhuǎn)向民用飛機零部件的研發(fā)，主要課題從三方面進行：1) 制造渦輪噴氣式雙回路發(fā)動機的排風葉片；2）研制整塊無縫織物、三維條子增強的發(fā)動機葉片；3）研制碳纖維和玻璃纖維織物增強的飛機舷窗框。

兩研究單位與企業(yè)共同進行科研和設計——實驗工作，研制結(jié)果證明，用碳纖維和玻璃纖維代替航空工業(yè)的貴金屬雖有一定的難度，但零件重量可減輕30-50%，成本可下降二分之一到三分之一。另外碳纖維在破損時變成較軟的材料，比較安全，不會產(chǎn)生金屬樣的危險碎片。

3.聚酰亞胺/納米碳纖維復合材料研究

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俄羅斯高分子化合研究院試驗用聚酰亞胺結(jié)晶、納米碳纖維、碳微纖維制造復合材料（碳塑料）。 聚酰亞胺能從熔融物中結(jié)晶，結(jié)晶的結(jié)構(gòu)可以提高材料的耐熱性、耐水性和耐堿性。研究用1,3-雙-(3,3'',4,4''-二羧基苯氧基)苯和4,4''-雙-(4-氨基苯氧基)-二苯基作復合材料的粘合劑。聚酰亞胺結(jié)晶、粘合劑顆粒、改性日本產(chǎn)納米碳纖維（含量占3％）、俄產(chǎn)“愛魯爾”碳微纖維（含量占55％），在實驗室條件下制成復合材料。實驗中聚酰亞胺結(jié)晶的延續(xù)時間僅為通常的十分之一，復合材料層間破壞粘度增高，復合材料的結(jié)晶度達到40％。這項研究得到俄羅斯聯(lián)邦政府的資金支持。

其他地區(qū)

1.美國與中國臺灣合作開發(fā)航天碳纖維

中國臺灣地區(qū)的工業(yè)研究院與美國最大航空零組件制造商勢必銳航天公司合作，雙方將共同開發(fā)航天碳纖維，預估3~5年內(nèi)能通過美國聯(lián)邦飛行總署(FAA)認證并進入量產(chǎn)。 123456

中國臺灣地區(qū)其實很早就在發(fā)展碳纖維，如網(wǎng)球拍、自行車等，都是其在國際市場上著名的碳纖維商品，但在高端碳纖維市場，特別是在航天用碳纖維方面，始終是日本獨強局面，臺灣的工研院及經(jīng)濟部一直積極尋找突破之道。而在未來通過勢必銳航天的協(xié)助，臺灣地區(qū)的碳纖維廠商更有機會取得FAA的認證，一舉突破現(xiàn)在的技術(shù)門坎與認證困難。

勢必銳航天是自美國波音公司獨立出來的公司，成立4年，目前接單已經(jīng)高達340億美元，是美國最大的航空零組件廠商，在美國市場占有率高達6~7成。據(jù)悉，未來與勢必銳航天的合作目標是能夠開發(fā)出新一代航天碳纖維技術(shù)，預估在3~5年內(nèi)就會有技術(shù)通過認證及量產(chǎn)，未來會以權(quán)利金的方式將技術(shù)移轉(zhuǎn)給臺灣地區(qū)碳纖維從業(yè)者。

2.德國研制航天用碳纖維增強陶瓷瓦

據(jù)德國《世界報》消息，德國航空航天中心（DLR）新發(fā)明了一種碳纖維耐熱陶瓷瓦，有望解決目前美國航天飛機耐熱陶瓷瓦脫落的難題。碳纖維增強耐高溫陶瓷瓦是確保航天飛機飛行安全的重要部件，美國發(fā)現(xiàn)者號航天飛機上，就有約2.5萬多塊耐熱陶瓷瓦。陶瓷瓦在進入大氣層時經(jīng)歷高溫摩擦，會出現(xiàn)大片脫落，是造成航天飛機事故甚至機毀人亡悲劇的重要原因。美國宇航局一直在致力改善耐熱陶瓷瓦的性能，但至今仍未取得突破性進展。 本文來自123

德國航空航天中心采用一種新的制造工藝，使生產(chǎn)的碳纖維增強碳化硅陶瓷瓦可以反復經(jīng)受1700攝氏度的高溫，并具有很強的抗沖擊性和耐化學性。新型陶瓷瓦的另一突出優(yōu)點是，在大尺寸下性能穩(wěn)定，沒有裂紋。新型陶瓷瓦在俄羅斯發(fā)射的聯(lián)盟號飛船火箭上首次使用，取得理想的效果。這種新型碳纖維增強陶瓷還被一些汽車制造商看好，可用于制造剎車系統(tǒng)中的耐高溫陶瓷剎車片。

3.英國研發(fā)低成本碳纖維再循環(huán)工藝

英國諾丁漢大學（University of Nottingham）的工程技術(shù)人員研發(fā)出碳纖維循環(huán)再生工藝，此工藝將使飛機和汽車制造業(yè)變得更加綠色、環(huán)保。

飛機制造商目前逐漸開始使用碳纖維替代金屬來建造飛機，因為碳纖維更輕也更堅固，但目前業(yè)內(nèi)還沒有將再循環(huán)碳纖維用于商業(yè)化生產(chǎn)。諾丁漢大學工程學院的這一獨特的科研項目可能將使這一現(xiàn)狀發(fā)生改變。

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AFRECAR（負擔得起的再循環(huán)碳纖維）項目將研發(fā)出一種成本低、強度高的碳纖維基制造原材料。這種纖維可用于飛機和汽車制造中輕質(zhì)結(jié)構(gòu)增強件，僅用于非重要用途，比如座椅、頭頂行李柜以及其他飛機內(nèi)飾部件和汽車車身面板。

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來源：碳纖維制品與行業(yè)網(wǎng) 本文來自123