碳纖維在航天領(lǐng)域的應(yīng)用

 如今我國(guó)化纖供應(yīng)總量的問題已經(jīng)解決，業(yè)界已厭倦在常規(guī)品種上打價(jià)格戰(zhàn)，企業(yè)的眼光自然投向高收益、高回報(bào)的碳纖維等高新技術(shù)纖維生產(chǎn)領(lǐng)域。這種空前的熱情勢(shì)必成為中國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)化全面提速的強(qiáng)勁動(dòng)力。其實(shí)，中國(guó)對(duì)碳纖維的研究從20世紀(jì)60年代就已開始，但國(guó)內(nèi)至今沒有一個(gè)千噸級(jí)以上的碳纖維生產(chǎn)線，還未形成真正的產(chǎn)業(yè)化。 copyright 123456

航空航天領(lǐng)域是世界碳纖維的傳統(tǒng)市場(chǎng)，根據(jù)世界第二大碳纖維生產(chǎn)商———日本東邦公司的預(yù)測(cè)，航空器中碳纖維復(fù)合材料的使用量未來幾年將以年均12％的速度繼續(xù)增長(zhǎng)，估計(jì)將從2007年的6820噸增加至2010年是的10000噸以上，2012年可達(dá)13000噸。 123456

截至2007年12月，空客a380收到了189個(gè)訂單。a380為大型噴氣式客機(jī)，其結(jié)構(gòu)（包括主要結(jié)構(gòu)）使用了22%的碳纖維復(fù)合材料。截至2008年1月中旬，波音公司宣布b787訂單達(dá)到857架。b787中碳纖維/環(huán)氧預(yù)浸料的唯一供應(yīng)商是東京的東麗公司（toray），兩家公司已經(jīng)就torayca預(yù)浸料簽訂了長(zhǎng)達(dá)18年的供應(yīng)合同。一直到2021年。據(jù)報(bào)道，787主要結(jié)構(gòu)的合同價(jià)值高達(dá)20.3億歐元（30億美元）。

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新型超大型客機(jī)———空中客車a380和波音787，均大量使用環(huán)氧樹脂浸漬碳纖維或碳纖維增強(qiáng)塑料（cfrp）作為主要的結(jié)構(gòu)材料。空中客車a380已在2007年10月投入商業(yè)服務(wù)，波音787計(jì)劃在2009年進(jìn)入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。碳纖維復(fù)合材料約占a380飛機(jī)35噸結(jié)構(gòu)材料中的20％以上，包括中央翼盒、機(jī)尾組件以及壓艙壁；波音787中結(jié)構(gòu)材料有近50%需要使用碳纖維復(fù)合材料和玻璃纖維增強(qiáng)塑料，包括主機(jī)翼和機(jī)身。金屬結(jié)構(gòu)材料采用碳纖維復(fù)合材料后不僅可以減輕機(jī)身質(zhì)量，而且還可以保證不損失強(qiáng)度或剛度，大大提高了燃油經(jīng)濟(jì)性。新一代的客機(jī)將使用更高比例的碳纖維復(fù)合材料?？罩锌蛙嚬救涨靶?，碳纖維復(fù)合材料將在新一代噴氣式客機(jī)a350xwb中用于主機(jī)翼和機(jī)身材料。

碳纖維在中小型噴氣客機(jī)中的需求也將快速增長(zhǎng)。例如，三菱重工計(jì)劃利用碳纖維復(fù)合材料制作新一代支線噴氣客機(jī)mrj主機(jī)翼和尾部組件，該機(jī)型預(yù)計(jì)在2013年進(jìn)入市場(chǎng)。

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風(fēng)能發(fā)電成本低廉，已成為人類開發(fā)新能源的重要領(lǐng)域。預(yù)計(jì)未來5 年，風(fēng)能發(fā)電的市場(chǎng)需求將以每年15%～20%的速度增長(zhǎng)。近年來，雖然風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快，但風(fēng)力發(fā)電裝備的關(guān)鍵部件（葉片）多使用玻璃纖維增強(qiáng)材料（gfrp）制造，難于滿足葉片尺寸加大對(duì)剛性的要求。cfrp材料在葉片上的應(yīng)用，無疑將促進(jìn)風(fēng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。就風(fēng)能系統(tǒng)而言，丹麥風(fēng)機(jī)生產(chǎn)商維斯塔斯（vestas）預(yù)測(cè)，到2020年全球的電力消耗量中，風(fēng)電的份額最高將達(dá)到10%。該公司在風(fēng)機(jī)葉片的載荷加強(qiáng)桿中使用碳纖維，目前為止已經(jīng)安裝了將近3.4萬套的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)。西班牙gamesa公司宣稱，去年1月，在全球已收到超過8000mw的風(fēng)力發(fā)電機(jī)訂單，其中3000mw已經(jīng)安裝完畢。

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風(fēng)電應(yīng)用將推動(dòng)大絲束（24k）碳纖維產(chǎn)量的增長(zhǎng)。全球?qū)η鍧嵞茉吹男枨筮€將促進(jìn)終端產(chǎn)品制造商的持續(xù)投資。碳纖維在風(fēng)機(jī)葉片中的應(yīng)用到 2010年將成為繼航空航天后的第二大應(yīng)用。歐洲和亞洲在這一領(lǐng)域遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于美國(guó)。全球風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量的增長(zhǎng)速度正在加快，高碳纖維含量的長(zhǎng)葉片制成的大容量風(fēng)機(jī)將成為主要趨勢(shì)。2008年，新的風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量大約為19000mw。如果風(fēng)機(jī)的平均容量為2.5mw，那么就需要安裝7600臺(tái)風(fēng)機(jī)。葉片數(shù)量預(yù)計(jì)為22800片。 123456

碳纖維在汽車行業(yè)需求前景也較為樂觀。據(jù)介紹，碳纖維復(fù)合材料傳動(dòng)軸、尾翼和引擎蓋已經(jīng)在汽車行業(yè)廣泛應(yīng)用，雖然現(xiàn)在主要是用在豪華車型，但預(yù)計(jì)未來將在大眾車型中推廣。日產(chǎn)汽車、本田汽車和東麗公司將聯(lián)手開發(fā)汽車車體用的新型碳纖維材料。合作企業(yè)還包括三菱麗陽(yáng)和東洋紡織,目標(biāo)在2010年代中期以前開始量產(chǎn),使車體較使用鋼材者輕40%。 copyright 123456

日本政府亦支持該項(xiàng)計(jì)劃,希望在全球開發(fā)環(huán)保車輛的趨勢(shì)中取得領(lǐng)先地位。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省計(jì)劃未來五年投資這項(xiàng)計(jì)劃20億日?qǐng)A(1,850萬美元)。目前碳纖維價(jià)格仍高,但隨著鋼價(jià)持續(xù)上揚(yáng),將可縮小兩者間的差距.而采用碳纖維材質(zhì),將可改善車輛的燃料效能,并使二氧化碳排放減少30%.

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