碳纤维带来的未来

来源:用户上传      作者: 李越

　　不少人预料,人类在材料应用上正从钢铁时代进入到一个复合材料广泛应用的时代。
　　
　　碳纤维离我们的日常生活越来越近,这种比头发丝细100倍的纤维状碳材料,它的密度不到钢的1/4,但抗拉强度却是钢的7～9倍,抗拉弹性也高于钢,碳纤维比铝轻、比钢硬。由于质轻,碳纤维复合材料质量大约是钢的20%,依据纤维等级和方向性,甚至可以达到类似钢材的强度。此外,碳纤维还不生锈,使用纤维材料可以大幅降低产品体重,因而可显著提高燃料效率,用其生产的飞机、汽车,可节约大量燃油。
　　目前,各种应用占碳纤维年需求的比例如下:体育应用大约为30%,航空应用为10%,工业应用为60%。作为材料,它们正在替代金属和混凝土来满足环境、安全和能源要求,在工业领域对碳纤维的需求量正在呈现上升趋势。有调查显示2010年全球碳纤维需求量,有望达到3.2万吨/年,这一数字与2001年相比增长78.3%。
　　碳纤维生产工艺较为复杂,至今全球规模企业不超过12家。其中领先的生产商有美国氰特工业公司、赫氏公司以及日本的三菱丽阳、德国SGL西格里集团、台湾省的台塑集团等少数单位掌握了碳纤维生产的核心技术,并且有规模化大生产。
　　航空航天历来就是碳纤维的重要应用领域。航空航天领域是世界碳纤维的传统应用市场,新型超大型客机――空中客车A380和波音787,均大量使用碳纤维或碳纤维增强塑料作为主要的结构材料。波音787中结构材料有近50%需要使用碳纤维复合材料和玻璃纤维增强塑料,包括主机翼和机身。
　　除了航空航天以外,随着全球风电市场的逐步壮大,风电叶片也已经成为碳纤维主要的应用领域之一。一套机组仅叶片就重18吨,如果采用碳纤维,减轻6吨的同时还增加了强度和韧性,也增加了发电功率。
　　碳纤维在汽车行业的需求前景也较为乐观。碳纤维复合材料传动轴、尾翼和引擎盖已经在汽车行业广泛应用。
　　对于有车一族来说,比经济省油更重要的便是安全,不用钢板,而用碳纤维等复合材料武装起来的电动车最高时速可以达到100公里/小时,充满一次电可以连续行驶超过百公里。比电力驱动更引人注意的是高刚度车身。比起传统的钢结构车身,碳纤维材料制成的汽车能比使用钢铁减轻了60多公斤。此外,碳纤维的材料抗冲击性相比钢铁强,特别是用碳纤维制成的方向盘,机械强度和抗冲击性相比以前分别提高了35%到20%以上。整车强度理论上也比普通材料车强上20%到30%。更绝的是,碳纤维汽车不仅能应付几乎所有的恶劣地形,通过独特的传动系统和超强抓地力轮胎的配合,还能不费吹灰之力地爬上70度的斜坡,对于普通越野车来说,这几乎是一项不可能完成的任务 。
　　目前,日产汽车、本田汽车和东丽公司将联手开发汽车车体用的新型碳纤维材料。合作企业还包括三菱丽阳和东洋纺织,目标是在2015年前开始量产,使车体较使用钢材者轻40%。日本政府亦支持该项计划,计划未来5年投资1850万美元,希望在全球开发环保车辆的趋势中取得领先地位。德国宝马汽车公司也宣布,公司将投资约4亿欧元以生产计划于2013年面市的全球首款以碳纤维塑料为车身材料的量产电动汽车。
　　中国国内对碳纤维的需求也与日俱增。然而,与此相对应的是我国碳纤维的生产尚处于起步阶段,国内碳纤维生产能力仅占世界高性能碳纤维总产量的0.4%左右,国内用量的90%以上靠进口。面对着这样巨大的商机,国内碳纤维厂商开始行动起来。3月份总投资51亿元的碳纤维复合材料产业化,及工程技术研发推广基地项目,在河北燕郊开发区开工建设,建成后年产碳纤维原丝1万吨、碳纤维复合材料3000吨。
　　中石油等巨头将利用自身的市场优势,开发碳纤维复合材料的应用。

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