2008年—2009年，世界PAN基碳纖維（PAN-CF）的需求受世界金融危機的影響較大，截止2008年9月底其需求量比2007年同期增長5%～10%，然而到10～12月特別是2008年底，需求量下降較大，造成全年與2007年比形成負增長。由于需求下降，CF的價格明顯下降，這對用戶來說是有利，因此總體上對市場的影響較小。東麗2008年10～12月將CF的預算減少一成，而2009年1～3月計劃減少兩成，其它公司也大體相同。東麗原定于2009年7月在愛媛廠投產的1×103t/a的新線，現(xiàn)已暫緩建設，待到中期經濟情況好轉且需求量恢復至15%的增長速率后，將導入4×103t/a的大型設備，以進一步提高成本的競爭力，保持在業(yè)界的領先地位。 123,123
 
    另外，根據(jù)日本野村證券金融經濟研究所材料產業(yè)調查室主任西村修一先生的看法，日本許多從事多種產業(yè)的化學公司，其電子材料和多功能纖維受金融危機的影響，效益急速惡化，而液晶材料、半導體材料及CF制品的效益也減半，其中CF主要是受世界航空業(yè)界低迷和歐美經濟不景氣的影響所致，造成這些公司的總體營業(yè)不斷下降。以帝人、東麗和三菱人造絲為例，2007年、2008年、2009年和2012年的效益（億日元），預計各為652、320、230、575，1034、550、350、785和396、100、70、290，可見到2012年預期尚難恢復到2007年的水平。但不管經濟形勢如何變化，今后CF的主要用途，將依然是汽車、飛機、風力發(fā)電、壓力容器等與節(jié)能環(huán)保相關的產業(yè)，其中面向汽車方面，開發(fā)復合材料所需的熱塑性樹脂和與之相匹配的CF用上漿劑，是今后的重要課題。東麗計劃2015年實現(xiàn)CFRP汽車的實用化，東邦Tenax的CFRP產業(yè)規(guī)模10 年后將翻10 倍。以下按主要用途分別介紹最新的開發(fā)動向。

    1、 飛機 123456

    2009年，名古屋大學設立了復合材料工學研究中心，目的是與日本宇航研究所、三菱重工及東麗等材料供應商合作，共同推進中斷了近40年的國產YS-11客機的開發(fā)，這種機型可乘坐70～90人，其主翼和尾翼都選用CFRP，以達到世界最高水平的航運經濟性和客艙的舒適性，以期與俄、中等正在開發(fā)的區(qū)域性飛機在國際競爭中處于優(yōu)勢地位。今后的重要課題是如何降低成本，盡快開發(fā)可確實檢測因CF預浸料的內部發(fā)生層間剝離而導致強度下降的無損檢測技術、修復技術及高精度打孔及快速切削加工技術等。 copyright 123456

  住友貝克萊特公司則推進其長絲增強熱固性樹脂復合物的應用開發(fā)，其樹脂基體有酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂，而長絲選用玻璃纖維、對位芳酰胺纖維和CF的最佳組合，這種長絲復合物的抗沖擊強度相當于以往短纖維增強熱固性樹脂的10倍，強度、耐熱性、耐藥品性和耐蠕變特性也高，可采用壓縮成型、壓入成型法進行加工，成型周期只有以往品的1/3，生產效率高，容易制成三維形狀的制品。應用開發(fā)的目標是取代金屬應用于飛機的噴氣發(fā)動機部件和內裝部件、汽車的齒輪箱等，可實現(xiàn)輕量化。在歐洲已開始應用于飛機的發(fā)動機部件等，雖然這種材料的強度與CF預浸料制品略差些，但在成型性和成本方面卻具有競爭優(yōu)勢，因此也開始用于產業(yè)機械部件、車輛結構部件等。 123456

    今后的發(fā)展動向是最大限度地發(fā)揮CF的特性，實現(xiàn)與之相匹配的樹脂高性能化，使纖維和樹脂的粘合界面最佳化，這些都是今后研究開發(fā)的重要方向，目的是滿足不斷高速化和大型化飛機的主翼、尾翼等材料的需求。例如東邦Tenax公司生產的Tenax IM600系列（抗拉強度5880MPa）與高強韌性的樹脂相組合形成的預浸料，已用于空客A-380的飛機部件、直升飛機和噴氣式戰(zhàn)斗機的材料。今后將設計開發(fā)面向新一代飛機的CF。

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    2、汽車

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    為了應對燃油費的不斷上漲和溫室效益，靠運輸工具的輕量化顯然是有效的，但CFRP制的超輕量結構材料，從目前的價格、信賴性、生產效率（包括制造速率和二次加工性）、再生性等觀點看，基本上不可能用于通用的運輸工具，然而從全球今后的人口增長和經濟發(fā)展來看，節(jié)能減排問題又是當務之急。東京大學的高橋淳教授最近從有效利用CFRP的觀點發(fā)表了關于“汽車的輕量化和樹脂材料的展望”的論文，從各類運輸工具特別是汽車的壽命周期評估及宏觀分析的角度，較全面分析了汽車的輕量化和CFRP今后的技術開發(fā)方向。

    圖1示出日本運輸部門提供的各種運輸工具的能耗情況，可見家用乘用車和卡車的能耗最大； 123,123

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圖2和圖3分別示出各種能源汽車及不同能源電動汽車的能耗和CO₂排放量情況； 123456

    圖4示出采用不同量CFRP的家用乘用車的輕量化情況；

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    圖5示出再生使用前后制造每1kg汽車部件時不同材料的能耗情況； 123,123

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    圖6示出采用不同CFRP而達到比鋼制品減重30%時，乘用車壽命周期內的能耗情況。

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目前，世界每年生產乘用車5千萬輛，若包括卡車和公共汽車為7千萬輛，隨著中、印等國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，不久世界汽車的年產量確可能超過1億輛。另外，目前世界PAN-CF的年產量只有數(shù)萬噸，由于CFRP成本高、難加工、成型速度慢及還受再生問題的限制，只能用于航空航天、體育用品和工業(yè)產業(yè)領域，要想用于汽車上，最重要的是盡快開發(fā)適用于熱塑性樹脂（如聚丙烯等）的具有表面活性的CF以及其CFRTP超高速成型技術和二次加工技術，其次當CF需求量超過百萬噸時，就要求開發(fā)以生物質為原料的CF，盡管目前還有一定難度。再次，當達到這么大規(guī)模時，需要開發(fā)CFRP的再生和CF高度再利用技術，還要解決這些材料和有關成型加工的評價和標準化問題。圖7示出CF的潛在需求及相應所需的重要技術，供參考。

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內容來自123456

    在汽車剎車片等方面，住友貝克萊特公司開發(fā)CF增強酚醛樹脂“VYNTEC”制的剎車片，取代原用的CF增強PEEK或聚酰亞胺，其密度只有1.6g/cm³，相當于鐵的1/5，比CF/PEEK輕，而且耐磨性和高溫下的力學強度更好，在200℃下的抗彎曲強度為200MPa，而CF/PEEK < 100 MPa。此外還用于汽車的止推環(huán)、節(jié)流閥、主體齒輪等。Victrex日本公司則開發(fā)超薄的CF/PEEK預浸料，厚度<40μm，相當于一般CF預浸料（120～200 μm）的1/3～1/5，將用于飛機和汽車的薄板等。作為CFRP的新用途，還有汽車的燃料罐。 123456

    3、風力發(fā)電葉片 本文來自123

    隨著風力發(fā)電設備的大型化，要求減輕設備負荷，為此要求采用適應于大型葉片輕量化和高剛性化的CF，為此除已大量采用的大絲束PAN-CF外，日鐵復合材料公司已正式生產銷售高性能瀝青CF制的風電大型圓柱翼根，代替以往的螺旋槳，通過在螺旋圓柱翼上所安裝的螺旋狀葉片，可使風車高效捕風并旋轉，即使弱風也能發(fā)揮較高的發(fā)電穩(wěn)定性，而且噪音等級極低。

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    德國拜耳材料科學公司現(xiàn)正著手建設世界最大的多層碳納米管（MWCNT）的生產裝置，規(guī)模為200t/a，商品名為“BAYTUBES”，其純度超過95%，而且可以穩(wěn)定再現(xiàn)。用它增強的塑料或金屬鋁，力學強度高，與以往的材料相比，密度是鋼鐵的1/3而強度相當，質量卻只有鋼的50%，因此可改善能效和CO₂排放量的平衡，在某些領域取代鋼、鈦等特種金屬及CFRP。在風力發(fā)電領域，若在大型CF與玻璃纖維增強的環(huán)氧樹脂葉片中加入上述MWCNT，則與未加入CNT的材料相比，達到同樣的強度時，質量減輕30%，抗沖擊強度提高10%～30%，耐疲勞性也提高50%～200%，耐久性好，可延長葉片的壽命。為此，該公司正與加拿大阿爾基安公司、德國PEAK及ZOZ公司協(xié)作來開拓各方面的市場，包括CNT增強鋁的高性能材料、體育用品等，預期10年內的銷售額目標為20億美元。 copyright 123456

    據(jù)報道，2005～2008年全球CF風電葉片的平均增長率為11808.6 MW/a，相當于每年增設5904座2MW風機。若2kW風電機組每片葉片以12t計，需玻纖6t，CF占10%，則每片葉片的CF用量為0.6t，每座風機需1.8t CF，則年均需求量估計為10627t。目前風電用大絲束CF的提供者為美國ZOLTEK公司，由于瑞典復合材料研究所及Oxcon AB公司開發(fā)了能將12k～48k CF展開成超薄（48～80 g/m²）的扁帶，再經緯紗方式編織成織物，它極適用于單向交叉鋪層，經測試其CFRP性能與采用1k～6k CF相同。為此，這種技術的開發(fā)無疑有助于大絲束CF的擴大應用。正是由于其市場的不斷擴大，ZOLTEK的產能計劃由2008年的13000t/a擴大至2010年的15500t/a。德國SGL集團的大絲束PAN-CF也將從2008年的7400t/a，擴大到2010年的14000t/a。

    由于我國風電的需求量很大，許多國際知名企業(yè)如Vestas、Repower、Gamesa、EHN、Suzulon、Nordex、GE及LM等，都相繼登陸中國，這將大大提升我國風電的技術水平，但同時又將加劇企業(yè)間的競爭。 內容來自123456

    4、CFRP寬幅工業(yè)羅拉 內容來自123456

    日本三菱樹脂公司最近實現(xiàn)了采用其高性能瀝青CF“Dialead”制成的耐熱型工業(yè)羅拉的批量生產，商品名“カ-ボリ-ダ-”。這種新產品即使在高溫條件下也不會發(fā)生因熱膨脹而產生垂度的現(xiàn)象，并維持高速旋轉的性能，從而可以提高在制造過程中使用高溫爐生產高功能膜等的效率，現(xiàn)已向塑料膜、金屬膜、機械等廠家出售，預期到2011年的銷售額將達到10億日元。這種高耐熱的CFRP羅拉的熱膨脹系數(shù)基本上是零，質量只有鋁制品的2/3，而剛性為鐵的3倍，在100～200 ℃的高溫爐內使用時，其旋轉性能與在室溫下幾乎沒有兩樣，例中長3m的羅拉振動精度，在室溫下與爐內溫度150℃下都是0.05mm以下，為此可以提高液晶電視和太陽電池所需高功能膜的生產效率，并使金屬箔的搬運和處理高精度化。日本石墨纖維公司的高性能瀝青CF（180t/a）復合材料也應用于印刷機械和制膜機的寬幅羅拉方面。 copyright 123456

    5、高壓氣瓶 copyright 123456

    如所周知，壓縮天然氣瓶已在汽車上大量使用，而最近伊纖維公司開發(fā)了燃料電池汽車所需的CFRP高壓氫氣瓶，內膽采用鉻鉬不銹鋼，實現(xiàn)了高強度和低成本，并取得了高壓氣保安協(xié)會的認定。該公司現(xiàn)每年生產85萬個高壓氣體容器，是世界最大生產廠家，同時已累積生產15萬個汽車用的壓縮天然氣瓶。這次所開發(fā)的壓縮氫氣瓶因選用CrMo鋼內膽，耐氫氣發(fā)脆特性提高了，可耐超過11250次高壓充填氫氣，與采用鋁合金膽相比，抗拉伸強度為其3倍，由于容器壁薄了，其質量與鋁制品同級，而成本低50%以上。另外，東邦Tenax的CF已用于吸氧器制品上。 123456

    6、結束語

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    根據(jù)JEC“復合材料工業(yè)的結構與動態(tài)”一文的預測，2005年全球復合材料的市場為530億歐元，到2015年預期將增長至880億歐元，而不同國家和地區(qū)的市場情況示于圖8，其中中國的市場增長最快，其次是亞太地區(qū)，歐美的增長點主要在航空、風能、船艇及建筑業(yè)方面，目前越來越多的國外復合材料廠家登陸我國，一批國外汽車廠商在中國設立了研發(fā)中心，以達到本土化、降低生產成本和占領一席市場的目的。另據(jù)CFRP知名專家Tony Roberts在其著作“2006～2010年全球戰(zhàn)略市場評估”中預測，全球CFRP的產值將從2006年的99億美元增至2010年的136億美元，到2025年可望超過250 億美元，其中波音和空客到2010年的小絲束PAN-CF的用量，將占全球的15%～20 %，其次的大型用戶是風能葉片，因此這兩大應用領域仍是未來CF的主導市場。表1示出全球2007～2012年一般工業(yè)領域對CF的需求情況。我國目前正大規(guī)模發(fā)展風能，但迄今為止仍采用玻璃纖維復合材料（GFRP），今后隨著葉片的大型化，勢必要發(fā)展混雜的復合材料制品，即葉片的加強筋及其圓柱形翼根采用CFRP，而其它部位采用GFRP，只有特大型葉片會考慮采用全CFRP。此外，我國現(xiàn)正研制大型飛機，這對國內CF市場將是巨大的推動力。另外，電纜的CFRP加強芯材也將是我國的大市場，因為高壓輸電電纜將不斷延伸至邊遠地區(qū)?？傊?，到2020年我國勢必將成為CF及其CFRP制品的生產大國。

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表1 2007～2012年一般工業(yè)領域對CF的具體需求 t/a

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目前，世界每年生產乘用車5千萬輛，若包括卡車和公共汽車為7千萬輛，隨著中、印等國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，不久世界汽車的年產量確可能超過1億輛。另外，目前世界PAN-CF的年產量只有數(shù)萬噸，由于CFRP成本高、難加工、成型速度慢及還受再生問題的限制，只能用于航空航天、體育用品和工業(yè)產業(yè)領域，要想用于汽車上，最重要的是盡快開發(fā)適用于熱塑性樹脂（如聚丙烯等）的具有表面活性的CF以及其CFRTP超高速成型技術和二次加工技術，其次當CF需求量超過百萬噸時，就要求開發(fā)以生物質為原料的CF，盡管目前還有一定難度。再次，當達到這么大規(guī)模時，需要開發(fā)CFRP的再生和CF高度再利用技術，還要解決這些材料和有關成型加工的評價和標準化問題。圖7示出CF的潛在需求及相應所需的重要技術，供參考。

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    在汽車剎車片等方面，住友貝克萊特公司開發(fā)CF增強酚醛樹脂“VYNTEC”制的剎車片，取代原用的CF增強PEEK或聚酰亞胺，其密度只有1.6g/cm³，相當于鐵的1/5，比CF/PEEK輕，而且耐磨性和高溫下的力學強度更好，在200℃下的抗彎曲強度為200MPa，而CF/PEEK < 100 MPa。此外還用于汽車的止推環(huán)、節(jié)流閥、主體齒輪等。Victrex日本公司則開發(fā)超薄的CF/PEEK預浸料，厚度<40μm，相當于一般CF預浸料（120～200 μm）的1/3～1/5，將用于飛機和汽車的薄板等。作為CFRP的新用途，還有汽車的燃料罐。 本文來自123

    3、風力發(fā)電葉片

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    隨著風力發(fā)電設備的大型化，要求減輕設備負荷，為此要求采用適應于大型葉片輕量化和高剛性化的CF，為此除已大量采用的大絲束PAN-CF外，日鐵復合材料公司已正式生產銷售高性能瀝青CF制的風電大型圓柱翼根，代替以往的螺旋槳，通過在螺旋圓柱翼上所安裝的螺旋狀葉片，可使風車高效捕風并旋轉，即使弱風也能發(fā)揮較高的發(fā)電穩(wěn)定性，而且噪音等級極低。

    德國拜耳材料科學公司現(xiàn)正著手建設世界最大的多層碳納米管（MWCNT）的生產裝置，規(guī)模為200t/a，商品名為“BAYTUBES”，其純度超過95%，而且可以穩(wěn)定再現(xiàn)。用它增強的塑料或金屬鋁，力學強度高，與以往的材料相比，密度是鋼鐵的1/3而強度相當，質量卻只有鋼的50%，因此可改善能效和CO₂排放量的平衡，在某些領域取代鋼、鈦等特種金屬及CFRP。在風力發(fā)電領域，若在大型CF與玻璃纖維增強的環(huán)氧樹脂葉片中加入上述MWCNT，則與未加入CNT的材料相比，達到同樣的強度時，質量減輕30%，抗沖擊強度提高10%～30%，耐疲勞性也提高50%～200%，耐久性好，可延長葉片的壽命。為此，該公司正與加拿大阿爾基安公司、德國PEAK及ZOZ公司協(xié)作來開拓各方面的市場，包括CNT增強鋁的高性能材料、體育用品等，預期10年內的銷售額目標為20億美元。

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    據(jù)報道，2005～2008年全球CF風電葉片的平均增長率為11808.6 MW/a，相當于每年增設5904座2MW風機。若2kW風電機組每片葉片以12t計，需玻纖6t，CF占10%，則每片葉片的CF用量為0.6t，每座風機需1.8t CF，則年均需求量估計為10627t。目前風電用大絲束CF的提供者為美國ZOLTEK公司，由于瑞典復合材料研究所及Oxcon AB公司開發(fā)了能將12k～48k CF展開成超薄（48～80 g/m²）的扁帶，再經緯紗方式編織成織物，它極適用于單向交叉鋪層，經測試其CFRP性能與采用1k～6k CF相同。為此，這種技術的開發(fā)無疑有助于大絲束CF的擴大應用。正是由于其市場的不斷擴大，ZOLTEK的產能計劃由2008年的13000t/a擴大至2010年的15500t/a。德國SGL集團的大絲束PAN-CF也將從2008年的7400t/a，擴大到2010年的14000t/a。

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    由于我國風電的需求量很大，許多國際知名企業(yè)如Vestas、Repower、Gamesa、EHN、Suzulon、Nordex、GE及LM等，都相繼登陸中國，這將大大提升我國風電的技術水平，但同時又將加劇企業(yè)間的競爭。

    4、CFRP寬幅工業(yè)羅拉

    日本三菱樹脂公司最近實現(xiàn)了采用其高性能瀝青CF“Dialead”制成的耐熱型工業(yè)羅拉的批量生產，商品名“カ-ボリ-ダ-”。這種新產品即使在高溫條件下也不會發(fā)生因熱膨脹而產生垂度的現(xiàn)象，并維持高速旋轉的性能，從而可以提高在制造過程中使用高溫爐生產高功能膜等的效率，現(xiàn)已向塑料膜、金屬膜、機械等廠家出售，預期到2011年的銷售額將達到10億日元。這種高耐熱的CFRP羅拉的熱膨脹系數(shù)基本上是零，質量只有鋁制品的2/3，而剛性為鐵的3倍，在100～200 ℃的高溫爐內使用時，其旋轉性能與在室溫下幾乎沒有兩樣，例中長3m的羅拉振動精度，在室溫下與爐內溫度150℃下都是0.05mm以下，為此可以提高液晶電視和太陽電池所需高功能膜的生產效率，并使金屬箔的搬運和處理高精度化。日本石墨纖維公司的高性能瀝青CF（180t/a）復合材料也應用于印刷機械和制膜機的寬幅羅拉方面。 123,123

    5、高壓氣瓶 123456

    如所周知，壓縮天然氣瓶已在汽車上大量使用，而最近伊纖維公司開發(fā)了燃料電池汽車所需的CFRP高壓氫氣瓶，內膽采用鉻鉬不銹鋼，實現(xiàn)了高強度和低成本，并取得了高壓氣保安協(xié)會的認定。該公司現(xiàn)每年生產85萬個高壓氣體容器，是世界最大生產廠家，同時已累積生產15萬個汽車用的壓縮天然氣瓶。這次所開發(fā)的壓縮氫氣瓶因選用CrMo鋼內膽，耐氫氣發(fā)脆特性提高了，可耐超過11250次高壓充填氫氣，與采用鋁合金膽相比，抗拉伸強度為其3倍，由于容器壁薄了，其質量與鋁制品同級，而成本低50%以上。另外，東邦Tenax的CF已用于吸氧器制品上。 123456

    6、結束語 內容來自123456

    根據(jù)JEC“復合材料工業(yè)的結構與動態(tài)”一文的預測，2005年全球復合材料的市場為530億歐元，到2015年預期將增長至880億歐元，而不同國家和地區(qū)的市場情況示于圖8，其中中國的市場增長最快，其次是亞太地區(qū)，歐美的增長點主要在航空、風能、船艇及建筑業(yè)方面，目前越來越多的國外復合材料廠家登陸我國，一批國外汽車廠商在中國設立了研發(fā)中心，以達到本土化、降低生產成本和占領一席市場的目的。另據(jù)CFRP知名專家Tony Roberts在其著作“2006～2010年全球戰(zhàn)略市場評估”中預測，全球CFRP的產值將從2006年的99億美元增至2010年的136億美元，到2025年可望超過250 億美元，其中波音和空客到2010年的小絲束PAN-CF的用量，將占全球的15%～20 %，其次的大型用戶是風能葉片，因此這兩大應用領域仍是未來CF的主導市場。表1示出全球2007～2012年一般工業(yè)領域對CF的需求情況。我國目前正大規(guī)模發(fā)展風能，但迄今為止仍采用玻璃纖維復合材料（GFRP），今后隨著葉片的大型化，勢必要發(fā)展混雜的復合材料制品，即葉片的加強筋及其圓柱形翼根采用CFRP，而其它部位采用GFRP，只有特大型葉片會考慮采用全CFRP。此外，我國現(xiàn)正研制大型飛機，這對國內CF市場將是巨大的推動力。另外，電纜的CFRP加強芯材也將是我國的大市場，因為高壓輸電電纜將不斷延伸至邊遠地區(qū)?？傊?，到2020年我國勢必將成為CF及其CFRP制品的生產大國。

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表1 2007～2012年一般工業(yè)領域對CF的具體需求 t/a copyright 123456