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碳纖維板的未來發(fā)展方向

文章出處:網(wǎng)絡(luò)責(zé)任編輯:編輯人氣:發(fā)表時(shí)間:2018-07-16【

 碳(C)纖維板的未來發(fā)展方向1971年,TORAY成了世界上第一人制造商,從事PAN基碳纖維的人型工業(yè)化生產(chǎn),并將其產(chǎn)品(Product)命名為"TORAYCA";是TORAY碳纖維的縮寫。目前,TORAY是全球生產(chǎn)和營銷碳纖維的領(lǐng)導(dǎo)者。 目前,全世界主要生產(chǎn)兩種碳纖維。一個(gè)是PAN基碳纖維以聚丙烯腈為原料,另一個(gè)是瀝青基的碳纖維,由煤、石油利合成(解釋:由幾個(gè)部分合并成一個(gè)整體)瀝青蒸餾而成瀝青,然后再聚合成纖維。 在強(qiáng)度(strength)上PAN基的碳纖維要優(yōu)丁瀝青基的碳纖維,因此在全世界的碳纖維生產(chǎn)中占有絕對(duì)性的壓倒優(yōu)勢。 1.碳纖維的生產(chǎn)工藝 對(duì)于碳纖維的生產(chǎn)工藝,當(dāng)生產(chǎn)PAN基碳纖維的時(shí)候,被稱為"母體"的聚丙烯腈纖維首先要通過聚合和紡紗工藝加工聚丙烯腈而成。然后,將這些母體放入氧(Oxygen)化爐中在200到300攝氏度進(jìn)行氧化。另外,還要在碳化爐中,在溫度為1000到2000攝氏度間進(jìn)行碳化制成碳纖維。除了常規(guī)類型的細(xì)碳纖維之外,PAN基碳纖維還包括粗纖維,被稱為"人絲束類型碳纖維";這種粗纖維的生產(chǎn)成本比較低。 2.碳纖維特性 正如通常人們所說的,碳纖維比鋁(Al)還要輕比鋼還要硬,它們的比重是鐵的四分之一,比強(qiáng)度是鐵的十倍。通過與其它纖維的這種比較,你就可以初步了解碳纖維的特性。還有,碳纖維首先是一種物質(zhì),是由和鉆石同等材料品質(zhì)的碳制成的。出于這種原因,另外還有在優(yōu)越的抗張強(qiáng)度利抗拉模量,碳纖維在化學(xué)組成上非常穩(wěn)定(解釋:穩(wěn)固安定;沒有變動(dòng)),并且具有高抗腐化侵蝕 性。碳纖維的其它特性包括高度的X射線穿透性,比較高的抗化學(xué),抗熱和抗低溫能力。 碳纖維的這些特性也就意味著他們可以被應(yīng)用于很多的領(lǐng)域。主要的應(yīng)用包括體育運(yùn)動(dòng),例如高爾大球棒和釣魚桿;航空應(yīng)用包括飛機(jī)元件;和工業(yè)應(yīng)用。隨著工業(yè)的不斷進(jìn)步,人們正在尋找很多具有新能的材料,碳纖維的需求在逐漸增長,廣泛地應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備(shèbèi)、壓力容器、土木工程和建筑材料、能源、其它新的工業(yè)應(yīng)用上。碳纖維的生產(chǎn)成本也在逐漸降低,加工技術(shù)趨向(tend to)多元化,制造商可以按照具體的應(yīng)用提供一系列的碳纖維產(chǎn)品。所有的這些都支撐(sustain)了以工業(yè)應(yīng)用為中心的新型應(yīng)。 3.碳纖維的產(chǎn)品形式及制造工藝 碳纖維有四種產(chǎn)品形式:纖維,布料,預(yù)浸料坯,和切短纖維。布料指的是由碳纖維制成的織品。預(yù)浸料坯是一種產(chǎn)品,是將碳纖維按照一個(gè)方向一致排列,并將碳纖維或布料剛樹脂浸泡使其轉(zhuǎn)化成片狀。切短纖維指的是短絲。 按照不同的配比,這些產(chǎn)品和樹脂一起應(yīng)用將形成碳纖維強(qiáng)化塑料(CFRP)。 將樹脂附在纖維上可以制成壓力容器和軋滾,將它們纏繞在一個(gè)芯兒上,然后進(jìn)行塑化或硬化處理(chǔ lǐ)。這種方法被稱為"纏繞成型法"。 將布料放入一個(gè)模型中,然后剛樹脂浸泡,可以川米生產(chǎn)卡=乍和劃艇的車身部分。這就是所說的"樹脂轉(zhuǎn)注成型法(RTM)"。 飛機(jī)元件的制造是通過在高壓釜中給預(yù)浸料坯加熱,加壓和塑化成型而成的。將預(yù)浸料坯纏繞在一個(gè)芯兒上,然后將其加熱和塑化,這就是所說的"薄片纏繞法";用這種方法可以用來制成高爾夫球棒利釣魚桿。短絲與樹脂混合可以形成混合物,經(jīng)過加工后可以生產(chǎn)山機(jī)器元件和其它產(chǎn)品。 過去,預(yù)浸坯料是應(yīng)用最廣泛的碳纖維形式,通過在反應(yīng)釜內(nèi)利用薄片纏繞法預(yù)制而成。然而,近來,隨著新的工業(yè)應(yīng)用的開發(fā),纖維纏繞成型法,混合物和其他的預(yù)制方法得到了更加廣泛的發(fā)展。像RTM這樣的成型法的應(yīng)用,使得制造商可以更加有效地制成大型產(chǎn)品。碳纖維與最合適的樹脂及預(yù)制工藝的結(jié)合使得碳纖維的應(yīng)用更加具有吸引力。 4.應(yīng)用的發(fā)展     目前,各種應(yīng)用占碳纖維年需求的比例如下:體育應(yīng)用大約為30%,航空應(yīng)用為10%,工業(yè)應(yīng)用為60%。      體育應(yīng)用中的三項(xiàng)重要應(yīng)用為高爾夫球棒,釣魚桿和網(wǎng)球拍框架。目前,據(jù)估計(jì)每年的高爾大球棒的產(chǎn)量為3400萬。按照《國家利地區(qū)分類,這些高爾大球棒主要產(chǎn)地為美國,中國,日本和中國臺(tái)北,美國和日本是高爾夫球棒的主要消費(fèi)地占80%以上。全世界40%的碳纖維高爾大球椿都是由TORAY的碳纖維制成的。      全世界碳纖維釣魚桿的產(chǎn)量人約為每年2000萬副,這就意味著這種應(yīng)用對(duì)碳纖維有著穩(wěn)定的需求。      網(wǎng)球拍框架的市場(shì chǎng)容量人約為每年600萬副。其它的體育項(xiàng)目(xiàng mù)應(yīng)用還包括冰球棍,滑雪杖,射箭,和自行車,同時(shí),碳纖維還應(yīng)用在劃船,賽艇,沖浪,和其它的海洋運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中。      在1992年問,航空應(yīng)川中對(duì)碳纖維的需求開始有所最大化減少,主要是受到了商業(yè)飛機(jī)業(yè)衰退的影響,但是在1995早期有得到了迅速的恢復(fù)?;謴?fù)的主要原因是由于生產(chǎn)效率(efficiency)在整體上都得到了提升,同時(shí)也開始全力生產(chǎn)波音777飛機(jī),TORAY的碳纖維被用做結(jié)構(gòu)材料,包括水平和垂直的橫尾翼和橫梁,這兩部分結(jié)構(gòu)是如此的重要,如果他們受損,那么整個(gè)飛機(jī)在飛行的過程中就可能墜毀。這些材料被稱為"首要的結(jié)構(gòu)材料";因?yàn)樗麄兪侨绱说闹匾?,所以?duì)他們的質(zhì)量要求是極其苛刻的。對(duì)于波音777飛機(jī),TORAY是波音公司指定的唯一有資格的碳纖維制造商。        歐洲空客也在他們的飛機(jī)上使用了大量的碳纖維,TORAY的TORAYCA碳纖維有望將被大量地應(yīng)用在他們的新型客機(jī)A380上。      在工業(yè)領(lǐng)域,碳纖維的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛,作為材料,它們正在替代金屬和混凝土來滿足環(huán)境、安全和能源要求,在工業(yè)領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求量正在呈現(xiàn)上升趨勢。      在土木工程和建筑領(lǐng)域,應(yīng)用碳纖維的抗震修復(fù)和加強(qiáng)法是一項(xiàng)主要突破,正在此領(lǐng)域得劍更加廣泛的推廣。在鐵路建筑中,大型的頂部系統(tǒng)和隔音墻在未來會(huì)有很好的應(yīng)用,這些也將是很有前景的應(yīng)用。壓力容器主要用在汽車的受壓大然氣(CNG)箱上,如圖所示,還用在救火隊(duì)員的固定式呼吸器(SCBA)上。CNG罐源于美國和歐洲國家,現(xiàn)在日本和其他的亞洲國家也對(duì)這項(xiàng)應(yīng)用表現(xiàn)山了極大的興趣。      碳纖維的其它應(yīng)川包括機(jī)器元件、家用電器、微機(jī)、及與半導(dǎo)體相關(guān)(related)的設(shè)備的復(fù)合材料的生產(chǎn),可以用來起劍加強(qiáng),防靜電,和電磁波防護(hù)的作用,另外,在X射線儀器市場上,碳纖維的應(yīng)用可以減少人體住X射線下的暴露。      隨著碳纖維成本的連續(xù)(Continuity)降低,和世界范同內(nèi)的環(huán)境保護(hù)要求的提高,碳纖維開始被應(yīng)用于汽車領(lǐng)域,將來它們會(huì)被應(yīng)用做尾部沸騰器,發(fā)動(dòng)機(jī),傳動(dòng)軸(傳動(dòng)軸組成:軸管、伸縮套和萬向節(jié))和燃料箱材料,在未來將有很好的前景。      5.碳纖維市場的歷史      碳纖維的全方位商業(yè)化始丁20世紀(jì)70年代,70年代是高爾大球棒和釣魚桿應(yīng)用的引入和發(fā)展時(shí)期,主要是在日本。在80年代早期,碳纖維開始被廣泛地川在客機(jī)和航空flight vehicle上作為結(jié)構(gòu)材料,主要是用在歐洲和北美。      然后,人們提高了對(duì)碳纖維的認(rèn)識(shí),開始把它當(dāng)成一種高質(zhì)苗的材料,并在20世紀(jì)80年代中期得到了飛速的增長。在80年代中期,空客公司開始將CFRP作為首要的結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用在它們的飛機(jī)上,而且,隨著碳纖維在網(wǎng)球和新的體育項(xiàng)目的應(yīng)用,碳纖維市場得劍了穩(wěn)步的擴(kuò)展。盡管住1991年的海灣戰(zhàn)爭之后,航空業(yè)的發(fā)展走向衰退,全球經(jīng)濟(jì)開始停止不前,碳纖維的需求增長也趨向緩慢,白90年代中期以斤,碳纖維的工業(yè)應(yīng)剛開始成為新的需求增長點(diǎn)。尤其是,歐洲和北美開始將碳纖維應(yīng)用與壓力容器上,這種增長非常顯著(striking),由丁1995年的神戶人地震,加快了抗震加固應(yīng)用的需求。在未來,預(yù)計(jì)碳纖維的主要應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?cè)重于工業(yè)應(yīng)用,而且這一需求將會(huì)穩(wěn)步增加。      另外,新一帶的航天計(jì)劃和與汽下相關(guān)的應(yīng)用都將促進(jìn)碳纖維的工業(yè)化應(yīng)用。      6.供需狀況      在2004年,常規(guī)型的碳纖維的產(chǎn)能約為25000 噸,其中75%由和日本相關(guān)的制造商生產(chǎn)。另外,低成本的粗碳纖維一被稱為"人絲束類型"的碳纖維的產(chǎn)量也有幾千噸,人絲束類型已經(jīng)開始被用于低端的體育和工業(yè)應(yīng)用中,同時(shí)也被應(yīng)用于過去只有玻璃材質(zhì)纖維才涉及的領(lǐng)域。      對(duì)丁碳纖維米說,通常所說的70%的宣布的產(chǎn)能是實(shí)際的產(chǎn)能。所宣布的產(chǎn)能通常是以標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品類型為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算的,但是對(duì)于碳纖維,除了具有標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度和模量的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品之外,還有很多其他的根據(jù)技術(shù)特性而定的等級(jí)產(chǎn)品。纖維的粗度也不盡相同,因此,按照產(chǎn)品類型和纖維粗度來劃分,他們的產(chǎn)能是不同的。在生產(chǎn)多種產(chǎn)品的時(shí)候,換產(chǎn)會(huì)很浪費(fèi)時(shí)間。因此,實(shí)際的產(chǎn)能通常會(huì)低于宣布的產(chǎn)能。      從2003到2010年按照應(yīng)用和領(lǐng)域來劃分的全球需求和需求預(yù)測(predict)。到2010年的這段時(shí)間內(nèi),碳纖維的需求將每年增長7.5%。預(yù)計(jì)到2010年碳纖維的總需求量將達(dá)到32000噸。        產(chǎn)品性能: 123456

123456

  1、抗拉強(qiáng)度(strength)是普通鋼材的8-10倍以上,彈性模量優(yōu)于鋼材,具有優(yōu)異的抗蠕變(creep)性能,耐腐蝕性和抗震性。碳纖維生產(chǎn)傳統(tǒng)的玻璃纖維相比,楊氏模量是其3倍多;它與凱夫拉纖維相比,楊氏模量是其2倍左右,在有機(jī)溶劑、酸、堿中不溶不脹,耐蝕性突出。
  2、重量輕、其重量僅為鋼材的1/5,韌性好:可以盤卷,單卷長度250m供應(yīng)而無須搭接。
  3、施工便捷,施工質(zhì)量易保證 材料不用預(yù)加工,工序方便,型材允許交叉。碳纖維生產(chǎn)具有許多優(yōu)良性能,碳纖維的軸向強(qiáng)度和模量高,密度低、比性能高,無蠕變,非氧化環(huán)境下耐超高溫,耐疲勞性好,比熱及導(dǎo)電性介于非金屬和金屬之間,熱膨脹系數(shù)小且具有各向異性,耐腐蝕性好,X射線透過性好。良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能、電磁屏蔽性好等。
  4、表面光滑、耐腐蝕性 耐酸、堿、鹽及大氣環(huán)境的腐蝕,不須定期維護(hù);機(jī)械性能優(yōu)良、易機(jī)加工等。碳纖維配件“外柔內(nèi)剛”,質(zhì)量比金屬鋁輕,但強(qiáng)度卻高于鋼鐵,并且具有耐腐蝕、高模量的特性,在國防軍工和民用方面都是重要材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性,又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性,是新一代增強(qiáng)纖維。        應(yīng)用領(lǐng)域:建筑領(lǐng)域:混凝土樓加固、橋梁(Bridge)加固、混凝土、磚砌體墻加固、以及煙囪、隧道、水池加固,穿強(qiáng)螺絲桿等;體育用品:航模骨架、箱包骨架、箭桿、旗桿、高檔樂器配件、漁具配件;高科技領(lǐng)域:空中客車配件、飛機(jī)、艦艇、輪船配件;軍工設(shè)備配件;各種高端機(jī)械裝置的傳動(dòng)軸桿等。  

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