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7個問題讓你看懂碳纖維和碳纖維復合材料

文章出處:廣州聯莊科技有限公司 人氣:-發表時間:2018-12-10

今天廣州聯莊科技給大家分享關于碳纖維和碳纖維復合材料


1、碳纖維有什么用?

 

碳纖維的強度比鋼的大,密度比鋁的小,比不銹鋼還耐腐蝕,又能像銅那樣導電,是一種具有許多寶貴的電學、熱學和力學性能的新型材料,被譽為“黑色黃金”。碳纖維與最近的明星材料石墨烯是“同一家族”。目前碳纖維已經在飛機、汽車材料,風機葉片、體育用品、醫療器械等眾多領域廣泛應用。

 

碳纖維進一步擴大應用需求,可能將著眼于“空陸風”三大領域:

 

1)航空航天,隨著國際油價不斷攀升,以及對飛機飛行時間和可靠性的更高要求,碳纖維逐漸走進飛機結構材領域,挑戰鋁合金的統一地位;

 

2)新一代汽車的發展方向是保證安全性的同時輕量化。碳纖維密度比碳鋼、鋁合金低,強度與模量都超過鋼材,因此采用碳纖維復合材料是最有效的辦法。  

 

3)風機葉片,使用碳纖維代替傳統的玻璃纖維制作風力葉片可以在提高葉片剛度的同時降低葉片質量,提高了風機的輸出功率。并且碳纖維葉片的抗疲勞性能更優越,本身導電的性能也能避免葉片在特殊氣候的腐蝕和雷擊。碳纖維化是目前大型風機葉片的發展方向。

 

3)醫療器材領域,由于碳纖維良好的X射線透過能力,是非常好的醫療面板生產材料。

 

2、產能:全球碳纖維需求不斷增長,國內碳纖維仍顯落后

 

2014年全球碳纖維產能約為12.90 萬噸,較2013年增加11%。按10%增長率計算,在2015年全球碳纖維產能達到14.19萬噸。目前,絕大多數的市場份額被美日企業瓜分。在小絲束市場,日本三家企業東麗、東邦、三菱占市場54%的份額。在大絲束市場,美國的Hexcel與美國SGL公司占全球份額的73%,處于主導地位。目前國產碳纖維總產能達到1.5萬噸,約有30多家企業,但都集中在低附加值的碳纖維(小絲束),高模高強的碳纖維國內仍處于技術攻關中,與日美差距較大。

 

由于生產技術上的落后,忽視高質量聚丙烯腈的生產,絕大部分國內廠家生產成本居高不下。目前國產T300級別碳纖維售價達到了進口東麗公司T700級別碳纖維的價格。此外,近些年來我國可以穩定批量生產一個級別的碳纖維后,東麗、東邦和Hexcel等企業的對華銷售價格就大幅下降一次,如201012KT300級碳纖維還要24萬元每噸,2012年就下降到12萬元每噸,現在T700級碳纖維的價格也開始穩步下降。這也是中國碳纖維企業持續虧損的主要的兩個原因。類似的現象已經發生在芳綸1313領域。

 

國內另一個落后的原因是設備落后。前期研發費用和生產線設備也已經大幅折舊攤銷,所以導致國內碳纖維企業成本也遠高于國外。


企業名稱

國際碳纖維生產商

 

當前國內能夠有T700產業化生產技術的企業為:中復神鷹(母公司中國建材)、江蘇恒神(新三板上市)、威海拓展、吉林神舟(軍工碳纖維為主,母公司中鋼國際)、江蘇航科(北京城建曾考慮收購,20155月終止),這些企業的T700及以上產品都還在應用考核之中,一般至少需要2年。

 

 

3、關于不同原料基

 

按照原料可以分為聚丙烯腈基碳纖維、瀝青基碳纖維、粘膠基、酚醛基、氣相生長碳纖維。其中由于聚丙烯腈也就是腈綸的制備方法比較簡單,得到的原絲產品抗彎抗壓性能又非常優異,所以是目前碳纖維市場的主流,占90%以上。

 

關于不同原料基

4、關于大小絲束

 

大小絲束是碳纖維重要指標之一,即每束碳纖維的根數。通常每束碳纖維數大于48000(簡稱48K)根的稱之為大絲束碳纖維,包括6000060K)、120000120K)、180000180K)、320000320K)、360000360K)等。而1000根、3000根、6O00根、12000報以及24000根,是小絲束碳纖維。

 

相比小絲束,大絲束的劣勢在于,在制作板材等結構時,絲束不宜展開,導致單層厚度增加,不利于結構設計。此外,大絲束碳纖維粘連、斷絲等現象更多,這樣會使強度、剛度受影響,性能有所降低,性能的分散性也會較大。飛機、航天器一般只用小絲束碳纖維,因此小絲束碳纖維又被稱為"宇航級"碳纖維,大絲束碳纖維被稱為"工業級"碳纖維,目前應用于汽車、風力裝置、一般工業等領域。

大小絲束全球碳纖維市場份額劃分

 

但是大絲束生產成本比小絲束低(小絲束價格貴),而隨著生產技術的進步,人們對碳纖維材料結構的熟悉,大絲束碳纖維越來越多用于對可靠性要求嚴苛的領域。


5、關于TM系列

 

碳纖維分為高強、高模、超高強、超高模系列,T就是高強度系列,,M就是高模量系列,剛性越大。

 

主要產品碳纖維強度:T300<T600<T700<T800<T1000

 

主要產品拉伸模量:M30<M40<M46<M50<M60<M65

 

6、生產工藝

 

 碳纖維生產工藝

 

7、碳纖維復合材料

 

碳纖維很少直接進入應用領域,多是通過與樹脂、金屬、陶瓷等材料作為基體與之復合,形成強度、模量等綜合指標合格的結構材料,即復合材料。目前使用最多、最廣泛的是樹脂基復合材料(CFRP),方法有樹脂傳遞模塑(RTM)、注射成型、拉擠成型等。

 

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