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【科普知识】粘胶基碳纤维是什么材料?2020碳纤

日期:2020-07-14 12:46
 
 

  粘胶基碳纤维是指以粘胶纤维经过预氧化、碳化所制备的碳纤维。粘胶纤维是一种再生纤维素纤维,又称人造丝,它是利用天然纤维,如木材、麻和棉花等,经制浆粕、磺化、熟化和纺丝等处理而成。粘胶纤维曾在工业和民用生活中大量应用,尤其是在轮胎帘子线中的应用。由于涤纶、芳纶和尼龙等纤维在轮胎帘子线中应用,加之在粘胶丝生产过程中对环境的污染不易解决,国外已很少生产。

  在宇航工业中,由于粘胶基碳纤维具有密度低(1.7g/cm)、热导率低(1.26W/cmK),易于高纯化(指碱和碱上金属杂质含量)等特点。所以在防热材料中大量应用。20世纪70年代,由于粘胶纤维来源困难,美国曾想用高纯聚丙烯荃碳纤维代替粘胶基碳纤维,但由于无法解决材料的断裂应变问题,而未获得成功。所以粘胶鉴碳纤维几乎成为宇航工业中的专用纤维。除此之外在民用工业中还有特殊用途,由于粘胶基碳纤维及其织物与人体无排斥作用,所以在医学上用来制造人造关节和大面积烧伤用的护创布等 。

  碳纤维(carbonfiber,简称CF),是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成,经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维外柔内刚,质量比金属铝轻,但强度却高于钢铁,并且具有耐>

  腐蚀、高模量的特性,在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性,又兼备纺织纤维的柔软可加工性,是新一代增强纤维。碳纤维具有许多优良性能,碳纤维的轴向强度和模量高,密度低、比性能高,无蠕变,非氧化环境下耐超高温,耐疲劳性好,比热及导电性介于非金属和金属之间,热膨胀系数小且具有各向异性,耐腐蚀性好,X射线透过性好。良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。碳纤维与传统的玻璃纤维相比,杨氏模量是其3倍多;它与凯夫拉纤维相比,杨氏模量是其2倍左右,在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀,耐蚀性突出 。

  碳纤维除了应用在航空航天等高技术领域外,还可用在文体用品、纺织机械、医疗器械生物工程和运输车辆等方面。目前,碳纤维材料在高速列车上的应用还有一定的局限性,大多数产品仍处于研究开发阶段,仅部分产品得到实际应用,因此,应用前景非常广泛。

  碳纤维复合材料具有质量轻,强度高的特性,活跃在各种各样的用途上。包括用于追求轻且易用的高性能体育用品、追求在宇宙飞行用的轻量且高性能材料的航空航天飞行器,以及压力容器、汽车、风车、船舶、土木建筑等各种各样的一般产业用途。就需求结构而言,碳纤维材料总量一半以上应用在工业领域,风电叶片领域应用占比24%,航空航天领域应用占比23%,体育休闲领域占比15%,汽车工业领域占比12%,四者总计占比74%。其中,体育休闲用品所消耗的碳纤维呈逐年下降之势。

  中国对碳纤维的研究开始于20世纪60年代,80年代开始研究高强型碳纤维。多年来进展缓慢,但也取得了一定成绩。进入21世纪以来发展较快,安徽率先引进了500吨每年原丝、200吨每年PAN基碳纤维,使中国碳纤维工业进入了产业化。随后一些地方相继加入碳纤维生产行列。

  从2000年开始中国碳纤维向技术多元化发展,放弃了原来的硝酸法原丝制造技术,采用以二甲基亚砜为溶剂的一步法湿法纺丝技术获得成功。利用自主技术研制的少数国产T700碳纤维产品已经达到国际同类产品水平。随着中国对碳纤维的需求量日益增长,碳纤维已被列为国家化纤行业重点扶持。2005年全球碳纤维市场仅为9亿美元,而2013年达到100亿美元,预计到2022年有望达到400亿美元,碳纤维复合材料的应用也将进入全新的时代。中国碳纤维产业化采取自主开发和引进相结合的道路,到十一五末期基本实现了相当于日本T300的国产碳纤维规模生产线,并且有一些企业已形成了T700以上水平的百吨生产线年中国碳纤维市场规模达到6811吨,然而,受供应不足的影响,国内碳纤维市场发展相对较为缓慢,预计未来几年,随着供应量的提升,中国碳纤维行业的需求量也将保持着较快速度的增长。

  中国高性能碳纤维都依赖进口,日本的碳纤维产量更是占全球市场份额的60%。2016年2月15日,中国突破日本管制封锁研制出高性能碳纤维。

  中国碳纤维需求量一直维持稳步上升趋势,2018年国内碳纤维市场需求为3.1万吨,同比增长32%,在中国碳纤维行业发展过程中,国家给予了大力支持,极大地促进了碳纤维行业发展。企业和投资机构也纷纷看好碳纤维行业的发展前景,各路资本的大量涌入,为碳纤维行业带来了刺激效应,使其呈现出前所未有的新热点和新动态。同时,碳纤维行业应用领域广阔,其并购需求和活跃度也十分明显。

  预计到2020年国内碳纤维的需求将达3.89万吨,国内对应碳纤维材料市场规模增长至727亿元。


   
 

 


 

 

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