碳纤维研究进展课件.ppt

碳纤维及其复合材料,主要内容,一、碳纤维及其复合材料简介,碳纤维特点：高比强度、高比模量耐高温，使用温度2000，在3000非氧化气氛中不融不软耐强酸、强碱及强有机溶剂的浸蚀热膨胀系数小，约等于零热导率高，约为10140W/(m.K)摩擦系数小，有自润滑作用导电性好密度小,按原料分黏胶基碳纤维(Rayon基CF)聚丙烯腈基碳纤维(PAN基CF)沥青基碳纤维(Pitch基CF),PANCF生产工艺过程原丝,PANCF生产工艺过程碳丝,先进复合材料（ACM）主要指有较高强度和模量的碳纤维、芳纶纤维等纤维与高性能的基体组成的复合材料。复合材料根据基体可分为树脂基、金属基、陶瓷基复合材料等。碳纤维复合材料具有轻而强，刚而薄的特点。成型方法有：手糊法，缠绕法，拉挤法，注射法，真空带囊热压法等。,二、国际碳纤维发展现状,日本是碳纤维的最大制造国，日本东丽公司、东邦公司、三菱公司生产的PAN基碳纤维占全球产量的70%左右。,发展历程,发展历程,强度7.02GPa模量296GPa,强度5.51GPa模量296GPa,强度4.92GPa模量231GPa,强度3.54GPa模量231GPa,国际碳纤维需求量,科技部863碳纤维专项攻关,国家级碳纤维项目,T-300级碳纤维及原丝中试稳定化研究T-300级碳纤维及原丝百吨级建设T-700碳纤维及原丝关键技术的研究,973国家重点基础研究发展规划项目计划,高性能碳纤维用聚丙烯腈原丝的结构优化及控制,碳纤维出路何在？,国内竞争,国外市场冲击,1、发展高端产品，引领行业2、开发下游产品，抢占先机,供求关系,三、碳纤维复合材料产业化现状,航空,航天,导弹、雷达、战斗机,高端产品,飞机,支柱产业中的广泛应用,新型建材,碳纤维作为新型建材，主要用于建筑补强。,碳纤维复合材料,汽车工业,碳纤维复合材料可做翼子板、车顶板、底盘、行李箱板、门内板、轮毂、引擎罩、避震弹簧、传动轴结构加强和耐热件等,安装在汽车上的碳纤维储气瓶,能源,(一)大型风力发电机叶片优点如下：1.比重小，抗疲劳，机械强度好，寿命长。2.成本低，仅为总机成本的1/3。3.耐腐蚀、紫外线照射和雷击性能好。4.容易维护，费用低。,(二)燃料电池和太阳能电池1.导电性好，热膨胀系数小2.高比强度，高比模量，耐热,飞机,二次结构件辅翼方向舵升降舵,一次结构件主翼尾翼机体,民用客机CF需要量（单位吨/年）,飞机,碳纤维在体育器材方面的应用,四、下游产品的开发建议,原丝的售价是40元50元/公斤，碳纤维为200元/公斤，预浸料为500元/公斤，每一级的深加工都有高幅度的增值。,1.CF天然气钢瓶经济效益,按各省均建一个5万只/年规模的CNG储气瓶厂计算CF用量2万吨/年70亿元/年储气瓶140亿元/年,作为CNG储气瓶，压力高达20MPa，使用寿命达15年。,1.压力容器,汽车用压缩天然气瓶（CNG）环保天然气替代柴油可以消除汽车尾气中的NOX、SOX等致癌物质，少排放26%的CO2。减重比钢瓶轻4倍以上。另外，消防、潜水用的便携式空气罐及化工行业的槽罐车也使用碳纤维复合材料。,1.压力容器,2.CF风力发电机经济效益,到“十一五”期末，全国风能实际总装机容量将达到10-12GW，到2020年全国将达到20GW的风电装机容量。因此，中国是风力发电碳纤维复合材料叶片的巨大市场。2005年2月制定的可再生能源法做出了2010年风能不少于400万千瓦的规划，预计到2010年末，叶片国内市场总量可达约60亿元人民币。,2.风力发电,叶片是风力发电机的核心部件，造价约占整个设备的1/4到1/3。每个叶片大约需要碳纤维1.5-2.0吨，我国2020年3000万千瓦的风电规划的实现，需要大量的风机叶片，是碳纤维行业一个潜在的巨大市场。按西北5省每年各产10台计CF用量6800吨/年23.8亿元/年风力发电机100亿元/年,2.风力发电,3.新型汽车(1)电动汽车电动汽车要延长电池的使用时间，减少充电次数，必须让汽车轻量化。碳纤维复材高强、质轻等特点，完全能满足要求。建议与电动汽车厂商合作开发。(2)高级跑车部分高级跑车、高级轿车和特种车辆对速度和安全的追求，碳纤维复材的用量将达到车身50%以上，市场潜力巨大。,3.汽车工业,(3)近年来，我国汽车工业发展迅速，从2000年到2010年全国汽车保有量将增加1倍。碳纤维复合材料作为一种先进的轻质高强材料，正好迎合了未来汽车轻量化发展方向的要求。,中国汽车的需求和预测单位：万辆,3.汽车工业,4.飞机,A380客机使用复合材料达25-30t/架，其中85%是碳纤维增强复合材料(CFRP)，A350飞机中占总质量52%的结构组件采用复合材料来制造，主要是碳纤维增强塑料材料。2005年底波音和空客交付飞机620架，复合材料用量约1700t，CFRP约1020t。据悉，波音公司近十年将有10000架次的市场，未来20年全球将需要25000架大型飞机，总价值约2万亿美元。目前我国高端碳纤维(T800)和碳纤维复合材料