碳纤维研究进展.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10 140W 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