碳纤维的性能与加工
【摘要】
文章介绍了碳纤维的概念、发展与现状、分类，以及碳纤维的性能与加工方法，还有碳纤维的应用。
【关键词】
碳纤维分类性能电化学改性干湿法射频法加工过程应用
【正文】
第一节碳纤维概述
1.碳纤维的概念
碳纤维，英文为Carbon Fiber，简称CF。碳纤维是指由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料，是纤维中含碳量在95%左右的碳纤维和含碳量在99%左右的石墨纤维。
2．碳纤维的结构
碳纤维的分子结构介于石墨与金刚石之间。目前公认的碳纤维结构是由沿纤维轴高度取向的二维乱层石墨组成。微晶的形状、大小、取向以及排列方式与纤维的制备工艺相关。
2.1 结构单元
石墨：六方晶系
碳纤维：乱层石墨结构
最基本的结构单元：石墨片层
二级结构单元：石墨微晶(由数张或数十张石墨片层组成)
三级结构单元：石墨微晶组成的原纤维。直径在50nm左右，弯曲，彼
此交叉的许多条带状组成的结构
2.2 皮芯层结构
CF由皮层、芯层及中间过渡区组成。
皮层：微晶较大，排列有序。
芯层：微晶减小，排列紊乱，结构不均匀。
3．碳纤维的缺陷
3.1 来源
碳纤维中的缺陷主要来自两方面：原丝带来的缺陷与碳化过程带来的缺陷。原丝带来的缺陷在碳化过程中可能消失小部分，但大部分将保留下来，变成碳纤维的缺陷。而碳化过程带来的缺陷则在碳化过程中，大量非C元素以气体形式逸出，使纤维表面及内部形成空穴和缺陷。
3.2 CF中缺陷的观察研究手段：
扫描电镜(SEM)：研究纤维表面缺陷
透射电镜(TEM)：研究纤维内部结构
第二节碳纤维的现状及发展
1．碳纤维的发展简史
1860年，斯旺制作碳丝灯泡。
1878年，斯旺以棉纱试制碳丝。
1879年，爱迪生以油烟与焦油、棉纱和竹丝试制碳丝（持续照明45小时）。1882年，碳丝电灯实用化1911年，钨丝电灯实用化。
1950年，美国Ｗright--Patterson空军基地开始研制黏胶基碳纤维。
1959年，美国ＵＣＣ公司生产低模量黏胶基碳纤维“Ｔhornel—25”，日本大阪工业试验所的进藤昭男发明了ＰＡＮ基碳纤维。
1962年，日本碳公司开始生产低模量ＰＡＮ基碳纤维（0.5吨/月）。
1963年，英国皇家航空研究所（ＲＡＥ）的瓦特和约翰逊成功地打通了制造高性能ＰＡＮ基碳纤维（在热处理时施加张力）的技术途径。
1964年，英国Ｃourtaulds,Morganite和Roii--Roys公司利用ＲＡＥ技术生产ＰＡＮ基碳纤维。
1965年，日本群马大学的大谷杉郎发明了沥青基碳纤维美国ＵＣＣ公司开始生产高模量黏胶基碳纤维（石墨化过程中牵伸）。
1970年，日本吴羽化学公司生产沥青基碳纤维（１０吨/月），日本东丽公司与美国ＵＣＣ进行技术合作。
1971年，日本东丽公司工业规模生产PAN基碳纤维（1吨/月），碳纤维的牌号为T300，石墨纤维为M40。
1972年，美国Hercules公司开始生产PAN基碳纤维日本用碳纤维制造钓竿，美国用碳纤维制造高尔夫球棒。
1973年，日本东邦人造丝公司开始生产PAN基碳纤维（0.5吨/月）日本东丽公司扩产5吨/月。
1974年,碳纤维钓竿、高尔夫球棒迅速发展日本东丽公司扩产13吨/月。
1975年,碳纤维网球拍商品化美国UCC公司公布利用中间相沥青制造高模量沥青基碳纤维“Thornel—P”美国UCC的高性能沥青基碳纤维商品化。
1976年,东邦人造丝公司与美国塞兰尼斯进行技术合作住友化学与美国赫格里斯（Hercules）成立联合公司。
1979年,日本碳公司与旭化成工业公司成立旭日碳纤维公司。
1980年,美国波音公司提出需求高强度、大伸长的碳纤维。
1981年,台湾台塑设立碳纤研究中心，日本三菱人造丝公司与美国Hitco公司进行技术合作。
1984年,台湾台塑与美国Hitco公司进行技术合作，日本东丽公司研制成功高强中模碳纤维T800。
1986年,日本东丽公司研制成功高强中模碳纤维T1000。
1989年,日本东丽公司研制成功高模中强碳纤维M60。
1992年,日本东丽公司研制成功高模中强碳纤维M70J,杨氏摸量高达690GPa。
2．世界碳纤维产业现状及我国碳纤维产业发展
2.1 世界碳纤维产业现状
国际上碳纤维的研制开发源于 60 年代初 ,到进入工业化生产 ,经历了大约十年时间。碳纤维的主要生产国是日本和美国 ,主要消耗的国家和地区则依次为美国、日本和西欧。日本的碳纤维产量约占世界总产量的一半;但其消耗量仅占四分之一 ,美国的碳纤维产量虽然只占世界总产量的40%; 但其消耗量却占世界总消耗量的一半左右。全球碳纤维生产量最大的两家公司均在日本,其中东丽公司( Toray)于 1970 年投产;1989 年的生产能力已达到 2250 吨。1975 年投产的东邦人造丝公司( TohoBeslon ) ,1988 年的产量为 1420 吨 ,1990 年的产量则达到 2020 吨。这两家公司还在美欧等地建有多家生产厂。
2.2 我国碳纤维产业发展
以聚丙烯腈为原丝的碳纤维已广泛应用于航空航天、体育用品及其它工业领域。我国自上世纪60年代开始研制碳纤维以来。已形成了以江苏、吉林、山东和山西等的几块生产基地，产业化企业达10多家。近几年，我国碳纤维行业产能有了较大增长，但实际产量仍很低，质量水平和稳定性同国外产品相比还存在很大差距，尤其是原丝的质量和数量还无法满足碳纤维生产的要求。我国每年仍需从国外进口大量的碳纤维。
我国从上世纪60年代后期开始研制碳纤维，至今已有近40年的历史。到目前为止，工艺路线以一步法为主，纺丝方法除湿法外，也有干湿法，见表l。
我国碳纤维工业的今后发展，应从以下几方面做好工作：1．坚持自主创新发展碳纤维；2．加强“产、学、研”共同开发；3．发挥传统化纤强势企业在碳纤维国产化进程中的作用；4．借助国产腈纶技术基础实现技术多元化；5．碳纤维开发应循序渐进；6．建立适合我国市场特点的技术和产品体系；7．重视碳纤维深加工和碳纤维复合材料制品的开发。
第三节碳纤维的分类
按照不同的标准，可以将碳纤维分为不同的种类。
1．按力学性能分类
通用级CF：拉伸强度<1.4GPa，拉伸模量<140GPa
高性能CF：
高强度CF （HS）
高模量CF （HM）
超高强CF （UHS ）
超高模CF （UHM ）
高强－高模CF
中强－中模CF 等
2．按原材料分类
聚丙烯腈（PAN ）碳纤维
沥青碳纤维
粘胶碳纤维等
3．按功能分类
受力结构用CF
耐焰用CF
导电用CF
润滑用CF
耐磨用CF
活性CF 等
4．按制造条件和方法分类
碳纤维：碳化温度1200～1500oC ，碳含量95％以上
石墨纤维：石墨化温度2000oC 以上，碳含量99％以上
活性碳纤维：气体活化法，CF 在600～1200oC ，用水蒸汽、CO2、空气等活
化
气相生长碳纤维：惰性气氛中将小分子有机物在高温下沉积成纤维－晶须
或短纤维
第四节 碳纤维的性能
1．碳纤维的物理性能
1.1 模量 ： 模量E 与取向度有关。提高张力，取向度提高，则 E 提高。
强度 ： 强度σ与温度和张力有关。温度T 升高，同时提高张力（牵伸率），
可以提高碳纤维的强度。 1
0)1(--=αE E 1
])1[(--=d K ασ
其中：α：纤维轴向取向度
E0：材料固有的弹性模量
K：碳化的反应速率常数，是温度的函数。
T升高→K升高，反应速度提高。
表3 几种纤维的应力－应变曲线比较图
1.2 碳纤维的热性能
热导率：
碳纤维主要是靠格波传热。格波是量子化的，其量子叫做声子( Phone)；热导率的大小与声子的平均自由行程有关 ,而平均自由行程与石墨层面 La 相关。实验表明 ,La 愈大 ,热导率λ也愈大。对于PAN 基碳纤维 T300 ,热导率约为615W/ m ·k，T800 为 26W/ m ·k ,M40 为 85W/ m ·k ；对于中间相沥青基碳纤维 P2120，热导率约是铜(398W/ mk)的 116倍，是铝(237W/ m·k)的 217 倍。
热导率具有方向性平行于纤维方向： 16.74 W/(m·K)；垂直于纤维方向：0.837 W/(m·K)
温度升高，热导率下降。
热膨胀系数：
CF的热膨胀系数具有各向异性的特点：平行于纤维方向为负值；垂直于纤维方向为正值。
热辐射：
碳纤维通电后电热效率的能量平衡如下：
式中,W：电功率；TS：束丝表面温度； D：束丝直径;；TA ：周围环境温度；L ：束丝长度； H：对流传热系数；σ：斯蒂芬-玻尔兹曼常数(56.7nW/ m2·K4) 。
在高温区 ,以辐射传热为主 ,上式可简化为: 。
如果环境温度 TA 、束丝直径 D 和束丝长度 L为一定值时 ,则上式可写为: 。
辐射功率密度 Wb 与束丝表面温度 T ( Ts)成四次方关系。这就是著名的斯蒂芬 - 玻耳兹曼四次方定律。辐射波长λ max与温度 T有以下关系,即λmax ·T = 2897
这就是著名的维恩 - 葛利琴位移定律。温度愈高,热辐射波长愈短。热辐射能的载体仍是电磁波 ,波长为 018～40μm 范围内的红外区;其中 ,90 %的热辐射波长在 215～13μm 范围内 ,电热转换效率在90 %以上 ,节能效果十分显著。
1.3 碳纤维的电性能
电阻率：碳纤维的电阻率 Sb 可用下式计算：
其中：S b ：碳纤维的体电阻率(Ω· cm)
Rb ：试样长L 的电阻(Ω) ;
L：测电阻时的试样长度(cm)
t：试样的纤度( tex)
ρ：试样的体密度(g/ cm3)
碳纤维的体电阻率 Sb 除与测试长度 L 及其电阻有关外 ,还与纤度和体密度有关。表4列出 PAN基碳纤维电阻率与 K数、测试长度的关系。表5列出碳纤维 T300 的 K数与纤度的关系。所以 ,根据设计要求,可选择不同类型、不同 K数和不同长度的碳纤维作为电热源 ,满足不同需求。
1.4 密度
在1.5~2.0g/cm3之间，密度与原丝结构、碳化温度有关。
1.5 碳纤维的物理性能总结
优点：
1）密度小，质量轻，比强度高。碳纤维的密度为 1.5~2g/cm3，相当于钢密度的1/4，铝合金密度的1/2。而其比强度比刚大16倍，比铝合金大12倍。
2）强度高。其拉伸强度可达3000~4000MPa，弹性比钢大4~5倍，比铝大6~7倍。
3）弹性模量高。
4）具有各向异性，热膨胀系数小，导热率随温度的升高而下降，耐骤冷、急热，即使从几千度的高温突然降到常温也不会炸裂。
5）导电性好，25℃时高模量纤维为775μΩ/cm，高强度纤维为1500μΩ/cm。
6）耐高温和耐低温性好。碳纤维可在2000℃下使用，在3000℃非氧化气氛下不融化、不软化。在-180℃低温下，钢铁变得比玻璃脆，而碳纤维依旧很柔软，也不脆化。
缺点：耐冲击性较差，容易损伤。
2．碳纤维的化学性能
优点：
1）耐酸性能好，对酸呈惰性，能耐浓盐酸、磷酸、硫酸、苯、丙酮等介质侵蚀。将碳纤维放在浓度为50%的盐酸、硫酸、磷酸中，200天后其弹性模量、强度和直径基本没有变化；在50%浓度的硝酸中只是稍有膨胀，其耐腐蚀性能超过黄金和铂金。
2）此外，还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性。
缺点：
在强酸作用下发生氧化，与金属复合时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。因此，碳纤维在使用前须进行表面处理。
3．碳纤维的改性
碳纤维表面改性处理方法很多，如空气或臭氧氧化处理、液相氧化、电化学改性处理、γ射线辐照接枝、等离子体处理、气相沉积处理、硅氧烷等偶联剂涂层等，其中电化学改性处理过程缓和，反应易于控制，操作弹性大，适于在线配套使用。
电化学改性处理法又称阳极电解氧化法，是以碳纤维作为阳极，石墨板、铜板或镍板作为阴极，以不同的酸碱盐溶液为电解液，在直流电场作用下对纤维表面进行改性处理，适当增大纤维表面极性和粗糙度，从而达到改善复合材料界面性能的目的。表6为电化学改性处理试验装置示意图。该法操作简单，效果显著，受到人们的普遍关注。
第五节碳纤维的加工
1．原丝的选择条件：
强度高，杂质少，纤度均匀，细旦化等。加热时不熔融，可牵伸，且CF产率高。
常用的CF原丝：聚丙烯腈纤维、粘胶纤维、沥青纤维。
2．碳纤维的加工方法
碳元素的各种同素异形体(金刚石、石墨、非晶态的各种过渡态碳)，根据形态的不同，在空气中在350℃以上的高温中就会不同程度的氧化；在隔绝空气的惰性气氛中(常压下)，元素碳在高温下不会熔融，但在3800K 以上的高温时不经液相，直接升华，所以不能熔纺。碳在各种溶剂中不溶解，所以不能溶液纺丝。碳纤维不能用熔融法或溶液法直接纺丝，只能以有机纤维为原料，采用间接方法来制造。
通常用有机物的炭化来制取碳纤维，即聚合预氧化、炭化原料单体原丝一预氧化丝一碳纤维。碳纤维的品质取决于原丝，其生产工艺决定了碳纤维的优劣。以聚丙烯腈(PAN) 纤维为原料，干喷湿纺和射频法新工艺正逐步取代传统的碳纤维制备方法(干法和湿法纺丝)。
2.1 干喷湿纺法
干喷湿纺法即干湿法，是指纺丝液经喷丝孔喷出后，先经过空气层(亦叫干段)，再进入凝固浴进行双扩散、相分离和形成丝条的方法。经过空气层发生的物理变化有利于形成细特化、致密化和均质化的丝条。纺出的纤维体密度较高，表面平滑无沟槽，且可实现速纺丝，用于生产高性能、高质量的碳纤维原丝。干喷湿纺装置常为立式喷丝机，从喷丝板喷出的纺丝液细流经空气段(干段) 后进入凝固浴，完成干喷湿纺过程；再经导向辊、离浴辊引m的丝条经后处理得到 P A N纤维。
离开喷丝板后的纺丝液细流先经过空气层(干段再进入凝固浴，干段很短，但对凝固相分离和成纤结构有着重大影响。在空气层挤出的纺丝液细流中的溶剂急速蒸发，表面形成了薄薄致密层，细流进入凝固浴后可抑制双扩散速度；由于在喷丝板出口处产生膨胀效应，靠细流自身的重力以及
牵伸力向下流动，然后经干喷湿纺的正牵伸可使胀大部分被牵伸变细后进入凝固浴；凝固浴采用低溶剂质量分数配比和低温凝固，低溶剂质量分数配比可加大溶剂与细流之间的质量分数差，加速扩散；低温可抑制扩散速度，利于沉淀结构致密化、均质化，最终纺出的原丝和所制碳纤维表面较平滑而无沟槽。与纯湿纺相比，干喷湿纺可纺出较高密度且无明显皮芯结构的原丝，大幅提高了纤维的抗拉强度，可生产细特化和均质化的高性能碳纤维。
2.2 射频法
PAN原丝经过预氧化(200～350℃，射频负压软等离子法)、碳化(800～1200℃，微波加热法)到石墨化(2400~ 2600℃，射频加热法)，主要受到牵伸状态下的温度控制。在这一形成过程中达到纤维定型、碳元素富集，分子结构从聚丙烯腈高分子结构一乱层的石墨结构一三维有序的石墨结构。国内有自主知识产权的“射频法碳纤维石墨化生工艺”开辟了碳纤维生产的创新之路，它采用射频负压软等离子法预氧化 PAN原丝，接着用微波加热法碳化，最后用射频加热法石墨化形成小丝束碳纤维。
2.2.1 射频负压软等离子法预氧化
PAN原丝预氧化是一个氧化、脱氢、脱氮和环化的过程，达到碳元素富集和纤维定型目的。由于等离子体的活性远比分子和中性原子大，在离子状态下能够实现氧化，所以在生产过程中把工频电能通过射频发生器转化成射频电磁场能量，再将石英容器的气体抽成负压，在射频电磁场的激发下，使之电离形成等离子体。由于在常温下就能获得带电的氧离子，因此，可以在远低于350℃的条件下完成高温状态下的化学过程。大动能离子对PAN的分子结构有破坏性需滤除，留下弱离子即软等离子，它们在有机物分子链空间的渗透能力非常强，可缓解“皮芯”现象。加工过程中还采用了射频极化法，能够里外同时进行化学反应，有效地减轻了氧化过程中的表里不一状况。
2.2.2 预氧化纤维微波碳化
用微波对预氧化纤维进行碳化是在电磁场中吸收电磁波的能量并转化为热量，电磁场的递质加热后过渡到富集碳原子，再直接对纤维加热。由于电磁波传播的方向与走丝方向相反，使得碳化过程从低温区移向高温区。另外，走丝速度很快，每束纤维都用1个走丝单元，这样，走丝速度和牵伸力就能分别控制，实现动态即时调节。电磁波对纤维有很强的穿透作用，电磁波能瞬时作用在纤维整个截面的表里，避免了所谓的“皮芯”现象．2.2.3 射频法小丝束碳纤维石墨化
碳化碳纤维在牵伸状态下加热到2400~ 2600℃，碳体积分数达0.99以上，纤维的乱层结构变为三维有序的结构，模量大幅提高成为高模量碳纤维，此过程亦称石墨化。因射频的波长比微波长，采用射频感应加热法能够使电磁波对纤维有足够的作用时间，容易控制。经过射频法石墨化的碳纤维消除了“皮芯”结构具有热效率高、纤维的离散系数小等优点。
3．碳纤维的加工过程
碳纤维的生产制造过程基本相仿 ,主要有预氧化(即稳定化) 、低温碳化、高温碳化(又称石墨化) 、表面处理、上浆和干燥等六大工艺步骤,其
表7 碳纤维的制造工艺过程
3.1以粘胶纤维为原料制造CF
粘胶纤维由于具有环状分子结构，所以可以直接进行碳化或石墨化处理，加热不会熔融，不需予氧化处理进行环化。
3.1.1 热处理过程
1）25～150℃，脱去粘胶纤维的吸附水(脱去物理吸附的水)
2）150～240℃，纤维素环的脱水(脱去化学吸附的水)
3）240～400℃，自由基反应，C—O键及C—C键断裂，放出H2O、CO、CO2等气体
4）400℃以上，进行芳香化，放出H2
在整个处理过程中，为使CF性能优良，产率高，所以要求加热速度较慢，而且不同的过程中，加热速度也不同。
3.1.2 优缺点
缺点：粘胶中含有大量的H、O原子，所以碳化理论收率仅55%，实际收率约20～30%；粘胶基CF强度较低，性能平衡性差，弹性系数较大。
优点：瞬间耐烧蚀性能好，可用作火箭的内衬材料。
3.2 以PAN为原丝制造CF
目前生产的高强、高模CF主要是用PAN纤维为原料来制造的。
3．2.1 基本工艺流程
3.2.2 原丝的制备
3.2.2.1 原丝的选择
为了保证碳纤维性能的优良，原丝应具备高纯度、高强度和高取向度、细旦化等性能。
高纯度：原丝中所含各类杂质和缺陷将“遗传”给碳纤维。为达到高纯度这一目的，可从以下几方面采取措施：原料的精密过滤；充分洗涤；
无尘纺丝。
高强度和高取向度：采用干湿法纺丝。
细旦化：原，丝细旦化已成为提高原丝强度和生产高强度碳纤维的主要技术途径之一。
3.2.2.2 聚合
1）加入共聚单体的目的：
①使原丝予氧化时既能加速大分子的环化，又能缓和纤维化学反应的激烈程度，使反应易于控制；
②并可大大提高予氧化及碳化的速度；
③有利于预氧化过程的牵伸。
2）共聚单体的种类：
在众多的共聚单体中，不饱和羧酸类：如甲基丙烯酸、丙烯酸、丁烯酸、顺丁烯二酸、甲基反丁烯酸等占有重要位置。
3.2.3 纺丝
通常采用湿法纺丝，而不用干法纺丝。这是因为干纺生产的纤维中溶剂不易洗净。在预氧化及碳化过程将会由于残留溶剂的挥发或分解而造成纤维粘连及产生缺陷。
加工方法及过程：
1）湿法：
纺丝原液→喷丝头→凝固浴(溶剂的水溶液)→水洗、拉伸等。
2）干法：
纺丝原液→喷丝头→纺丝甬道(热空气，溶剂在此受热蒸发) →冷却、拉伸等。
3
表11 干喷湿纺示意图
3.2.4 预氧化
预氧化在200~300℃下氧化气氛中（空气）受张力的情况下进行。
3.2.
4.1 预氧化的目的
使线型分子链转化成耐热梯形六元环结构，以使PAN 纤维在高温碳化时不熔不燃，保持纤维形态，从而得到高质量的CF 。
3.2．
4.2 预氧化过程的重要现象
纤维颜色变化：白→黄→棕褐色→黑色。
3.2.
4.3 施加张力的作用
限制纤维收缩，使环状结构在较高温度下择优取向（相对纤维轴），可显著提高CF 的模量。
3.2.
4.4 预氧化过程中可能发生的反应
1）环化反应
（梯形六元环，耐热）
2）脱氢反应
未环化的聚合物链或环化后的杂环可由于氧的作用而发生脱氢反应，形成以下结构： C
C C C C N N N
3）吸氧反应
氧可以直接结合到预氧化丝的结构中，主要生成－OH ，－COOH ，－C ＝O 等，也可生成环氧基。
C
C C
C C N N N O OH
或
3.2.
4.5 预氧化过程中的技术关键
预氧化过程中反应热的瞬间排除。
采取措施：通入预氧化炉中流动空气。
3.2.
4.6 预氧化时间
最佳预氧化时间要由条件实验评选，也可根据有关经验式进行计算。
影响因素：对于常用的PAN原丝，
1）预氧化温度愈高，所需时间愈短；
2）纤度愈细，时间愈短；
3）共聚原丝所需预氧化时间要比均聚的短；
4）改变预氧化气氛(如空气中加入SO2等)可促进预氧化反应的进行，缩短预氧化时间。
5）传热方法对预氧化时间也有影响。
3.2.
4.7 预氧化程度
预氧化程度是指在预氧化过程中氰基环化的程度。
1）如果纤维充分氧化，预氧化丝中的氧含量可达16～23％，一般控制在6～12％。
2）低于6％，预氧化程度不足，在高温碳化时未环化部分易分解逸出。
3）高于12％，大量被结合的氧会在碳化过程中以CO2、CO、H2O等逸出，导致纤维密度、收率、强度下降。
3.2.5 碳化
碳化过程在400~1900℃的惰性气氛中进行。惰性气体一般采用高纯氮气。
3.2.5.1 施加张力的作用
不仅使纤维的取向度得到提高，而且使纤维致密化并避免大量孔隙的产生，可制得结构较均匀的高性能碳纤维。
3.2.5.2 碳化过程中的反应
在碳化过程中，纤维中非C原子（如N、H、O）被大量除去，预氧化时形成的梯形大分子发生脱N交联，转变为稠环状，形成了CF。碳化后含碳率达95%左右，碳化产率约40～45%。
3.2.5.3 碳化过程的技术关键
非碳元素的各种气体(如CO2、CO、H2O、NH3、H2、HCN、N2)的瞬间排除。如不及时排除，将造成纤维表面缺陷，甚至断裂。
解决措施：一般采用减压方式进行碳化。
3.2.6 石墨化
在2500~3000℃的温度下进行。
3.2.6.1 保护气体
多使用高纯氩气Ar，也可采用高纯氦气He。
3.2.6.2密封装置
水密封，水银密封，保护气体正压密封等。
3.2.6.3 石墨化目的
主要是引起纤维石墨化晶体取向，使之与纤维轴方向的夹角进一步减小，以提高碳纤维的弹性模量。
3.2.6.4 石墨化过程
结晶碳含量不断提高，可达99％以上；纤维结构不断完善。CF的乱层石墨结构转化为GrF的类似石墨的层状结晶结构。
3.3 以沥青为原料制造CF
3.3.1 沥青
除天然沥青外，一般将有机化合物在隔绝空气或在情性气体中热处理，在释放出氢、烃类和碳的氧化物的同时，残留的多环芳烃的黑色稠状物质称为沥青。其含碳量大于70％，平均分子量在200以上，化学组成及结构千变万化，它们是结构变化范围极宽的有机化合物的混合物。
优点：沥青资源丰富，成本可降低。在民用方面有很大潜力。
3.3.2 沥青基碳纤维目前主要类型
各向同性沥青碳纤维：力学性能较低的所谓通用级沥青基碳纤维
各向异性沥青基碳纤维：拉伸强度特别是拉伸模量较高的中间相沥青基碳纤维
3.4 碳纤维的制造工艺过程总结
碳纤维的生产制造过程基本相仿 ,主要有预氧化(即稳定化)、低温碳化、高温碳化(又称石墨化)、表面处理、上浆和干燥等六大工艺步骤。现以应用最广的聚丙烯晴基碳纤维为例 ,简要介绍碳纤维的制造工艺过程。
3.4.1 预氧化
在 200～300 ℃的温度条件下,通过长达 2 小时的热处理和拉抻处理,使PAN 分子由氧铰链结构变为十分稳定的阶梯状苯环结构 ,以保证其在后续加热过程中不至于熔融或燃烧。
注意：
此阶段的化学变化将放出大量热量 ,若加热太快 ,累积的热量不能及时散出，往往会出现局部过热 ,导致纤维烧断。同时温度太高 ,PAN 分解的速度快于氧化扩散进入纤维内部的速度 ,则会产生预氧化不完全的皮芯结构 ,致使碳化后的碳纤维呈现中空化。
3.4.2 碳化过程
整个碳化过程分为低温碳化和高温碳化(石墨化)二个阶段 ,均在充满惰性气体一氮气的碳化炉中进行。经过预氧化的纤维进入低温碳化炉 ,在800～1000℃的温度条件下碳化热解 ,继而在高温碳化炉中 ,再通过1000～2000℃的温度梯度进一步碳化 ,并完成晶核石墨化的处理。
在该过程中 ,非碳元素 N、 H、 O、 S等被逐步从阶梯状的聚合物上除去 ,苯环凝聚成石墨状的多晶相结构。经过这种高温裂解的碳化处理过程后 ,就完成了碳纤维的主要生产工艺步骤。
3.4.3 表面处理
目的：对纤维表面进行氧化或涂覆处理 ,以增加纤维的润湿性、抗氧化性 ,以及与基材的粘着性。
表面处理的方法主要有电化学法、热气氧化法和气体沉淀法等 ,其中较常用的为电化学法 ,处理装置包括电解槽和水洗槽两部分。纤维在以罗拉（罗拉，纺织机械中起喂给、牵伸、输出等作用的圆柱形回转零件，是英语词“roller”的音译，有辊和轴的含义）为阴极和与之平行的石墨板为阳极的电解槽中使表面得到氧化 ,然后在水洗槽中用软水除去纤维上的电解质。
3.4.4 上浆
目的：保护纤维、防止毛丝受损伤 ,有利于纤维的后加工。
上浆装置由调装槽、导辊、上浆槽、上浆辊、刮浆辊等构成。前道工序水洗后的纤维含有约 30% ～40% 的水份 ,通过上浆制程加以去除 ,使纤维能够承受后道工序较高的干燥温度及较长的干燥时间而不致变质。
3.4.5 干燥
干燥过程较为简单 ,一般采用一组由蒸汽或热油加热的硬陶瓷滚筒来完成 ,最后再卷取成型。
第六节碳纤维及其复合材料的应用
碳纤维具有高强、高模、耐高温、耐疲劳、导电、导热等特性，除少量纤维以碳元素形态存在，大多制成先进的复合材料广泛应用于土木建筑、航空航天、体育用品和交通运输领域等。
1．土木建筑
碳纤维材料的强度远高于钢材，而且质量轻、抗腐蚀、无磁性，在建筑上用作增强、修补材料。如复合材料棒材、纤维增强胶接层板、碳纤维增强混凝土、碳纤维复合材料片等。碳纤维增强混凝土具有普通增强型混凝土所不具备的优良机械性能、防水渗透性能、耐温差性能，在强碱环境下具有稳定的化学性能、持久的机械强度和尺寸稳定性，可用作高层建筑的外墙墙板。又如修补材料常把碳纤维复合材料薄片贴在建筑物需加固的部位，修补加固钢筋混凝土结构物，并加固地震后受损的钢筋混凝土桥板、桥柱、桥墩等。
2．航空航天
碳纤维质量轻，刚性、尺寸稳定性和导热性好，其复合材料很早就用于航空航天领域，如军用飞机、无人战斗机及导弹、火箭、人造卫星等。近几年，随着碳纤维生产和航空航天技术的不断发展，碳纤维应用更广泛，如用于制造人造卫星支架、卫星天线、航天飞机的机翼、火箭的喷焰口、战略导弹的末级助推器、机器人的外壳等。
3．汽车
汽车工业的发展，要求大幅降低能耗，关键措施就是减轻汽车质量，因此，采用碳纤维复合材料满足了节能、环保和安全性的要求。目前，碳纤维增强复合材料已用作汽车骨架、轮毂、缓冲器、弹簧片、引擎零件等的增强材料。大幅降低了振动和噪音。
4．体育休闲用品
用碳纤维复合材料制成的体育休闲用品质量更轻、手感和硬度、吸收震荡和振动更好。同时延长了体育用品的使用寿命。目前主要用于自行车架、公路赛车、高尔夫球杆、网球拍、棒球棒、钓鱼竿、船桨、滑雪工具、竞技墙等体育用品。
5．能源
碳纤维复合材料有优良的比强度、比刚度和抗疲劳性，可用来制作产生绿色能源的风力发电机的翼片。高性能碳纤维纸能满足绿色能源——燃料电池的要求，用高性能碳纤维纸可制作燃料电池的气体扩散层电极材料。
6．医疗卫生
碳纤维具有良好的生物相容性，在医疗中常用于制造假肢、人造骨骼、骨状插人物、韧带及人工心脏瓣膜阀体等。碳纤维增强复合材料对 X射线透过性特好，可用于制造x光机的床体。
此外，碳纤维在电子通信、石油开采、基础设施等领域也有着广泛的应用，主要用于防电屏蔽材料、防静电材料、分离铀的离心机材料、电池的电极、电子管的栅极，在生化防护、除臭氧、食品等领域中也有很色的表现。
【参考文献】
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[8]李青山，功能高分子材料学，机械工业出版社，2009。
碳纤维：从“无”到“有”到“好” 随着国家政策扶持力度的不断增大及市场需求的日益增长，我国碳纤维出现了前所未有的产业化建设热潮，国产碳纤维技术和产业化水平显著提高。特别是最近十年，在国家科技与产业计划的支持下，高性能碳纤维及其复合材料在关键技术、装备及应用等方面取得了突破性进展，初步建立起国产碳纤维制备技术研发、工程实践和产业化建设的较完整体系，技术发展速度明显加快，产品质量不断提高，有效缓解了国防建设重大工程对国产高性能碳纤维的迫切需求。 目前，国内大小碳纤维生产企业近40家，其中，拥有千吨以上规模生产线的企业4家，拥有五百吨级生产线的企业5家。国产碳纤维总产能达到1.96万吨。主要产品为12K及以下规格小丝束PAN基碳纤维，其中，T300级碳纤维性能达到国际水平，已进入产业化发展阶段，并在航空航天领域得到了应用；T700级碳纤维已建成千吨级生产线，产品进入应用考核阶段，低成本干喷湿纺T700级碳纤维已经实现规模化生产；T800级碳纤维吨级线建成并已实现批量生产。但高模、高模高强碳纤维的工程化制备技术及更高等级碳纤维的制备关键技术还有待攻关。 总体上讲，目前我国碳纤维产业整体发展水平仍与国外存在较大差距。主要表现在碳纤维原丝生产工艺路线单一、纺丝速度慢、效率低；生产线规模小，产能分散，低端产品产能过剩但生产线开工率低，年产量不足产能的20%；产品品种规格单一、性能稳定性不高、同质化现象严重、成本居高不下；生产装备自主设计制造能力不足、对生产工艺的适应性差；油剂、上浆剂等原辅料开发不配套；下游应用技术发展与碳纤维技术不匹配，下游应用市场对碳纤维产业发展牵引力不足等。特别是，由于低成本、稳定化、规模化生产技术的欠缺，绝大多数碳纤维产品的成本与市场售价倒挂，我国碳纤维企业面临着国内企业间恶性竞争和国外企业恶意压价的内忧外患，生存状况不容乐观。 而目前，国际碳纤维产业及下游应用市场均呈现欣欣向荣的繁荣景象，一方面国际碳纤维应用市场继续以6-8%的增速不断扩大，应用领域进一步拓展；另一方面，全球各大碳纤维制造商已陆续宣布了大幅扩产计划，市场竞争空前激烈。 面对国际碳纤维产业如此明确的发展信号，“十三五”期间，我国碳纤维产
强度与刚度 既然是结构部件，那么设计者首先要考虑的是强度和刚度。部件在外力载荷的作用下，有抵 抗变形与破坏的能力，但是这个能力又是有限度的。 如何4定部件的使用载荷，不会超出部件的能力极限，是通过材料力学计算得出。而部件的 这个能力极限，就是碳纤维复合材料结构设计者需要考虑的问题。 通过合理的搭配纤维和树脂，优化纤维排布，用最少的材料，满足设计需求，体现了复合材 料设计者精湛的技巧。不过决定复合材料强度与刚度的因素，不但与纤维和树脂的种类有关，还与碳纤维的铺层方向以及层与层之间结合搭配有关。 所以，设计者在设计碳纤维复合材料结构部件时，需要考虑三个层级结构的力学性能。 由基体和增强材料复合而成的单层材料，其力学性能决定于组分材料的力学性能、相几何(各 相材料的形状、分布、含量)和界面区的性能。 由单层材料层合而成的层合体，其力学性能决定于单层材料的力学性能和铺层几何(各单层的 厚度、铺设方向、铺层序列) 。 最顶层结构是指通常所说的工程结构或产品结构，其力学性能决定于层合体的力学性能和结 构几何。 稳定性 除了强度与刚度要求，设计者还需考虑复合材料部件的失稳，尤其是对一些细长杆结构，在 受压时，应该能够保证其原有的直线平衡状态。对于一些框架结构部件，如果铺层不均匀， 也会产生翘曲失稳，所以在制造过程中尤其注意。最好采用对称铺层，以防变形不均匀。 一般情况下，在部件没有达到极限载荷之下，不允许产生失稳现象。但是如果对于一些特殊 要求，可以产生失稳现象，那么设计过程中，要考虑失稳过程不会因此影响极限载荷。 铺层结构 铺层结构是碳纤维复合材料结构设计的关键，如何把单层结构的优异性能传递到复合材料结 构部件上，铺层结构起到承上启下的作用。关于复合材料铺层应注意以下几点： 1. 树脂是碳纤维复合材料力学性能的短板，所以尽量避免将载荷直接加到层间或者树脂之间。也就是说，0°、±45°、90°的纤维都要有，否则载荷会将部件从没有纤维排布的方向撕裂。 2. 为了防止层合板边缘开裂，尽量避免重复单一方向的铺层，设计时最多不超过5层。 3. 为了防止最外层铺层的剥离，在部件的主载荷方向，应铺放±45°纤维，而不能铺放0°和90°纤维。另外，避免最外层铺层间断或不完整。 4. 若使用非对称铺层，每层因同方向上热膨胀系数不同会出现翘曲，因此，一般要采用对称 铺层。 5. 当增加补强铺层时，每层阶梯最少要3.8- 6.4mm，附加铺层也应尽量采用对称铺层。
2018年碳纤维行业现状及发展前景分析报告
正文目录 1、碳纤维材料前景广阔，全球产能高度集中 (6) 1.1、碳纤维应用领域广泛，全球需求增长态势良好 (6) 1.2、碳纤维技术壁垒高，行业龙头优势显著、成本控制能力强 (17) 2、日本企业后发先至，精准定位碳纤维市场 (21) 2.1、东丽掌控碳纤维核心技术，引领行业持续发展 (22) 2.2、帝人东邦布局全球生产基地，碳纤维材料业务盈利能力不断增长 (27) 2.3、三菱丽阳兼备多种碳纤维材料生产能力，大力发展车用碳纤维复材37 2.4、西格里集团碳纤维产业链一体化布局， (45) 3、发展高端制造业，国内未来碳纤维需求巨大 (51) 3.1国内碳纤维的需求增长迅速，行业发展空间广阔 (51) 3.2、国内外企业规模差距大，碳纤维近年获国家政策大力支持 (57) 3.3、国内碳纤维行业步入快速发展期，竞争力持续增强 (58) 4、主要公司分析 (59) 5、风险提示 (60)
图目录 图1：全球碳纤维市场需求及预测 (6) 图2：2016年全球碳纤维需求分布 (6) 图3：2016 年碳纤维在全球航空航天领域细分应用占比 (7) 图4：波音787“梦想客机”的碳纤维机身 (8) 图5：国外商用飞机碳纤维复合材料应用占比 (8) 图6：波音公司预测2014 -2033年全球新增客机数量 (9) 图7：客机碳纤维渗透率预测 (9) 图8：碳纤维复合材料在汽车零部件中的应用情况 (10) 图9：全球汽车领域碳纤维需求量预测 (12) 图10：风电机组正向着大型化发展 (12) 图11：风电叶片的长度和材料经济性关系 (12) 图12：碳纤维在风电叶片中的主要应用部位 (13) 图13：风电新增装机容量预测 (14) 图14：风电叶片碳纤维需求量预测 (14) 图15：碳纤维高尔夫球杆 (15) 图16：碳纤维自行车 (15) 图17：2014-2016年各领域碳纤维价格变动趋势 (17) 图18：2014-2016年全球碳纤维市场需求分布情况 (17) 图19：碳纤维的制造工艺 (19) 图20：全球小丝束碳纤维市场分布 (20) 图21：全球大丝束碳纤维市场分布 (20) 图22：碳纤维行业发展历史 (21) 图23：东丽近年营业收入及毛利率 (23) 图24：2016年东丽株式会社营业收入各业务板块占比 (24) 图25：东丽株式会社PAN碳纤维生产工艺 (25) 图26：聚丙烯腈预氧化化学式 (25) 图27：东邦公司的全球化布局 (28) 图28：帝人集团的全球设施分布 (28) 图29：帝人集团业务领域概要 (29)
碳纤维材料的性能及应用 摘要：介绍了碳纤维及其增强复合材料，详细介绍了碳纤维复合材料的分类和特性,着重阐述了碳纤维及其复合材料在高新技术领域和能源、体育器材等民 用领域的应用，并对未来碳纤维复合材料的发展趋势进行了分析。 关键词：碳纤维性能应用 0引言 碳纤维复合材料具有轻质、高强度、高刚度、优良的减振性、耐疲劳和耐腐蚀等优异性能。以高性能碳纤维复合材料为典型代表的先进复合材料作为结构、功能或结构/功能一体化材料，不仅在国防战略武器建设中具有不可替代性，在绿色能源建设、节约能源技术发展和促进能源多样化过程中也将发挥极其重要的作用。若将先进碳纤维复合材料在国防领域的应用水平和规模视作国家安全的重要保证，则碳纤维复合材料在交通运输、风力发电、石油开采、电力输送等领域的应用将与有效减少温室气体排放、解决全球气候变暖等环境问题密切相关。随着对碳纤维复合材料认识的不断深化，以及制造技术水平的不断提升，碳纤维复合材料在相关领域的应用研究与装备不断取得进展，借鉴国际先进的碳纤维复合材料应用经验，牵引高性能碳纤维及其复合材料的国产化步伐，对于改变经济结构、节能减排具有重要的战略意义。 1碳纤维材料 1.1何为碳纤维材料 碳纤维是一种含碳量在9 2% 以上的新型高性能纤维材料, 具有重量轻、高强度、高模量、耐高温、耐磨、耐腐蚀、抗疲劳、导电、导热和远红外辐射等多种优异性能, 不仅是21 世纪新材料领域的高科技产品, 更是国家重要的战略性基础材料, 政治、经济和军事意义十分重大。碳纤维分为聚丙烯睛基、沥青基和粘胶基 3种, 其中90 % 为聚丙烯睛基碳纤维。聚丙烯睛基碳纤维的生产过程主要包括原丝生产和原丝碳化两部分。用碳纤维与树脂、金属、陶瓷、玻璃等基体制成的复合材料, 广泛应用于航空航天领域体育休闲领域以及汽车制造、新型建材、
碳纤维制备工艺简介 碳纤维(Carbon Fibre)是纤维状的碳材料，及其化学组成中碳元素占总质量的90%以上。碳纤维及其复合材料具有高比强度，高比模量，耐高温，耐腐蚀，耐疲劳，抗蠕变，导电，传热，和热膨胀系数小等一系列优异性能，它们既可以作为结构材料承载负荷，又可以作为功能材料发挥作用。因此，碳纤维及其复合材料近年来发展十分迅速。 一、碳纤维生产工艺 可以用来制取碳纤维的原料有许多种，按它的来源主要分为两大类，一类是人造纤维，如粘胶丝，人造棉，木质素纤维等，另一类是合成纤维，它们是从石油等自然资源中提纯出来的原料，再经过处理后纺成丝的，如腈纶纤维，沥青纤维，聚丙烯腈(PAN)纤维等。 经过多年的发展，目前只有粘胶(纤维素)基纤维、沥青纤维和聚丙烯腈(PAN)纤维三种原料制备碳纤维工艺实现了工业化。 1，粘胶(纤维素)基碳纤维 用粘胶基碳纤维增强的耐烧蚀材料，可以制造火箭、导弹和航天飞机的鼻锥及头部的大面积烧蚀屏蔽材料、固体发动机喷管等，是解决宇航和导弹技术的关键材料。粘胶基碳纤维还可做飞机刹车片、汽车刹车片、放射性同位素能源盒，也可增强树脂做耐腐蚀泵体、叶片、管道、容器、催化剂骨架材料、导电线材及面发热体、密封材料以及医用吸附材料等。 虽然它是最早用于制取碳纤维的原丝，但由于粘胶纤维的理论总碳量仅44.5%，实际制造过程热解反应中，往往会因裂解不当，生成左旋葡萄糖等裂解产物而实际碳收率仅为30% 以下。所以粘胶(纤维素)基碳纤维的制备成本比较高，目前其产量已不足世界纤维总量的1％。但它作为航空飞行器中耐烧蚀材料有其独特的优点，由于含碱金属、碱土金属离子少，飞行过程中燃烧时产生的钠光弱，雷达不易发现，所以在军事工业方面还保留少量的生产。 2，沥青基碳纤维 1965年，日本群马大学的大谷杉郎研制成功了沥青基碳纤维。从此，沥青成为生产碳纤维的新原料，是目前碳纤维领域中仅次于PAN基的第二大原料路线。大谷杉郎开始用聚氯乙稀(PVC)在惰性气体保护下加热到400℃，然后将所制PVC沥青进行熔融纺丝，之后在空气中加热到260℃进行不熔化处理，即预氧化，再经炭化等一系列后处理得到沥青基碳纤维。 目前，熔纺沥青多用煤焦油沥青、石油沥青或合成沥青。1970年，日本吴羽化学工业公司生产的通用级沥青基碳纤维上市，至今该公司仍在规模化生产。1975年，美国联合碳化物公司(Union Carbide Corporation)开始生产高性能中间相沥青基碳纤维“Thornel-P”,年产量237t。我国鞍山东亚精细化工有限公司于20世纪90年代初从美国阿石兰石油公司引进年产200t通用级沥青基碳纤维生产线，1995年已投产，同时还引进了年产45t活性碳纤维的生产装置。 3，聚丙烯腈（PAN）基碳纤维 PAN基碳纤维的炭化收率比粘胶纤维高，可达45％以上，而且因为生产流程，溶剂回收，三废处理等方面都比粘胶纤维简单，成本低，原料来源丰富，加上聚丙烯腈基碳纤维的力学性能，尤其是抗拉强度，抗拉模量等为三种碳纤维之首。所以是目前应用领域最广，产量也最大的一种碳纤维。PAN基碳纤维生产的流程图如图1所示。
第２８卷第６期２００３年１２月高斟拉纤维与应用 Ｈｊ妇ｈ Ｆｉｂｅｒ＆ＡｐｐＪｉｃ州ｏｎ Ｖ０１．２８．Ｎｏ．６ Ｄｅｃ。２００３ 大丝束碳纤维复合材料力学性能研究 刘宝锋１，陈绍杰‘，李佩兰１ （１．北京航空材料研究院，北京１０００９６；２．沈阳飞机设计研究所，辽宁沈阳ｌｌ００３５） 摘要：本文研究了大丝柬碳纤维（４８Ｋ）复合材料的常规力学性能及耐湿热性能，并与小韭束碳纤维（髓００。３Ｋ）复合材料进行了对比，研究结果可为太丝束复合材料在航空器的次承力件或非承力件的应用提供技术基础．关键词：大丝束碳纤维（４８Ｋ）：复合材料；力争】生能 中图分类号：Ｔ０３”３文献标识码：Ａ文章编号：１００７－９８１５（２００３）０６删８．０４ 刖舌 由于大丝束碳纤维（≥４８Ｋ）具有价格低、来源容易、性能与１２Ｋ碳纤维相当等优点，其复合材料在钓鱼竿、高尔夫球杆、建筑补强、天然气储罐、医疗器械等方面应用广泛”…，随着大丝束碳纤维价格的进一步降低，其应用领域将不断扩大。 目前，航空航天领域所用复合材料主要使用３Ｋ—１２Ｋ碳纤维，还未见有大丝束碳纤维在此领域应用的报道。它能否在航空航天领域应用的关键决定于其复合材料的力学性能及其稳定性。 本文结合实际科研工作，利用自行研制的高温固化（１８０℃）树脂体系５２２２Ｂ和国外进口的４８Ｋ碳纤维制成预浸料，并对复合材料层合板力学性能进行了研究。测试了大丝束复合材料单向板和多向板的拉伸、压缩、弯曲、剪切性能及湿热老化性能，并与小丝束碳纤维（Ｔ３００—３Ｋ）复合材料的相应性能进行了对比，将为大丝束碳纤维复合材料在航空航天领域的应用提供技术依据。 １实验部分 １．１主要原材料 ５２２２Ｂ高温固化改性环氧树脂体系，浅黄色粘稠体，靠为２２２℃，北京航空材料研究院自行 研制。 ＰＡＮＥｘ３３．４８Ｋ碳纤维，性能见表ｌ，美国ｚｏＬＴＥＫ公司制造。 １．２试验方法 （１）预浸料树胎含量或面密度，按ＧＢ厂ｒ７１９２．１９８２进行。 （２）拉伸性能，按ＧＢ厂ｒ３３５４—１９８２进行。 （３）压缩性能，按ＧＢ／Ｔ３８５６－１９８３进行。 “）面内剪切强度、模量，按ＧＢ厂ｒ３３５５．１９８２进行。 （５）弯曲性能，按ＧＢ厂ｒ３３５６．１９８２进行。 （６）层问剪切强度，按ＪＣ厂ｒ７７３．１９８２（１９９６）进行。 １．３制备大丝束碳纤维预浸料 先用１．２２ｍ热熔胶膜机制备３２０ｍｍ幅宽、外观均匀平整的５２２２Ｂ树脂胶膜，然后将胶膜再与４８Ｋ碳纤维在１．２２ｍ热熔预浸机上进行复合浸渍，通过调整预浸温度、压力、速度、纤维张力等工艺参数，制出幅宽３００ｍｍ的４８Ｋ碳纤维预浸料，其纤维面密度为（１３０±５）ｇ，秆，预浸料树脂质量分数。为（３８±３）％，预浸料外观均匀、平整、无干纱。 １．４制备大丝束复合材料层压板 将１６层的４８Ｋ碳纤维预浸料按Ｏ。方向铺贴成单向板；将２０层４８Ｋ碳纤维预浸料按ｆ４５。／Ｏ。＾４５。／９０。／４５。／０。／－４５。／０。／４５。／－４５。ｌ。铺贴成多向板后，分别在热压机上模压成型。所制 收稿日期：２００３－ｌｌ—１２；修定日期：２∞３－１２一０５ 作者简介：刘宝锋【１９６７一），男，高级工程师，主要从事复合材料树脂基体及预浸料研制开发工作．
前言 碳纤维是一种高强度、高模量的高性能纤维材料，碳纤维密度不到钢的1/4、强度是钢的5-7倍，广泛应用于航空航天、能源装备、交通运输、体育休闲等领域。经过多年的研发和约十年的产业化建设，我国建立起了自己的碳纤维技术体系和较完整的碳纤维产业，初步形成了产业化的碳纤维研发与生产平台，逐步打破了日、美长期的技术封锁和市场垄断局面。随着国碳纤维应用领域的扩大，碳纤维的市场需求急剧增加，碳纤维产业日趋成熟。 一、碳纤维行业概述 1、碳纤维行业定义及分类 （1）行业定义 碳纤维是一种高强度、高模量的高性能纤维材料，含碳量90%以上，碳以外的主要元素是氮。作为一种性能优异的战略性新材料，碳纤维密度不到钢的1/4、强度是钢的5-7倍，广泛应用于航空航天、能源装备、交通运输、体育休闲等领域。目前市场销售的90%以上的碳纤维，是以聚丙烯腈（PAN）纤维为原料制成的聚丙烯腈基碳纤维。 图表：碳纤维与常用材料的力学性能对比
（2）行业分类 碳纤维可以按照原丝类型、制造方法、性能等不同维度进行分类，具体分类方式大致有以下几种： 按照原丝类型分类：聚丙烯腈（PAN）基；沥青基（各向同性、中间相）；粘胶基（纤维素基、人造丝基）。 图表：不同原丝碳纤维对比 按照制造条件和方法分类：碳纤维（800-1600℃）；石墨纤维（2000-3000℃）；活性碳纤维；气相生长碳纤维。 按力学性能分类：高强型（GQ）、高强中模型（QZ）、高模型（GM）、高强高模型（QM）。碳纤维在应用时多是作为增强材料而利用其优良的力学性能，因此使用中更多的是按其力学性能分类。 按丝束大小分类：碳纤维可划分为小丝束和大丝束，小丝束碳纤维初期以1K、3K、6K 为主，逐渐发展为12K和24K，主要应用于国防军工等高科技领域，以及体育休闲用品，如飞机、导弹、火箭、卫星和渔具、高尔夫球杆、网球拍等。 通常将48K以上碳纤维称为大丝束碳纤维，包括48K、60K、80K等，主要应用于工业领域，包括：纺织、医药卫生、机电、土木建筑、交通运输和能源等。
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一、基本信息 名称：2017-2022年中国低成本碳纤维材料行业动态研究分析及发展前景预测报告报告编号：1233608 市场价：纸介版：7500元电子版：7800元纸介＋电子版：8000元 优惠价：7020 元 咨询电话：400 612 8668、、传真： Email： 在线阅读：/2012-10/dichengbentanxianweicailiaohangyedon.html 温馨提示：订购英文、日文等版本报告，请拨打订购咨询电话或发邮件咨询。 二、内容简介 2017-2022年中国低成本碳纤维材料行业动态研究分析及发展前景预测报告是对低成本碳纤维材料行业进行全面的阐述和论证，对研究过程中所获取的资料进行全面系统的整理和分析，通过图表、统计结果及文献资料，或以纵向的发展过程，或横向类别分析提出论点、分析论据，进行论证。2017-2022年中国低成本碳纤维材料行业动态研究分析及发展前景预测报告如实地反映了低成本碳纤维材料行业客观情况，一切叙述、说明、推断、引用恰如其分，文字、用词表达准确，概念表述科学化。 2017-2022年中国低成本碳纤维材料行业动态研究分析及发展前景预测报告揭示了低成本碳纤维材料市场潜在需求与机会，为战略投资者选择恰当的投资时机和公司领导层做战略规划提供准确的市场情报信息及科学的决策依据，同时对银行信贷部门也具有极大的参考价值。 第一章低成本碳纤维材料产业概述 第一节低成本碳纤维材料产业定义 2
深圳中企智业投资咨询有限公司
2016-2020年中国碳纤维复合材料行业发展前景 预测分析 (最新版报告请登陆我司官方网站联系) 公司网址: https://www.doczj.com/doc/b116338047.html, 1
目录 2016-2020年中国碳纤维复合材料行业发展前景预测分析 (3) 第一节2016-2020年中国碳纤维复合材料行业发展预测分析 (3) 一、未来碳纤维复合材料发展分析 (3) 二、未来碳纤维复合材料行业技术开发方向 (3) 2、自动化生产 (3) 3、大规模生产 (3) 4、碳纤维复合材料废旧部件的再生回用技术 (4) 三、总体行业“十三五”整体规划及预测 (4) 第二节2016-2020年中国碳纤维复合材料行业市场前景分析 (4) 一、产品差异化是企业发展的方向 (4) 二、渠道重心下沉 (5) 2
2016-2020年中国碳纤维复合材料行业发展前景预测分析 第一节2016-2020年中国碳纤维复合材料行业发展预测分析 一、未来碳纤维复合材料发展分析 碳纤维复合材料作为新兴的非金属材料具有广阔的应用前景。首先其广泛的应用于航空、航天等军事领域，并随着在军事领域应用的不断深入，相关的制造及使用技术日臻成熟，从而带动了碳纤维复合材料在民用领域应用的极大发展，主要应用在机械电子、建筑材料、文体、化工、医疗等方面，并正在快速的取代传统金属材料成为结构用材的首选。 二、未来碳纤维复合材料行业技术开发方向 1、3D打印成型技术 3D打印技术技术是有望成为高效低成本制备各种碳纤维复合材料结构部件的创新工艺，为此近年来企业界、大学、科研院所、政府机构等，都在安排研发和改进3D打印技术，并取得了产业化成果。以往制备塑料和金属的3D打印机部件，能耗较高，尺寸有限，而应用于碳纤维复合材料时，不仅部件强度与刚性可提高，还可提高导热性和降低热膨胀系数，因此无需使用炉子，可消除所有尺寸限制。 2、自动化生产 汽车生产厂家现都采用机器人组装相对小和固定形状的部件，但这些机器人并不能加工大型碳纤维复合材料部件，因为这些部件缺乏形状固定性，因而多采用手铺制造和热压罐固化。如何加工大型碳纤维复合材料是未来重要的技术开发方向之一。 3、大规模生产 5年前日本公司在市场上导入了“Sereebo”长碳纤维增强热塑性树脂（CFRTP），并与GM汽车公司等合作开发其潜在市场。其中碳纤维的分布和取向是可控的，基材的各向同性可保持到最终部件，成型时间只有60s，它比铝合金轻20%～30%，并具有更好的耐疲劳性和抗冲击性而价格略高些，适用于汽车结 3
碳纤维增强复合材料概述 摘要：本文对碳纤维增强复合材料进行了介绍，详细介绍了其优点和应用。并对碳纤维复合材料存在的问题提出建议。 关键字：碳纤维，复合材料，应用 Abstract: In this paper, the carbon fiber reinforced composite materials are introduced, its advantages and application was introduced in detail. And puts forward Suggestions on the problems existing in the carbon fiber composite materials. Key words: carbon fiber, composite materials, applications 1.碳纤维增强复合材料介绍 复合材料是将两种或两种以上不同品质的材料通过专门的成型工艺和制造方法复合而成的一种高性能新材料，按使用要求可分为结构复合材料和功能复合材料，到目前为止，主要的发展方向是结构复合材料，但现在也正在发展集结构和功能一体化的复合材料。通常将组成复合材料的材料或原材料称之为组分材料（constituent materials），它们可以是金属陶瓷或高聚物材料。对结构复合材料而言，组分材料包括基体和增强体，基体是复合材料中的连续相，其作用是将增强体固结在一起并在增强体之间传递载荷；增强体是复合材料中承载的主体，包括纤维、颗粒、晶须或片状物等的增强体，其中纤维可分为连续纤维、长纤维和短切纤维，按纤维材料又可分为金属纤维、陶瓷纤维和聚合物纤维，而目前用得最多的和最重要的是碳纤维[1]。 碳纤维是一种直径极细的连续细丝材料，直径范围在6～8 μm 内，是近几十年发展起来的一种新型材料。目前用在复合材料中的碳纤维主要有两大类：聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维，分别用聚丙烯腈原丝（称之为前驱体）、沥青原丝通过专门而又复杂的碳化工艺制备而得。通过碳化工艺，使纤维中的氢、
碳纤维生产技术路线及应用领域 按原料体系的不同，碳纤维主要分为：黏胶基碳纤维、聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维。 一、黏胶基碳纤维 黏胶基碳纤维主要用于耐烧蚀材料和隔热材料，目前, 黏胶基碳纤维仍占据着其他碳纤维不可取代的地位，是重要的战略物资。在民用市场方面，利用其柔软与导电性制作电热产品，利用其孔隙结构发达和容易调控的特性制造活性碳纤维系列制品,是良好的环保材料和医用卫生材料。 黏胶基碳纤维的产量不足世界碳纤维总产量的1%，它虽然不会有大的发展,但也不会被彻底淘汰出局。 二、聚丙烯腈基碳纤维 聚丙烯腈基碳纤维是目前的主流，占据了主要的市场费额： 1、瓦特的技术突破打通了制造高性能碳纤维的通道； 2、PAN原丝质量是制造高性能碳纤维的前提； 3、一条龙生产线得到发展，世界上几条著名的PAN基碳纤维生产线大多是从原丝开始，直到碳纤维以及中、下游产品开发。例如：日本东丽、东邦、三菱人造丝公司，美国的赫克利公司和阿莫科公司，以及中国台湾地区的台塑都是从聚合、纺丝开始，国外原丝主要生产 （１～２４Ｋ）的质量提高，普及是指大丝束碳纤维(48~540K)的产量大幅度增加，价格日趋下降。 三、沥青基碳纤维 1965年,日本群马大学的大谷衫郎研制沥青基碳纤维获得成功，从此，沥青成为生产碳纤维的新原料，是目前碳纤维领域中仅次于PAN基的第二大原料路线。
五、碳纤维及其复合材料的应用领域（一）
PAN基碳纤维生产路线
空气合成溶剂→溶剂DMAC ↓↓ 氢→合成氨合成催化剂→引发 剂AIBN ↓↓ 氨合成共聚单体→共聚单体衣康酸 ↓↓ 原油→蒸馏→石脑油→分解→丙烷→合成AN → AN 聚合1001 PAN 溶剂纺丝回收工程油剂PEO 1002 1001 1002 回收AN 回收熔剂 AN 熔剂DMAC PAN纤维 1003-1 表面处理上浆剂 碳纤维收丝,包装 碳纤维成品 碳纤维发展简史 1860年，斯旺制作碳丝灯泡 1878年，斯旺以棉纱试制碳丝 1879年，爱迪生以油烟与焦油、棉纱和竹丝试制碳丝（持续照明45小时） 1882年，碳丝电灯实用化1911年，钨丝电灯实用化 1950年，美国Ｗright--Patterson空军基地开始研制黏胶基碳纤维
碳纤维复合材料 编辑本段概况 在复合材料大家族中，纤维增强材料一直是人们关注的焦点。自玻璃纤维与有机树脂复合的玻璃钢问世以来，碳纤维、陶瓷纤维以及硼纤维增强的复合材料相继研制成功，性能不断得到改进，使其复合材料领域呈现出一派勃勃生机。下面让我们来了解一下别具特色的碳纤维复合材料。 编辑本段结构 碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90%以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的比强度。 碳纤维是由含碳量较高，在热处理过程中不熔融的人造化学纤维，经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。 碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为23000~43000Mpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。 编辑本段用途 碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成结构材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。在密度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。 碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的，现在还广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学领域。
碳纤维未来发展前景分析 摘要：碳纤维已经发展成为重要的现代工业材料之一，应用领域非常广泛。文章阐述了目前国内外碳纤维发展状况和我国碳纤维存在的一些主要问题，重点介绍了碳纤维在工业、土木建筑和交通运输等领域的应用状况及其碳纤维复合材料产品的发展并且讨论了碳纤维的发展趋势。 关键词：碳纤维；发展现状；应用；发展趋势 Abstract: Carbon fiber has become one of the important modern industrial materials and it can be used in many fields. This paper describes the current development of carbon fiber at home and abroad and some shortcomings of carbon fibers in china also be discussed. This paper also focuses on the application of carbon fiber in industry, civil construction, transportation, and other fields and the development of composite materials product of carbon fiber .The development trend of carbon fiber is also be discussed. Key words: Carbon Fiber; Development Status; Application; Development Trend 0 引言 碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在90%以上。它是利用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下碳化而制得。碳纤维具有十分优异的力学性能，是目前已大量生产的高性能纤维中具有最高的比强度和最高的比模量的纤维，特别是在2000℃以上的高温惰性环境中，碳材料是唯一强度不下降的物质，是其他主要结构材料（金属及其合金）所无法比拟的。除了优异的力学性能外，碳纤维还兼具其他多种优良性能，如低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、电及热传导性高、热膨胀系数低、光穿透性高，非磁体但有电磁屏蔽性等。 作为高性能纤维的一种，碳纤维既有碳材料的固有特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是先进复合材料最重要的增强材料，已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用，从航天、航空、汽车、电子、机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等。因此，碳纤维被认为是高科技领域中新型工业材料的典型代表，为世人所瞩目。碳纤维产业在发达国家支柱产业升级乃至国民经济整体素质提高方面，发挥着非常重要的作用，对我国产业结构的调整和传统材料的更新换代也有重要意义，对国防军工和国民经济有举足轻重的影响。 1 国内外碳纤维的发展现状 1.1 国外碳纤维的发展现状 目前世界各国发展的主要是PAN 基碳纤维和沥青基碳纤维。国外PAN 基碳纤维的研究与开发开始于20世纪60 年代。起初，碳纤维主要用于军工和宇航，经过40余年的发展，其应用领域正在向工业领域和普通民用领域扩大［1］。世界PAN 基碳纤维生产厂商主要有日本Toray（东丽）、Toho（东邦）、Mitsubishi Rayon（三菱人造丝），美国Hexcel（赫克塞尔）、Amoco（阿莫科）和Zoltek （卓尔泰克）等公司。沥青基碳纤维主要生产厂商有日本Mitsubishi Chem（三菱化学）、Kureha （吴羽）、Donac与美国Amoco 公司。 在小丝束碳纤维（3 K ，6 K 和12 K ）方面，Toray、Toho与Mitsubishi
碳纤维复合材料 碳纤维增强复合材料(Carbon Fibre-reinforced Polymer, 简称CFRP)是以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以树脂、陶瓷、金属、水泥、碳质或橡胶等为基体所形成的复合材料，简称碳纤维复合材料。 碳复合材料的特性主要表现在力学性能、热物理性能和热烧蚀性能三个方面。 (1)密度低(1.7g/cm3左右)在承受高温的结构中，它是最轻的材料;高温的强度好，在2200oC时可保留室温强度;有较高的断裂韧性，抗疲劳性和抗蠕变性;而且拉伸强度和弹性模量高于一般的碳素材料，纤维取向明显影响材料的强度，在受力时其应力-应变曲线呈现"假塑性效应"即在施加载荷初期呈线性关系，后来变成双线性关系，卸载后再加载，曲线仍为线性并可达到原来的载荷水平。 (2)热膨胀系数小，比热容高，能储存大量的热能，导热率低，抗热冲击和热摩擦的性能优异。 (3)耐热烧蚀的性能好，热烧蚀性能是在热流作用下，由于热化学和机械过程中引起的固体材料表面损失的现象,通过表层材料的烧蚀带走大量的热量,可阻止热流入材料内部, C-C材料是一种升华-辐射型材料。 复合原理它以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以碳或石墨化的树脂作为基体。 复合以后的这种材料在高温下的强度好，高温形态稳定，升华温度高，烧蚀凹陷性，平行于增强方向具有高强度和高刚性，能抗裂纹传播，可减震，抗辐射。 碳纤维增强尼龙的特色 碳纤维具有质轻、拉伸强度高、耐磨损、耐腐蚀、抗蠕变、导电、传热等特色，与玻璃纤维比较，模量高3?5倍，因而是一种取得高刚性和高强度尼龙资料的优秀增强资料。碳纤维复合资料可分为长（接连）纤维增强和短纤维增强两大类。纤维长度可从300~400m 到几个毫米不等。曩昔10年中，大家在改善不一样品种的碳纤维复合资料加工办法和功能方面投入了许多的研讨。从预浸树脂到模塑法加工，从短纤维掺混塑料注射加工到层压成型，在碳纤维复合资料及制品制造方面积累了许多成功的经历。当前普遍认为，长（接连）纤维有高强、高韧方面的优越性，短切纤维有加工性好的特色。因而，长碳纤维复合资料在加工上完善成型技术、短碳纤维复合资料进一步进步力学功能是碳纤维复合资料开展的方向。 依据碳纤维长度、外表处理方式及用量的不一样，还能够制备归纳功能优秀、导电功能各异的导电资料，如抗静电资料、电磁屏蔽资料、面状发热体资料、电极资料等。碳纤维增
碳纤维的研究现状与发展 摘要：碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，分子结构界于石墨和金刚石之间，含碳体积分数随品种而异，一般在0.9以上。 关键词：碳纤维复合材料性能与应用 正文 一、碳纤维的性能 1.1分类 根据原丝类型分类可分为聚丙烯腈（PAN）基、沥青基和粘胶基3种碳纤维，将原丝纤维加热至高温后除杂获得。目前，PAN碳纤维市场用量最大；按力学性能可分为高模量、超高模量、高强度和超高强度4种碳纤维；按用途可分为宇航级小丝束碳纤维和工业级大丝束碳纤维，其中小丝束初期以1K、3K、6K（1K为1000根长丝）为主，逐渐发展为12K和24K，大丝束为48K以上，包括60K、120K、360K和480K等。 1.2性能 碳纤维的主要性能：(1)密度小、质量轻，密度为1.5～2克/立方厘米，相当于钢密度的l/4、铝合金密度的1/2；(2)强度、弹性模量高，其强度比钢大 4-5倍，弹性回复l00%；(3)具有各向异性，热膨胀系数小，导热率随温度升高而下降，耐骤冷、急热，即使从几千度的高温突然降到常温也不会炸裂；(4)导电性好，25。C时高模量纤维为775μΩ/cm，高强度纤维为1500μΩ/cm；(5)耐高温和低温性好，在3000。C非氧化气氛下不融化、不软化，在液氮温度下依旧很柔软，也不脆化；(6)耐酸性好，对酸呈惰性，能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀。此外，还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性。
通常，碳纤维不单独使用，而与塑料、橡胶、金属、水泥、陶瓷等制成高性能的复合材料，该复合材料也具有轻质、高强、耐高温、耐疲劳、抗腐蚀、导热、导电等优良性质，已在现代工业领域得到了广泛应用。 1.3应用领域 由于碳纤维具有高强、高模、耐高温、耐疲劳、导电、导热等特性，因此被广泛应用于土木建筑、航空航天、汽车、体育休闲用品、能源以及医疗卫生等领域。此外，碳纤维在电子通信、石油开采、基础设施等领域也有着广泛的应用，主要用于放电屏蔽材料、防静电材料、分离铀的离心机材料、电池的电极，在生化防护、除臭氧、食品等领域种也有出色的表现。碳纤维复合材料片。碳纤维复合材料片是采用常温固化的热固性树脂（通常是环氧树脂）将定向排列的碳纤维束粘结起来制成的薄片。把这种薄片按照设计要求，贴在结构物被加固的部位，充分发挥碳纤维的高拉伸模量和高拉伸强度的作用，来修补加固钢筋混凝土结构物。日本、美国、英国将该材料用于加固震后受损的钢筋混凝土桥板，增强石油平台壁及耐冲击性能的许多工程上，获得了突破性进展。碳纤维复合材料片具有轻质（比重是铁的1/4～1/5），拉伸模量比钢高10倍以上，耐腐蚀性能优异，可以手糊，工艺性好等优点。因此，碳纤维复合材料片在修补加固已劣化的钢筋混凝土结构物（约束裂纹发展、防止混凝土削落）和提高结构物耐力以及对用旧标准设计建成的钢筋混凝土结构物的补强、加固应用将越来越多。 二、生产工艺 通常用有机物的炭化来制取碳纤维，即聚合预氧化、炭化原料单体—原丝—预氧化丝—碳纤维。碳纤维的品质取决于原丝，其生产工艺决定了碳纤维的优劣。以聚丙烯腈(PAN)纤维为原料，干喷湿纺和射频法新工艺正逐步取代传统的碳纤维制备方法。 2.1干喷湿纺法 干喷湿纺法即干湿法，是指纺丝液经喷丝孔喷出后，先经过空气层(亦叫干段)，再进入凝固浴进行双扩散、相分离和形成丝条的方法。经过空气层发生的物理变化有利于形成细特化、致密化和均质化的丝条，纺出的纤维体密度较高，
国内外碳纤维的发展现状分析 摘要：介绍了碳纤维的基本特性，概述了世界及中国碳纤维的发展概况。详细论述了碳纤维在航空航天、体育用品、工业领域应用的最新进展。碳纤维是一种物理化学性能优异的新型纤维，其在三大领域的应用前景非常乐观。 关键词：碳纤维复合材料发展应用 前言 随着工程技术和材料科学的发展，对材料性能的要求越来越高。有关先进复合材料的研究、发展和应用一直是高科技材料技术的重要内容之一，而碳纤维及其碳纤维复合材料在此领域则占有举足轻重的地位。其主要原因：它是一种技术和用途十分广泛的树脂基复合材料，以碳纤维为增强材料，合成树脂为基体材料，通过各种成型工艺复合而成的碳纤维复合材料，是一种高性能新型结构材料；它是一种强度比钢大十多倍、密度比铝合金还低，且还有许多宝贵的电学、热学和力学性能；在现代航天航空等尖端技术发展中，已成为一种不可缺少的新型材料。因此，许多发达国家不惜投入大量人力、物力和财力，对碳纤维进行研制开发、完善和提高，使其质量不断提高，品种、型号和规格与日俱增，应用领域日益拓宽。 1 碳纤维发展概况 1.1 世界碳纤维发展概况 近几年随着先进复合材料的发展，碳纤维需求激增，引爆了近年来世界性的碳纤维危机，这场危机从2005年开始日趋明显，至2007年达到极点。自碳纤维危机爆发以来，各大碳纤维生产厂商急剧扩张，扩大产能，缓解了碳纤维紧缺的供应情况。2008年下半年爆发了世界金融危机，实体经济受影响颇深，碳纤维的需求也有所回落。尤其是2009年经济衰退陷入最低谷时，很多碳纤维制造商也推迟或放慢了自己的发展计划。但是进入2010 年以来，随着经济危机的好转，全球碳纤维市场出现快速回暖的迹象。巨大需求刺激碳纤维市场回暖，因此对碳纤维的需求总体仍处上升趋势。目前世界碳纤维产量达到4万t/年以上，随着碳纤维应用领域的不断扩大，碳纤维的市场需求日趋增加，碳纤维及其复合材料产业呈现良好发展态势。据相关部门预测，世界碳纤维需求将以每年大约13%的速度飞速增长，碳纤维的全球需求量2018年将达到10万t。全世界主要的碳纤维生产厂商是日本东丽、东邦人造丝和三菱人造丝三家公司, 美国的HEXCEL、ZOLTEK、ALDILA 三家公司，以及德国SGL西格里集团、韩国泰光产业等少数单位。 1.2 我国碳纤维产业发展概况 我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，安徽华皖碳纤维公司率先引进了500t/ 年原丝、200t/ 年PAN基碳纤维(只有东丽碳纤维T300水平)，使我国碳纤维工业进入了产业化。
Material Sciences 材料科学, 2018, 8(10), 965-967 Published Online October 2018 in Hans. https://www.doczj.com/doc/b116338047.html,/journal/ms https://https://www.doczj.com/doc/b116338047.html,/10.12677/ms.2018.810113 Development and Application of Carbon Fiber Materials Jianzhong Shi1, Fengjun He2, Jie Zhang1, Donghong Wang1, Jing Yang1 1No. 33 Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Taiyuan Shanxi 232152 PLA Troops, Shijiazhuang Hebei Received: Sep. 2nd, 2018; accepted: Oct. 1st, 2018; published: Oct. 8th, 2018 Abstract Carbon fiber material is a new type of material rising in recent years. Because of its excellent physical properties, it is widely used in military, aerospace, aviation and other fields. With the continuous innovation of carbon fiber technology, carbon fiber costs continue to reduce, and car-bon fiber materials are gradually used in people’s daily life. In this paper, the characteristics of carbon fiber materials are introduced, around the development of carbon fiber applications and technology, to illustrate the representative application of carbon fiber materials excellent per-formance and wide use. Keywords Carbon Fiber, Composite Material, CFRP 碳纤维材料的发展及应用 史建中1，何凤军2，张捷1，王东红1，杨静1 1中国电子科技集团公司第三十三研究所，山西太原 2中国人民解放军32152部队，河北石家庄 收稿日期：2018年9月2日；录用日期：2018年10月1日；发布日期：2018年10月8日 摘要 碳纤维材料是近些年来兴起的新型材料，由于其优异的物理特性被广泛用于军事、航天、航空等领域。 随着碳纤维技术的不断创新，碳纤维成本的不断降低，碳纤维材料逐渐应用于人们日常生活中。本文通