碳纤维

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从国产碳纤维的处境谈碳纤维“全产业链”

作者：沈真

来源：《新材料产业》2019年第01期

针对浙江泰先新材料股份有限公司（以下简称“泰先”）、沈阳中恒新材料有限公司（以下简称“中恒”）2家公司因经营不善导致破产的情况，有分析认为碳纤维生产成本高于销售成本是导致其破产的主要主因。笔者认为，这一分析阐述了事实，但还需对碳纤维企业的生存问题进行深入的剖析。

1 碳纤维生产企业分类及其产品

在探讨泰先和中恒破产原因之前，笔者需要先澄清一些基本概念。

首先，大家在经常谈及的碳纤维企业，其实包括2类：一类是真正的碳纤维生产企业，另外一类则是碳纤维复合材料制品生产企业，这类企业占大多数。这2类企业的生存环境迥然不同，前者需要巨额投资，且影响参数众多，运行参数随所用设备和原材料而变，无可借鉴的经验，往往运行数年，仍无法生产出满足用户要求的产品，面临着破产的危机正是这类企业。后者相对而言投资较少，通常可以在较短的时间内即可生产出满足用户要求的复合材料制品，达到收支平衡，进而盈利。

其次，对国内的碳纤维生产厂家而言，按所采用的技术路线可把现有的生产线分为3类，具体对比如表1所示。这3类技术路线所建立的生产线各生产不同的产品，用于不同的工业领域，互相间不可能兼顾。

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第 I 类技术是湿法小丝束技术。从20世纪70年代起，我国民品市场销售和使用的主要碳纤维品种多采用该技术制备而成。该法生产的碳纤维质量和成本目前仍逊于东丽株式会社（以下简称“东丽”）碳纤维的水平，也是被迫以“白菜价”销售的主要碳纤维品种。这一现状的形成有多方面原因，但一直以低于成本价销售、致使无法长期稳定生产是主要原因之一。持续这种状态，仅从技术上攻关恐怕很难改变这种状态。第 II 类是最近比较时髦的技术路线——干法小丝束技术。中复神鹰经持续不断的努力，攻克了干喷湿纺的技术关键，基本上达到了东丽的水平，使其产品可以与东丽 T700S并驾齐驱，当然同样面临着与东丽 T700S的价格战。第 III类湿喷湿纺大丝束技术在国际上只有少数企业掌握，东丽虽经多年开发也未攻克，最后转向收购美国卓尔泰克（Zoltek）公司。虽然国内吉林精功碳纤维有限公司已成功开发了这一技术并生产出了产品，但产品的性能和稳定性与国外产品尚有差距。另外，由于湿法大丝束碳纤维的主要应用对象——风电叶片梁板，其设计与选材开发权掌握在维斯塔斯风力技术集团（Vestas）手里，从而使得我国这一技术生产的碳纤维无法得到实际应用。

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，

碳纤维导线技术性能及其施工要点

1、碳纤维导线的结构

碳纤维复合导线(ACCC-Aluminum Comductor Composite Core)是最早由美国、日本等国家开发的一种新型导线，主要用于航天设备及空间站。它的芯线是由碳纤维为中心层和玻璃纤维包覆制成的单根芯棒，其外层与邻外层铝线股为梯形截面，是一种性能优越的新型导线，如图所示。

碳纤维导线分为碳纤维棒芯铝绞线和耐热碳纤维棒芯铝合金绞线；其结构和常规钢芯铝绞线相同。

2、技术特点

强度高

一般钢丝抗拉强度1240MPa，高强度钢丝抗拉强度1410MPa,而碳纤维导线抗拉强度2399MPa，分别是前两者的1.9和1.7倍。抗拉强度的明显提高可增加杆、塔之间的跨距，降低工程成本。

导电率高、载流量大、耐高温

碳纤维导线不存在因钢丝所引起的磁损和热效应，且在相同负荷下，具有更低的运行温度，从而减少输电损失约6%。相同直径时碳纤维导线铝截面是钢芯铝绞线的1.29倍，因此可提高载流量29%。

常规导线受软化特性和弛度特性的影响，工作温度提高非常有限，提高载流量主要靠加大导线截面来实现；而碳纤维导线得耐高温和低弛度特性，使同直径导线工作温度可以达到150-180 ℃，短时许容温度可达到200℃以上。ACCC导线与ACSR导线相比具有显著的低弛度特性，在高温条件下弧垂不到钢芯铝绞线的1/2，能有效减少架空线的绝缘空间走廊，提高了导线运行的安全性和可靠性。

线膨胀系数小、弛度小

碳纤维导和钢芯铝绞线相比较有显著的低弛度特性，见下表：

导 线 弛度/mm 张力/KN

26.1℃ 183℃ 变化量 26.1℃ 183℃ 变化量

403mm2ACSR 236 1422 1186 3566 622 -2944

517mm2ACCC/TW 198 312 114 3745 2471 -1274 从上表可以看出相同条件下，温度从26.1℃增加到183℃ACSR导线弛度从236mm到1422mm,提高了5倍，而ACCC导线弛度仅从198mm增加到312mm，仅提高0.57倍。 ACCC导线变化量是ACSR导线9.6%，高温下弧垂不到ACSR导线的1/10，能有效减少架空线走廊的绝缘空间，提高导线的安全性和可靠性。在相同跨距下，缩小导线长度。

碳纤维是有机高分子材料吗

碳纤维是一种由有机高分子材料制成的纤维材料，其主要成分是聚丙烯、聚丁烯等有机高分子材料。碳纤维具有轻质、高强度、耐高温、耐腐蚀等优良性能，因此被广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。但是，碳纤维本身并不是有机高分子材料，而是一种无机材料。那么，碳纤维到底是有机高分子材料吗？接下来，我们将从化学结构、性质等方面进行探讨。

首先，从化学结构上来看，有机高分子材料通常由碳、氢、氧等元素组成，其分子结构中含有碳-碳键或碳-氢键。而碳纤维的化学结构主要由碳元素组成，其分子结构呈现出六角形石墨片层的排列方式。这种排列方式使得碳纤维具有良好的机械性能和导电性能，但是并不含有有机高分子材料中常见的碳-碳键或碳-氢键。因此，从化学结构上来看，碳纤维并不属于有机高分子材料。

其次，从性质上来看，有机高分子材料通常具有良好的可塑性、可拉伸性、耐磨性等特点。而碳纤维则具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀等特点，其性质更接近于无机材料。此外，碳纤维的热解吸附性能和氧化性能也与有机高分子材料有所不同。因此，从性质上来看，碳纤维也更符合无机材料的特点。

综上所述，从化学结构和性质上来看，碳纤维并不是有机高分子材料，而更接近于无机材料。因此，可以得出结论，碳纤维不是有机高分子材料。尽管碳纤维具有许多优良性能，但其本质并非有机高分子材料，这也为其在特定领域的应用提供了更广阔的可能性。

总之，对于碳纤维是否属于有机高分子材料的问题，我们可以通过对其化学结构和性质的分析来得出结论。在实际应用中，我们应该充分了解材料的本质特点，以便更好地利用其优势，并在相应领域发挥其作用。希望本文能够帮助大家更好地理解碳纤维的性质和特点。