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碳纖維——是由有機(jī)母體纖維（例如粘膠絲、聚丙烯腈或?yàn)r青）采用高溫分解法在1000～3000度高溫的惰性氣體下制成的。其結(jié)果是除碳以外的所有元素都予以去除。碳纖維呈黑色，堅(jiān)硬，具有強(qiáng)度高、重量輕等特點(diǎn)，是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹(shù)脂復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度一般都在3500Mpa以上，是鋼的7~9倍，抗拉彈性模量為23000~43000Mpa亦高于鋼。因此CFRP的比強(qiáng)度即材料的強(qiáng)度與其密度之比可達(dá)到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3鋼的比強(qiáng)度僅為59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比鋼高。材料的比強(qiáng)度愈高，則構(gòu)件自重愈小，比模量愈高，則構(gòu)件的剛度愈大，從這個(gè)意義上已預(yù)示了碳纖維在工程的廣闊應(yīng)用前景，綜觀多種新興的復(fù)合材料(如高分子復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料)的優(yōu)異性能， 不少人預(yù)料，人類在材料應(yīng)用上正從鋼鐵時(shí)代進(jìn)入到一個(gè)復(fù)合材料廣泛應(yīng)用的時(shí)代。
g6 j2 r( p* s" x! @: D/ ]' C$ p6 H 碳纖維的用途主要是利用其"輕而強(qiáng)"和"輕而硬"的力學(xué)特性，廣泛應(yīng)用于航空、航天、軍工、體育休閑等結(jié)構(gòu)材料；利用其尺寸穩(wěn)定性，應(yīng)用于宇宙機(jī)械、電波望遠(yuǎn)鏡和各種成型品；利用其耐疲勞性，應(yīng)用于直升飛機(jī)的葉片；利用其振動(dòng)衰減性，應(yīng)用于音響器材；利用其耐高溫性，應(yīng)用于飛機(jī)剎車片和絕熱材料；利用其耐藥品性，應(yīng)用于密封填料和濾材；利用其電氣特性，應(yīng)用于電極材料、電磁波屏蔽材料、防靜電材料；利用其生體適應(yīng)性，應(yīng)用于人工骨、韌帶；利用其 X-光透過(guò)性，應(yīng)用于 X-光床板等。
4 ]. r# x, w6 \) T0 C: l7 n 此外，還可以活化成活性碳纖維，應(yīng)用于各種吸附領(lǐng)域。具體應(yīng)用例如：①釣魚(yú)桿現(xiàn)年產(chǎn)量約1200萬(wàn)只，年碳纖維用量1200t；②高爾夫球桿隨著輕量化和長(zhǎng)尺寸化的要求，現(xiàn)已占碳纖維體育用品用途的50％，年碳纖維用量為2000t；③網(wǎng)球拍的年市場(chǎng)規(guī)模約為450萬(wàn)只，年碳纖維用量約500t；④飛機(jī)方面，小型商務(wù)機(jī)和直升飛機(jī)的復(fù)合材料用量已占70％一80％，軍用機(jī)30％一40％，大型客機(jī)15％一20％；⑥人造衛(wèi)星結(jié)構(gòu)體、太陽(yáng)能電池板和天線要用高模碳纖維，先進(jìn)的運(yùn)載火箭和導(dǎo)彈殼體、發(fā)射筒等要用800H和 T300碳纖維等；⑥土木建筑領(lǐng)域，已用于補(bǔ)修加工用片材、建筑部件、代鋼筋材料、屋頂構(gòu)架材料等；⑦能源領(lǐng)域，已用于汽車的壓縮天然氣罐和風(fēng)車葉片(長(zhǎng)達(dá)30-40m)、海底油田管道、升降機(jī)等；⑧交通運(yùn)輸方面，已應(yīng)用于賽車、汽車傳動(dòng)軸、大型卡車車體等；⑨電子電器領(lǐng)域，已應(yīng)用于增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂的擠出成型品，如抗靜電 IC盤、筆記本電腦的筐體，具有電磁波屏蔽效果；⑩其它，還有X-射線盒、醫(yī)用床板、印刷、制膜、造紙等用的各種滾軸、空氣或氧氣呼吸用壓力容器等等。
2 f: F6 Q ?6 X) P g 碳纖維產(chǎn)業(yè)是由原絲（PAN）生產(chǎn)再到預(yù)浸料再到具體的終端產(chǎn)家這么一個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈。目前, 原絲的售價(jià)是40元～50元/公斤,碳纖維為200元/公斤,預(yù)浸料為500元/公斤,每一級(jí)的深加工都有高幅度的增值。
3 t$ U: b, w9 s 我國(guó)碳纖維的生產(chǎn)和使用尚處于起步階段, 國(guó)內(nèi)碳纖維生產(chǎn)能力僅占世界高性能碳纖維總產(chǎn)量的0.4％左右,國(guó)內(nèi)用量的90％以上靠進(jìn)口。而PAN 原絲質(zhì)量一直是制約我國(guó)碳纖維工業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)的瓶頸。另外,碳纖維長(zhǎng)期以來(lái)被視為戰(zhàn)略物資,發(fā)達(dá)國(guó)家一直對(duì)外實(shí)行封鎖。因此,有關(guān)專家認(rèn)為,強(qiáng)化基礎(chǔ)研究是創(chuàng)新之本, 是發(fā)展國(guó)內(nèi)碳纖維工業(yè)的根本出路。 ' K/ V p- Y o0 |$ C2 x5 s
美國(guó)聯(lián)合碳化物公司（UCC）于1959年開(kāi)始最早生產(chǎn)粘膠基碳纖維，五六十年代是粘膠基碳纖維的鼎盛時(shí)期，雖然時(shí)期已開(kāi)始衰退，但是它作為耐燒蝕材料至今仍占有一席之地。1959年，日本研究人員發(fā)明了用聚丙烯腈（PAN）原絲制造碳纖維的新方法。在此基礎(chǔ)上，英國(guó)皇家航空研究院研制出了制造高性能PAN基碳纖維的技術(shù)流程，使其發(fā)展駛?cè)肓丝燔嚨溃琍AN基碳纖維成為當(dāng)前碳纖維工業(yè)的主流，產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的90%左右。1974年，美國(guó)聯(lián)合碳化物公司開(kāi)媽了高性能中間相瀝青基碳纖維Thornel-35的研制，并取得成功。目前Thornel-P系列高性能瀝青碳纖維仍是最好的產(chǎn)品，這樣就形成了PAN基、瀝青基和粘膠基碳纖維的三大原料體系。
, a6 U% C& _% Q% n2 u/ } 世界碳纖維的主要生產(chǎn)商為日本的東麗、東邦人造絲、三菱人造絲三大集團(tuán)和美國(guó)的卓爾泰克（ZOLTEK）、阿克蘇（AKZO）、阿爾迪拉（ALDILI）和德車的SGL公司等。其中日本三大集團(tuán)占世界生產(chǎn)能力的75%。世界CT型碳纖維總生產(chǎn)能力為22100噸/年，LT型碳纖維總生產(chǎn)能力為9550噸/年；實(shí)際生產(chǎn)量約為7000噸/年。 + v: |# `1 g+ F7 o& @0 ]- P- Z
在20世紀(jì)90年代中期以前，軍事工業(yè)、航天與航空工業(yè)與體育休閑業(yè)一直是CT型碳纖維的主要市場(chǎng)。自1996年美國(guó)成功地將LT型碳纖維工為化以后，CT型碳纖維與LT型碳纖維競(jìng)爭(zhēng)十分激烈。 : G3 n0 O$ {. Z6 H
當(dāng)前世界上PAN基炭纖維正處于迅速增長(zhǎng)的發(fā)展期：產(chǎn)品性能趨向于高性能化，T700S加快取代T300作通用級(jí)炭纖維；產(chǎn)量增加較快，1996~2000增長(zhǎng)48.1%；航天航空和體育用品用量增加穩(wěn)定，民用工業(yè)用量增幅較大，已超過(guò)前兩者，特別是隨著大絲束炭纖維的大規(guī)模生產(chǎn)，價(jià)格的降低，民用工業(yè)需求增加迅猛。
3 P1 S& @: n+ B" ^# k4 I) d# ` 目前，國(guó)內(nèi)研究開(kāi)發(fā)以及生產(chǎn)碳纖維的呼聲很高，發(fā)展趨勢(shì)令人鼓舞。下面分別對(duì)各地區(qū)的開(kāi)發(fā)情況作一簡(jiǎn)介。
4 K! Q$ i1 I4 N) N) y (1)上海地區(qū)。最近上海石化公司召開(kāi)了碳纖維原絲發(fā)展研討會(huì)， 該公司準(zhǔn)備投資過(guò)億元，采用NaSCN一步法生產(chǎn)數(shù)千噸PAN基原絲，真正形成工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。上海星樓實(shí)業(yè)有限公司也制定了一套碳纖維產(chǎn)業(yè)化發(fā)展計(jì)劃，擬建立400t／a 大絲束碳纖維生產(chǎn)線，總投資也超億元(包括下游產(chǎn)品)。此外，上海市合纖所采用亞砜?jī)刹椒ㄑ兄坪托∨可a(chǎn)PAN基原絲以及碳纖維； 上海碳素廠也有小型碳化線及碳纖維下游產(chǎn)品。 + h/ C d/ X! v# J
(2)安徽地區(qū)。“十五”期間，國(guó)家已批準(zhǔn)在安徽蚌埠建立500t／aPAN 原絲和200t／a碳纖維生產(chǎn)線，總投資過(guò)億元。PAN原絲采用亞砜一步法，技術(shù)由國(guó)外引進(jìn)； 產(chǎn)品以12K的T300級(jí)碳纖維為主，并準(zhǔn)備引進(jìn)成熟的預(yù)浸料生產(chǎn)線。華皖集團(tuán)(原蚌埠燈芯絨集團(tuán)公司)二期建設(shè)規(guī)模將使碳纖維產(chǎn)量翻一番，達(dá)到400t／a。下游產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)也列入發(fā)展規(guī)劃。 9 J+ ?) A6 y& l; j/ D
(3)浙江地區(qū)。中寶碳纖維責(zé)任有限公司在浙江嘉興擬建400t／a大絲束碳纖維生產(chǎn)線，技術(shù)和設(shè)備引進(jìn)，投資數(shù)億元，并配套300萬(wàn)m2預(yù)浸料。 該項(xiàng)目國(guó)家已批準(zhǔn)，并積極開(kāi)展了前期論證和考查工作。根據(jù)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)動(dòng)向及投資與回報(bào)等問(wèn)題，暫緩建立碳纖維生產(chǎn)線，而集中力量開(kāi)發(fā)預(yù)浸料等下游產(chǎn)品。同時(shí)，還成立了浙江省碳纖維工程技術(shù)研究開(kāi)發(fā)中心，全面推進(jìn)碳纖維事業(yè)。 $ o& o2 n- ]5 V2 y4 t4 l4 [
(4)廣西地區(qū)。桂林市化纖總廠擬建200t／a碳纖維生產(chǎn)線，產(chǎn)品為3—12K的小絲束碳纖維，投資也過(guò)億元。
/ I( q# P; Y5 t6 Y6 |$ `; } (5)山東地區(qū)。山東省已把碳纖維列入全省十大高技術(shù)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工程首位項(xiàng)目。有以下幾個(gè)單位從事碳纖維及其制品的研究與生產(chǎn)，或準(zhǔn)備介入碳纖維事業(yè)。 8 L( F' G0 K# W% O$ j/ f3 `( v
●山東天泰碳纖維有限責(zé)任公司。作為國(guó)家計(jì)委示范工程將建立400t/a生產(chǎn)線，碳纖維性能為T300級(jí)水平，產(chǎn)品以12K 為主。 計(jì)劃 400t/a 投產(chǎn)后， 再翻一番到800t/a，投資超億元。技術(shù)協(xié)作單位是山東工業(yè)大學(xué)等。同時(shí)該公司積極開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)多種下游產(chǎn)品。
! I. A) r5 Z7 m* s! O6 J; Y% @; s ●青島將建立50t/a左右的碳纖維生產(chǎn)線， 青島化工學(xué)院高分子工程材料研究所(恒晨公司)的介入，引起國(guó)內(nèi)同行們的極大關(guān)注。
s3 ?7 H' u0 F ●山東威海光威漁具集團(tuán)有限公司主要從事釣竿生產(chǎn)，碳纖維預(yù)浸布的規(guī)格有30余種。根據(jù)發(fā)展趨勢(shì)，有可能向上游即PAN基原絲和碳纖維發(fā)展。此外， 山東省東營(yíng)生產(chǎn)力促進(jìn)中心也在考慮招商引資建立碳纖維生產(chǎn)線，認(rèn)為石油等工業(yè)是碳纖維的潛在市場(chǎng)。
0 I+ N1 P: G" W/ ~2 i [! G9 O (6)北京化工大學(xué)與吉化公司樹(shù)脂廠， 將依靠自己的技術(shù)建立 500t/a 原絲和200t/a碳纖維生產(chǎn)線。放棄硝酸法，采用亞砜一步法技術(shù)路線生產(chǎn)原絲。目前，正在進(jìn)行中試實(shí)驗(yàn)。 8 T+ U: T% Z5 i9 D/ B1 c# b8 e ~3 i
(7)蘭化集團(tuán)化纖廠已有100t/a原絲生產(chǎn)線和預(yù)氧化生產(chǎn)裝置， 計(jì)劃配套碳化裝置生產(chǎn)碳纖維。原絲采用NaSCN一步法。 該單位的晴綸生產(chǎn)線是我國(guó)從國(guó)外首次引進(jìn)的，有豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)積累。
' L% k' M. g6 J7 L; j3 s4 I ^/ w9 L (8)吉林碳素廠是我國(guó)小絲束碳纖維生產(chǎn)基地，已向用戶提供50 余噸小絲束碳纖維，為國(guó)家作出了積極貢獻(xiàn)。目前，該廠正在建立新的小絲束碳纖維生產(chǎn)線，擴(kuò)大產(chǎn)量，以滿足市場(chǎng)需求。
3 A7 N! q) A, D (9)中科院山西煤化所研制碳纖維已有30多年歷史。在70年代中期， 建成我國(guó)第一條纖維中試生產(chǎn)線；在90年代末期，又建成我國(guó)第一條噸級(jí)粘膠基碳纖維生產(chǎn)線。目前該所與揚(yáng)州聚酯責(zé)任有限公司共建碳材料聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，研制高性能PAN 基碳纖維，并準(zhǔn)備在揚(yáng)州建立產(chǎn)業(yè)化基地。此外，山西榆次化纖廠是我國(guó)唯一用亞砜一步法生產(chǎn)PAN基原絲達(dá)數(shù)十年的單位，目前仍在生產(chǎn)。 * S' n( A( R9 {$ K1 [
從以上信息可以看出，當(dāng)前發(fā)展態(tài)勢(shì)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：①投入力度大；②規(guī)模大；③參與單位多，特別是大企業(yè)的參與；④起點(diǎn)高，采用多項(xiàng)新技術(shù)、新工藝；⑤自動(dòng)化程度高，工控、程控在線配套使用；⑥逐步建立起質(zhì)量控制和質(zhì)量檢測(cè)方法，特別是在線檢測(cè)。. {% O, B( H# E" g" H
三、重視基礎(chǔ)研究，建立自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán) , N" @! i. O( t. Y
當(dāng)前，除極個(gè)別單位外，大多數(shù)準(zhǔn)備引進(jìn)項(xiàng)目的技術(shù)和設(shè)備水平屬國(guó)際中下等，產(chǎn)品碳纖維也是這個(gè)檔次，引進(jìn)后的消化、吸收與創(chuàng)新是面臨的重大課題。因此，在引進(jìn)的同時(shí)應(yīng)該組織自己的技術(shù)隊(duì)伍，在消化吸收的基礎(chǔ)上求創(chuàng)新。如果只是沿著別人的腳印前進(jìn)，就永遠(yuǎn)是跟在別人后面，不會(huì)占據(jù)制高點(diǎn)。從大量國(guó)外資料可以清楚地看出，即使他們生產(chǎn)的碳纖維質(zhì)量和產(chǎn)量占據(jù)世界榜首，但其新思維、新方法、新設(shè)備、新成果仍不斷涌現(xiàn)，而不是墨守成規(guī)。日本東麗、東邦人造絲和三菱人造絲公司的小絲束碳纖維產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的74％左右(表1)，而這3個(gè)公司發(fā)表的專利也相當(dāng)多。例如：東麗公司目前生產(chǎn)的碳纖維T1000，抗拉強(qiáng)度最高 ( 7.02GPa)、單絲直徑最細(xì)(5.3um)，可代表世界先進(jìn)水平，但公司最新專利報(bào)道，其實(shí)驗(yàn)室已研制出新一代碳纖維，抗拉強(qiáng)度已達(dá)到9.03GPa，比T1000提高了28.6％；單絲直徑降到3.2um，比T1000細(xì)了39.6％。同時(shí)，該公司還開(kāi)發(fā)截面形狀為三葉形的PAN原絲及碳纖維，以拓寬其用途。 3 B! @! S+ L! P' S5 r0 z( F
基礎(chǔ)研究是創(chuàng)新之源，已引起各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)和有關(guān)單位的重視，上下認(rèn)識(shí)一致，有的已開(kāi)始實(shí)施，這是提高我國(guó)碳纖維工業(yè)技術(shù)水平的關(guān)鍵之一。目前國(guó)家“863 計(jì)劃”以及有關(guān)部委都在關(guān)心我國(guó)碳纖維工業(yè)的發(fā)展及其產(chǎn)業(yè)化步伐，并給予強(qiáng)有力的支持。許多材料專家也扎扎實(shí)實(shí)的做了許多工作。無(wú)疑，“十五”將是我國(guó)碳纖維工業(yè)產(chǎn)業(yè)化的黃金時(shí)代。- p, ^- I3 {) u J1 Z
為了充實(shí)G大元的資產(chǎn)質(zhì)量，大股東大連實(shí)德將旗下的中寶碳纖維公司部分股權(quán)以8.6折出售給上市公司。在此之前，G大元所持中寶碳纖維公司49%股權(quán)是全價(jià)受讓所得。 - M% K7 G1 T4 B: B9 B
5月10日，G大元和大連實(shí)德下屬的北京實(shí)德簽署受讓中寶碳纖維公司17.74%股權(quán)協(xié)議，受讓金額約為984萬(wàn)元。相對(duì)中寶碳纖維公司的股本，等于說(shuō)G大元是以8.6折價(jià)格受讓這部分股權(quán)的。在此次受讓之前，G大元已經(jīng)持有中寶碳纖維公司49%股權(quán)，但那是股權(quán)分置改革前全價(jià)受讓所得。 & ~- p( Z* b" v6 w8 Q9 y
G大元的公告說(shuō)，此次重大資產(chǎn)購(gòu)買的目的，是為了優(yōu)化公司主營(yíng)業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)力和持續(xù)經(jīng)營(yíng)能力，改善公司的資產(chǎn)狀況、提高盈利能力，以實(shí)現(xiàn)公司價(jià)值的最大化，從根本上保證長(zhǎng)期健康發(fā)展，最大限度地保證廣大中小投資者的利益。
% E4 Y* C# \1 j, v* w7 u 中寶碳纖維公司于2004年1月正式投產(chǎn)，當(dāng)年實(shí)現(xiàn)主營(yíng)業(yè)務(wù)收入3010萬(wàn)元，2005年實(shí)現(xiàn)主營(yíng)業(yè)務(wù)收入6600萬(wàn)元，凈利潤(rùn)444萬(wàn)元。
) J# t, G2 ]* L6 I9 x: t8 N 碳纖維的發(fā)展在20世紀(jì)80年代表現(xiàn)為碳纖維的性能不斷提高，新品種的不斷問(wèn)世；到了20世紀(jì)90年代，碳纖維的性能沒(méi)有多大發(fā)展，市場(chǎng)需求主要是成本的降低，表現(xiàn)在商用大絲束的發(fā)展和碳纖維復(fù)合材料在建筑，交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域的擴(kuò)大應(yīng)用。* r) J1 O/ D8 X: m# \: y* v
⑴產(chǎn)品性能不斷提高1 J5 b+ r; A$ U9 |# E
老品種性能不斷提高，以日本東麗公司T300為例：T300在20世紀(jì)70年代初的拉伸強(qiáng)度為2450MPa；到20世紀(jì)80年代初，拉伸強(qiáng)度提高到2940～3140MPa；在20世紀(jì)80年底中期拉伸強(qiáng)度為3300～3430MPa；從1988年起，拉伸強(qiáng)度穩(wěn)定在3530MPa上下。
, B) v y0 F2 A& x 象東麗公司T300這樣的標(biāo)準(zhǔn)模量級(jí)的高強(qiáng)度碳纖維占世界高性能碳纖維的90％；類似的品種還有Amoco的ThornelT300,Hercules的AS4和BASF的CelionG30~500等，其性能為拉伸模量為207～235GPa，拉伸強(qiáng)度3450～3800MPa.7 |5 T8 U8 B4 I% T# y3 \3 w
⑵中模高強(qiáng)型碳纖維的開(kāi)發(fā)復(fù)合材料的力學(xué)性能主要取決于增強(qiáng)碳纖維的力學(xué)性能。因此，提高纖維的性能對(duì)改善復(fù)合材料的性能起著關(guān)鍵的作用。對(duì)航空工業(yè)中廣泛使用的碳纖維，提高其性能尤為重要。事實(shí)上，隨著飛機(jī)性能的提高以及復(fù)合材料在飛機(jī)上的應(yīng)用部位的擴(kuò)大，復(fù)合材料的設(shè)計(jì)師很快發(fā)現(xiàn)典型的T-300一級(jí)碳纖維的性能偏低（主要表現(xiàn)在拉伸強(qiáng)度和斷裂應(yīng)變偏低），不能滿足新的設(shè)計(jì)思想對(duì)減輕飛機(jī)結(jié)構(gòu)質(zhì)量，提高飛機(jī)性能，降低成本，節(jié)省能源等方面的要求，尤其是對(duì)機(jī)翼，機(jī)身等主承力結(jié)構(gòu)更是如此，因此開(kāi)發(fā)性能優(yōu)于T300的中模量高強(qiáng)度的碳纖維就顯得極為重要。: q# t$ j+ i- I9 e
⑶高強(qiáng)高模MJ系列碳纖維
3 l7 |1 W/ @! P$ n* L 1989年?yáng)|麗公司在原高模量碳纖維M系列的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的高強(qiáng)高模MJ系列碳纖維新產(chǎn)品，使高模量碳纖維的強(qiáng)度得到較大的提高。開(kāi)發(fā)使基于碳纖維微晶取向的最佳化從而得到高模量，使纖維缺陷降到最少得到高強(qiáng)度。0 w7 E0 w+ G0 P' i7 k4 w
⑷高模量瀝青基碳纖維" x& V8 e& j4 y7 D
在開(kāi)發(fā)高模量碳纖維過(guò)程中，要達(dá)到同樣的模量，PAN基要比瀝青基的處理溫度高數(shù)百度。美國(guó)聯(lián)碳公司開(kāi)發(fā)的瀝青基P系列碳纖維，碳纖維的模量已接近理論模量。 |
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發(fā)表于 2008-1-10 12:04:59
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