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新聞動(dòng)態(tài)

碳纖維特性

2018-07-30
碳纖維比鋁還要輕比鋼還要硬,它們的比重是鐵的四分之一,比強(qiáng)度是鐵的十倍。通過與其它纖維的這種比較,你就可以初步了解碳纖維的特性。還有,碳纖維首先是一種物質(zhì),是由和鉆石同等材質(zhì)的碳制成的。出于這種原因,另外還有在優(yōu)越的抗張強(qiáng)度利抗拉模量,碳纖維在化學(xué)組成上非常穩(wěn)定,并且具有高抗腐蝕性。碳纖維的其它特性包括高度的X射線穿透性,較高的抗化學(xué),抗熱和抗低溫能力。 碳纖維的這些特性也就意味著它除了發(fā)熱領(lǐng)域外可以被應(yīng)用于很多的領(lǐng)域。主要包括體育運(yùn)動(dòng),例如高爾大球棒和釣魚桿;航空應(yīng)用包括飛機(jī)元件和工業(yè)應(yīng)用。隨著工業(yè)的不斷進(jìn)步,人們正在尋找很多具有新能的材料,碳纖維的需求在逐漸增長,廣泛地應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備、壓力容器、土木工程和建筑材料、能源、其它新的工業(yè)應(yīng)用上。碳纖維的生產(chǎn)成本也在逐漸降低,加工技術(shù)趨向多元化、細(xì)分化,制造商可以按照具體的應(yīng)用提供一系列的碳纖維產(chǎn)品。所有的這些都支撐了以工業(yè)應(yīng)用為中心的新型應(yīng)用。 
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碳纖維的應(yīng)用與發(fā)展

2018-07-30
碳纖維年需求的比例如下:體育應(yīng)用大約為30%,航空應(yīng)用為10%,工業(yè)應(yīng)用為60%。 體育應(yīng)用中的三項(xiàng)重要應(yīng)用為高爾夫球棒,釣魚桿和網(wǎng)球拍框架。目前,據(jù)估計(jì)每年的高爾大球棒的產(chǎn)量為3400萬。按照《國家利地區(qū)分類,這些高爾大球棒主要產(chǎn)地為美國,中國,日本和中國臺北,美國和日本是高爾夫球棒的主要消費(fèi)地占80%以上。全世界40%的碳纖維高爾大球桿都是由TORAY的碳纖維制成的。 全世界碳纖維釣魚桿的產(chǎn)量人約為每年2000萬副,這就意味著這種應(yīng)用對碳纖維有著穩(wěn)定的需求。網(wǎng)球拍框架的市場容量人約為每年600萬副。其它的體育項(xiàng)目應(yīng)用還包括冰球棍,滑雪杖,射箭,和自行車,同時(shí),碳纖維還應(yīng)用在劃船,賽艇,沖浪,和其它的海洋運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中。 在1992年問,航空應(yīng)川中對碳纖維的需求開始有所減少,主要是受到了商業(yè)飛機(jī)業(yè)衰退的影響,但是在1995早期有得到了迅速的恢復(fù)?;謴?fù)的主要原因是由于生產(chǎn)效率在整體上都得到了提升,同時(shí)也開始全力生產(chǎn)波音777飛機(jī),TORAY的碳纖維被用做結(jié)構(gòu)材料,包括水平和垂直的橫尾翼和橫梁,這兩部分結(jié)構(gòu)是如此的重要,如果他們受損,那么整個(gè)飛機(jī)在飛行的過程中就可能墜毀。這些材料被稱為“首要的結(jié)構(gòu)材料”,因?yàn)樗麄兪侨绱说闹匾詫λ麄兊馁|(zhì)量要求是極其苛刻的。對于波音777飛機(jī),TORAY是波音公司指定的唯一有資格的碳纖維制造商。 歐洲空客也在他們的飛機(jī)上使用了大量的碳纖維,TORAY的TORAYCA碳纖維將被大量地應(yīng)用在他們的新型客機(jī)A380上。 在工業(yè)領(lǐng)域,碳纖維的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛,作為材料,它們正在替代金屬和混凝土來滿足環(huán)境、安全和能源要求,在工業(yè)領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求量正在呈現(xiàn)上升趨勢。 在土木工程和建筑領(lǐng)域,應(yīng)用碳纖維的抗震修復(fù)和加強(qiáng)法是一項(xiàng)主要突破,正在此領(lǐng)域得到更加廣泛的推廣。在鐵路建筑中,大型的頂部系統(tǒng)和隔音墻在未來會有很好的應(yīng)用,這些也將是很有前景的應(yīng)用。壓力容器主要用在汽車的受壓大然氣(CNG)箱上,如圖所示,還用在救火隊(duì)員的固定式呼吸器(SCBA)上。CNG罐源于美國和歐洲國家,現(xiàn)在日本和其他的亞洲國家也對這項(xiàng)應(yīng)用表現(xiàn)山了極大的興趣。 碳纖維的其它應(yīng)川包括機(jī)器元件、家用電器、微機(jī)、及與半導(dǎo)體相關(guān)的設(shè)備的復(fù)合材料的生產(chǎn),可以用來起劍加強(qiáng),防靜電,和電磁波防護(hù)的作用,另外,在X射線儀器市場上,碳纖維的應(yīng)用可以減少人體住X射線下的暴露。 隨著碳纖維成本的連續(xù)降低,和世界范同內(nèi)的環(huán)保要求的提高,碳纖維開始被應(yīng)用于汽車領(lǐng)域,將來它們會被應(yīng)用做尾部沸騰器,發(fā)動(dòng)機(jī),傳動(dòng)軸和燃料箱材料,在未來將有很好的前景。 碳纖維的全方位商業(yè)化始丁20世紀(jì)70年代,70年代是高爾大球棒和釣魚桿應(yīng)用的引入和發(fā)展時(shí)期,主要是在日本。在80年代早期,碳纖維開始被廣泛地川在客機(jī)和航空飛行器上作為結(jié)構(gòu)材料,主要是用在歐洲和北美。 然后,人們提高了對碳纖維的認(rèn)識,開始把它當(dāng)成一種高質(zhì)量的材料,并在20世紀(jì)80年代中期得到了飛速的增長。在80年代中期,空客公司開始將CFRP作為首要的結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用在它們的飛機(jī)上,而且,隨著碳纖維在網(wǎng)球和新的體育項(xiàng)目的應(yīng)用,碳纖維市場得劍了穩(wěn)步的擴(kuò)展。盡管住1991年的海灣戰(zhàn)爭之后,航空業(yè)的發(fā)展走向衰退,全球經(jīng)濟(jì)開始停止不前,碳纖維的需求增長也趨向緩慢,自90年代中期以來,碳纖維的工業(yè)應(yīng)剛開始成為新的需求增長點(diǎn)。尤其是,歐洲和北美開始將碳纖維應(yīng)用與壓力容器上,這種增長非常顯著,應(yīng)用碳纖維杰出的電熱特點(diǎn)的發(fā)熱材料也開始出現(xiàn)。由丁1995年的神戶地震,加快了抗震加固應(yīng)用的需求。在未來,預(yù)計(jì)碳纖維的主要應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?cè)重于工業(yè)應(yīng)用,而且這一需求將會穩(wěn)步增加;碳纖維發(fā)熱材料在工業(yè)和民用領(lǐng)域中的應(yīng)用比例也會隨著石油天然氣價(jià)格的逐年飚升而迅速提升。 另外,新一帶的航天計(jì)劃和與汽下相關(guān)的應(yīng)用都將促進(jìn)碳纖維的工業(yè)化應(yīng)用。 在2004年,常規(guī)型的碳纖維的產(chǎn)能約為25000 噸,其中75%由和日本相關(guān)的制造商生產(chǎn)。另外,低成本的粗碳纖維一被稱為“人絲束類型”的碳纖維的產(chǎn)量也有幾千噸,人絲束類型已經(jīng)開始被用于低端的體育和工業(yè)應(yīng)用中,同時(shí)也被應(yīng)用于過去只有玻璃纖維才涉及的領(lǐng)域。 對丁碳纖維來說,通常所說的70%的宣布的產(chǎn)能是實(shí)際的產(chǎn)能。所宣布的產(chǎn)能通常是以標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品類型為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算的,但是對于碳纖維,除了具有標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度和模量的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品之外,還有很多其他的根據(jù)技術(shù)特性和應(yīng)用領(lǐng)域而定的等級產(chǎn)品。纖維的粗度也不盡相同,因此,按照產(chǎn)品類型和纖維粗度來劃分,他們的產(chǎn)能是不同的。在生產(chǎn)多種產(chǎn)品的時(shí)候,換產(chǎn)會很浪費(fèi)時(shí)間。因此,實(shí)際的產(chǎn)能通常會低于宣布的產(chǎn)能。 從2003到2010年按照應(yīng)用和領(lǐng)域來劃分的全球需求和需求預(yù)測。到2010年的這段時(shí)間內(nèi),碳纖維的需求將每年增長7.5%。預(yù)計(jì)到2010年碳纖維的總需求量將達(dá)到32000噸。
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碳纖維的用途

2018-07-30
碳纖維是一種力學(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。顧名思義,它不僅具有碳材料的固有本征特性,又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性,是新一代增強(qiáng)纖維。與傳統(tǒng)的玻璃纖維(GF)相比,楊氏模量是其3 倍多;它與凱芙拉纖維(KF-49)相比,不僅楊氏模量是其2倍左右,而且在有機(jī)溶劑、酸、堿中不溶不脹,耐蝕性出類拔萃。有學(xué)者在1981年將PAN基CF浸泡在強(qiáng)堿NaOH 溶液中,時(shí)間已過去20多年,它至今仍保持纖維形態(tài)。碳纖維是含碳量高于90%的無機(jī)高分子纖維 。其中含碳量高于99%的稱石墨纖維。碳纖維的軸向強(qiáng)度和模量高,無蠕變,耐疲勞性好,比熱及導(dǎo)電性介于非金屬和金屬之間,熱膨脹系數(shù)小,耐腐蝕性好,纖維的密度低,X射線透過性好。但其耐沖擊性較差,容易損傷,在強(qiáng)酸作用下發(fā)生氧化,與金屬復(fù)合時(shí)會發(fā)生金屬碳化、滲碳及電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象。因此,碳纖維在使用前須進(jìn)行表面處理。碳纖維可分別用聚丙烯腈纖維、瀝青纖維、粘膠絲或酚醛纖維經(jīng)碳化制得;按狀態(tài)分為長絲、短纖維和短切纖維;按力學(xué)性能分為通用型和高性能型 。通用型碳纖維強(qiáng)度為1000兆帕(MPa)、模量為100GPa左右。高性能型碳纖維又分為高強(qiáng)型(強(qiáng)度2000MPa、模量250GPa)和高模型(模量300GPa以上)。強(qiáng)度大于4000MPa的又稱為超高強(qiáng)型;模量大于450GPa的稱為超高模型。隨著航天和航空工業(yè)的發(fā)展,還出現(xiàn)了高強(qiáng)高伸型碳纖維,其延伸率大于2%。用量大的是聚丙烯腈PAN基碳纖維。碳纖維可加工成織物、氈、席、帶、紙及其他材料。碳纖維除用作絕熱保溫材料外,一般不單獨(dú)使用,多作為增強(qiáng)材料加入到樹脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中,構(gòu)成復(fù)合材料。碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料可用作飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料、電磁屏蔽除電材料、人工韌帶等身體代用材料以及用于制造火箭外殼、機(jī)動(dòng)船、工業(yè)機(jī)器人、汽車板簧和驅(qū)動(dòng)軸等。碳纖維是軍民兩用新材料,屬于技術(shù)密集型和政治敏感的關(guān)鍵材料。50年代主要應(yīng)用在火箭、宇航及航空等尖端科學(xué),到80年代被廣泛應(yīng)用于體育器械、紡織、化工機(jī)械及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。同時(shí),隨著高性能及超高性能的碳纖維的相繼出現(xiàn),它應(yīng)用的范圍越來越廣,如A380、波音777、美國新型主戰(zhàn)坦克,碳纖維比重占到15%以上。同時(shí),隨著碳纖維加工技術(shù)的普及,它的應(yīng)用范圍自80年代起逐漸涉及到民用方面。到目前為止,我國各種應(yīng)用占碳纖維率需求比例分別為體育30%,航空10%,工業(yè)60%。體育用碳纖維主要應(yīng)用于高爾夫棒、網(wǎng)球拍、賽車、弓箭、跳竿、冰球棒、游艇、賽艇、滑翔機(jī)、人力飛機(jī)、帆船桅桿、摩托車及登山用品,如登山杖、滑雪杖、攀巖頭盔等。
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碳纖維的三大應(yīng)用領(lǐng)域及其未來發(fā)展趨勢

2018-07-30
世界碳纖維的消費(fèi)結(jié)構(gòu)集中在工業(yè)應(yīng)用、航天航空和體育休閑三個(gè)方面,目前工業(yè)應(yīng)用約占總消費(fèi)量的58%,航空航天方面應(yīng)用約占23%,體育運(yùn)動(dòng)器材應(yīng)用約占19%。 1991-2009年,碳纖維在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的消耗是持續(xù)增長的,航空航天領(lǐng)域基本保持平衡,而體育用品在碳纖維應(yīng)用的比例則持續(xù)下降,碳纖維應(yīng)用逐漸從航空航天、體育用品向民用工業(yè)應(yīng)用轉(zhuǎn)移,特別是隨著大絲束碳纖維的大規(guī)模生產(chǎn),其價(jià)格將不斷降低,民用工業(yè)用量將繼續(xù)保持大幅度增加的趨勢。文體用品方面,目前碳纖維材料已從釣魚竿和高爾夫球棒推廣到網(wǎng)球拍、羽毛球拍、高爾夫球桿、冰雪運(yùn)動(dòng)器材、水上運(yùn)動(dòng)器材等方面,需求量穩(wěn)步、較快增長。其中高爾夫球桿、網(wǎng)球拍和釣魚竿是體育用品用碳纖維復(fù)合材料的三大支柱產(chǎn)品、約占該類產(chǎn)品的80%。一般產(chǎn)業(yè)對碳纖維材料的應(yīng)用發(fā)展比較迅速,包括基礎(chǔ)設(shè)施的修復(fù)、更新和加固;新能源開發(fā)如沿海油氣田、深海油田的鉆井平臺、管道和纜繩等,以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)的螺旋槳和風(fēng)葉;汽車的剎車系統(tǒng)、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、車身以及環(huán)保汽車用的壓縮天然氣氣瓶;電子領(lǐng)域的應(yīng)用主要有通信、廣播、地球觀測、空間探測以及各種飛行器的高精度天線。一般產(chǎn)業(yè)的需求增長較快,將成為碳纖維新的主要應(yīng)用領(lǐng)域。
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