碳纖維的發(fā)展及其應(yīng)用現(xiàn)狀

1、袇碳纖維的發(fā)展及其應(yīng)用現(xiàn)狀蚇發(fā)布日期 2006-03-06蟻前言肁 1959 年，日本人 Shindo A 首先發(fā)明了用聚丙烯臘 (PAN) 纖維制造碳纖維，如今碳纖維已發(fā)展成為獨(dú)立完整的新型工業(yè)體系， 并被喻為是當(dāng)今世界上材料綜合性能的頂峰，是 21 世紀(jì)的黑色革命。美國(guó)提出21 世紀(jì)革命性的材料技術(shù)共有12 項(xiàng)，其中 “新一代碳纖維、納米碳管”位居第四。蚆碳纖維主要是由碳元素組成的一種特種纖維，分子結(jié)構(gòu)界于石墨與金剛石之間，含碳體積分?jǐn)?shù)隨種類不同而異， 一般在 0.9 以上。碳纖維的顯著優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量輕、纖度好和抗拉強(qiáng)度高，同時(shí)具有一般碳材料的特性，如耐高溫、耐摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、膨脹系數(shù)小等。

2、由于碳纖維這些優(yōu)異的綜合性能，使其與樹脂、金屬、陶瓷等基體復(fù)合后形成的碳纖維復(fù)合材料，也具有高的比強(qiáng)度、 比模量、耐疲勞、導(dǎo)熱、導(dǎo)電等一系列優(yōu)良性質(zhì)，在現(xiàn)代工業(yè)方面應(yīng)用非常廣泛。螇 1 碳纖維的分類與性能肂 1 1 碳纖維的分類葿(1)按力學(xué)性能可分為 4 類蠆超高模量（ UHM）碳纖維；螇高模量（ HM) 碳纖維；蒃超高強(qiáng)度（ UHS) 碳纖維；膁高強(qiáng)度（ HS）碳纖維。蒈 (2)按原材料可分為 3 類袆 PAN 碳纖維、瀝青碳纖維和人造絲碳纖維。均由原料纖維高溫碳化成，成分基本都是碳元素，其主要性能見(jiàn)表 1,目前結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中大多數(shù)使用 PAN 碳纖維。襖(3)按用途可分為 2 類蠆24K

3、 以下為宇航級(jí)小絲束碳纖維 (1K為 1000 根單絲）；48K 以上為工業(yè)級(jí)大絲束碳纖維。芇 1.2 碳纖維的主要性能羆強(qiáng)度高。其抗拉強(qiáng)度在 3500MPa 以上芅模量高。其彈性模量在 230GPa 以上。莁密度小，比強(qiáng)度高。碳纖維的密度是鋼的 14,是鋁合金的 12，其比強(qiáng)度比鋼大 16 倍，比鋁合金大 12 倍。芀能耐超高溫。在非氧化氣氛條件下， 碳纖維可在 2000 時(shí)使用，在 3000 的高溫下不融熔軟化。肆耐低溫性能好。在180低溫下，鋼鐵變得比玻璃脆，而碳纖維依舊很柔軟莂耐酸性能好。能耐濃鹽酸、磷酸、硫酸、苯、丙酮等介質(zhì)侵蝕。將碳纖維放在濃度為 50的鹽酸、硫酸和磷酸中， 200

4、d 后其彈性模量、強(qiáng)度和直徑基本沒(méi)有變化：在 50濃度的硝酸中只是稍有膨脹，其耐腐蝕性能超過(guò)黃金和鉑金。此外，碳纖維的耐油、耐腐蝕性能也很好。肅熱膨脹系數(shù)小， 導(dǎo)熱系數(shù)大?？梢阅图崩浼睙幔词箯?3000的高溫突然降到室溫也不聿會(huì)炸裂。膆防原子輻射，能使中子減速。螃導(dǎo)電性能好 (5-17m）。薀軸向抗剪切模量較低，斷裂延伸率小，耐沖擊差，并且后加工較為困難。螈 2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r芆 2.1 國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r膃目前，碳纖維工業(yè)化產(chǎn)品是 PAN 基和瀝青基兩種，日本是生產(chǎn)高性能碳纖維的大國(guó)，而美國(guó)是消費(fèi)高性能碳纖維的大國(guó)。1959 年日本大阪工業(yè)研究所進(jìn)藤博士用美國(guó)PAN 奧綸為原料研究開(kāi)發(fā)PAN 基

5、碳纖維，日本群馬大學(xué)大谷教授在1963 年利用煤焦、石油煉制的副產(chǎn)品瀝青研究開(kāi)發(fā)成功瀝青基碳纖維。 1965-1967 年美國(guó)的 UCC 公司曾以粘膠纖維為原料研究開(kāi)發(fā)了粘膠纖維基碳纖維 但未推廣。碳纖維的生產(chǎn)始于 20 世紀(jì) 60 年代末 70 年代初，當(dāng)時(shí)以粘膠纖維為原料，經(jīng)預(yù)氧化、碳化、石墨化制成碳纖維，主要在火箭噴嘴防止熱氣流傳導(dǎo)使用。節(jié) 1971-1983 年，日木東麗公司、東邦人造絲公司和三菱人造絲公司分別利用本國(guó)的研究成果建廠， 進(jìn)行了碳纖維的工業(yè)化生產(chǎn)， 其后又各自與美國(guó)、德國(guó)和英國(guó)合作，建立子公司生產(chǎn)碳纖維。 日本碳纖維主要用于體育器具如高爾夫球桿、 釣魚竿、網(wǎng)球拍框，歐美則

6、用于航空和航天工業(yè)。薆1980 年前，波音公司將碳纖維用于 757 飛機(jī)作部件，1985-1990年歐美在航空、航天業(yè)碳纖維用量不多，但對(duì)其復(fù)合材料產(chǎn)品性能的提高和加工技術(shù)都進(jìn)行了深入的研究。 1995 年后波音公司民航客機(jī) 767和 777 的機(jī)體、機(jī)翼、翼尾等都應(yīng)用了碳纖維，另外在航天通信衛(wèi)星上也開(kāi)始應(yīng)用。芆在 1970 年代末，英國(guó) Courtaulds 公司進(jìn)行大絲束碳纖維的研究，1985 年開(kāi)發(fā)出了 48 K 以上大絲束碳纖維，其性能可達(dá)到 T300 的水平，但原絲價(jià)格僅為 6K 小絲束碳纖維的 12，大幅度降低了通用級(jí)碳纖維的成本，使其進(jìn)入一般工業(yè)領(lǐng)域成為可能。進(jìn)入1990 年代，

7、大絲束碳纖維的發(fā)展獲得重大突破，大絲束碳纖維的抗拉強(qiáng)度己為3200-3800MPa, 歐美等國(guó)在建筑業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域取代小絲束碳纖維取得成功，又由于大絲束碳纖維的價(jià)格也比一般小絲束碳纖維低得多，因此近年來(lái)，大絲束碳纖維發(fā)展迅速，年產(chǎn)能力從 1996 年的 200 t 增長(zhǎng)到 2003 年的 8 500 t, 美國(guó) Akzo, Zoltek 和 Aldila 這三大公司的產(chǎn)量己占全球大絲束碳纖維總量的 70以上。大絲束碳纖維的主要生產(chǎn)國(guó)是美國(guó)、德國(guó)與日本，產(chǎn)能情況如表 2 所示，其產(chǎn)量大約是小絲束碳纖維產(chǎn)量的33左右。薄表 1 各種材質(zhì)碳纖維的主要性能蝕種類蕿抗拉強(qiáng)度莆抗拉模量蟻密 度蒂斷后延伸Mp

8、aGpa(g.cm-3)率 %莈蒆 PAN碳纖肂大于 3500袀 大于 230膇 1.76-1.94薅 0.6-1.2維蒃瀝青碳纖維薂 1600膀 379蚅 1.7襖 1.0肀黏膠碳纖維罿 2100-2800螅 414-552芅 2.0螂 0.7螈裊表 2 世界大絲束碳纖維產(chǎn)能情況蒂國(guó)別裊美國(guó)蕿美國(guó)荿美國(guó)蚄德國(guó)膅日本肀總計(jì)芁衿表 3 2002-2004莄國(guó)別日本日本腿生產(chǎn)商蕆產(chǎn)能袂 Akzo-Fortafil羈 3500羅 Zoltek芃 1800羋 Aldila肅 1000肁 SGL肇 1900肅 Toray蕿 300芄膂 8500世界各大 PAN 基碳纖維公司產(chǎn)能生產(chǎn)公司羃生產(chǎn)能力薃Tor

9、ay9100( 小絲束 )Toho5600( 小絲束 )日本Mitsubishi Rayou4700( 小絲束 )英國(guó)Hexcel2000( 小絲束 )美國(guó)Amoco1900( 小絲束 )中國(guó)臺(tái)灣臺(tái)灣工程塑料公司1750( 小絲束)美國(guó)Akzo-Fortafil3500 ( 大絲束)美國(guó)Zoltek1800( 大絲束 )美國(guó)Aldila1000( 大絲束 )德國(guó)SGL1900( 大絲束 )目前，日本東麗公司生產(chǎn)的碳纖維無(wú)論品質(zhì)還是產(chǎn)量都具世界前列，可代表當(dāng)今世界水平。該公司于 1962 年在進(jìn)藤博士發(fā)明的用 PAN 原絲生產(chǎn)碳纖維基礎(chǔ)上，開(kāi)始研制 PAN 碳纖維。最初由于采用民用腈綸為原料生產(chǎn)

10、不出合格的碳纖維，遂開(kāi)始研制適合于生產(chǎn)高性能碳纖維的特種 PAN 原絲。1967 年該公司用研制出的特種 PAN 原絲生產(chǎn)碳纖維獲得成功，打通了生產(chǎn)合格碳纖維的工藝流程。 1971 年 8 月在滋賀工廠建成了 12 t/a 的碳纖維試驗(yàn)線； 1973 年 3 月又建成了 60t/a 的碳纖維線：1974 年 10 月，其生產(chǎn)能力己達(dá)到 156 t/a 。目前該公司的生產(chǎn)能力已達(dá) 7300 t/a，占世界高性能碳纖維產(chǎn)量的 35.2 。該公司于 1971 年剛生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)品代號(hào) T300 的抗拉強(qiáng)度為 3.0 GPa 左右，目前 T300 的抗拉強(qiáng)度己提高到 3.5GPa 以上，成為世界公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)宇航

11、級(jí)的碳纖維。至 1985 年該公司研制成功了 T1000,其抗拉強(qiáng)度為 7.02GPa, 比 T300 多了 1 倍多，該公司的目標(biāo)為 8.052GPa ，目前實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)已達(dá)到。 T1000 是目前世界上性能最好的碳纖維。世界 PAN 基碳纖維生產(chǎn)廠商主要有日本 Toray（東麗）、Toho（東邦）、MitsubishiRayon（三菱人造絲），美國(guó) Hexcel（赫克塞爾）、Amoco（阿莫科）和 Zoltek（卓爾泰克）等公司，產(chǎn)能情況見(jiàn)表 3。瀝青基碳纖維主要生產(chǎn)廠商有日本 Mitsubishi Chem （三菱化學(xué)）、Kurcha （吳羽）、Donac 與美國(guó) Amoco 公司，產(chǎn)能

12、情況見(jiàn)表 4。表 402-04 年世界瀝青基碳纖維的生產(chǎn)廠家產(chǎn)能品種國(guó)家或公司產(chǎn)能（ t/a）抗拉強(qiáng)度抗拉模量MpaGpa通用型纖維中國(guó)45068641通用型纖維Donac30068634通用型纖維Kureha900590-98030-33通用型纖維Niffobo開(kāi)發(fā)中657-98040-49通用型纖維Nippon開(kāi)發(fā)中784-98039-49高性能碳纖維Amoco140-230300-2400170-960高性能碳纖維Mitsubvishi5001800-3300176-735Chem高性能碳纖維Nippon503230-3300392-686Sekiyu高性能碳纖維Donac開(kāi)發(fā)中1800

13、-3000140-600高性能碳纖維Kureha開(kāi)發(fā)中1800-4000150-400在小絲束碳纖維（3K，6K 和 12K ）方面，Toray, Toho 與 Mitsubishi Rayon 3 家公司已形成壟斷，其產(chǎn)能分別達(dá)到 9100, 5600 和 4700 t/a,分別占世界總產(chǎn)能的 31.6 、19.5 和 16.3。2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r我國(guó)碳纖維發(fā)展從 20 世紀(jì) 70 年代中期開(kāi)始，經(jīng)過(guò) 30 余 a 的發(fā)展，碳纖維從無(wú)到有，從研制到生產(chǎn)取得了一定的成績(jī)， 但總的來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)碳纖維的研制與生產(chǎn)水平還較低，目前僅相當(dāng)于國(guó)外 20 世紀(jì) 70 年代中、末期水平。2.2.1 PAN

14、基碳纖維我國(guó) PAN 基碳纖維的開(kāi)發(fā)研制已有 30 多 a 歷史1960 年代初，長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所己著手于 PAN 基碳纖維的研究， 1970 年代初己完成連續(xù)化中試裝置。 其后，上海合成纖維研究所、中國(guó)科學(xué)院山西煤化所等單位也開(kāi)展研制工作， 并于 1980 年代中期通過(guò)了中試。 進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化試生產(chǎn)階段，先后建成了從幾百 kg/a 到幾 t/a 的小試裝置和幾十 t/a 的中試生產(chǎn)裝置。總之，我國(guó)碳纖維研發(fā)生產(chǎn)起步不晚，但發(fā)展緩慢，總生產(chǎn)能力還不及發(fā)達(dá)國(guó)家或地區(qū)的一家公司。2002 年國(guó)內(nèi) PAN 基碳纖維需求量約為 2235t, 其中體育休閑領(lǐng)域需求量為 1935 t , 占 87；一般產(chǎn)業(yè)

15、需求量為 250 t ，占 1l：軍工領(lǐng)域需求量為 50 t,僅占 2。2003 年 3 月 10 日，英國(guó) AMECACE （艾麥克）公司與中國(guó)安徽華皖碳纖維有限公司關(guān)于年產(chǎn)量分別為PAN 原絲500t、碳纖維 200 t（均以 12 K 計(jì)算）的技術(shù)轉(zhuǎn)讓合同在上海正式簽約，計(jì)劃將于 2005 年初投產(chǎn)。2.2.2 瀝青基碳纖維世界瀝青基碳纖維的生產(chǎn)能力較小，國(guó)內(nèi)瀝青基碳纖維的研究和開(kāi)發(fā)較早，但在開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)及應(yīng)用方面與國(guó)外相比有較大的差距。 1970 年代初，上海焦化廠以煤焦油為原料成功地制取了碳纖維， 但因試驗(yàn)結(jié)果不穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量不高而終止。 1979 年，中國(guó)科學(xué)院山西煤化所開(kāi)始研制瀝青

16、基碳纖維， 1985 年通過(guò)小試。在此基礎(chǔ)上，冶金部在煙臺(tái)籌建了新材料研究所，生產(chǎn)通用級(jí)瀝青碳纖維，規(guī)模 70-100 t/a ，主要做飛機(jī)的剎車片。1990 年代初擴(kuò)大到 150t/a, 但由于設(shè)備未過(guò)關(guān)，又無(wú)改造資金，處于停產(chǎn)狀態(tài)。鞍山東亞精細(xì)化工有限公司投資 1.2 億元人民幣，于 1990 年代初從美國(guó) Ashland （阿什蘭德）石油公司引進(jìn)了全套生產(chǎn)設(shè)備，生產(chǎn)能力為 200t/a; 1994 年動(dòng)工建設(shè)， 1995 年投產(chǎn)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)碳纖維的產(chǎn)量雖有增加，但與不斷增長(zhǎng)的需求相比仍有較大的差距。3 碳纖維的應(yīng)用隨著科技的發(fā)展，碳纖維的應(yīng)用領(lǐng)域與日俱增，它們除了廣泛應(yīng)用于航空航天等高

17、技術(shù)領(lǐng)域，還可用在文體用品、紡織機(jī)械、醫(yī)療器械、生物工程、建筑材料、化工機(jī)械、 運(yùn)輸車輛等方面。此外，在開(kāi)發(fā)不用潤(rùn)滑油的軸承、齒輪、軸瓦、轉(zhuǎn)軸、提升輪等運(yùn)動(dòng)頻繁、 負(fù)荷大的零件方面有很好的前景。3.1 在航天領(lǐng)域的應(yīng)用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在國(guó)外液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用十分廣泛。如德國(guó) Astrium 公司設(shè)計(jì)、制造了一種水冷推力室試驗(yàn)件試驗(yàn)用噴管延伸段，以及為阿里安 5 火箭芯級(jí)火神發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)制造了縮尺推力室用噴管延伸段；阿里安 5 火箭的上面級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī) Aestus 發(fā)動(dòng)機(jī)和 HM-7 發(fā)動(dòng)機(jī)噴管延伸段； RS-72 發(fā)動(dòng)機(jī)噴管延伸段：法國(guó) Snecma 公司研制的一種上面級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī) Venus 發(fā)

18、動(dòng)機(jī)噴管延伸段；美國(guó) PrattWhitney 公司研制的膨脹循環(huán)液氫液氧上面級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī) RL1OB-2 發(fā)動(dòng)機(jī)可延伸噴管；法國(guó) Snecma 公司研制的膨脹循環(huán)液氫液氧上面級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī) Vinci 發(fā)動(dòng)機(jī)可延伸噴管： 美國(guó) ARC 公司為姿控發(fā)動(dòng)機(jī)研制了一個(gè)先進(jìn)材料的演示推力室，除頭部的中間部分外，其余部分均用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料整體制作。碳纖維在國(guó)外固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用普遍。 主要應(yīng)用在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的噴管部分和碳纖維殼體。在噴管部分，現(xiàn)得到應(yīng)用的有 CC 喉襯，碳酚醛喉襯， CC 擴(kuò)散段，碳酚醛擴(kuò)散段， CC 螺釘， CC 銷釘，CC鎖片?！癕X 導(dǎo)彈第三級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)噴管中大量使用了 CC 材料；阿里

19、安一5 和阿里安 -3 運(yùn)載火箭固體助推器的噴管也主要使用碳纖維材料。在CC 擴(kuò)散段的研究中，美國(guó)起步最早， 1980 年代早期己經(jīng)將 CC 擴(kuò)散段延伸錐用于 “MX 第三級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)和侏儒導(dǎo)彈的二、 三級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)。原蘇聯(lián)也在 1970 年代研究 CC 擴(kuò)散段，并在 1980 年代中期應(yīng)用于 SS-24 、SS-25 等導(dǎo)彈中。法國(guó)和德國(guó)的研究人員也從1970 年代開(kāi)始研究 CC擴(kuò)散段，并獲得試驗(yàn)成功。在殼體部分，近年來(lái)，美國(guó)在研制高速、高加速反導(dǎo)攔截導(dǎo)彈時(shí)，為了滿足高強(qiáng)度、高剛度要求，幾乎無(wú)一例外地采用了碳纖維環(huán)氧殼體，如 ERINT 低空攔截彈、 THAAD 高空攔截彈、標(biāo)準(zhǔn) SM23 攔截彈的

20、第二、三級(jí)體。GBI 地基攔截彈第一級(jí)為德?tīng)査\(yùn)載火箭助推器 GEM 發(fā)動(dòng)機(jī)，采用 IM27 碳纖維環(huán)氧殼體。第二、三級(jí)采用 Orbusl 發(fā)動(dòng)機(jī)，選用的是 T240 碳纖細(xì)環(huán)氧殼體。俄羅斯研制的 “暴風(fēng)雪”號(hào)航天飛機(jī)，其頭錐和機(jī)翼前緣采用了碳碳復(fù)合材料。戰(zhàn)略導(dǎo)彈彈頭的端頭采用碳碳， 過(guò)渡段采用碳酚醛樹脂復(fù)合材料 ,發(fā)動(dòng)機(jī)部件采用了碳碳復(fù)合材料 .3.2 在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用新武器裝備研制過(guò)程中的小型化、 輕質(zhì)化、高強(qiáng)度、長(zhǎng)壽命、機(jī)動(dòng)性、穩(wěn)定性等都離不開(kāi)碳纖維的應(yīng)用可以說(shuō)碳纖維在國(guó)防軍工中有舉足輕重的影響。美國(guó)國(guó)防部 2000 年和 2001 對(duì)碳纖維的需求量分別為 180 t 和 200 t,

21、2002 年增加到 350 t 以上。2003 年較 2002 年略有減少，約為 330t 左右，2004 年和 2005 年又有 10和 5左右的增幅，相應(yīng)達(dá)到 370 t和 385 t 上下。國(guó)防部軍工產(chǎn)品中，空軍所占份額最大，根據(jù) 2000-2005 年統(tǒng)計(jì)，空軍對(duì)碳纖維的需求占國(guó)防部對(duì)總碳纖維需求的 54.8 ；海軍則占 29.1 ； 陸軍占 13.6 ；多兵種占 2.5?？梢?jiàn)空軍是碳纖維的主要用戶，海軍次之，陸軍對(duì)碳纖維用得比較少。 空軍碳纖維主要用于制造軍機(jī)，包括： B-1、B-2、C17 、JASSM 、UCAV 、F16（US）、F16（FMS ）、F22 和 F117 等。海

22、軍消耗的碳纖維主要用于生產(chǎn) FA-18EF 戰(zhàn)斗機(jī)和 V22 直升機(jī)。 FA-18EF 戰(zhàn)斗機(jī)耗用的碳纖維占海軍對(duì)碳纖維的總需求量的 60%-70 。美國(guó)陸軍對(duì)碳纖維的需求相對(duì)較少，2000-2001 年對(duì)碳纖維的需求不足5 t, 2002 年猛增到 100 t 以上，2004-2005 年又降落到 50t 上下。陸軍所需碳纖維主要用于制造Ammo坦克，占陸軍所需碳纖維總量的90以上。3.3 在民用飛機(jī)上的應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料可有效降低飛機(jī)結(jié)構(gòu)質(zhì)量，改進(jìn)性能，因而隨著飛機(jī)設(shè)計(jì)的改進(jìn)和碳纖維復(fù)合材料技術(shù)的進(jìn)步， 碳纖維復(fù)合材料在大型民用飛機(jī)上的用量不斷增長(zhǎng)。從 1960 年麥道公司在 DC-9 上

23、的用量不足 1，1980 年代逐步增長(zhǎng)到歐洲空中客車公司 A310 的 10左右，而 2003 年該公司生產(chǎn)的 A380 超大型客機(jī)，碳纖維復(fù)合材料的用量高達(dá) 25。歐洲在大型民用飛機(jī)上采用先進(jìn)碳纖維復(fù)合材料量大大高于美國(guó)。美國(guó)波音公司的 B777 客機(jī)應(yīng)用復(fù)合材料的比例達(dá)到 9，是該公司應(yīng)用復(fù)合材料比例最高的民機(jī)機(jī)種， 在 B777 客機(jī)上，先進(jìn)復(fù)合材料主要應(yīng)用在飛機(jī)尾翼、 襟翼、副翼、天線罩、整流罩、短艙和地板梁等構(gòu)件，具體包括垂直安定面翼盒、 平尾翼盒、方向舵、升降舵、前后緣壁板、地板梁 70 根、外側(cè)副翼、外側(cè)襟翼、襟翼、襟副翼、整流包皮、內(nèi)外側(cè)擾流板、后緣壁板、發(fā)動(dòng)機(jī)短艙、 發(fā)動(dòng)機(jī)支

24、架整流罩、 前起落架艙門、機(jī)身不主起落架艙門、固定前緣、雷達(dá)天線罩等。3.4 在體育休閑用品領(lǐng)域的應(yīng)用體育休閑用品是碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用的另一個(gè)重要領(lǐng)域。 在碳纖維發(fā)展的早期，體育休閑用品消耗的碳纖維占近13,近年來(lái)呈下降趨勢(shì)，但消耗量仍然可觀。亞洲用于生產(chǎn)體育休閑用品碳纖維的消耗量是世界上最高的， 2002 年在體育用品的 4990 t 碳纖維中，亞洲占首位達(dá)3100 t,占 62.2 ；其次是北美，占 22.4 ；歐洲最少，僅為 15.4 。在亞洲特別是中國(guó)正越來(lái)越多地生產(chǎn)管狀復(fù)合材料件， 如高爾夫球桿、網(wǎng)球拍等，其它還包括滑雪板、滑雪車、箭桿、釣魚竿、自行車車架、船槳、公路賽車、競(jìng)技?jí)Φ润w

25、育用品。3.5 在土木建筑領(lǐng)域的應(yīng)用隨著碳纖維成本的降低與復(fù)合材料制造技術(shù)的發(fā)展， 土木建筑領(lǐng)域成為碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用的新市場(chǎng)。利用碳纖維復(fù)合材料棒材替代圓鋼，利用碳纖維片材加固或修復(fù)橋梁及建筑物， 及利用碳纖維增強(qiáng)混凝土等將會(huì)有很大的發(fā)展。目前在土木建筑領(lǐng)域的應(yīng)用主要是：復(fù)合材料棒材、纖維增強(qiáng)膠接層板、碳纖維增強(qiáng)混凝土、 碳纖維復(fù)合材料板、碳纖維單向布等。3.6 在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用近幾年來(lái)碳纖維在宇航領(lǐng)域中應(yīng)用有萎縮的趨勢(shì)， 在工業(yè)應(yīng)用的市場(chǎng)不斷看好。與宇航和體育休閑用品相比， 工業(yè)應(yīng)用對(duì)于碳纖維的需求在不斷增長(zhǎng)。基礎(chǔ)設(shè)施、油氣開(kāi)采、 壓力容器、復(fù)合材料輥?zhàn)?、航海?gòu)件等應(yīng)用不斷開(kāi)發(fā)，使碳纖維在

26、這個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用持續(xù)增長(zhǎng)。 歐洲和日本在這方面的開(kāi)發(fā)處于領(lǐng)先地位，用于工業(yè)應(yīng)用碳纖維的需求量在歐洲最大，亞洲其次。據(jù)報(bào)道，制備注射和模壓用的粒料消耗的碳纖維高達(dá) 2700 t,主要用于生產(chǎn)手機(jī)、計(jì)算機(jī)、辦公設(shè)施等，在電磁屏蔽和靜電消散方面的應(yīng)用也在不斷增長(zhǎng)。3.7 在交通運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用在交通領(lǐng)域，碳纖維擴(kuò)大應(yīng)用的最大希望在于汽車業(yè)。國(guó)外的各大主要汽車廠家，均競(jìng)相開(kāi)發(fā)碳纖維復(fù)合材料（ CFRP) 化的節(jié)能、環(huán)保和安全性汽車。新一代的汽車要求大大降低能耗， 最重要的措施之一就是減輕汽車質(zhì)量，用一般鋼材是不可能實(shí)現(xiàn)的， 最有效的辦法就是應(yīng)用復(fù)合材料。設(shè)計(jì)表明，一輛典型小車的碳纖維用量可超過(guò) 113kg

27、 ，以此推算，僅滿足北美需求，碳纖維復(fù)合材料的需求量就達(dá)世界碳纖維總生產(chǎn)能力的 100 倍。因此碳纖維復(fù)合材料用作汽車材料，將具有廣闊的發(fā)展前景。目前碳纖維復(fù)合材料已獲得應(yīng)用或正在研究開(kāi)發(fā)應(yīng)用的領(lǐng)域主要包括：飛輪、壓縮天然氣貯罐、燃?xì)馔钙讲考?剎車裝置，其它部件如蓄電池、活塞、傳動(dòng)軸、彈翼、大梁、汽車骨架、螺旋槳芯軸、輪毅、緩沖器、彈簧片、引擎零件、船舶的增強(qiáng)材料等。3.8 在能源領(lǐng)域的應(yīng)用目前，電阻率在 10-10.cm 的碳纖維紙屬高性能碳纖維紙，通常稱之高電導(dǎo)率碳纖維紙，在新能源和電化學(xué)領(lǐng)域正在廣泛推廣應(yīng)用。 科學(xué)家經(jīng)過(guò)多種探索，確認(rèn)高性能碳纖維紙能滿足綠色能源 -燃料電池的要求，而且和原炭材料電極相比， 還有體積小、質(zhì)量輕、效率高等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在，用高性能碳纖維紙制作質(zhì)子交換膜 -燃料電池 (PEMFC ）的氣體擴(kuò)散層電極材料，己經(jīng)得到各燃料電池制造商的認(rèn)同，將很快得到發(fā)展。能源方面和貯能方面， 像風(fēng)力發(fā)電用葉片、飛輪、電池等應(yīng)用也不斷擴(kuò)大。3.9 在電子工業(yè)的應(yīng)用碳纖維除因其優(yōu)良的力學(xué)性能而用于結(jié)構(gòu)材料的增強(qiáng)外，還因其導(dǎo)電性極好且呈非磁性而用作功能材料。在電子工業(yè)中也有重要的應(yīng)用。用碳纖維制作的電子屏蔽裝置具有很好的電磁波吸收能力， 碳纖維與聚合物復(fù)合成為填充型復(fù)合材料， 不僅具有良好的屏蔽作用，同時(shí)使殼體材料的力學(xué)性能大大提高。碳纖維熱塑性復(fù)