【正文】 長軸系上通常不需要布置軸承，至少減少了軸承的數(shù)量，這樣就降低了成本，減輕了軸系，減少了部件，而且還節(jié)省了軸承支撐件的成本以及減輕了重量；長壽命、低噪聲、無腐蝕、無磨擦、免維修、不導(dǎo)電、無磁性。CFRP賦予了車體良好的剛性和減震性能，同時可實現(xiàn)輕質(zhì)化。按此計算，2006年體育用品制造業(yè)所用的碳纖維占全球消費量的24%左右。因此，可以預(yù)計中、長期碳纖維在航天航空領(lǐng)域仍會有一定增長。表235 日本東麗公司航空用CF技術(shù)特征CF型號規(guī)格抗拉強力(Mpa)抗拉摸量(Gpa)類別T3001K 3K 6K 12K3530230標準抗拉摸量T300T3K 6K 12K4210230T400H3K 6K4410250T700G12K 24K4900240T800H6K 12K5490294中等抗拉摸量T800S24K5880294T1000G12K6370294自2005年碳纖維復(fù)合材料在B777飛機上的成功應(yīng)用以來，全球范圍掀起碳纖維復(fù)合材料熱潮，歐美大型飛機加快了使用復(fù)合材料的步伐，新設(shè)計、生產(chǎn)或投入使用的飛機，大量使用碳纖維復(fù)合材料。A380客機使用復(fù)合材料達2530 t/架，其中85%是碳纖維增強復(fù)合材料(CFRP)。鑒于近年軍事工業(yè)上應(yīng)用的萎縮、碳纖維成本的降低及先進低成本制造復(fù)合材料技術(shù)的突破，碳纖維復(fù)合材料在建筑、工業(yè)、交通運輸?shù)确矫娴膽?yīng)用便成為研究開發(fā)的熱點，并取得了一定的突破性進展。新的生產(chǎn)線建成投產(chǎn)后， kt/a， kt/a。日本東麗公司計劃投資550億日元，在日本、美國和法國擴大碳纖維生產(chǎn)能力， kt/ kt/a，以滿足世界的需求增長。顯然，羅伯茨的預(yù)測比該研究報告樂觀。 (單位：噸)他的數(shù)字涵蓋風力發(fā)電、汽車、航空航天、壓力容器、海洋、體育設(shè)備等?？寺山z到2010年，世界碳纖維總需求量增長到31910 t/a，相對于2001年的17900 t/%。估計碳纖維在今后5年中需求將年均增長78%，西歐和部份亞洲國家(特別是中國)，其消費量要超過上述年均增長率。表219 2002年國外PAN基碳纖維的消費結(jié)構(gòu) %國家或地區(qū)航空航天體育器材一般工業(yè)美 國西 歐日 本由表220可知，%，2002～2007年碳纖維用量的年均增長率約8%。歐洲碳纖維生產(chǎn)能力的增長主要體現(xiàn)在小絲束碳纖維上，%，%和104%。為了滿足巨大的市場需求，世界各大碳纖維生產(chǎn)企業(yè)紛紛擴大碳纖維生產(chǎn)能力，見上表215。2000019001900019001900小計 表215由表可知，2003年世界小絲束碳纖維生產(chǎn)主要集中在日本，而大絲束碳纖維生產(chǎn)則集中在美國和西歐的公司。日本的三家企業(yè)：東麗公司、東邦公司和三菱人造絲就占據(jù)了世界78%左右的產(chǎn)量，我國臺灣省也有3000噸左右的產(chǎn)能。世界大絲束碳纖維主要生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)能分布情況見表26。表23 20052008年世界小絲束碳纖維生產(chǎn)能力 (t/a)年份2005200620072008生產(chǎn)能力25900306003750046300對2005年的增幅/%0表24 2005年日本三家碳纖維生產(chǎn)集團小絲束生產(chǎn)能力 (t/a)企業(yè)小絲束生產(chǎn)能力所占比例/%Toray9100Toho6300Mitsubishi4700合計20100綜合表21和表23可知，20062008年世界碳纖維產(chǎn)能確實大幅增長，但是增長幅度小于預(yù)測值。20082014年全球碳纖維生產(chǎn)能力預(yù)測數(shù)據(jù)見表22。碳纖維市場供應(yīng)短缺的狀況至少將延續(xù)到2009年，甚至可能延續(xù)到2012年。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、冰雪運動器材、水上運動器材等方面，需求量穩(wěn)步、較快增長。非加熱成型技術(shù)：由于電子射線和光固化為非加熱成型技術(shù)，是低成本、高性能的大型結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制造方法。在碳化和石墨化方面的新思路是采用微波技術(shù)。總的來講，制備碳纖維的新技術(shù)可歸納為三大方面：(1) 研究發(fā)展廉價原絲。國外碳纖維主要生產(chǎn)商都在積極地開發(fā)超高強度、超高模量的碳纖維。碳纖維增強樹脂復(fù)合材料所用樹脂基體主要分為兩類，一類是熱固性樹脂，另一類是熱塑性樹脂。(1) 碳纖維增強陶瓷基復(fù)合材料用碳纖維增強陶瓷可有效改善韌性，改變陶瓷脆性斷裂形態(tài)，同時阻止裂紋在陶瓷基體中的迅速傳播、擴展。硫氰酸鈉法由于反應(yīng)介質(zhì)中含有大量的堿金屬離子，對碳纖維原絲的質(zhì)量影響較大，難以做出T300以上的更高強度的碳纖維產(chǎn)品。對于同一條碳纖維生產(chǎn)設(shè)備來說K數(shù)大的原絲，產(chǎn)量愈高，越有利于碳纖維價格的下降。九十年代前，航天航空需要高性能小絲束碳纖維，即使價格高也可用輕量化效果來解決。日本東麗、東邦及三菱人造絲三家公司是PAN基碳纖維(小絲束)的著名生產(chǎn)廠家。PAN基碳纖維是當今世界碳纖維發(fā)展的主流，占世界碳纖維市場的90%以上。國際上PAN基碳纖維的生產(chǎn)，從20世紀60年代起步，經(jīng)過70～80年代的穩(wěn)定，90年代的飛速發(fā)展，到21世紀初其生產(chǎn)工藝技術(shù)已經(jīng)成熟。這三家公司依靠其多年來對紡絲工藝理論的精通和紡絲新技術(shù)的基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和開發(fā)研究方面的豐碩成果，大量生產(chǎn)出高性能碳纖維，使日本迅速成為世界碳纖維強國，無論質(zhì)量還是數(shù)量上均處于世界領(lǐng)先地位。但九十年代以后對于航天航空工業(yè)來說，高價碳纖維限制它的應(yīng)用，需開發(fā)價格較低的大K束碳纖維。如對1條100 t/a碳纖維生產(chǎn)線而言(以12K計算)，如果生產(chǎn)1K、3K和6K碳纖維，年產(chǎn)量分別是15 t、35 t和62 t。DMF法可以做出很好的碳纖維產(chǎn)品，日本、臺灣的企業(yè)，都有采用該工藝的成功經(jīng)驗，但由于DMF毒性較大，已經(jīng)被限制使用。目前國內(nèi)外比較成熟的碳纖維增強陶瓷材料是碳纖維增強碳化硅材料，在航空發(fā)動機、可重復(fù)使用航天飛行器等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。碳纖維增強熱塑性塑料是指碳纖維為分散質(zhì)，熱塑性塑料為基體的纖維增強塑料。日本東麗公司已開發(fā)出高強型T1000系列碳纖維，其抗拉模量為295 GPa， GPa，而高強高模MSJ型抗拉模量達640 GPa， GPa。在高性能碳纖維成本中原絲所占比例約為4060%，國外從兩方面降低原絲的成本，一是試探采用聚丙烯腈外的其它材料作為制備高性能碳纖維的原絲，包括低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和聚丙烯等其它聚烯類高分子材料以及木質(zhì)素等；二是改進現(xiàn)有工藝聚丙烯腈原絲的技術(shù)，達到降低成本的目的，包括采用紡織用的聚丙烯腈、化學(xué)改性、輻照穩(wěn)定化處理等。 最新碳纖維技術(shù)動向PAN基碳纖維技術(shù)開發(fā)新方向包括：碳纖維性能的提高；基體樹脂技術(shù)；成型技術(shù)三個方面。RTM成型技術(shù)的進化：把批量生產(chǎn)、低壓、低溫、強化纖維體積分數(shù)、方向、位置設(shè)定自由等特征為研發(fā)的意向。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%。20052008年世界碳纖維總生產(chǎn)能力統(tǒng)計及預(yù)測見表21，由表可知2005年后三年內(nèi)世界碳纖維生產(chǎn)能力將大幅增加，%，%%。表22 這是由于部分新建碳纖維項目沒有順利達產(chǎn)。美國卓爾泰克(ZOLTEK)公司是全球大絲束碳纖維著名生產(chǎn)企業(yè)。PAN基碳纖維產(chǎn)品主要有以美國為代表的大絲束碳纖維(LT: 48K～480K)和以日本為代表的小絲束碳纖維(CT: 1K～24K)兩大類。表211 2003年國外主要PAN基碳纖維廠商生產(chǎn)能力 t/a生產(chǎn)廠商小絲束大絲束日本11300300Toray4400300Toho3700Mitsubishi Rayon3200美國75006890Ballard90Aldila1000Cytec1900Fortafil3500Grafil1500Hexcel2300Zoltek2300 Toray (美國分公司)1800西歐4260Soficar850Tenax Fibers1810SGL1600總計1880011450表212世界各大PAN基碳纖維公司20022004年的產(chǎn)能 2007/08年度全球PANCF生產(chǎn)廠家及產(chǎn)能分布(t)生產(chǎn)能力2007年2008年新增產(chǎn)能原產(chǎn)能總產(chǎn)能新增產(chǎn)能原產(chǎn)能總產(chǎn)能小絲束正規(guī)絲束1K3K6K12K24K東麗Toray本土2200690013900400730017900法Soficar800340018005200美CFA0360018005400東邦Toho本土0370091002700640011800德0340003400美0200002000三菱本土220054007900054007900美Grafil0200002000歐洲SGL50050005007450115006000表216 世界PAN基碳纖維生產(chǎn)能力 t類別單位工廠所在國年份20042005200620072008小絲束碳纖維東麗集團日本47004700470069006900美國18001800360036005400法國26002600260034005200小計91009100109001390017500東邦集團日本37003700370037006400德國19001900340034003400美國0700700700700小計560063007800780010500三菱集團日本32003200320054005400美國15001500200020002000歐洲00600600600小計47004700580080008000CYTEC美國18001800180018003800HEXCEL美國20002000230028003300臺塑中國臺灣20002000200032003200小計580058006100780010300共計2520025900306003750046300大絲束碳纖維FotafilTOHO美國/日本35001300130013001300ZOLTEK美國/匈牙利2500330065001110011100SGL德國/英國19001900190019001900CF Technology美國10001000100010001000Toray日本300300300300300共計92007800110001560015600PAN基碳纖維總計3440033700416005310061900表216綜合了20042008年世界主要碳纖維生產(chǎn)廠家生產(chǎn)能力的變化情況，數(shù)據(jù)表明，在20042005年世界碳纖維生產(chǎn)能力僅小絲束碳纖維有小幅度的增長，從25200 t/a增加到25900 t/a，%；%，這可能是由于航空航天領(lǐng)域?qū)Ω咝阅芴祭w維需求的增加的緣故。表217 世界PAN基碳纖維按地區(qū)的生產(chǎn)能力 t碳纖維種類地區(qū)年份20042005200620072008PAN基小絲束碳纖維亞洲1360013600136001920021900美洲71007800104001090015200歐洲45004500660074009200小計2520025900306003750046300PAN基大絲束碳纖維亞洲300300300300300美洲7000560088001340013400歐洲19001900190019001900小計92007800110001560015600PAN基碳纖維亞洲1390013900139001950022200美洲1410013400192002430028600歐洲640064008500930011100總計3440033700416005310061900 世界碳纖維消費狀況及結(jié)構(gòu)美國、歐洲和日本是碳纖維復(fù)合材料的主要消費地區(qū)，未來幾年亞洲地區(qū)的需求將快速增長。其中小絲束(1K～24K)，%；，%。2006年，世界碳纖維消費量按地區(qū)分布為：歐洲30%、北美35%、日本15%、世界其他地區(qū)20%。隨著