【正文】 增幅/%0 體育休閑用品文體用品領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求，20032006年的年均增長率為42%，至2009年以后三年中，預(yù)計(jì)年均增速為46%。2005年波音公司飛機(jī)合同650架，空中客車公司417架，2005年底兩大飛機(jī)公司交付飛機(jī)620架，復(fù)合材料用量約1700 t，CFRP約1020 t。cm3)/(109公司預(yù)計(jì)整個(gè)碳纖維和PAN擴(kuò)能項(xiàng)目將投資7730萬美元，項(xiàng)目建成后，東麗工業(yè)公司的碳纖維生產(chǎn)能力將達(dá)到9200噸/年，繼續(xù)保持全球領(lǐng)先地位。表228 克律絲圖4 為21世紀(jì)前十年碳纖維需求量的統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)情況，圖7為世界碳纖維供需對(duì)比情況。2002年美國的碳纖維消費(fèi)量占全球總供應(yīng)量的30%，其中包括美國自己生產(chǎn)的亦有一部份進(jìn)口。2007年和2008年，世界大絲束碳纖維生產(chǎn)能力分別達(dá)到53100 t/a和61900 t/a，與2006年的41600 t/%%。4855027300生產(chǎn)公司生產(chǎn)能力日本Toray9100(小絲束)日本Toho5600(小絲束)日本Mitsubishirayon4700(小絲束)美國Hexcel2000(小絲束)英國Amoco1900(小絲束)中國臺(tái)灣臺(tái)灣工程塑料公司1750(小絲束)美國AKZOFortafil3500(大絲束)美國Zoltek1800(大絲束)美國Aldila1000(大絲束)德國SGL1900(大絲束)表213 2002—2004年世界瀝青基碳纖維的生產(chǎn)廠家及產(chǎn)能品種國家或公司產(chǎn)能/(t表26 2002世界大絲束碳纖維產(chǎn)能情況 (按企業(yè)) t/a (單位：噸)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。(2) 基體樹脂技術(shù)低溫固化的耐熱性樹脂；熱熔融樹脂；不燃樹脂；碳納米纖維配合碳纖維樹脂預(yù)浸料，提高層間抗剝離強(qiáng)度和耐壓縮強(qiáng)度。美國wilkinson公司也在研制PAN原絲，而英國國防安全部在研制中空碳纖維原絲及碳纖維。這種材料除具備高強(qiáng)度、高剛性、尺寸穩(wěn)定、抗氧化和耐磨損等特性外，還具有較高的斷裂韌性和假塑性。此外，碳纖維還兼有其它多種優(yōu)良性能，如低密度、耐高溫、耐腐蝕、耐摩擦、抗疲勞、震動(dòng)衰減性高、電及熱導(dǎo)性高、熱膨脹系數(shù)低、X光穿透性高，非磁體但有電磁屏蔽性等。美國是繼日本之后掌握碳纖維生產(chǎn)技術(shù)的少數(shù)幾個(gè)發(fā)達(dá)國家之一，其碳纖維主要廠商為Hexcel、Amoco公司，它們與日本東麗、東邦及三菱人造絲公司為當(dāng)今世界碳纖維的5大生產(chǎn)商。世界PAN 基碳纖維生產(chǎn)廠商主要有日本Toray(東麗)、Toho(東邦)、Mitsubishi Rayon(三菱人造絲)，美國Hexcel(赫克塞爾)、Amoco(阿莫科)和Zoltek(卓爾泰克)等公司。值得注意的是日本東麗公司、三菱公司也開始大量生產(chǎn)24K及以上級(jí)別大絲束碳纖維。目前PAN基碳纖維的主要生產(chǎn)方法有硝酸法、硫氰酸鈉法、DMF法和二甲基亞砜(DMSO)法等。目前碳纖維增強(qiáng)鋁、鎂基復(fù)合材料的制備技術(shù)比較成熟。東麗公司則研制一種三葉形斷面的PAN原絲及碳纖維，可改進(jìn)與樹脂的粘合性、壓縮強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度。帶有數(shù)字控制(NC)的自動(dòng)鋪層法：在航空飛機(jī)部件的高壓釜成型中，為了優(yōu)先使曲面形預(yù)浸料鋪層合理化和高速化，引入了帶NC的自動(dòng)鋪層機(jī)。由于日本三菱人造絲公司和東麗公司的擴(kuò)能計(jì)劃，20022005年， kt/ kt/a。2005年，三家生產(chǎn)能力分別為9100 t/a，6300 t/a和4700 t/a，%，%%，%。預(yù)計(jì)隨著碳纖維低成本化趨勢(shì)和向民用領(lǐng)域和一般工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展，大絲束的生產(chǎn)能力還將繼續(xù)呈增長趨勢(shì)。表214 20052006年世界碳纖維生產(chǎn)能力 t生產(chǎn)廠家2005年2006年宇航級(jí)工業(yè)級(jí)宇航級(jí)工業(yè)級(jí)東麗900030010800300東邦6260130077401300三菱46404640赫克塞爾19801980蘇泰克18001800卓爾泰克44604460愛思奇愛爾19001900阿爾迪拉10001000臺(tái)塑18001800總計(jì)25480896028760896020052006年期間，世界碳纖維產(chǎn)業(yè)進(jìn)入一段穩(wěn)定發(fā)展時(shí)期，從表214。從表中可以看出，亞洲小絲束碳纖維生產(chǎn)在2006年后出現(xiàn)增長趨勢(shì)，%%；而亞洲大絲束碳纖維生產(chǎn)沒有明顯的變化。剩下的14%大部分為其它亞洲國家用于不同的最終用途。表223數(shù)據(jù)表明，世界碳纖維的主要消費(fèi)地在20012010年這十年來，對(duì)碳纖維的需求呈增長趨勢(shì)，北美的需求最大，次之是歐洲。羅伯茨對(duì)現(xiàn)有的和宣布的碳纖維生產(chǎn)計(jì)劃、終端市場(chǎng)生產(chǎn)趨勢(shì)加以分析。該項(xiàng)目投資額為5100萬歐元，屆時(shí)TohoTenax公司在德國的碳纖維年產(chǎn)能將達(dá)到5100噸。中國航空公司要增加1459架新飛機(jī)，僅僅是滿足國內(nèi)航線。大量使用碳纖維復(fù)合材料的產(chǎn)品是高爾夫球槽、球拍、雪橇、滑雪板、曲棍球棒、釣魚竿和自行車。大型港口內(nèi)的業(yè)務(wù)運(yùn)營中，選擇使用CFRP巡邏艇可降低船體重量，提高船的可操作性，在挪威港口運(yùn)營中CFRP客運(yùn)船已投入商業(yè)化運(yùn)作。表239為全球不同領(lǐng)域?qū)μ祭w維需求的統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)，到2010年全球在自行車領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求量推測(cè)為1183噸。2003年以后航空航天領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求出現(xiàn)快速增長，2006年與2001年相比將增長約40 %，2008年將增長約76 %，到2010年和2001年相比預(yù)計(jì)增長超過100%。據(jù)市場(chǎng)稱，波音和空中客車每年交付使用客機(jī)大約250350架。拉伸強(qiáng)度拉伸模量密度比模量比強(qiáng)度產(chǎn)地/MPa/GPa/(g kt/ kt/a， kt/a。2003年之后，航空航天，風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求快速增長，全球碳纖維市場(chǎng)出現(xiàn)供給緊張局面。綜合產(chǎn)能和需求變化，全球碳纖維行業(yè)在未來幾年中仍可維持兩位數(shù)的增長，且供小于求。美國是世界碳纖維的最大用戶，緊跟其后的是西歐。2006年以后，碳纖維應(yīng)用擴(kuò)展到民用領(lǐng)域，大絲束的需求迅速增加，從而帶動(dòng)了碳纖維生產(chǎn)企業(yè)擴(kuò)大大絲束碳纖維生產(chǎn)能力。390009500 t/aZOLTEK公司20052008年大絲束碳纖維生產(chǎn)能力統(tǒng)計(jì)及預(yù)測(cè)見表27。全球碳纖維生產(chǎn)能力預(yù)測(cè)一般產(chǎn)業(yè)對(duì)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(tái)、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(cè)、空間探測(cè)以及各種飛行器的高精度天線。(1) 碳纖維性能的提高為了適應(yīng)用途方面的性能提高，謀求強(qiáng)度、彈性模量及成本的平衡： PAN基碳纖維的抗壓縮強(qiáng)度提高—通過把硼離子在高電壓下進(jìn)行加速照射，使結(jié)晶結(jié)構(gòu)微細(xì)化，；高彈性模量化—PAN基碳纖維彈性模量達(dá)到690 GPa， GPa；碳纖維的界面控制—為了提高耐沖擊性，使碳纖維和基體樹脂的粘接平衡，對(duì)碳纖維界面進(jìn)行表面處理；碳纖維價(jià)格降低。在新工藝和新技術(shù)方面，日本三大公司和韓國cheil合成工業(yè)公司繼承發(fā)明了PAN原絲至碳化等系統(tǒng)的新技術(shù)，其中三菱人造絲公司提出相當(dāng)于T700性能水平碳纖維的PAN原絲指標(biāo)。(2) C/C復(fù)合材料它是由碳纖維或織物、編織物等增強(qiáng)碳基復(fù)合材料構(gòu)成，主要由各類碳組成，即纖維碳、樹脂碳和沉積碳。 碳纖維的物理性能由于碳纖維具有出色的力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性，是目前已大量生產(chǎn)的高性能纖維中具有最高的比強(qiáng)度和最高的比模量的纖維，特別是在2000℃以上的高溫惰性環(huán)境中，碳材料是唯一強(qiáng)度不下降的物質(zhì)，是其它主要結(jié)構(gòu)材料(金屬及其合金)所無法比擬的。東麗公司更是世界上高性能碳纖維研究、生產(chǎn)的“領(lǐng)頭羊”。瀝青基碳纖維主要生產(chǎn)廠商有日本Mitsubishi Chem(三菱化學(xué))、Kureha (吳羽)、Donac與美國Amoco 公司。促使大絲束碳纖維迅猛發(fā)展的原因可能如下：(1) 市場(chǎng)的需求。硝酸法操作不易控制，規(guī)模難以放大，安全性差，污染嚴(yán)重等，不具備工程化的條件。(4) 碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料 (CFRP)它具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐高溫、抗腐蝕、熱力學(xué)性能優(yōu)良等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用作結(jié)構(gòu)材料及耐高溫?zé)g材料。 今后日本先進(jìn)復(fù)合材料的發(fā)展方向是：在增強(qiáng)材料方面，進(jìn)一步提高碳纖維的強(qiáng)度和模量，降低成本；在樹脂基體方面，主要提高樹脂的沖擊后壓縮強(qiáng)度和耐濕熱性；在復(fù)合材料成型技術(shù)方面，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)整體成型技術(shù)，固化監(jiān)控、自動(dòng)化技術(shù)及三維復(fù)合材料技術(shù)，同時(shí)提高復(fù)合材料性能和降低制造成本。全自動(dòng)纖維分布：復(fù)合材料的成型材料(窄幅預(yù)浸料)被開發(fā)出自動(dòng)鋪層的先進(jìn)裝置。2005年以后，隨著歐洲空中客車A380及波音公司787客機(jī)大量使用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，世界碳纖維制造商再度實(shí)施擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，世界碳纖維總產(chǎn)能急劇膨脹。以2005年世界小絲束碳纖維生產(chǎn)能力為基準(zhǔn)，20052008年世界小絲束碳纖維生產(chǎn)能力變化見表23，日本東麗、東邦和三菱三家碳纖維生產(chǎn)集團(tuán)2005年小絲束碳纖維生產(chǎn)能力及在世界小絲束碳纖維總生產(chǎn)能力中所占比例見表24。 世界碳纖維生產(chǎn)能力主要企業(yè)分布表29 19972000年世界碳纖維生產(chǎn)能力分布 (按企業(yè)) (t/a)企業(yè)1997年1998年1999年2000年東麗集團(tuán)(日)3700550073007300東邦集團(tuán)(日)3700510051005100三菱人造絲集團(tuán)1900340034003400阿莫科(Amoco，美)1200190019001900?？巳麪?Hexcel，美)1700180018001800臺(tái)灣塑料集團(tuán)1000200034003400卓爾泰爾(Zoltek，美)*360086001460018500阿克蘇(Akzo，荷)*2100210035003500SGL(德)*2400270027002700Alidla(美)*040010001000合計(jì)8100138002180025700*用大絲束PAN原絲世界碳纖維的生產(chǎn)主要集中在日本、英國、美國、法國、韓國等少數(shù)發(fā)達(dá)國家和我國的臺(tái)灣省，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)和美國的的卓爾泰克(ZOLTEK)、阿克蘇(AKZO)、阿爾迪拉(ALDILI)和德車的SGL公司等。可以發(fā)現(xiàn)世界各大碳纖維生產(chǎn)企業(yè)大絲束和小絲束碳纖維生產(chǎn)能力變化不大，僅東麗公司小絲束碳纖維產(chǎn)能有較大的增長，其它企業(yè)處于穩(wěn)定生產(chǎn)之中。美Zoltek歐洲2000600085002000800010500美0250002500美Carbon Fiber TechAldila/010001000010001000歐洲SGL020002000400060006000小計(jì)美洲小絲束碳纖維的產(chǎn)能保持持續(xù)增長的趨勢(shì)，增長主要出現(xiàn)在2002007和2008年，%，%和114%；大絲束碳纖維產(chǎn)能的增長出現(xiàn)在06和07年，%%。2003年初步估計(jì)碳纖維的生產(chǎn)量和消費(fèi)量比2002年的水平提高45%，由于碳纖維消費(fèi)量繼續(xù)快速增長，會(huì)造成2004年供應(yīng)緊張。以2001年的需求量為基準(zhǔn)，%，%，%，%。如果他的預(yù)期屬實(shí)，那么未來7 年碳纖維生產(chǎn)擴(kuò)張將滿足需求。據(jù)愛爾蘭都柏林消息，有研究報(bào)告《2004～2010 年全球碳纖維市場(chǎng)增長機(jī)會(huì)》稱，預(yù)計(jì)2010年全球碳纖維市場(chǎng)將增至9 億美元，碳纖維加強(qiáng)復(fù)合材料部件市場(chǎng)將增至99 億美元；預(yù)計(jì)到2010年碳纖維的總需求量將達(dá)到32000 噸。此外，TohoTenax目前正在日本新建一條2700噸/年碳纖維生產(chǎn)線，預(yù)計(jì)2008年4月建成投產(chǎn)，屆時(shí)公司在三島的碳纖維年產(chǎn)能將達(dá)到6400噸。表235為東麗公司用于大型客機(jī)的CF性能。生產(chǎn)上述7 種產(chǎn)品，制造商在2006 年的復(fù)合產(chǎn)品消費(fèi)量估計(jì)為6710 噸左右。德國CENTA Antriebe kirschey 公司采用由碳纖維管材料制成的軸系聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)軸，能夠輕而易舉地達(dá)到減輕傳動(dòng)部件重量的目的，其主要優(yōu)點(diǎn)：明顯地減輕了驅(qū)動(dòng)軸的重量—與堅(jiān)硬的鋼質(zhì)軸相比較，碳纖維軸的重量明顯地減輕了約70%，這其中包括復(fù)合管端部必要的金屬部件，其實(shí)僅碳纖維管本身的重量的確很輕；臨界速度高，由于轉(zhuǎn)速是設(shè)定的，故使用碳纖維軸的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在長的推進(jìn)軸系上。Trek公司的一款SSL型自行車采用克重為55g/m2的碳纖維制品制成的車架重量僅為950g；法國Salomen SA 采用100%CFRP材料加工自行車輪，生產(chǎn)周期短，制造成本低。表237 20012005年美國空軍對(duì)碳纖維的需求量機(jī)型碳纖維需求量/kg合計(jì)200020012002200320042005B12252252252252252251350B22252252252252252251350C1792,00092,00099,000106,00071,00057,000517,000JASSM008,72011,48028,69041,31090,200UCAV002,45003,6703,6709,790F16(US)530530007907902,640F16(FMS)3,