高性能碳纤维的研究进展论文

全球碳纤维分领域需求上升

碳纤维复合材料具有质量轻，强度高的特性，活跃在各种各样的用途上。包括用于追求轻且易用的高性能体育用品、追求在宇宙飞行用的轻量且高性能材料的航空航天飞行器，以及压力容器、汽车、风车、船舶、土木建筑等各种各样的一般产业用途。根据赛奥碳纤维技术统计，2018年全球碳纤维运用细分领域中风电叶片叶片和航天国防领域最多，分别达到22000吨、21000吨。而增长最为显著的是汽车零部件领域，2013-2018年需求复合增长率达到33%。

从全球市场看，2018年全球市场碳纤维需求为万吨，预计在2020年全球需求将达到万吨。

就需求结构而言，碳纤维材料总量一半以上应用在工业领域，风电叶片领域应用占比24%，航空航天领域应用占比23%，体育休闲领域占比15%，汽车工业领域占比12%，四者总计占比74%。其中，体育休闲用品所消耗的碳纤维呈逐年下降之势。

从产能的角度来看，全球碳纤维市场基本被日本和美国企业垄断。2018年世界碳纤维产能为万吨。从地区来看，美国生产万吨占24%，日本生产万吨，占比19%，中国生产碳纤维万吨，占比19%。

但是从企业来看，日本企业在全球小束丝碳纤维市场份额占到约58%，其中日本东丽占比27%、日本东邦占比18%、日本三菱占比13%;全球大束丝碳纤维市场集中度更高，基本被日本Zoltek和德国SGL两家控制(注：Zoltek2013年被东丽收购)，Zoltek全球占比49%，德国SGL全球占33%。

中国碳纤维处于产能扩张阶段

从整体供需状况上看，目前世界上碳纤维的主要消费地区仍然集中在美国、欧洲和日本。根据赛奥碳纤维技术统计，中国碳纤维需求量一直维持稳步上升趋势，2018年国内碳纤维市场需求为万吨，同比增长32%，预计未来年复合增长率为12%，在2020年国内市场需求将达到万吨。

目前国内T300级碳纤维性能达到国际水平，主要运用于航空航天及体育休闲等领域;T700级碳纤维已建成千万吨级生产线，低成本干喷湿纺T700级碳纤维已经实现规模化生产;中国首条千吨级T800原丝生产线由中复神鹰生产线2016年投产;但T800级以上的碳纤维国内企业还处于小规模试验，技术相对东丽还是存在较大差距。中国在T800级别以上的碳纤维生产中都还是处于小批量试验生产阶段，而国外的东丽公司已经实现了比较成熟的高模产品。中国碳纤维公司产能前三名是：中复神鹰、江苏恒神以及精密集团。

——以上数据来源于前瞻产业研究院《中国碳纤维行业深度调研与投资战略规划分析报告》。

看起来很脆弱，是石墨化的效果，其实是为了更好的保护车手。F1赛车材料主要是碳纤维材料。碳纤维的最大缺点就是昂贵。所以除了航空航天用的到，剩下的基本就是F1赛车了 .模具诞生之后，接下来就是手工打造的时间。熟练的技师将碳纤维一层一层地贴在模具上，车身每一个部位因为承受的压力不同而贴上不同层数的碳纤维与不同的排列方向。每一层碳纤维的排列方向决定了车身承受压力将往哪一个方向分散。所以这个程序需要谨慎地执行，吹风机与手术刀此时都会派上用场。F1赛车的碳纤维层数平均是12层，另外在最中央的部分铺设蜂巢结构的铝合金。 费时的碳纤维铺设工作结束后，最后一步就是将车身送进高温与高压的特别烤箱中让每一层碳纤维紧密结合。这样的程序要反复进行三次后一具车身才能算大功告成。烤出第一具车身需费时六周，不过第一具车身制造完成后，后来的车身只需一周即可出厂。碳纤维 高性能型碳纤维及其他碳材料之制作研究 有关各项碳材料之研究发展，是由国科会专题研究计划对碳纤维之制程、微细构造及机械性质所投入之研究。而逐渐发展衍生出各项碳材料之研究，其项目如下： 一、高强力型碳纤维之研究发展 碳纤维之研究及其制程发展，目前共分两个系统，分别是以PAN纤维及Pitch纤维 为原料研制碳纤维。在PAN系碳纤维此一系统中，是以PAN纤维为原料而研制高性型碳纤维，研究制成中各种制作参数之变化对碳纤维之机械性质及表面性质之影响。目前已能控制高强力型碳纤维、高系数型碳纤维及航太级碳纤维之制造技术，在Pitch系碳纤维方面，主要是著重在原料纯化及中间相(meso-phase)之成 长阶段，希望透过中间相之控制而制造出高系数型之碳纤维。而研究中间相形成 之成长因素不只可以利用在碳纤维方面，更可以推广进入碳薄膜及高性能型之碳电极研究，在此方面已有四十余篇之研究论文发表。 二、活性碳纤维之研究发展 活性碳纤维主要用途是应用於饮用水之净化、各种废水及废气之处理、脱色及脱臭等处理。活性碳纤维之使用方式可以以纤维、布、毡及各种型状於实际应用。活性碳纤维的研究主要来自碳纤维的研究基础，因PAN系活性碳纤维中含有氮元素，此一元素对硫醇类具有良好之吸附效果，与其他原料比较起来又具有强力高之优点。在此研究中主要是透过制程之操控来分别制造micropore及mesopore的活性碳纤维，因此研究过程中，偏向於制程因素的变化对纤维空孔及吸附性的影 响。目前已能制出表面积在1000 m2/g以上之工业级、军事级及医药级活性碳纤维。目前之研究成果共发表了十余篇之研究论文及四项专利。 三、防火纤维之研究发展 PAN系防火纤维可耐到900℃，在火焰中不燃烧，不会产生有毒气体，且耐酸碱，因此，可以应用於各种防火用途，如防火衣物、隔热材、各种建材及装饰材料。 PAN系防火纤维可以说是研究碳纤维的副产物，在制造碳纤维的中间过程-氧化工程中所制造出来之氧化纤维便具有防火性，因此，如何在此阶段中来提高其防火 性，并且不损害其可纺性，防火纤维之防火性与可纺性相互有一反比关系。因此，如何达一平衡点是一重要课题。在此研究中，除利用SEM，TEM及X光绕射仪 导出一氧化纤维之微细构造模型；同时，在X光绕射仪上面加装一加热装置来观 察PAN纤维在加热过程中之微结构变化，并计算出其结晶转位活化能。目前之研究成果共发表了十余篇相关之研究论文及三项专利。 四、碳/碳复合材料之研究发展 碳/碳复合材料目前主要之用途在各型飞弹喷嘴、飞机之煞车片及人造骨等。碳/ 碳复合材料中纤维与基材的界面性质一直是个问题点，补强纤维的种类，其表面 性质与基材之关系是研究重点。因为碳/碳复合材料成本昂贵，无法大量使用，因此，目前正致力研究开发低成本之碳/碳复合材料，以便应用於各型车辆之煞车片。 五、导电性碳薄膜之研究发展 碳薄膜是二次锂电池当成为正极或负极的重要材料，碳薄膜的种类决定了二次锂电池的功率，充放电效率及寿命。早期的研究中利用PAN为原料所制出来的碳薄膜制成电池后，其电容量经工研院工材所的测试为250mAh/g，在最近的研究中利用pitch的masophase的控制已能制出电容量为500mAh/g之碳电极。目前的研究重点在於了解碳层的排列、顺向、微结构、内部孔洞的大小与电容量的关系，进而了解充放电效率与充电次数的关系，目前已有一项专利。

[赛车车身质材]；1、碳素夹层板，为制造车壳，复合材料专家把铝制蜂窝结构夹在两块碳素纤维板之间，然后在真空炉中使之聚合，结果这种板材比普通铝板重量轻1倍，强度高1倍。2、诺梅克斯（NOMEX）蜂窝结构，诺梅克斯蜂窝结构用于车壳的狭窄部分，例如鼻锥形车头。虽然刚性不如铝，但它较轻，柔性好，容易加工 参考：碳纤维素碳纤维素 车身也是用碳纤维材料做的。...BRAUN,CULLMANN,REFLECTA这几家德国老牌器材公司现在的日子有些不太好过,展台基本没有什么观众,也很少有客户,与那...的方向盘,车身全都都是碳纤维材料。... 碳纤维材料碳纤维素 F1赛车车身是钛合金制造的！我曾经编发这样一篇文章，现在摘录给你参考。科学发现报曾介绍过F1赛车，读者们深深为赛车运动的极限速度和车手高超的技术所折服。近日，记者在“第八届哈尔滨国际车展”一睹了F1赛车的庐山真面目。为满足读者要求，现将F1赛车全面介绍如下：F1赛车钛合金造一级方程式大奖赛俗称F1，是从国际汽联1950年起所举办的“国际汽联世界冠军赛(The FIA World Championship)”开始的。全世界第一场F1大奖赛在英国银石(Silverstone)赛道举行，参赛车辆的规格以1947年出台的规则为依据，引擎最大排气量为4500毫升非增压引擎或者1500毫升机械增压引擎。现在，F1赛车经过长途跋涉后首次抵达哈尔滨，在哈尔滨车展上亮相，运送F1赛车的是美孚公司提供的专用集装箱。据悉，采用钛合金制成的这台F1赛车是02款，是迈凯伦·梅赛德斯车队的专用车，全车重量652公斤，车身高73厘米，正常时速为360公里。价值100万英磅，约合人民币1500万元。F1赛车的到来，给广大车迷创造了零距离真实感受F1赛车的难得机遇，观看F1赛车的同时，还可模拟驾驶F1赛车。大庆、齐齐哈尔、牡丹江、佳木斯等地的众多车迷爱好者及协会组织了多个团队，来哈尔滨车展专程观看F1赛车，并购买F1赛车1：18模型作为参观本次F1赛车的留念。参考文献：科学发现报2005年9月6日封底碳纤维材料碳纤维素碳纤维材料 [赛车车身质材]；1、碳素夹层板，为制造车壳，复合材料专家把铝制蜂窝结构夹在两块碳素纤维板之间，然后在真空炉中使之聚合，结果这种板材比普通铝板重量轻1倍，强度高1倍。2、诺梅克斯（NOMEX）蜂窝结构，诺梅克斯蜂窝结构用于车壳的狭窄部分，例如鼻锥形车头。虽然刚性不如铝，但它较轻，柔性好，容易加工. 碳纤维材料做的。F1赛车采用的单壳体车身称得上是现代工程的杰作，它由碳纤维和蜂窝状铝板材料在车体模型上“粘贴”成型后，经过高温高压下结合而来。有人乐称其为“三明治”结构：两外层为碳纤维，中间是蜂窝状铝板。此外，在车身某些地方（如打孔处），还使用了吐弗诺（tufnol）（现代防弹衣的用料）以实现局部加固。碳纤维材料碳纤维碳纤维素做的.碳纤维素的材料碳纤维素碳纤维材料 碳纤维F1赛车的碳纤维层数平均是12层，另外在最中央的部分铺设蜂巢结构压缩而成碳纤维 碳纤维材料

F1赛车的底盘采用碳化纤维.