1971年，TORAY成了世界上第一人制造商，從事PAN基碳纖維的人型工業(yè)化生產(chǎn)，并將其產(chǎn)品命名為“TORAYCA”，是TORAY碳纖維的縮寫(xiě)。目前，TORAY是全球生產(chǎn)和營(yíng)銷(xiāo)碳纖維的領(lǐng)導者。

目前，全世界主要生產(chǎn)兩種碳纖維。一個(gè)是PAN基碳纖維以聚丙烯腈為原料，另一個(gè)是瀝青基的碳纖維，由煤、石油利合成瀝青蒸餾而成瀝青，然后再聚合成纖維。

在強度上PAN基的碳纖維要優(yōu)丁瀝青基的碳纖維，因此在全世界的碳纖維生產(chǎn)中占有絕對性的壓倒優(yōu)勢。

1．碳纖維的生產(chǎn)工藝

對于碳纖維的生產(chǎn)工藝，當生產(chǎn)PAN基碳纖維的時(shí)候，被稱(chēng)為“母體”的聚丙烯腈纖維首先要通過(guò)聚合和紡紗工藝加工聚丙烯腈而成。然后，將這些母體放入氧化爐中在200到300攝氏度進(jìn)行氧化。另外，還要在碳化爐中，在溫度為1000到2000攝氏度間進(jìn)行碳化制成碳纖維。除了常規類(lèi)型的細碳纖維之外，PAN基碳纖維還包括粗纖維，被稱(chēng)為“人絲束類(lèi)型碳纖維”，這種粗纖維的生產(chǎn)成本比較低。

2．碳纖維特性

正如通常人們所說(shuō)的，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，比強度是鐵的十倍。通過(guò)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)越的抗張強度利抗拉模量，碳纖維在化學(xué)組成上非常穩定，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(xiàn)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(zhù)他們可以被應用于很多的領(lǐng)域。主要的應用包括體育運動(dòng)，例如高爾大球棒和釣魚(yú)桿；航空應用包括飛機元件；和工業(yè)應用。隨著(zhù)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(cháng)，廣泛地應用于醫療設備、壓力容器、土木工程和建筑材料、能源、其它新的工業(yè)應用上。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，制造商可以按照具體的應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)應用為中心的新型應。

3．碳纖維的產(chǎn)品形式及制造工藝

碳纖維有四種產(chǎn)品形式：纖維，布料，預浸料坯，和切短纖維。布料指的是由碳纖維制成的織品。預浸料坯是一種產(chǎn)品，是將碳纖維按照一個(gè)方向一致排列，并將碳纖維或布料剛樹(shù)脂浸泡使其轉化成片狀。切短纖維指的是短絲。

按照不同的配比，這些產(chǎn)品和樹(shù)脂一起應用將形成碳纖維強化塑料(CFRP)。

將樹(shù)脂附在纖維上可以制成壓力容器和軋滾，將它們纏繞在一個(gè)芯兒上，然后進(jìn)行塑化或硬化處理。這種方法被稱(chēng)為“纏繞成型法”。

將布料放入一個(gè)模型中，然后剛樹(shù)脂浸泡，可以川米生產(chǎn)卡=乍和劃艇的車(chē)身部分。這就是所說(shuō)的“樹(shù)脂轉注成型法(RTM)”。

飛機元件的制造是通過(guò)在高壓釜中給預浸料坯加熱，加壓和塑化成型而成的。將預浸料坯纏繞在一個(gè)芯兒上，然后將其加熱和塑化，這就是所說(shuō)的“薄片纏繞法”，用這種方法可以用來(lái)制成高爾夫球棒利釣魚(yú)桿。短絲與樹(shù)脂混合可以形成混合物，經(jīng)過(guò)加工后可以生產(chǎn)山機器元件和其它產(chǎn)品。

過(guò)去，預浸坯料是應用最廣泛的碳纖維形式，通過(guò)在反應釜內利用薄片纏繞法預制而成。然而，近來(lái)，隨著(zhù)新的工業(yè)應用的開(kāi)發(fā)，纖維纏繞成型法，混合物和其他的預制方法得到了更加廣泛的發(fā)展。像RTM這樣的成型法的應用，使得制造商可以更加有效地制成大型產(chǎn)品。碳纖維與最合適的樹(shù)脂及預制工藝的結合使得碳纖維的應用更加具有吸引力。

4．應用的發(fā)展

目前，各種應用占碳纖維年需求的比例如下：體育應用大約為30％，航空應用為10％，工業(yè)應用為60％。

體育應用中的三項重要應用為高爾夫球棒，釣魚(yú)桿和網(wǎng)球拍框架。目前，據估計每年的高爾大球棒的產(chǎn)量為3400萬(wàn)。按照《國家利地區分類(lèi)，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地占80％以上。全世界40％的碳纖維高爾大球椿都是由TORAY的碳纖維制成的。

全世界碳纖維釣魚(yú)桿的產(chǎn)量人約為每年2000萬(wàn)副，這就意味著(zhù)這種應用對碳纖維有著(zhù)穩定的需求。

網(wǎng)球拍框架的市場(chǎng)容量人約為每年600萬(wàn)副。其它的體育項目應用還包括冰球棍，滑雪杖，射箭，和自行車(chē)，同時(shí)，碳纖維還應用在劃船，賽艇，沖浪，和其它的海洋運動(dòng)項目中。

在1992年問(wèn)，航空應川中對碳纖維的需求開(kāi)始有所減少，主要是受到了商業(yè)飛機業(yè)衰退的影響，但是在1995早期有得到了迅速的恢復。恢復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(kāi)始全力生產(chǎn)波音777飛機，TORAY的碳纖維被用做結構材料，包括水平和垂直的橫尾翼和橫梁，這兩部分結構是如此的重要，如果他們受損，那么整個(gè)飛機在飛行的過(guò)程中就可能墜毀。這些材料被稱(chēng)為“首要的結構材料”，因為他們是如此的重要，所以對他們的質(zhì)量要求是極其苛刻的。對于波音777飛機，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上使用了大量的碳纖維，TORAY的TORAYCA碳纖維有望將被大量地應用在他們的新型客機A380上。

在工業(yè)領(lǐng)域，碳纖維的應用也相當廣泛，作為材料，它們正在替代金屬和混凝土來(lái)滿(mǎn)足環(huán)境、安全和能源要求，在工業(yè)領(lǐng)域對碳纖維的需求量正在呈現上升趨勢。

在土木工程和建筑領(lǐng)域，應用碳纖維的抗震修復和加強法是一項主要突破，正在此領(lǐng)域得劍更加廣泛的推廣。在鐵路建筑中，大型的頂部系統和隔音墻在未來(lái)會(huì )有很好的應用，這些也將是很有前景的應用。壓力容器主要用在汽車(chē)的受壓大然氣(CNG)箱上，如圖所示，還用在救火隊員的固定式呼吸器(SCBA)上。CNG罐源于美國和歐洲國家，現在日本和其他的亞洲國家也對這項應用表現山了極大的興趣。

碳纖維的其它應川包括機器元件、家用電器、微機、及與半導體相關(guān)的設備的復合材料的生產(chǎn)，可以用來(lái)起劍加強，防靜電，和電磁波防護的作用，另外，在X射線(xiàn)儀器市場(chǎng)上，碳纖維的應用可以減少人體住X射線(xiàn)下的暴露。

隨著(zhù)碳纖維成本的連續降低，和世界范同內的環(huán)保要求的提高，碳纖維開(kāi)始被應用于汽車(chē)領(lǐng)域，將來(lái)它們會(huì )被應用做尾部沸騰器，發(fā)動(dòng)機，傳動(dòng)軸和燃料箱材料，在未來(lái)將有很好的前景。

5．碳纖維市場(chǎng)的歷史

碳纖維的全方位商業(yè)化始丁20世紀70年代，70年代是高爾大球棒和釣魚(yú)桿應用的引入和發(fā)展時(shí)期，主要是在日本。在80年代早期，碳纖維開(kāi)始被廣泛地川在客機和航空飛行器上作為結構材料，主要是用在歐洲和北美。

然后，人們提高了對碳纖維的認識，開(kāi)始把它當成一種高質(zhì)苗的材料，并在20世紀80年代中期得到了飛速的增長(cháng)。在80年代中期，空客公司開(kāi)始將CFRP作為首要的結構材料應用在它們的飛機上，而且，隨著(zhù)碳纖維在網(wǎng)球和新的體育項目的應用，碳纖維市場(chǎng)得劍了穩步的擴展。盡管住1991年的海灣戰爭之后，航空業(yè)的發(fā)展走向衰退，全球經(jīng)濟開(kāi)始停止不前，碳纖維的需求增長(cháng)也趨向緩慢，白90年代中期以斤，碳纖維的工業(yè)應剛開(kāi)始成為新的需求增長(cháng)點(diǎn)。尤其是，歐洲和北美開(kāi)始將碳纖維應用與壓力容器上，這種增長(cháng)非常顯著(zhù)，由丁1995年的神戶(hù)人地震，加快了抗震加固應用的需求。在未來(lái)，預計碳纖維的主要應用領(lǐng)域將側重于工業(yè)應用，而且這一需求將會(huì )穩步增加。

另外，新一帶的航天計劃和與汽下相關(guān)的應用都將促進(jìn)碳纖維的工業(yè)化應用。

6．供需狀況

在2004年，常規型的碳纖維的產(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(chēng)為“人絲束類(lèi)型”的碳纖維的產(chǎn)量也有幾千噸，人絲束類(lèi)型已經(jīng)開(kāi)始被用于低端的體育和工業(yè)應用中，同時(shí)也被應用于過(guò)去只有玻璃纖維才涉及的領(lǐng)域。

對丁碳纖維米說(shuō)，通常所說(shuō)的70％的宣布的產(chǎn)能是實(shí)際的產(chǎn)能。所宣布的產(chǎn)能通常是以標準產(chǎn)品類(lèi)型為基礎進(jìn)行計算的，但是對于碳纖維，除了具有標準強度和模量的標準產(chǎn)品之外，還有很多其他的根據技術(shù)特性而定的等級產(chǎn)品。纖維的粗度也不盡相同，因此，按照產(chǎn)品類(lèi)型和纖維粗度來(lái)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(huì )很浪費時(shí)間。因此，實(shí)際的產(chǎn)能通常會(huì )低于宣布的產(chǎn)能。

從2003到2010年按照應用和領(lǐng)域來(lái)劃分的全球需求和需求預測。到2010年的這段時(shí)間內，碳纖維的需求將每年增長(cháng)7.5%。預計到2010年碳纖維的總需求量將達到32000噸。

目前碳纖維應用的領(lǐng)域和前景十分廣泛。常見(jiàn)主要產(chǎn)品有：碳纖維高爾夫球桿，羽毛球拍，網(wǎng)球拍，羽毛球，弓箭，飛機起落架板，軍用計算機筆記本電腦外殼，碳纖維支架，碳纖維釣魚(yú)桿，碳纖維汽車(chē)外殼，碳纖維汽車(chē)輪轂，建筑加固，材料加固，比如橋梁，板材等。

來(lái)源： 中國紡織交易網(wǎng)

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