我國碳纖維增強復合材料的市場狀況

李金濤　宣昌茂

【摘要】碳纖維復合材料（CFRP）作為一種先進的復合材料，具有重量輕、模量高、比強度大、熱膨脹系數低、耐高溫、耐熱沖擊、耐腐蝕、吸振性好等一系列優點，在航空航天、汽車等領域已有廣泛的應用。文章通過對碳纖維在行業中的廣泛應用及現狀分析，對國內碳纖維復合材料市場的問題與前景進行了探討。

【關鍵詞】碳纖維復合材料；體育休閑用品；結構加固工程

一、我國CFRP體育休閑用品的發展情況

我國在八十年代初開始研制CFRP體育運動器材。1983哈爾濱玻璃鋼研究所研制的CFRP羽毛球拍，1987年研制成功碳纖維/玻璃纖維混雜增強環氧樹脂的蜂窩夾層結構四人皮艇。

八十年代中期，由于中國的改革開放政策和勞動力低廉等原因，臺灣逐步把勞動力密集，污染嚴重的CFRP體育器材制造業轉往大陸沿海地區。例如，臺灣80％的高爾夫球桿、40.50％的網球拍、羽毛球拍，60％以上的自行車架制造業轉移到深圳、東莞、福州和廈門等地；一些發達國家也把該種體育器材制造業轉來中國。例如，韓國把其大部分CFRP釣魚桿制造業轉來中國天津、威海和寧波等地。

據統計，2002年國產CFRP釣魚桿、高爾夫球桿、網球拍、自行車等已分別占到世界同類產品產量的60％、60％、75％、65％。這些CFRP體育休閑用品所消耗的CF量，約占當年世界CF消耗總量的16％。然而，由于國際CFRP體育休閑用品已處于飽和狀態，今后這方面產品將基本上處于穩定狀態，年增長速度大體在1％左右。

二、結構加固工程已成為CFRP產業新的增長點

中國從1997年開始從國外引入CFRP加固混凝土結構技術，并開始進行相關研究，由于其巨大的技術優勢，在短短的時間內很快形成研究和工程應用的熱點。目前國內已有國家工業建筑診斷與改造工程技術研究中心、清華大學、東南大學、天津大學、北京航空航天大學、北京化工大學、中國建筑科學研究院等數十個高校和科研院所先后開展了CF加固建筑結構的研究，已完成多項研究課顆，發表研究論文100多篇。在材料開發、加固土木建筑結構技術和設計計算理論等方面，取得一批接近國際先進水平的研究成果。

由于中國具有世界上最為巨大的土木建筑市場，CFRP加固建筑結構工作將呈現不斷增長的趨勢。如2001年全國用于結構加固的CF量僅12噸，2003年就達到140噸，2004年將達230噸，2010年將躍升至850噸。

三、CFRP在中國能源開發中的巨大需求

隨著地球上油田進行三期開采期，打的油井越來越深，為了提高開采效率，世界上許多國家都在探索采用CFRP抽油桿。在油田深井使用CFRP抽油桿具有明顯優勢：首先，該抽油桿只是同類鋼桿重量的1/8～1/10，甚至更輕；其次，采用CFRP抽油桿時地面裝備顯著減少，如可降低抽油機機型，節約地面設備投資5.8萬元；節能效果顯著，因此采用CFRP抽油桿是抽油桿的一次革命。中國各油田正在使用的金屬抽油桿超過1億米，其中每年更新或新增2600萬米。據北京化工大學預測，至2008年可能有8％～10％更新或新增的油桿用CFRP桿取代，則為200.260萬米，CF用量為1.6噸／萬米，共需CF320.420噸。至2010年如果按15％的取代量計算，則CF消耗量達624噸。目前國內已有三家生產CFRP抽油桿的企業，共有12條生產線。有的企業正在研制CFRP抽油桿，并積極準備建設。

四、CFRP用于新型節能環保汽車

目前德國寶馬公司率先在開發和試驗高強度輕量化的CFRP車體板和其它部件，所用CF與Zoltek公司生產的大絲束產品。美國自90年代后期因對環保問題越來越重視CF在未來車輛中的應用。1994年美國政府和工業部門開始出臺聯合開發先進車輛技術的計劃（PNGV）。目標是改進車輛的效能，降低污染物的排放并滿足用戶的各種需求。專家預測，未來環保型汽車每年所消耗的CF量將以萬噸計。2010年中國汽車產量將突破年產1千萬輛大關。新型節能型環保型汽車是未來汽車發展方向。為了和國際接軌，中國將來也必定要大量制造這類汽車，屆時汽車工業將成為中國CFRP的巨大市場。

五、中國復合材料行業的現有問題和展望

我國復合材料產業的布局有待調整。我國每年要大量進1：3玻璃鋼原料，長期以來，國內的樹脂價格一直高于玻纖價格，原料的落后在一定程度上制約了中國玻璃鋼行業的發展。玻璃鋼成型工藝也有待提高。中國目前手工成型玻璃鋼制品仍占60％以上，而原國家經貿委頒布的《無機非金屬新材料“十五”規劃》中要求，“玻璃鋼機械化成型比例占40％”，因此加快工藝改造是十分重要的。

中國熱塑性玻璃鋼的比例還不大，發達國家已達到了1/3以上。熱塑性玻璃鋼由于生產過程是物理變化，因而污染少、能耗小，它的生產效率高并且能再生利用，是國際玻璃鋼行業的發展方向。困擾全球玻璃鋼行業的一個普遍問題，就是玻璃鋼產品的回收利用問題。

我國已成為第二大復合材料生產國，僅玻纖產量而言，2003年為47.3萬噸，達到世界玻纖產量的1/5，2005年將向80萬噸邁進。中國復合材料行業在未來幾年的應用和技術發展主要包括：

1．開發能源、交通。（1）清潔、可再生能源用（下轉第23頁）（上接第6頁）復合材料，包括風力發電用復合材、煙氣脫硫裝置用復合材料、輸變電設備用復合材料和天然氣、氫氣高壓容器；（2）汽車、城市軌道交通用復合材料，包括汽車車身、構架和車體外覆蓋件，軌道交通車體、車門、座椅、電纜槽、電纜架、格柵、電器箱等；（3）民航客機用復合材料，主要為碳纖維復合材料，熱塑性復合材料約占10％，主要產品為機翼部件、垂直尾翼、機頭罩等，中國未來20年間需新增支線飛機661架，將形成民航客機的大產業，復合材料可建成新產業與之相配套；（4）船艇用復合材料，主要為游艇和漁船，游艇作為高級娛樂耐用消費品在歐美有很大市場，在中國也已經出現了良好的前景。

2．基礎設施應用。國內外復合材料在橋梁、房屋、道路中的基礎應用廣泛，與傳統材料相比有很多優點，特別是在橋梁上和在房屋補強、隧道工程和大型儲倉修補和加固中市場開闊。

3．綜合處理與再生。重點發展物理回收——粉碎回收、化學回收——熱裂解和能量回收，加強技術路線、綜合處理技術研究，示范生產線建設，再生利用研究，大力拓展再生利用材料在石膏中的應用、在拉擠制品中的應用、在SMC／BMC模壓制品中的應用和典型產品中的應用。

【作者簡介】李金濤，男，河南省第一建筑集團有限責任公司助理工程師，研究方向：建筑施工；宣昌茂，男，河南省第一建筑集團有限責任公司工程師，研究方向：建筑工程技術。