碳纖維帶來的未來

不少人預(yù)料，人類在材料應(yīng)用上正從鋼鐵時代進入到一個復(fù)合材料廣泛應(yīng)用的時代。

碳纖維離我們的日常生活越來越近，這種比頭發(fā)絲細(xì)100倍的纖維狀碳材料，它的密度不到鋼的1/4，但抗拉強度卻是鋼的7～9倍，抗拉彈性也高于鋼，碳纖維比鋁輕、比鋼硬。由于質(zhì)輕，碳纖維復(fù)合材料質(zhì)量大約是鋼的20%，依據(jù)纖維等級和方向性，甚至可以達到類似鋼材的強度。此外，碳纖維還不生銹，使用纖維材料可以大幅降低產(chǎn)品體重，因而可顯著提高燃料效率，用其生產(chǎn)的飛機、汽車，可節(jié)約大量燃油。

目前，各種應(yīng)用占碳纖維年需求的比例如下:體育應(yīng)用大約為30%，航空應(yīng)用為10%，工業(yè)應(yīng)用為60%。作為材料，它們正在替代金屬和混凝土來滿足環(huán)境、安全和能源要求，在工業(yè)領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求量正在呈現(xiàn)上升趨勢。有調(diào)查顯示2010年全球碳纖維需求量，有望達到3.2萬噸/年，這一數(shù)字與2001年相比增長78.3%。

碳纖維生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜，至今全球規(guī)模企業(yè)不超過12家。其中領(lǐng)先的生產(chǎn)商有美國氰特工業(yè)公司、赫氏公司以及日本的三菱麗陽、德國SGL西格里集團、臺灣省的臺塑集團等少數(shù)單位掌握了碳纖維生產(chǎn)的核心技術(shù)，并且有規(guī)?；笊a(chǎn)。

航空航天歷來就是碳纖維的重要應(yīng)用領(lǐng)域。航空航天領(lǐng)域是世界碳纖維的傳統(tǒng)應(yīng)用市場，新型超大型客機——空中客車A380和波音787，均大量使用碳纖維或碳纖維增強塑料作為主要的結(jié)構(gòu)材料。波音787中結(jié)構(gòu)材料有近50%需要使用碳纖維復(fù)合材料和玻璃纖維增強塑料，包括主機翼和機身。

除了航空航天以外，隨著全球風(fēng)電市場的逐步壯大，風(fēng)電葉片也已經(jīng)成為碳纖維主要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。一套機組僅葉片就重18噸，如果采用碳纖維，減輕6噸的同時還增加了強度和韌性，也增加了發(fā)電功率。

碳纖維在汽車行業(yè)的需求前景也較為樂觀。碳纖維復(fù)合材料傳動軸、尾翼和引擎蓋已經(jīng)在汽車行業(yè)廣泛應(yīng)用。

對于有車一族來說，比經(jīng)濟省油更重要的便是安全，不用鋼板，而用碳纖維等復(fù)合材料武裝起來的電動車最高時速可以達到100公里/小時，充滿一次電可以連續(xù)行駛超過百公里。比電力驅(qū)動更引人注意的是高剛度車身。比起傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)車身，碳纖維材料制成的汽車能比使用鋼鐵減輕了60多公斤。此外，碳纖維的材料抗沖擊性相比鋼鐵強，特別是用碳纖維制成的方向盤，機械強度和抗沖擊性相比以前分別提高了35%到20%以上。整車強度理論上也比普通材料車強上20%到30%。更絕的是，碳纖維汽車不僅能應(yīng)付幾乎所有的惡劣地形，通過獨特的傳動系統(tǒng)和超強抓地力輪胎的配合，還能不費吹灰之力地爬上70度的斜坡，對于普通越野車來說，這幾乎是一項不可能完成的任務(wù) 。

目前，日產(chǎn)汽車、本田汽車和東麗公司將聯(lián)手開發(fā)汽車車體用的新型碳纖維材料。合作企業(yè)還包括三菱麗陽和東洋紡織，目標(biāo)是在2015年前開始量產(chǎn)，使車體較使用鋼材者輕40%。日本政府亦支持該項計劃，計劃未來5年投資1850萬美元，希望在全球開發(fā)環(huán)保車輛的趨勢中取得領(lǐng)先地位。德國寶馬汽車公司也宣布，公司將投資約4億歐元以生產(chǎn)計劃于2013年面市的全球首款以碳纖維塑料為車身材料的量產(chǎn)電動汽車。

中國國內(nèi)對碳纖維的需求也與日俱增。然而，與此相對應(yīng)的是我國碳纖維的生產(chǎn)尚處于起步階段，國內(nèi)碳纖維生產(chǎn)能力僅占世界高性能碳纖維總產(chǎn)量的0.4%左右，國內(nèi)用量的90%以上靠進口。面對著這樣巨大的商機，國內(nèi)碳纖維廠商開始行動起來。3月份總投資51億元的碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)化，及工程技術(shù)研發(fā)推廣基地項目，在河北燕郊開發(fā)區(qū)開工建設(shè)，建成后年產(chǎn)碳纖維原絲1萬噸、碳纖維復(fù)合材料3000噸。

中石油等巨頭將利用自身的市場優(yōu)勢，開發(fā)碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用。