碳纖維復合材料在新能源產業中的應用探究

徐 敏

（中國藍星集團總公司藍星環境工程有限公司，北京 100000）

碳纖維復合材料在新能源產業中的應用探究

徐 敏

（中國藍星集團總公司藍星環境工程有限公司，北京 100000）

節能與新能源產業是當今中國迫切需要快速發展的產業，也是當前我國極具發展前景的產業.碳纖維復合材料在新能源產業中的應用,首先要充分了解碳纖維復合材料的優越性能, 發展低成本的碳纖維成型技術,發展電力產業、石油產業、天然氣方面以及電動汽車方面的終端產業鏈,隨著認識越來越充分,技術越來越成熟, 碳纖維復合材料在新能源產業中一定會發揮越起來越重要的作用。

碳纖維復合材料；新能源產業；應用

高性能碳纖復合材料是先進復合材料的典型代表，作為結構與功能的一體化材料，碳纖維復合材料在電力產業、石油工業、天然氣、電動汽車等新能源領域中扮演著非常重要的角色。而相對于傳統化石能源而言的新能源，以新材料和新技術作為基礎，包括風能、海洋能、地熱能、核能、太陽能等可再生能源以及對傳統能源技術進行變革所形成的新的能源等[1]，碳纖維復合材料在新能源產業的應用是符合時代主題的發展的必然方向,我們必須重視并為之努力。

1 碳纖維復合材料在電力產業中的應用

風電的價格與風機功能是有關的，在一定范圍內他們成反比例的關系，也就是說電機功率越大，單位發電的成本也就越低。風力機的關鍵部件之一就是葉片，而葉片的長度對風機的功率起重要作用。提高發電機的功率對葉片的長度、質量、材料強度有很高的要求。在發展更大功率風力發電裝置和更長轉子葉片時，采用性能更好的碳纖維復合材料勢在必行[2]。目前全球已經有不少的公司已經開始應用，如：德國葉片制造商Nordex Rotor采用了碳纖維新制造的56 m長，5MW風機葉片，他們認為葉片超過一定尺寸后， 碳纖維葉片的制作成本要低于玻璃纖維制造。用碳纖維代替以往的玻璃纖維，再加上新型成型的加工技術，碳纖維復合材料在電力生產中一定會發揮起來越重要的作用。

此外，碳纖維復合導線輸電導線中也存在巨大的潛在市場，碳纖維復合導線可以提高輸送電能的效率，也是能源利用的重要領域。

2 碳纖維復合材料在石油產業中的應用

石油是一種非常寶貴的能源，也是有限且不可再生的能源，當今綜合國力競爭的重要因素。在我國,機械采油井數占總生產井數的90％以上，在其中80％是采用傳統的桿泵抽油模式。這種金屬抽油桿存在著大重量、易腐蝕、低疲勞性能，采油事故發生率高的缺點，而采用碳纖維復合材料連續抽油桿徹底的克制了這些缺點，具有高強、輕質、耐腐蝕、耐磨損的特點，大大提高采油效率，應用前景十分廣泛。不可忽視的是，深海油氣開采是當今世界石油開發的趨勢，且我國深海油較豐富，更好更快的開發深海油氣也是我國當前石油戰略發展的重要課題。目前，我國開采海域深度已經達到1500 ～ 3000m，深度不斷加深給原有的開采設備和技術帶來了難以攻克的技術難題。由此可見在深海油氣開發領域，碳纖維復合材料構件的研發是未來必然發展的方向。

3 碳纖維復合材料在天然氣方面的應用

壓縮天然氣（Compressed NaturalGas，CNG）在我國應用較為廣泛，用起來比較安全，成本低、無污染，是一咱比較理想的能源。氣瓶是CNG的儲存容器，是CNG的關鍵部件。這種氣瓶是合金鋼瓶或復合材料氣瓶均可。相對于鋼瓶而言，碳纖維復合材料氣瓶破損安全性好，當復合材料氣瓶超載時可能發生少量纖維斷裂，此時壓力載荷會迅速在未破壞的纖維上重新分配，不致使氣瓶在短期內推動承載能力。20世紀90年代，國際標準化組織（I S O）和歐洲標準化技術委員會（C E N）以及天然氣汽車聯盟起草批準復合材料氣瓶新標準，允許采用碳纖維與塑料內膽的復合氣瓶，壓縮天然汽車也隨之成為碳纖維復合氣瓶的主要市場之一[3]。

碳纖維材料是一種在航空航天、軍工、高壓管道和壓力容器、建筑結構工程補強（橋梁、電站、水利工程及古建筑）等領域得到廣泛應用的高新技術材料[4]。碳纖維復合材料補強技術用于管道補強不需動火，即在帶壓運行狀態下即可進行修復，且簡單快捷，操作時間短，應用范圍十分廣泛，碳纖維的抗拉強度高，管道修復中有較高的安全性，它既可用于腐蝕、和裂紋等缺陷修復補強，也可用于整個管段的提壓增強處理。

4 碳纖維復合材料在電動汽車方面的應用

復合材料加工能耗低、且輕質高強、成型工藝性好，已然是汽車工業以塑代鋼的理想材料。目前，汽車工業空前興盛，但也正面臨資源和環境的巨大挑戰，如何推進汽車輕量化達到降低油耗的目的，是汽車工業發展的主題。正因為碳纖維復合材料擁有的熱固性和熱塑性，因此可適用于不同的汽車部件。在國際上，碳纖維復合材料已經應用于汽車的包括車身部件、動力部件等各個部件。值得提出的是，實現在汽車上真正的大規模應用碳纖維復合材料，需要突破很多關鍵技術。

節能與新能源產業是當今中國迫切需要快速發展的產業，節能與新能源產業是當前我國極具發展前景的產業。新能源產業作為支撐中國經濟順利走向低碳、綠色的道路和在國際競爭中爭取科技經濟制高點的關鍵力量,應得到足夠的關注和科學的發展。實現碳纖維復合材料在新能源產業中的應用,首先要充分了解碳纖維復合材料的優越性能, 發展低成本的碳纖維成型技術,發展電力產業、石油產業、 天然氣方面以及電動汽車方面的終端產業鏈,隨著認識越來越充分,技術越來越成熟, 碳纖維復合材料在新能源產業中一定會發揮越起來越重要的作用。

[1]陳偉.日本新能源產業發展及其與中國的比較[J].中國人口·資源與環境,2010（06）：103-110.

[2]羅永康,李煒.碳纖維復合材料在風力發電機葉片中的應用[A].電網與清潔能源,2008（05）：53-57.

[3]楊小平,隋剛.碳纖維復合材料在新能源產業中的應用進展[J].新材料產業“十二五”發展熱點，2012（02）：10-24.

[4]劉國,鄭巖.碳纖維復合材料在城鎮燃氣管道維修補強中的應用[J].城市燃氣,2005（387）：21-23.