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国外碳纤维复合材料产业开发方向实谈(一)

文章出处:网络责任编辑:管理员人气:发表时间:2015-06-25【

2008年—2009年,世界PAN基碳纤维(PAN-CF)的需求受世界金融危机的影响较大,截止2008年9月底其需求量比2007年同期增长5%~10%,然而到10~12月特别是2008年底,需求量下降较大,造成全年与2007年比形成负增长。由于需求下降,CF的价格明显下降,这对用户来说是有利,因此总体上对市场的影响较小。东丽2008年10~12月将CF的预算减少一成,而2009年1~3月计划减少两成,其它公司也大体相同。东丽原定于2009年7月在爱媛厂投产的1×103t/a的新线,现已暂缓建设,待到中期经济情况好转且需求量恢复至15%的增长速率后,将导入4×103t/a的大型设备,以进一步提高成本的竞争力,保持在业界的领先地位。

另外,根据日本野村证券金融经济研究所材料产业调查室主任西村修一先生的看法,日本许多从事多种产业的化学公司,其电子材料和多功能纤维受金融危机的影响,效益急速恶化,而液晶材料、半导体材料及CF制品的效益也减半,其中CF主要是受世界航空业界低迷和欧美经济不景气的影响所致,造成这些公司的总体营业不断下降。以帝人、东丽和三菱人造丝为例,2007年、2008年、2009年和2012年的效益(亿日元),预计各为652、320、230、575,1034、550、350、785和396、100、70、290,可见到2012年预期尚难恢复到2007年的水平。但不管经济形势如何变化,今后CF的主要用途,将依然是汽车、飞机、风力发电、压力容器等与节能环保相关的产业,其中面向汽车方面,开发复合材料所需的热塑性树脂和与之相匹配的CF用上浆剂,是今后的重要课题。东丽计划2015年实现CFRP汽车的实用化,东邦Tenax的CFRP产业规模10 年后将翻10 倍。以下按主要用途分别介绍最新的开发动向。

1、 飞机 123456

2009年,名古屋大学设立了复合材料工学研究中心,目的是与日本宇航研究所、三菱重工及东丽等材料供应商合作,共同推进中断了近40年的国产YS-11客机的开发,这种机型可乘坐70~90人,其主翼和尾翼都选用CFRP,以达到世界最高水平的航运经济性和客舱的舒适性,以期与俄、中等正在开发的区域性飞机在国际竞争中处于优势地位。今后的重要课题是如何降低成本,尽快开发可确实检测因CF预浸料的内部发生层间剥离而导致强度下降的无损检测技术、修复技术及高精度打孔及快速切削加工技术等。 copyright 123456

住友贝克莱特公司则推进其长丝增强热固性树脂复合物的应用开发,其树脂基体有酚醛树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺树脂,而长丝选用玻璃纤维、对位芳酰胺纤维和CF的最佳组合,这种长丝复合物的抗冲击强度相当于以往短纤维增强热固性树脂的10倍,强度、耐热性、耐药品性和耐蠕变特性也高,可采用压缩成型、压入成型法进行加工,成型周期只有以往品的1/3,生产效率高,容易制成三维形状的制品。应用开发的目标是取代金属应用于飞机的喷气发动机部件和内装部件、汽车的齿轮箱等,可实现轻量化。在欧洲已开始应用于飞机的发动机部件等,虽然这种材料的强度与CF预浸料制品略差些,但在成型性和成本方面却具有竞争优势,因此也开始用于产业机械部件、车辆结构部件等。

今后的发展动向是最大限度地发挥CF的特性,实现与之相匹配的树脂高性能化,使纤维和树脂的粘合界面最佳化,这些都是今后研究开发的重要方向,目的是满足不断高速化和大型化飞机的主翼、尾翼等材料的需求。例如东邦Tenax公司生产的Tenax IM600系列(抗拉强度5880MPa)与高强韧性的树脂相组合形成的预浸料,已用于空客A-380的飞机部件、直升飞机和喷气式战斗机的材料。今后将设计开发面向新一代飞机的CF。

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2、汽车

copyright 123456

为了应对燃油费的不断上涨和温室效益,靠运输工具的轻量化显然是有效的,但CFRP制的超轻量结构材料,从目前的价格、信赖性、生产效率(包括制造速率和二次加工性)、再生性等观点看,基本上不可能用于通用的运输工具,然而从全球今后的人口增长和经济发展来看,节能减排问题又是当务之急。东京大学的高桥淳教授最近从有效利用CFRP的观点发表了关于“汽车的轻量化和树脂材料的展望”的论文,从各类运输工具特别是汽车的寿命周期评估及宏观分析的角度,较全面分析了汽车的轻量化和CFRP今后的技术开发方向。

图1示出日本运输部门提供的各种运输工具的能耗情况,可见家用乘用车和卡车的能耗最大; copyright 123456

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图2和图3分别示出各种能源汽车及不同能源电动汽车的能耗和CO2排放量情况; 内容来自123456



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图4示出采用不同量CFRP的家用乘用车的轻量化情况;

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图5示出再生使用前后制造每1kg汽车部件时不同材料的能耗情况; copyright 123456

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图6示出采用不同CFRP而达到比钢制品减重30%时,乘用车寿命周期内的能耗情况。 123,123

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来源:复材在线 内容来自123456

 
 

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