碳纤维(carbon fiber,简称CF),是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料.
碳纤维材料具有良好的物理化学性质。质量比金属铝轻,但强度却高于钢铁,同时具有耐腐蚀,耐疲劳,耐高温和低温。除此之外,碳纤维还具有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性。
按碳纤维原丝不同主要可以分为:1.PAN基碳纤维;2.黏胶基碳纤维;3.沥青基碳纤维;4.酚醛基碳纤维。其中聚丙烯腈(PAN)基碳纤维是当今世界碳纤维发展的主流,占世界碳纤维市场的90%以上。
如今,碳纤维材料已经在在航空领域,体育运动领域(高尔夫球杆、钓鱼竿和网球拍,是碳纤维材料用途最多的三大方面,其在该领域的消耗量占全球碳纤维总产量的25%左右),土木建筑领域,民用领域(尤其是汽车制造行业)目前,国外知名的福特公司、奔驰等名牌汽车制造商,其发动机机罩、车内装饰、轿车底盘的内装饰材料等大量地采用碳纤维材料。同时,在机器部件、家用电器、电脑、半导体等各个环保领域,碳纤维材料的应用也得到了极高的重视。另外在钟表、手机等行业,碳纤维被用来制作更加轻质的、高强度的手表表壳、表盘、手机后盖等部件,使得产品在性能和科技含量上大大提高。
全世界主要的碳纤维生产厂商是日本东丽、东邦人造丝和三菱人造丝三家公司, 美国的HEXCEL、ZOLTEK、ALDILA 三家公司,以及全球聚丙烯腈和碳纤维产量最大的制造商土耳其DOWAKSA公司,德国SGL西格里集团、韩国泰光产业等少数单位。
我国对碳纤维的研究开始于20世纪60年代,80年代开始研究高强型碳纤维,进入21世纪以来发展较快,目前利用自主技术研制的少数国产T300、T700碳纤维产品已经达到国际同类产品水平。但是与发达国家相比,我国目前的碳纤维生产能力(特别是高端产品)与国际水平还存在相当的差距:产能只占世界高性能碳纤维总产量的0.4%左右,大量碳纤维产品仍靠进口,真正国产化还需要一个漫长的过程,碳纤维材料的普及使用依然存在一些问题。
1. 首要问题是技术垄断问题,目前全世界范围内掌握碳纤维材料的制造和研发仅仅有美国和日本的少数几家公司,其他国家在碳纤维材料研究领域进展不明显。
2. 其次是碳纤维材料的适用范围有限。虽然碳纤维材料具有良好的物理化学性质,其高模量高比强度的性质优越,但是并非很多领域都需要用到这样的优良性质,仅仅是在航空航天和交通领域内应用和需求较多。
3. 最后一个问题是碳纤维的造价问题,目前碳纤维材料成本高昂,导致使用的范围缩小,难以普及,急需在生产方式上进行改进,来降低碳纤维材料的造价。另外生产碳纤维材料的高能耗和高排放对自然环境也造成了一定的影响。
从增进行业发展和转型的角度来看,高性能纤维材料的研发和应用对整个行业存在着重大的意义。但是技术的差距不仅影响到局部行业的竞争力,更影响到国家和全局长远战略的实施。许多年来我国碳纤维开发已成为国内碳纤维复合材料发展的瓶颈,形成了进口碳纤维、国内深加工的受制约格局。因此,中国化纤业必须关注全球技术发展的最新趋势,通过原始创新、集成创新、消化吸收再创新等多种方式加快化纤行业技术创新步伐,通过转型升级向高端制造业迈进促进高新技术在化纤行业的应用。