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目前,世界每年生產(chǎn)乘用車5千萬輛,若包括卡車和公共汽車為7千萬輛,隨著中、印等國汽車工業(yè)的快速發(fā)展,不久世界汽車的年產(chǎn)量確可能超過1億輛。另外,目前世界PAN-CF的年產(chǎn)量只有數(shù)萬噸,由于CFRP成本高、難加工、成型速度慢及還受再生問題的限制,只能用于航空航天、體育用品和工業(yè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域,要想用于汽車上,最重要的是盡快開發(fā)適用于熱塑性樹脂(如聚丙烯等)的具有表面活性的CF以及其CFRTP超高速成型技術(shù)和二次加工技術(shù),其次當CF需求量超過百萬噸時,就要求開發(fā)以生物質(zhì)為原料的CF,盡管目前還有一定難度。再次,當達到這么大規(guī)模時,需要開發(fā)CFRP的再生和CF高度再利用技術(shù),還要解決這些材料和有關(guān)成型加工的評價和標準化問題。圖7示出CF的潛在需求及相應(yīng)所需的重要技術(shù),供參考。
在汽車剎車片等方面,住友貝克萊特公司開發(fā)CF增強酚醛樹脂“VYNTEC”制的剎車片,取代原用的CF增強PEEK或聚酰亞胺,其密度只有1.6g/cm3,相當于鐵的1/5,比CF/PEEK輕,而且耐磨性和高溫下的力學(xué)強度更好,在200℃下的抗彎曲強度為200MPa,而CF/PEEK < 100 MPa。此外還用于汽車的止推環(huán)、節(jié)流閥、主體齒輪等。Victrex日本公司則開發(fā)超薄的CF/PEEK預(yù)浸料,厚度<40μm,相當于一般CF預(yù)浸料(120~200 μm)的1/3~1/5,將用于飛機和汽車的薄板等。作為CFRP的新用途,還有汽車的燃料罐。 123456
3、風(fēng)力發(fā)電葉片
隨著風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的大型化,要求減輕設(shè)備負荷,為此要求采用適應(yīng)于大型葉片輕量化和高剛性化的CF,為此除已大量采用的大絲束PAN-CF外,日鐵復(fù)合材料公司已正式生產(chǎn)銷售高性能瀝青CF制的風(fēng)電大型圓柱翼根,代替以往的螺旋槳,通過在螺旋圓柱翼上所安裝的螺旋狀葉片,可使風(fēng)車高效捕風(fēng)并旋轉(zhuǎn),即使弱風(fēng)也能發(fā)揮較高的發(fā)電穩(wěn)定性,而且噪音等級極低。
德國拜耳材料科學(xué)公司現(xiàn)正著手建設(shè)世界最大的多層碳納米管(MWCNT)的生產(chǎn)裝置,規(guī)模為200t/a,商品名為“BAYTUBES”,其純度超過95%,而且可以穩(wěn)定再現(xiàn)。用它增強的塑料或金屬鋁,力學(xué)強度高,與以往的材料相比,密度是鋼鐵的1/3而強度相當,質(zhì)量卻只有鋼的50%,因此可改善能效和CO2排放量的平衡,在某些領(lǐng)域取代鋼、鈦等特種金屬及CFRP。在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域,若在大型CF與玻璃纖維增強的環(huán)氧樹脂葉片中加入上述MWCNT,則與未加入CNT的材料相比,達到同樣的強度時,質(zhì)量減輕30%,抗沖擊強度提高10%~30%,耐疲勞性也提高50%~200%,耐久性好,可延長葉片的壽命。為此,該公司正與加拿大阿爾基安公司、德國PEAK及ZOZ公司協(xié)作來開拓各方面的市場,包括CNT增強鋁的高性能材料、體育用品等,預(yù)期10年內(nèi)的銷售額目標為20億美元。 123,123
據(jù)報道,2005~2008年全球CF風(fēng)電葉片的平均增長率為11808.6 MW/a,相當于每年增設(shè)5904座2MW風(fēng)機。若2kW風(fēng)電機組每片葉片以12t計,需玻纖6t,CF占10%,則每片葉片的CF用量為0.6t,每座風(fēng)機需1.8t CF,則年均需求量估計為10627t。目前風(fēng)電用大絲束CF的提供者為美國ZOLTEK公司,由于瑞典復(fù)合材料研究所及Oxcon AB公司開發(fā)了能將12k~48k CF展開成超薄(48~80 g/m2)的扁帶,再經(jīng)緯紗方式編織成織物,它極適用于單向交叉鋪層,經(jīng)測試其CFRP性能與采用1k~6k CF相同。為此,這種技術(shù)的開發(fā)無疑有助于大絲束CF的擴大應(yīng)用。正是由于其市場的不斷擴大,ZOLTEK的產(chǎn)能計劃由2008年的13000t/a擴大至2010年的15500t/a。德國SGL集團的大絲束PAN-CF也將從2008年的7400t/a,擴大到2010年的14000t/a。
由于我國風(fēng)電的需求量很大,許多國際知名企業(yè)如Vestas、Repower、Gamesa、EHN、Suzulon、Nordex、GE及LM等,都相繼登陸中國,這將大大提升我國風(fēng)電的技術(shù)水平,但同時又將加劇企業(yè)間的競爭。 copyright 123456
4、CFRP寬幅工業(yè)羅拉
日本三菱樹脂公司最近實現(xiàn)了采用其高性能瀝青CF“Dialead”制成的耐熱型工業(yè)羅拉的批量生產(chǎn),商品名“カ-ボリ-ダ-”。這種新產(chǎn)品即使在高溫條件下也不會發(fā)生因熱膨脹而產(chǎn)生垂度的現(xiàn)象,并維持高速旋轉(zhuǎn)的性能,從而可以提高在制造過程中使用高溫爐生產(chǎn)高功能膜等的效率,現(xiàn)已向塑料膜、金屬膜、機械等廠家出售,預(yù)期到2011年的銷售額將達到10億日元。這種高耐熱的CFRP羅拉的熱膨脹系數(shù)基本上是零,質(zhì)量只有鋁制品的2/3,而剛性為鐵的3倍,在100~200 ℃的高溫爐內(nèi)使用時,其旋轉(zhuǎn)性能與在室溫下幾乎沒有兩樣,例中長3m的羅拉振動精度,在室溫下與爐內(nèi)溫度150℃下都是0.05mm以下,為此可以提高液晶電視和太陽電池所需高功能膜的生產(chǎn)效率,并使金屬箔的搬運和處理高精度化。日本石墨纖維公司的高性能瀝青CF(180t/a)復(fù)合材料也應(yīng)用于印刷機械和制膜機的寬幅羅拉方面。
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年份 | 短切纖維 | 壓力容器 | 風(fēng)能設(shè)備 | 汽車 | 土木工程 | 船舶工業(yè) | 織物 | 其它 | 合計 |
2007 | 4700 | 2600 | 3300 | 1400 | 1200 | 1000 | 700 | 5100 | 20000 |
2008 | 5000 | 3300 | 3600 | 1800 | 1400 | 1200 | 800 | 6400 | 23500 |
2009 | 5400 | 4100 | 3800 | 2300 | 1600 | 1200 | 800 | 7100 | 26300 |
2010 | 5800 | 4700 | 4100 | 3000 | 1800 | 1200 | 900 | 7700 | 29200 |
2011 | 6100 | 5000 | 4400 | 3200 | 2000 | 1300 | 1000 | 7600 | 30600 |
2012 | 6600 | 5300 | 4600 | 3400 | 2000 | 1300 | 1100 | 8500 | 32800 |