瞄准新材料之王碳纤维

我国碳纤维主要生产企业

　　华皖碳纤维，国家已批准在安徽蚌埠建立500t／aPAN原丝和200t／a碳纤维生产线，总投资过亿元。PAN原丝采用亚砜一步法，技术由国外引进；产品以12K的T300级碳纤维为主，并准备引进成熟的预浸料生产线。华皖集团(原蚌埠灯芯绒集团公司)二期建设规模将使碳纤维产量翻一番，达到400t／a，下游产品的开发也列入发展规划。

　　中宝碳纤维责任有限公司在浙江嘉兴。拟建400t／a大丝束碳纤维生产线，部分引进技术和设备，投资数亿元，并配套300万m2预浸料。该项目国家已批准，并积极开展了前期论证和考察工作。根据国内外市场动向及投资与回报等因素，暂缓建立碳纤维生产线，而集中力量开发预浸料等下游产品。同时，还成立了浙江省碳纤维工程技术研究开发中心，全面推进碳纤维事业。

　　山东威海光威渔具集团有限公司主要从事钓竿生产，碳纤维预浸布的规格有30余种，根据发展趋势，有可能向上游即PAN基原丝和碳纤维发展。此外，山东省东营生产力促进中心也在考虑招商引资建立碳纤维生产线，认为石油等工业是碳纤维的潜在市场。

　　北京化工大学与吉化公司树脂厂，将依靠自己的技术建立500t/a原丝和200t/a碳纤维生产线。放弃硝酸法，采用亚砜一步法技术路线生产原丝。目前，正在进行中试实验。

　　中钢集团吉林炭素股份有限公司是我国小丝束碳纤维生产基地，已向用户提供50余吨小丝束碳纤维。目前，该厂正在建立新的小丝束碳纤维生产线，扩大产量，以满足市场需求。

　　中科院山西煤化所研制碳纤维已有30多年历史，上世纪70年代中期，建成我国第一条纤维中试生产线；在90年代末期，又建成我国第一条吨级粘胶基碳纤维生产线。目前该所与扬州聚酯责任有限公司共建碳材料联合实验室，研制高性能PAN基碳纤维，并准备在扬州建立产业化基地。此外，山西榆次化纤厂是我国唯一用亚砜一步法生产PAN基原丝达数十年的单位，目前仍在生产。

　　从以上信息可以看出，当前发展态势有以下几个特点：投入力度大；规模大；参与单位多，特别是大企业的参与；起点高，采用多项新技术、新工艺；自动化程度高，工控、程控在线配套使用；逐步建立起质量控制和质量检测方法，特别是在线检测。

　　碳纤维新产品开发

　　骨骼组织医用材料利用经过化学方法处理过的碳素纤维，修补或置换骨骼组织一段时间后，碳素纤维会被一层具有类似真正软骨机能特点的组织所覆盖，可降低人造骨骼或组织在植入人体后的排斥问题，但是较脆易断问题仍有待解决。另一项新产品为以液压为动力的碳素纤维人工膝关节，虽然其外表不太美观，但在速度、力量与灵活性方面并不比真的肌肉与骨骼差。

　　电脑断层扫描机的感应器是由内装10大气压氦气的密封箱所构成，利用X射线将氦气激发成电离子，电脑再由氦电离子数量的计测描绘出人体的断面影像。氦气压力愈高，断面影像愈清晰，但机器壁愈厚，X射线的减衰愈大，所能激发的氦气也愈少，影像效果因而变差。如果压力容器由碳素纤维复材制成，软X射线领域的减衰可降为1/10，性能将大为提升。

　　现行锂电池的集电体大都采用金属铝或铜，因而在缠绕使用时容易发生破裂。为了解决这一问题，采用在碳素纤维中加入金属来制造集电体(三菱材料)。其正极的集电体采用铝与碳素纤维，负极的集电体采用铜与碳素纤维的混合物。其次，二次锂电池中碳薄膜是正极或负极的重要材料，因碳薄膜的种类决定了二次锂电池的功率、充放电效率及寿命。

　　燃料电池使用氢气作为燃料，其关键材料在于纳米碳管(Nanotubes，或称为纳米碳素纤维Nanofi鄄bres)。纳米碳管是由石墨中一层(单壁)，或若干层碳原子(多壁)卷曲而成的管状纤维，比重只有钢的1/6，而强度却是钢的100倍，若连接成绳索，并不会被自身重量所拉断，管内可以充填其他物质或吸收氢气，也可以用来发射电子，运用于二极体。1997年由NortheasternUniversityBoston合成的纳米碳管，据称可以储存相当自身重量70%的氢气，但因制造资料没有公布出来而广受质疑。燃料电池用的纳米碳管只有10纳米宽，使得电池体积可缩小至普通电池的1/16，却是目前世界上超大级功率的电池。现在的电动汽车使用普通电池，充电一次可跑144km，且产品寿命只能充电200次，而纳米碳素纤维电池充电一次至少可以跑4000km，且可充电1200次以上。

　　以混有碳素纤维和玻璃纤维的树脂，来制造移动电话、个人数位助理等携带式资讯器材机壳材料，以取代镁材质之机壳，已是电子产品新趋势之一。而最先利用碳纤维材料于笔记本电脑机壳上的是IBM公司的ThinkPad600、570、240与A20，其资料显示，碳纤维强韧性是铝镁合金的两倍，且散热效果良好。

　　预测未来10年碳纤维的需求量将持续增加，工业用与运动休闲用领域依然为市场主流，而呈两极化发展的碳纤维产品中(高弹性率产品及高强力产品)，以高强力纤维的成长较为看好。但由于厂商间竞争激烈，低价格化已成趋势。