碳纤维复合材料 姓名： 章 周 班级： 无机非金属材料工程 学号： 08004018 摘要
一、碳纤维复合材料的概况
二、碳纤维复合材料的结构
三、碳纤维复合材料的用途
四、碳纤维复合材料的优势
五、我国碳纤维市场特点及商机展望
六、结论
概况
在复合材料大家族中，纤维增强材料一直是人们关注的焦点。自玻璃纤维与有机树脂复合的玻璃钢问世以来，碳纤维、陶瓷纤维以及硼纤维增强的复合材料相继研制成功，性能不断得到改进，使其复合材料领域呈现出一派勃勃生机。下面让我们来了解一下别具特色的碳纤维复合材料。 结构
碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90%以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的比强度。 碳纤维是由含碳量较高，在热处理过程中不熔融的人造化学纤维，经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。 碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到
钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为23000~43000Mpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。
用途 碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成结构材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。在密度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。 碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的，现在还广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学领域。随着尖端技术对新材料技术性能的要求日益苛刻，促使科技工作者不断努力提高。80年代初期，高性能及超高性能的碳纤维相继出现，这在技术上是又一次飞跃，同时也标志着碳纤维的研究和生产已进入一个高级阶段。 由碳纤维和环氧树脂结合而成的复合材料，由于其比重小、刚性好和强度高而成为一种先进的航空航天材料。因为航天飞行器的重量每减少1公斤，就可使运载火箭减轻500公斤。所以，在航空航天工业中争相采用先进复合材料。有一种垂直起落战斗机，它所用的碳纤维复合材料已占全机重量的1/4，占机翼重量的1/3。据报道，美国航天飞机上3只火箭推进器的关键部件以及先进的MX导弹发射管等，都是用先进的碳纤维复合材料制成的。 现在的F1（世界一级方程锦标赛）赛车，车身大部分结构都用碳纤维材料。顶级跑车的一大卖点也是周身使用碳纤维，用以提高气动性和结构强度 碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。传统使用中碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。
优势
1、高强度（是钢铁的5倍） 2、出色的耐热性(可以耐受2000℃以
上的高温) 3、出色的抗热冲击性 4、低热膨胀系数(变形量小)
5、热容量小（节能） 6、比重小（钢的1/5） 7、优秀的抗腐蚀与辐射性能
我国碳纤维市场特点及商机展望
世界碳纤维产能、需求和价格变化见图1。国际碳纤维市场的发展呈现波浪型推进。 2000 年前后和2008 年前后两次碳纤维的市场波峰和各级政府的大力推动，使我国大量投资者进入碳纤维领域。从全球碳纤维发展40 年历史看，供需信息不对称或矛盾是造成近20 年碳纤维价格波动的主要原因。
前一轮的价格高峰从2007 年开始，到2009 年突然下滑，使一些碳纤维厂不得不关闭部分生产线，业界认为主要原因是商用大飞机生产的延误所致。从2008 年起世界各主要厂家的扩产计划重新启动，日本企业预测碳纤维材料价格将上涨。主要碳纤维厂不同年份新产能的增加情况及年平均增长率见图2 和表1。
Zoltek 公司依据目前迅猛增长的风电叶片和汽车市场，在2010 年9 月30 日的国际碳纤维会发表观点认为：2010～2013 年，碳纤维市场需求将以每年30%增长；到2017 年，全球碳纤维的产能将达到40 万t/a，而2010 年全球的产能也就5 万
t/a。由此新一轮价格上涨趋势已形成，至2010 年底，全年涨幅超70%已成事实。 2 中国碳纤维领域的投资现状及严峻挑战
据不完全统计，到目前为止国内已有32 家公司宣布投资碳纤维领域，同时国内还有10 家碳纤维专门研究机构。如果按这32 家宣布的计划产能，已经是目前全世界实际产能数据的2～3 倍。这32 家公司分布在16 个省、市或直辖市（见图3），其中已经实际投入的有28 家，目前，已经投产的有17 家；其中，绝大部分实际产能在100t/a 以下。目前大都已开工碳纤维厂家的产品规格是1k、3k 或6k，个别有12k，性能在T300 级水平左右，品质均匀度还有待提高；T700 级碳纤维还没有批量生产，24k以上的大丝束也基本没有形成量产。
由于市场小丝束碳纤维的需求量有限，不少已经开工的企业正在为碳纤维的销路发愁。
3 国际碳纤维利润与成本
⑴根据2001～2002 年的数字，国际主要碳纤维厂利润情况见表2（平均行业利润率：15.7%）。
⑵碳纤维各工艺分担成本见表3，碳纤维的成本构成见图4。
4 碳纤维的产业链和价值链
4.1 碳纤维的取材形式及比例
预浸布：51.6%，编织布：20%（其中有12.4%要经过预浸进入后段），短切纱：19%，纤维丝束通过缠绕等方式直接使用：9.9%，具体见图5。
4.2 碳纤维产业链关联度非常紧密，上游帮扶下游就是帮自己碳纤维产业链见图6 所示。碳纤维制造企业因为资金和技术的优势，要成为引领整个产业链的生力军！市场培育任重道远！只有不断推进从碳纤维向纤维材料以及复合材料制品的
纵深发展，完善产业链，扩大碳纤维的应用范围，才能使整个碳纤维行业实现跨越式的发展。
4.3 碳纤维产业链中的价值链我们常听到关于碳纤维价值链的说法是：从石油原料到碳纤维，增值关系是1 到3，而把碳纤维做成复合材料，增值可以到10。而国际上还有一个类似的说法：一个工业用碳纤维复合材料零件的成本构成，其中碳纤维和树脂的成本占25%，把碳纤维转成预浸料或编织布（我们称之为纤维材料），转化成本为15%，而把纤维材料制造成复合材料构件，需要60%的成本，原因是这个过程的边角废料太多，主要是沿袭于航空航天的成型工艺效率太低。 当很多人抱怨：碳纤维因为价格太高而影响其应用面时，我们必须重视除了25%～30%的碳纤维成本之外的其它70%～75%的纤维和构件成型的巨大成本。否则，即使碳纤维成本降得再低，做出的复合材料成本还是惊人！
结论
中国碳纤维“平民化”发展之路探讨
碳纤维因品种和质量的不同，价格从100 多元/kg 到5 万多元/kg（日本东丽的
M60J 据说曾炒到这个价格）都有。其中，走小批量、高精尖的品种，我们不妨戏称为“贵族碳纤维”，而量大、价格相对低的碳纤维，我们则戏称为“平民化碳纤维”。中国堪称是世界碳纤维研发的“老人”，但却是产业化的“新手”，所以，对于中国众多碳纤维企业来说，探讨“平民化”之路有实质意义。
碳纤维复合材料 姓名： 章 周 班级： 无机非金属材料工程 学号： 08004018 摘要
一、碳纤维复合材料的概况
二、碳纤维复合材料的结构
三、碳纤维复合材料的用途
四、碳纤维复合材料的优势
五、我国碳纤维市场特点及商机展望
六、结论
概况
在复合材料大家族中，纤维增强材料一直是人们关注的焦点。自玻璃纤维与有机树脂复合的玻璃钢问世以来，碳纤维、陶瓷纤维以及硼纤维增强的复合材料相继研制成功，性能不断得到改进，使其复合材料领域呈现出一派勃勃生机。下面让我们来了解一下别具特色的碳纤维复合材料。 结构
碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90%以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的比强度。 碳纤维是由含碳量较高，在热处理过程中不熔融的人造化学纤维，经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。 碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到
钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为23000~43000Mpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。
用途 碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成结构材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。在密度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。 碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的，现在还广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学领域。随着尖端技术对新材料技术性能的要求日益苛刻，促使科技工作者不断努力提高。80年代初期，高性能及超高性能的碳纤维相继出现，这在技术上是又一次飞跃，同时也标志着碳纤维的研究和生产已进入一个高级阶段。 由碳纤维和环氧树脂结合而成的复合材料，由于其比重小、刚性好和强度高而成为一种先进的航空航天材料。因为航天飞行器的重量每减少1公斤，就可使运载火箭减轻500公斤。所以，在航空航天工业中争相采用先进复合材料。有一种垂直起落战斗机，它所用的碳纤维复合材料已占全机重量的1/4，占机翼重量的1/3。据报道，美国航天飞机上3只火箭推进器的关键部件以及先进的MX导弹发射管等，都是用先进的碳纤维复合材料制成的。 现在的F1（世界一级方程锦标赛）赛车，车身大部分结构都用碳纤维材料。顶级跑车的一大卖点也是周身使用碳纤维，用以提高气动性和结构强度 碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。传统使用中碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。
优势
1、高强度（是钢铁的5倍） 2、出色的耐热性(可以耐受2000℃以
上的高温) 3、出色的抗热冲击性 4、低热膨胀系数(变形量小)
5、热容量小（节能） 6、比重小（钢的1/5） 7、优秀的抗腐蚀与辐射性能
我国碳纤维市场特点及商机展望
世界碳纤维产能、需求和价格变化见图1。国际碳纤维市场的发展呈现波浪型推进。 2000 年前后和2008 年前后两次碳纤维的市场波峰和各级政府的大力推动，使我国大量投资者进入碳纤维领域。从全球碳纤维发展40 年历史看，供需信息不对称或矛盾是造成近20 年碳纤维价格波动的主要原因。
前一轮的价格高峰从2007 年开始，到2009 年突然下滑，使一些碳纤维厂不得不关闭部分生产线，业界认为主要原因是商用大飞机生产的延误所致。从2008 年起世界各主要厂家的扩产计划重新启动，日本企业预测碳纤维材料价格将上涨。主要碳纤维厂不同年份新产能的增加情况及年平均增长率见图2 和表1。
Zoltek 公司依据目前迅猛增长的风电叶片和汽车市场，在2010 年9 月30 日的国际碳纤维会发表观点认为：2010～2013 年，碳纤维市场需求将以每年30%增长；到2017 年，全球碳纤维的产能将达到40 万t/a，而2010 年全球的产能也就5 万
t/a。由此新一轮价格上涨趋势已形成，至2010 年底，全年涨幅超70%已成事实。 2 中国碳纤维领域的投资现状及严峻挑战
据不完全统计，到目前为止国内已有32 家公司宣布投资碳纤维领域，同时国内还有10 家碳纤维专门研究机构。如果按这32 家宣布的计划产能，已经是目前全世界实际产能数据的2～3 倍。这32 家公司分布在16 个省、市或直辖市（见图3），其中已经实际投入的有28 家，目前，已经投产的有17 家；其中，绝大部分实际产能在100t/a 以下。目前大都已开工碳纤维厂家的产品规格是1k、3k 或6k，个别有12k，性能在T300 级水平左右，品质均匀度还有待提高；T700 级碳纤维还没有批量生产，24k以上的大丝束也基本没有形成量产。
由于市场小丝束碳纤维的需求量有限，不少已经开工的企业正在为碳纤维的销路发愁。
3 国际碳纤维利润与成本
⑴根据2001～2002 年的数字，国际主要碳纤维厂利润情况见表2（平均行业利润率：15.7%）。
⑵碳纤维各工艺分担成本见表3，碳纤维的成本构成见图4。
4 碳纤维的产业链和价值链
4.1 碳纤维的取材形式及比例
预浸布：51.6%，编织布：20%（其中有12.4%要经过预浸进入后段），短切纱：19%，纤维丝束通过缠绕等方式直接使用：9.9%，具体见图5。
4.2 碳纤维产业链关联度非常紧密，上游帮扶下游就是帮自己碳纤维产业链见图6 所示。碳纤维制造企业因为资金和技术的优势，要成为引领整个产业链的生力军！市场培育任重道远！只有不断推进从碳纤维向纤维材料以及复合材料制品的
纵深发展，完善产业链，扩大碳纤维的应用范围，才能使整个碳纤维行业实现跨越式的发展。
4.3 碳纤维产业链中的价值链我们常听到关于碳纤维价值链的说法是：从石油原料到碳纤维，增值关系是1 到3，而把碳纤维做成复合材料，增值可以到10。而国际上还有一个类似的说法：一个工业用碳纤维复合材料零件的成本构成，其中碳纤维和树脂的成本占25%，把碳纤维转成预浸料或编织布（我们称之为纤维材料），转化成本为15%，而把纤维材料制造成复合材料构件，需要60%的成本，原因是这个过程的边角废料太多，主要是沿袭于航空航天的成型工艺效率太低。 当很多人抱怨：碳纤维因为价格太高而影响其应用面时，我们必须重视除了25%～30%的碳纤维成本之外的其它70%～75%的纤维和构件成型的巨大成本。否则，即使碳纤维成本降得再低，做出的复合材料成本还是惊人！
结论
中国碳纤维“平民化”发展之路探讨
碳纤维因品种和质量的不同，价格从100 多元/kg 到5 万多元/kg（日本东丽的
M60J 据说曾炒到这个价格）都有。其中，走小批量、高精尖的品种，我们不妨戏称为“贵族碳纤维”，而量大、价格相对低的碳纤维，我们则戏称为“平民化碳纤维”。中国堪称是世界碳纤维研发的“老人”，但却是产业化的“新手”，所以，对于中国众多碳纤维企业来说，探讨“平民化”之路有实质意义。