我國(guó)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的市場(chǎng)狀況

李金濤　宣昌茂

【摘要】碳纖維復(fù)合材料（CFRP）作為一種先進(jìn)的復(fù)合材料，具有重量輕、模量高、比強(qiáng)度大、熱膨脹系數(shù)低、耐高溫、耐熱沖擊、耐腐蝕、吸振性好等一系列優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、汽車等領(lǐng)域已有廣泛的應(yīng)用。文章通過對(duì)碳纖維在行業(yè)中的廣泛應(yīng)用及現(xiàn)狀分析，對(duì)國(guó)內(nèi)碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)的問題與前景進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】碳纖維復(fù)合材料；體育休閑用品；結(jié)構(gòu)加固工程

一、我國(guó)CFRP體育休閑用品的發(fā)展情況

我國(guó)在八十年代初開始研制CFRP體育運(yùn)動(dòng)器材。1983哈爾濱玻璃鋼研究所研制的CFRP羽毛球拍，1987年研制成功碳纖維/玻璃纖維混雜增強(qiáng)環(huán)氧樹脂的蜂窩夾層結(jié)構(gòu)四人皮艇。

八十年代中期，由于中國(guó)的改革開放政策和勞動(dòng)力低廉等原因，臺(tái)灣逐步把勞動(dòng)力密集，污染嚴(yán)重的CFRP體育器材制造業(yè)轉(zhuǎn)往大陸沿海地區(qū)。例如，臺(tái)灣80％的高爾夫球桿、40.50％的網(wǎng)球拍、羽毛球拍，60％以上的自行車架制造業(yè)轉(zhuǎn)移到深圳、東莞、福州和廈門等地；一些發(fā)達(dá)國(guó)家也把該種體育器材制造業(yè)轉(zhuǎn)來中國(guó)。例如，韓國(guó)把其大部分CFRP釣魚桿制造業(yè)轉(zhuǎn)來中國(guó)天津、威海和寧波等地。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2002年國(guó)產(chǎn)CFRP釣魚桿、高爾夫球桿、網(wǎng)球拍、自行車等已分別占到世界同類產(chǎn)品產(chǎn)量的60％、60％、75％、65％。這些CFRP體育休閑用品所消耗的CF量，約占當(dāng)年世界CF消耗總量的16％。然而，由于國(guó)際CFRP體育休閑用品已處于飽和狀態(tài)，今后這方面產(chǎn)品將基本上處于穩(wěn)定狀態(tài)，年增長(zhǎng)速度大體在1％左右。

二、結(jié)構(gòu)加固工程已成為CFRP產(chǎn)業(yè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)

中國(guó)從1997年開始從國(guó)外引入CFRP加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)，并開始進(jìn)行相關(guān)研究，由于其巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在短短的時(shí)間內(nèi)很快形成研究和工程應(yīng)用的熱點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)已有國(guó)家工業(yè)建筑診斷與改造工程技術(shù)研究中心、清華大學(xué)、東南大學(xué)、天津大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、北京化工大學(xué)、中國(guó)建筑科學(xué)研究院等數(shù)十個(gè)高校和科研院所先后開展了CF加固建筑結(jié)構(gòu)的研究，已完成多項(xiàng)研究課顆，發(fā)表研究論文100多篇。在材料開發(fā)、加固土木建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)和設(shè)計(jì)計(jì)算理論等方面，取得一批接近國(guó)際先進(jìn)水平的研究成果。

由于中國(guó)具有世界上最為巨大的土木建筑市場(chǎng)，CFRP加固建筑結(jié)構(gòu)工作將呈現(xiàn)不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)。如2001年全國(guó)用于結(jié)構(gòu)加固的CF量?jī)H12噸，2003年就達(dá)到140噸，2004年將達(dá)230噸，2010年將躍升至850噸。

三、CFRP在中國(guó)能源開發(fā)中的巨大需求

隨著地球上油田進(jìn)行三期開采期，打的油井越來越深，為了提高開采效率，世界上許多國(guó)家都在探索采用CFRP抽油桿。在油田深井使用CFRP抽油桿具有明顯優(yōu)勢(shì)：首先，該抽油桿只是同類鋼桿重量的1/8～1/10，甚至更輕；其次，采用CFRP抽油桿時(shí)地面裝備顯著減少，如可降低抽油機(jī)機(jī)型，節(jié)約地面設(shè)備投資5.8萬元；節(jié)能效果顯著，因此采用CFRP抽油桿是抽油桿的一次革命。中國(guó)各油田正在使用的金屬抽油桿超過1億米，其中每年更新或新增2600萬米。據(jù)北京化工大學(xué)預(yù)測(cè)，至2008年可能有8％～10％更新或新增的油桿用CFRP桿取代，則為200.260萬米，CF用量為1.6噸／萬米，共需CF320.420噸。至2010年如果按15％的取代量計(jì)算，則CF消耗量達(dá)624噸。目前國(guó)內(nèi)已有三家生產(chǎn)CFRP抽油桿的企業(yè)，共有12條生產(chǎn)線。有的企業(yè)正在研制CFRP抽油桿，并積極準(zhǔn)備建設(shè)。

四、CFRP用于新型節(jié)能環(huán)保汽車

目前德國(guó)寶馬公司率先在開發(fā)和試驗(yàn)高強(qiáng)度輕量化的CFRP車體板和其它部件，所用CF與Zoltek公司生產(chǎn)的大絲束產(chǎn)品。美國(guó)自90年代后期因?qū)Νh(huán)保問題越來越重視CF在未來車輛中的應(yīng)用。1994年美國(guó)政府和工業(yè)部門開始出臺(tái)聯(lián)合開發(fā)先進(jìn)車輛技術(shù)的計(jì)劃（PNGV）。目標(biāo)是改進(jìn)車輛的效能，降低污染物的排放并滿足用戶的各種需求。專家預(yù)測(cè)，未來環(huán)保型汽車每年所消耗的CF量將以萬噸計(jì)。2010年中國(guó)汽車產(chǎn)量將突破年產(chǎn)1千萬輛大關(guān)。新型節(jié)能型環(huán)保型汽車是未來汽車發(fā)展方向。為了和國(guó)際接軌，中國(guó)將來也必定要大量制造這類汽車，屆時(shí)汽車工業(yè)將成為中國(guó)CFRP的巨大市場(chǎng)。

五、中國(guó)復(fù)合材料行業(yè)的現(xiàn)有問題和展望

我國(guó)復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的布局有待調(diào)整。我國(guó)每年要大量進(jìn)1：3玻璃鋼原料，長(zhǎng)期以來，國(guó)內(nèi)的樹脂價(jià)格一直高于玻纖價(jià)格，原料的落后在一定程度上制約了中國(guó)玻璃鋼行業(yè)的發(fā)展。玻璃鋼成型工藝也有待提高。中國(guó)目前手工成型玻璃鋼制品仍占60％以上，而原國(guó)家經(jīng)貿(mào)委頒布的《無機(jī)非金屬新材料“十五”規(guī)劃》中要求，“玻璃鋼機(jī)械化成型比例占40％”，因此加快工藝改造是十分重要的。

中國(guó)熱塑性玻璃鋼的比例還不大，發(fā)達(dá)國(guó)家已達(dá)到了1/3以上。熱塑性玻璃鋼由于生產(chǎn)過程是物理變化，因而污染少、能耗小，它的生產(chǎn)效率高并且能再生利用，是國(guó)際玻璃鋼行業(yè)的發(fā)展方向。困擾全球玻璃鋼行業(yè)的一個(gè)普遍問題，就是玻璃鋼產(chǎn)品的回收利用問題。

我國(guó)已成為第二大復(fù)合材料生產(chǎn)國(guó)，僅玻纖產(chǎn)量而言，2003年為47.3萬噸，達(dá)到世界玻纖產(chǎn)量的1/5，2005年將向80萬噸邁進(jìn)。中國(guó)復(fù)合材料行業(yè)在未來幾年的應(yīng)用和技術(shù)發(fā)展主要包括：

1．開發(fā)能源、交通。（1）清潔、可再生能源用（下轉(zhuǎn)第23頁）（上接第6頁）復(fù)合材料，包括風(fēng)力發(fā)電用復(fù)合材、煙氣脫硫裝置用復(fù)合材料、輸變電設(shè)備用復(fù)合材料和天然氣、氫氣高壓容器；（2）汽車、城市軌道交通用復(fù)合材料，包括汽車車身、構(gòu)架和車體外覆蓋件，軌道交通車體、車門、座椅、電纜槽、電纜架、格柵、電器箱等；（3）民航客機(jī)用復(fù)合材料，主要為碳纖維復(fù)合材料，熱塑性復(fù)合材料約占10％，主要產(chǎn)品為機(jī)翼部件、垂直尾翼、機(jī)頭罩等，中國(guó)未來20年間需新增支線飛機(jī)661架，將形成民航客機(jī)的大產(chǎn)業(yè)，復(fù)合材料可建成新產(chǎn)業(yè)與之相配套；（4）船艇用復(fù)合材料，主要為游艇和漁船，游艇作為高級(jí)娛樂耐用消費(fèi)品在歐美有很大市場(chǎng)，在中國(guó)也已經(jīng)出現(xiàn)了良好的前景。

2．基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用。國(guó)內(nèi)外復(fù)合材料在橋梁、房屋、道路中的基礎(chǔ)應(yīng)用廣泛，與傳統(tǒng)材料相比有很多優(yōu)點(diǎn)，特別是在橋梁上和在房屋補(bǔ)強(qiáng)、隧道工程和大型儲(chǔ)倉(cāng)修補(bǔ)和加固中市場(chǎng)開闊。

3．綜合處理與再生。重點(diǎn)發(fā)展物理回收——粉碎回收、化學(xué)回收——熱裂解和能量回收，加強(qiáng)技術(shù)路線、綜合處理技術(shù)研究，示范生產(chǎn)線建設(shè)，再生利用研究，大力拓展再生利用材料在石膏中的應(yīng)用、在拉擠制品中的應(yīng)用、在SMC／BMC模壓制品中的應(yīng)用和典型產(chǎn)品中的應(yīng)用。

【作者簡(jiǎn)介】李金濤，男，河南省第一建筑集團(tuán)有限責(zé)任公司助理工程師，研究方向：建筑施工；宣昌茂，男，河南省第一建筑集團(tuán)有限責(zé)任公司工程師，研究方向：建筑工程技術(shù)。