2010年8月1日

新闻发布与行业分析 -Carbon Fiber Industry News and Trend

中国碳纤维复合材料(CFRP)市场发展概况与前景展望

By www.cfrp.com.cn

一、中国已成为世界CFRP体育休闲用品的制造中心

(一)在1971-1981年国际上已初步形成了CFRP体育休闲用品市场
1、钓鱼杆
在70年代初出现了CFRP钓鱼杆。现在世界碳纤维(Carbon Fiber)杆的产量为1200万根/年左右,相当消耗CF量约1160吨。其中轻量和高感度的鱼杆的开发史,便是高模量聚丙烯睛(PAN)基CF应用的历史。
2、高尔夫球杆
CF在高尔夫球杆的应用,始于1972年。美国Shespe公司用长丝缠绕法开发成功这种球抒。在同年的太平洋Clubmasters比赛中美国的G·Brewer采用Aldila公司所开发的CFRP球杆取得了优胜,于是日本的黑杆(CF高尔夫球杆)突然活跃起来了。70年代后半期便形成了空前的黑杆热。现在,世界黑杆的生产量为3017万根/年左右,相当消耗CF量约1750吨。
3、网球拍
1974年美国Chemold公司等开始开发CFRP球拍,次年在日本也开发成功。除了网球拍外,为了满足强度和刚度的要求,一些高档的羽毛球拍、小橡皮球拍等也都采用CF.目前这些拍子合起来的市场规模约4950万只/年,相当消耗CF量约550吨。
4、其它
在其它方面,CF还应用于滑雪板、雪船、滑雪杆、棒球棒、公路赛车、山地自行车、小舟、舟山板、快艇(桅杆)、帆船等体育用品,但与上述的3大支柱相比,每一种规模都较小;

(二)在二十世纪八十年代我国CFRP体育休闲用品产业快速发展
1、八十年代初期起步
我国在八十年代初开始研制CFRP体育运动器材。如哈尔滨玻璃钢研究所研制的CFRP羽毛球拍,获得1983年轻工部三等奖;中山大学与东莞玻璃钢厂合作,于1987年研制成功碳纤维/玻璃纤维混杂增强环氧树脂的蜂窝夹层结构四人皮艇。该艇的各项指标均达到和部分超过当时国际一流的丹麦皮艇。但在当时,由于国产CF质次价高,且产量很小,从国外进口CF又受到“巴统”等限制,所以不可能大量生产该类运动器材。
2、八十年代中期台湾、韩国的相关制品纷纷转来大陆生产
八十年代中期,由于我国的改革开放政策和劳动力低廉等原因,台湾逐步把劳动力密集,污染严重的CFRP体育器材制造业转往大陆沿海地区。例如,台湾80%的高尔夫球杆、40-50%的网球拍、羽毛球拍,60%以上的自行车架制造业转移到深圳、东莞、福州和厦门等地;为了求生存、求发展,一些发达国家也把该种体育器材制造业转来中国。例如,韩国把其大部分CFRP钓鱼杆制造业转来我国天津、威海和宁波等地。
3、八十年代末中国相关民族工业也得到了快速发展
2000年前后,国际CF市场出现了供过于求的局面。这种情况也为中国发展自己的CFRP体育休闲用品提供了良好机遇。
在上述背景下,一些国内CFRP体育休闲用品企业得到了大的发展。例如,威海光威渔具集团有限责任公司,它创建于1987年11月。目前该公司已发展成世界上品种最全,产量最高的钓具生产企业。公司下设16个生产工厂,3个中外合资企业。公司核心产品为CFRP钓鱼杆、渔线轮和CF予浸布等。其中90%的钓鱼杆和渔线轮产品出口国外;国内一些为体育器材供应CF予浸料的企业也在快速发展起来。例如浙江嘉兴中宝碳纤维有限责任公司,它从瑞士引进予浸机,予浸料年生产能力已达300万平方米。

(三)中国的CFRP体育休闲用品产品已居世界首位
据统计,2002年国产CFRP钓鱼杆、高尔夫球杆、网球拍、自行车等已分别占到世界同类产品产量的60%、60%、75%、65%。这些CFRP体育休闲用品所消耗的CF量,约占当年世界CF消耗总量的16%。然而,由于国际CFRP体育休闲用品已处于饱和状态,今后这方面产品将基本上处于稳定状态,年增长速度大体在1%左右。

二、结构加固工程已成为CFRP产业新的增长点 www.cfrp.com.cn

(一)国际上二十世纪九十年代开始起步
1994年美国洛杉矶大地震和1995年日本神户大地震给房屋与桥梁造成了极大破坏,用CFRP修复补强损坏了的建筑与桥梁结构是国外采用的重要手段。美国联邦高速公路局向美国国会报告,“截止1996年6月30日,根据报表统计,美国共有581862座桥梁,其中有缺陷、有问题的共计182726座,占31.4%a”亦即美国有31%以上桥梁需要维修补强,并认为采用复合材料可以更有效的维修这些桥梁。与传统的钢材相比复合材料有很多优点:复合材料密度低、强度高、耐蚀性好、抗疲劳和蠕变性能好、操作性能好等。英国有一个由贸易与工业部支持的计划,该计划研究结果表明:“用CFRP补强可大大增加桥梁和建筑的抗震和抗裂能力。”

(二)中国紧跟其后
我国从1997年开始从国外引入CFRP加固混凝土结构技术,并开始进行相关研究,由于其巨大的技术优势,在短短的时间内很快形成研究和工程应用的热点。目前国内已有国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心、清华大学、东南大学、天津大学、北京航空航天大学、北京化工大学、中国建筑科学研究院等数 十个高校和科研院所先后开展了CF加固建筑结构的研究,已完成多项研究课颗,发表研究论文100多篇。在材料开发、加固土木建筑结构技术和设计计算理论等方面,取得一批接近国际先进水平的研究成果。
“十五”期间,为了进一步推动复合材料加固结构技术的发展,国家还专门设立了相关课题。课题研究主要在两个方面展开,首先是进行关键材料开发,即通过材料改性技术研究克服单一纤维复合材料弱点,满足现代土木工程对新型建筑材料高性能(高强、高模、高耐久性及良好的韧性)、低成本及良好的环境亲和性要求;另一方面就是进行关键应用技术研究,涉及结构加固补强关键技术,新结构应用关键技术及材料检测评价技术研究等。

(三)已完成复合材料(主要是CFRP)加固工程几百项
由于我国具有世界上最为巨大的土木建筑市场,CFRP加固建筑结构工作将呈现不断增长的趋势。如2001年全国用于结构加固的CF量仅12吨,2003年就达到140吨,2004年将达230吨,2010年将跃升至850吨。

三、能源需求将为CFRP产业提供巨大商机

(一)CFRP抽油杆已在我国油田正式应用
随着地球上油田进行三期开采期,打的油井越来越深,为了提高开采效率,世界上许多国家都在探索采用CFRP抽油杆。在油田深井使用CFRP抽油杆具有明显优势:首先,该抽油杆只是同类钢杆重量的1/8-1/10,甚至更轻;其次,采用CFRP抽油杆时地面装备显著减少,如可降低抽油机机型,节约地面设备投资5-8万元;节能效果显著,以2500米泵挂为例,使用CF抽油杆,每口井每年可节省电费4-5万元。采用CFRP抽油杆是抽油杆的一次革命。目前CFRP抽油杆比同类钢杆价格贵一倍,随着用量增加,价格将下降。我国各油田正在使用的金属抽油杆超过1亿米,其中每年更新或新增2600万米。据北京化工大学预测,至2008年可能有8%-10%更新或新增的油杆用CFRP杆取代,则为200-260万米,CF用量为1.6吨/万米,共需CF320-420吨。至2010年如果按巧%的取代量计算,则CF消耗量达624吨。以胜利油田为例从更长远看,该油田大约有2.1万11油井,其中泵挂1500-3000米深井有7000-8000口、据测算,一目保升可消耗GF达半吨。仅胜利油田一处,如深井全部采用CFRP抽油杆,则年消耗CF量消耗量之大是可以想象的。目前国内已有三家生产CFRP抽油杆的企业,共有12条生产线二此外,还有的企业正在研制CFRP抽油杆,并积极准备建设。

(二)风力发电机叶片制造业将得到快速发展
1、在叶片关键部位采用CFRP是必由之路
可再生能源是当今世界上十分重视开发的能源、包拈太阳能、风能、地热能、海洋能等、其中风能的开发利用已形成规模,特另IJ jz风力发电在许多国家已得到了大规模利用::德国是风力发电发展最快的国家,平均单机容量1997年为600千瓦,1998年为700千瓦,1999年为800千瓦,2000年为1115千瓦。德国在2000年共安装了1496台风力发电机,其中大部分是兆瓦以上的风力机。随着风力发电单机功率的增长,叶片的长度也在不断增长。例如,百千瓦级(660千瓦)风机叶片长约21米,1兆瓦门000千瓦)级叶片长约30米,2兆瓦级叶片长约40米一目前世界上最大的风力发电机额定功率为5兆瓦,其叶片长约50术。这些叶片安装在30米以上高空。叶片越重则引起变形越大。变行大到一定程度,则无法维持风机正常工作。为了减少叶片变形,在主承力件如轴和叶片某些部位则需采用CF补刚度。
2、我国CFRP风机叶片的应用前景光明
可再生能源—风力发电,在我国具有很好的前景。据专家测试,我国大陆加上海上风力资源大约有10亿千瓦二国家发改委规划在2020年我国风力发电量要达到2000万千瓦。为了促进我国风力发电的发展,国家即将出台相关政策,并正在立法所有这些举措都将促进CFRP风力发电机叶片制造业的发展。

(三)CFRP压缩天然气瓶将得到进一步推广应用
从环保观点看,用天然气代替汽油用于汽车将越来越广泛。据日本瓦斯协会报导,2000年日本使用压缩天然气的汽车已达2万辆,而美国则达到100万辆美国加州已制定法律规定于1997年前CNG汽车必须达到25%,其它州如德克萨斯州等也制定相应法律,强制逐年提高CNG汽车的使用数量。
国内现有CNG汽车约5万辆这些车主要集中在四川省和重庆市:北京目前也有CNG公交巴士和出租车约2000多辆。CNG汽车不仅有利于环保,而且由于我国是贫油富气国家,烧气比烧油价格便宜约1/3,因此发展CNG汽车将有美好的市场前景。据预测,到2008年我国拥有的CNG汽车数量将达14万辆,届时将年需CNG气瓶约70余万只。CFRF CNG气瓶的大量推广应用,关键是价格问题。今后在这方面的研究工作要紧紧围绕降低成本这个中心来进行。

四、新型节能型环保型汽车将成为CFRP最大的潜在用户

目前德国宝马公司率先在开发和试验高强度轻量化的CFRP车体板和其它部件,所用CF与Zoltek公司生产的大丝束产品。目标是在未来5年内生产出CFRP制系列汽车,以改进其安全性,节能性并减少有害气体排放量。Zoltek公司总裁确信在未来10年内CF将引起汽车工业的革命性变革;英国Cranfield大学受政府赞助的研究成果也表明,目前每年生产2万辆的 CFRP汽车是可能的。这种轻量化的CFRP汽车将改进其燃料效率,而刚性比钢制部件要高,在风力下具有良好的稳定性,这一点对赛车和运动车而言更为重要。目前已研制出的汽车长4.3 m、宽1.7m,高1.4m,质量只有570kg; 2000型奔驰的车门已采用铝模具制CFRP(RTM技术),在CFRP中CF含量高达60% 。每年只生产1000件,原因是价格问题,美国自90年代后期因对环保问题越来越重视CF在未来车辆中的应用。1994年美国政府和工业部门开始出台联合开发先进车辆技术的计划(PNGV)。目标是改进车辆的效能,降低污染物的排放并满足用户的各种需求。其中一个目标是到2004年所生产的中型汽t4. A.lh(甜响叮)BTU当量。为此,今后要加速CFRP加工技术的开发并降低现有CF价格,才能满足2004年PNGV 的目标。为了实现2010年的PNGV的技术研究计划,即达到42.5km/ 1(1 OOmpg)BTU。现DOE与ACC公司正合作开发低成本的CF,包括开发非传统的原丝,新型的CF生产方法等。专家预测,未来环保型汽车每年所消耗的CF量将以万吨计。
2010年我国汽车产量将突破年产1千万辆大关。新型节能型环保型汽车是未来汽车发展方 向。为了和国际接轨,我国将来也必定要大量制造这类汽车,届时汽车工业将成为我国CFRP的巨大市场。

五、众多CFRP高新技术产品已不断进入市场

目前这些产品(见下页表)尽管种类繁多,但数量不大,主要原因有三:其一,价格较高。这是影响CFRP产品推广应用的主要原因。例如,一个50升钢衬玻璃钢CNG气瓶价格仅1800元/只,而同容积的铝内衬CFRP气瓶,其价格却高达5000元/只以上;其二,质量不稳定。例如,CF电热板的功率密度(功率数/平方米)不够稳定,超过了标准规定误差。主要原因是作为电热原件的碳纤维纸质量达不到标准;其三,产品开发跟不上市场需要。例如,在中国煤矿开采作业区,瓦斯在静电作用下易发生爆炸,造成严重事故。在煤矿采用的聚氯乙揭通风管中加入一定量CF可得到抗静点制品,防静电效果很好。但在我国,这种管道还没在煤矿区得到很好地应用。
CFRP应用是和高新技术相联系的。我国经济、技术的发展速度有目共睹,“中国制造”已风靡世界,高新技术产业正在快速发展。随着中国产业和产品技术升级,对CFRP的需求量将不断增加。由于我国幅员辽阔,产业门类齐全,社会稳定,经济、技术发展速度高,工资水平低,东西部经济发展差距大,过就决是禽国必然成为CFRP的巨大市场,而且可以长久保持。


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1个评论

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CFRP 2010-8-18 16:39:14 reply
概括很全面。长知识了,好网站。