碳纤维丝束区别以及应用领域分析

  碳纤维的应用,其实可以分为两个大的分支。即高端军用领域的小丝束碳纤维和低端民用领域的 大丝束碳纤维。碳纤维的丝束以K表示,1K表示一个丝束含1000根碳纤维,3K就是3000根。一般来讲,24K以下为小丝束,24K以上的为大丝束。

  航空航天领域,特别是军用航空领域,在飞机结构上一般采用的是小丝束碳纤维复材,以3K的碳纤维为主。通常小丝束碳纤维的生产必须采用价格昂贵的特种聚丙烯睛PAN原丝,而且这些特种PAN原丝的生产技术是高度保密的,每家公司都有自己的专利技术。原丝制备技术高度保密,不出售,不转让。小丝束碳纤维产品的市场容量相对小,目前主要用于军工产品。

  而大丝束碳纤维,能够以便宜而且公开出售的民用聚丙烯作为原料制备碳纤维。因此,价格优势非常明显。举个例子,2012年的国内碳纤维市场,48K的只有一百多人人民币一公斤,24K的二百多,12K的三四百,到3K就要七八百,1K的则高达三四千元一公斤。

  能不能用便宜的大丝束产品,替代昂贵的小丝素产品呢?研究人员展开了大丝束碳纤维复合材料在飞机上的应用研究工作,将美国Zoltek的48K大丝束与东丽T300的3K小丝束的对比试验,证明了在强度性能上,二者差异不大。但在模量性能上,特别是纵向拉伸和纵向压缩模量上,大丝束比小丝束低15%左右。因此,目前大丝束虽然便宜,却不会被应用与军机的主承力构件或者次承力构件的制作上,但可以在通用航空领域、无人机和其他民用领域大显身手。

  用于飞机结构的小丝束产品,属于战略性物资,国外对华禁运,所以高层相当重视,现在也是战略重点。此外在工业应用领域内的低成本大丝束碳纤维,过去重视不太够,现在都在往这个方向努力,但是尚未达到产业化的程度。从需求上看,碳纤维从1950年代主要应用在火箭、宇航及航空等尖端科学,到1980年代被广泛应用于纺织、化工机械、建筑、风机叶片及医学领域。比如,在体育领域,碳纤维主要应用于高尔夫棒、网球拍、赛车、弓箭、跳竿、冰球棒、游艇、赛艇、滑翔机、人力飞机、帆船桅杆、摩托车及登山用品,如登山杖、滑雪杖、攀岩头盔等。国内各种应用占碳纤维率需求比例,大致分别为工业60%、体育30%,航空10%,因此从推动产业升级的角度来说,大丝束碳纤维,无疑具有更加广阔的商业前景。

 

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