Углеродное волокно — это неорганический полимерный материал, содержащий более 90% углерода. Его получают из таких исходных материалов, как полиакрилонитрил (PAN), пек или вискоза, посредством высокотемпературного окисления и карбонизации. Среди высокоэффективных волокон углеродное волокно отличается исключительно высокой удельной прочностью и модулем упругости, а также превосходной термостойкостью.
В последние годы значительные научно-технические достижения в области углеродного волокна наблюдаются преимущественно в США и Японии. Передовые разработки направлены не только на производство углеродного волокна, но и на его применение в облегчённых автомобильных материалах, 3D-печати и энергетических технологиях. Среди наиболее заметных достижений:
Georgia Institute of Technology (США) добился значительных результатов в разработке углеродного волокна третьего поколения.
Японская организация NEDO разработала технологию электромагнитного нагрева.
Toray (Япония) использует традиционную технологию формования PAN-волокна с точным контролем процесса карбонизации.
Teijin (Япония) разработала плазменную технологию обработки поверхности углеродного волокна, позволяющую быстро контролировать свойства поверхности волокна.
Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering исследует сохранение прочности углеродного волокна при высокотемпературной графитизации.
Тайваньская компания Ever Bright Advanced Materials разработала специальную технологию сверхвысокотемпературной графитизации для массового производства углеродного волокна среднего и высокого класса в США.
В 2023 году внутренний спрос Китая на углеродное волокно достиг примерно 98 600 тонн, увеличившись на 32,6% по сравнению с предыдущим годом. В период с 2008 по 2023 год среднегодовой темп роста (CAGR) составил 17,1%, что значительно выше зарубежного показателя в 9,8%.
В 2022 году на Китай приходилось около 55,1% мирового спроса на углеродное волокно, тогда как ранее этот показатель составлял около 20%. Это сделало Китай крупнейшим рынком потребления углеродного волокна.
Одновременно ускоряется замещение импортной продукции отечественной. В 2023 году объём производства углеродного волокна в Китае достиг примерно 54 600 тонн.
По состоянию на июнь 2023 года совокупные производственные мощности китайских производителей углеродного волокна достигли 117 000 тонн, увеличившись на 86,6% по сравнению с концом 2021 года, когда показатель составлял 62 700 тонн.
Многие производители работают с высокой загрузкой мощностей. Такие компании, как Jilin, Zhongfu Shenying и Newstar Carbon Valley, уже достигли производственных мощностей более 10 000 тонн в год.
При сохранении государственной поддержки развития отрасли совокупные производственные мощности Китая потенциально могли достичь 184 000 тонн в 2024 году.
По размеру жгута углеродное волокно можно разделить на large tow и small tow. Large tow содержит более 48 000 филаментов (48K), тогда как small tow обычно включает от 1 000 до 12 000 филаментов (1–12K).
Преимущество 48K-жгутов заключается в возможности значительно повысить производительность и стабильность производства углеродного волокна при одновременном снижении себестоимости.
Однако производство в Китае традиционно было сосредоточено преимущественно на small tow, что увеличивало стоимость материала и ограничивало его применение в различных отраслях.
Ранее производство large tow было сосредоточено у нескольких крупных компаний из США, Германии и Японии. Запуск первой в Китае производственной линии по выпуску 48K-углеродного волокна на Sinopec Shanghai Petrochemical стал важным шагом в снижении зависимости Китая от импорта.
28 марта 2023 года Министерство промышленности и информационных технологий Китая, Министерство науки и технологий, Министерство финансов и Управление гражданской авиации Китая опубликовали план инновационного применения оборудования для авиации общего назначения на 2024–2030 годы. Согласно прогнозам, к 2030 году рынок низковысотной экономики может достичь объёма в триллионы юаней.
Углеродные композиты благодаря малому весу, высокой прочности и коррозионной стойкости востребованы в аэрокосмической отрасли.
В 2023 году мировое потребление углеродного волокна достигло около 115 000 тонн, из которых 19,1% пришлось на авиацию и оборонную промышленность.
Такие компании, как XPeng и Volocopter, начали активно применять углеродные композиты. Первый в мире сертифицированный Управлением гражданской авиации Китая пассажирский дрон EH216-S компании EHang также использует углеродные композитные материалы на основе эпоксидной смолы.
Углеродное волокно широко применяется в спортивных и рекреационных товарах, включая:
клюшки для гольфа;
удочки;
теннисные и бадминтонные ракетки;
велосипеды;
лыжные палки и лыжи;
мачты для парусных судов;
корпуса лодок.
По оценкам, мировое производство удилищ из углеродного волокна составляет около 20 миллионов единиц в год.
Кроме спортивного оборудования, углеродное волокно используется в повседневных товарах — акустических системах, обогревателях и бытовой технике, а также в электронных устройствах, включая смартфоны и ноутбуки.
В Китае ветроэнергетика и производство спортивных товаров относятся к ведущим направлениям потребления углеродного волокна, занимая соответственно 30,9% и 23,5%.
Истечение срока действия ключевых патентов, расширение производственных мощностей, снижение стоимости углеродного волокна и тенденция к увеличению размеров ветроэнергетических установок создают значительный потенциал роста спроса.
В солнечной энергетике производители также переходят от графитовых тиглей к тиглям из углеродных композитов. Они отличаются более длительным сроком службы, высокой термостабильностью и стабильными характеристиками кристаллизации, что делает их подходящими для печей выращивания монокристаллического и поликристаллического кремния.
Технологии усиления углеродным волокном включают использование углеродной ткани и углеродных пластин.
Исследования применения углеродного волокна для усиления бетонных конструкций начались ещё в 1980-х годах в развитых странах, таких как США и Япония.
В Китае эта технология получила развитие несколько позже, однако благодаря быстрому развитию экономики и транспортной инфраструктуры спрос на решения для усиления конструкций углеродным волокном значительно вырос.
С развитием технологий углеродное волокно будет всё шире использоваться при производстве высокотехнологичной продукции, включая самолёты, автомобили и суда.
Оно позволяет создавать лёгкие и одновременно прочные кузовные элементы автомобилей, авиационные компоненты и корпуса судов, снижая массу конструкций и повышая их прочность.
Углеродное волокно имеет широкие перспективы в энергетике. Оно может использоваться для создания более лёгких и прочных компонентов ветровых и солнечных энергетических установок, повышая их эффективность и долговечность.
Углеродное волокно может применяться для производства лёгких и прочных протезов, повышая качество жизни пациентов.
Кроме того, оно может использоваться в медицинском оборудовании, включая рентгеновские системы и МРТ-оборудование, повышая прочность и срок службы отдельных компонентов.
В строительной отрасли углеродное волокно будет широко применяться для усиления бетонных конструкций, повышения их прочности и увеличения срока эксплуатации.
Углеродное волокно позволяет создавать лёгкое и долговечное спортивное оборудование — велосипеды, теннисные ракетки, лыжные палки и другие изделия, повышая их эксплуатационные характеристики и срок службы.
Углеродное волокно может использоваться для создания лёгких и прочных корпусов смартфонов, ноутбуков и другой электроники, повышая их механическую прочность и долговечность.
Углеродное волокно обладает широким спектром применения и значительным потенциалом дальнейшего развития. По мере совершенствования технологий и роста производственных мощностей сферы его применения будут продолжать расширяться, открывая новые возможности для различных отраслей промышленности.
Подробнее о применении углеродного волокна
Tel：+86 13632635281
Email：jackey@gbtechgroup.cn
Add：Промышленный парк Пику, Куйчунь, Шэньчжэнь
WhatsApp
E-mail