我国碳纤维增强复合材料的市场状况

李金涛　宣昌茂

【摘要】碳纤维复合材料（CFRP）作為一种先进的复合材料，具有重量轻、模量高、比强度大、热膨胀系数低、耐高温、耐热冲击、耐腐蚀、吸振性好等一系列优点，在航空航天、汽车等领域已有广泛的应用。文章通过对碳纤维在行业中的广泛应用及现状分析，对国内碳纤维复合材料市场的问题与前景进行了探讨。

【关键词】碳纤维复合材料；体育休闲用品；结构加固工程

一、我国CFRP体育休闲用品的发展情况

我国在八十年代初开始研制CFRP体育运动器材。1983哈尔滨玻璃钢研究所研制的CFRP羽毛球拍，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。

八十年代中期，由于中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；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钓鱼杆制造业转来中国天津、威海和宁波等地。

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

中国从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。

由于中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、CFRP在中国能源开发中的巨大需求

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，因此采用CFRP抽油杆是抽油杆的一次革命。中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15％的取代量计算，则CF消耗量达624吨。目前国内已有三家生产CFRP抽油杆的企业，共有12条生产线。有的企业正在研制CFRP抽油杆，并积极准备建设。

四、CFRP用于新型节能环保汽车

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。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。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年中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，中国将来也必定要大量制造这类汽车，届时汽车工业将成为中国CFRP的巨大市场。

五、中国复合材料行业的现有问题和展望

我国复合材料产业的布局有待调整。我国每年要大量进1：3玻璃钢原料，长期以来，国内的树脂价格一直高于玻纤价格，原料的落后在一定程度上制约了中国玻璃钢行业的发展。玻璃钢成型工艺也有待提高。中国目前手工成型玻璃钢制品仍占60％以上，而原国家经贸委颁布的《无机非金属新材料“十五”规划》中要求，“玻璃钢机械化成型比例占40％”，因此加快工艺改造是十分重要的。

中国热塑性玻璃钢的比例还不大，发达国家已达到了1/3以上。热塑性玻璃钢由于生产过程是物理变化，因而污染少、能耗小，它的生产效率高并且能再生利用，是国际玻璃钢行业的发展方向。困扰全球玻璃钢行业的一个普遍问题，就是玻璃钢产品的回收利用问题。

我国已成为第二大复合材料生产国，仅玻纤产量而言，2003年为47.3万吨，达到世界玻纤产量的1/5，2005年将向80万吨迈进。中国复合材料行业在未来几年的应用和技术发展主要包括：

1．开发能源、交通。（1）清洁、可再生能源用（下转第23页）（上接第6页）复合材料，包括风力发电用复合材、烟气脱硫装置用复合材料、输变电设备用复合材料和天然气、氢气高压容器；（2）汽车、城市轨道交通用复合材料，包括汽车车身、构架和车体外覆盖件，轨道交通车体、车门、座椅、电缆槽、电缆架、格栅、电器箱等；（3）民航客机用复合材料，主要为碳纤维复合材料，热塑性复合材料约占10％，主要产品为机翼部件、垂直尾翼、机头罩等，中国未来20年间需新增支线飞机661架，将形成民航客机的大产业，复合材料可建成新产业与之相配套；（4）船艇用复合材料，主要为游艇和渔船，游艇作为高级娱乐耐用消费品在欧美有很大市场，在中国也已经出现了良好的前景。

2．基础设施应用。国内外复合材料在桥梁、房屋、道路中的基础应用广泛，与传统材料相比有很多优点，特别是在桥梁上和在房屋补强、隧道工程和大型储仓修补和加固中市场开阔。

3．综合处理与再生。重点发展物理回收——粉碎回收、化学回收——热裂解和能量回收，加强技术路线、综合处理技术研究，示范生产线建设，再生利用研究，大力拓展再生利用材料在石膏中的应用、在拉挤制品中的应用、在SMC／BMC模压制品中的应用和典型产品中的应用。

【作者简介】李金涛，男，河南省第一建筑集团有限责任公司助理工程师，研究方向：建筑施工；宣昌茂，男，河南省第一建筑集团有限责任公司工程师，研究方向：建筑工程技术。