国内外碳纤维复合材料现状及研究开发方向

第一篇：国内外碳纤维复合材料现状及研究开发方向

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romanceliu

2008-01-15 17:37

查看完整版本: [--《转》国内外碳纤维复合材料现状及研究开发方向 一．国外情况

１９９６年世界碳纤维生产能力１５０００ｔ，实际产量约１００００ｔ左右，其中日本约占６０％。日本有三家大公司从事碳纤维的生产、研究和开发，东丽公司、东邦人造丝公司和三菱人造丝公司是世界著名的碳纤维生产企业，它们都在积极扩展碳纤维生产，继续加强其在世界市场上的主导地位，并纷纷实现从原丝到下游复合材料一体化的配套生产体制，碳纤维及其下游产品己成为这些公司的支柱产业和新的经济增长点。

随着航空航天飞行器各项性能的不断提高，对结构件用材料的性能要求也越来越高。今后日本先进复合材料的发展方向是：在增强材料方面，进一步提高碳纤维的强度和模量，降低成本；在树脂基体方面，主要提高树脂的冲击后压缩强度和耐湿热性；在复合材料成型技术方面，进一步实现整体成型技术、固化监控、自动化技术及三维复合材料技术，从而同时提高复合材料性能降低制造成本。

美国是碳纤维生产大国，更是消费大国，世界碳纤维４０％以上的市场在美国。美国１９９６年碳纤维生产能力约为４５００ｔ，其中卓尔泰克（ＺＯＬＴEＫ）公司１９９７年在美国德克萨斯州的亚平伦城和匈亚利的布达佩斯附近建了５条碳纤维生产线，１９９７年的总生产能力达３０００ｔ左右，一跃成为世界上生产碳纤维的最大集团之一。

它的产品有许多特色，最主要是低成本、低价格、大丝束、采用纺织用的丙烯酸原丝和开发工业级碳纤维等。该公司生产的碳纤维价格已降至１７.６４＄/ｋｇ，而日本东丽同类产品大约３０＄／ｋｇ。在应用方面，美国摩里逊（Ｍｏｒｉｓｏｎ）公司为达纳（Ｄｃｎａ）公司生产汽车传动轴，供通用汽车公司用；采用碳纤维复合材料可使原来由两件合并成一个传动轴简化成单件，与钢材料相比，可减重６０％。美国斯道顿复合材料公司（Ｓｔｏｕｇｈｔｏｎ）开发碳纤维复合材料集装箱，重量轻、耐磨，在碳纤维价格降至１７.６＄/ｋｇ时，此集装箱的价格可与金属集装箱竞争。目前，美国正在开发碳纤维复合材料的五大新市场，即清洁能源车辆、土木建筑工程、近海油田勘探和生产、风力发电机大型叶片、高尔夫球杆和球拍。这是推动美国和世界碳纤维复合材料大发展的动力。随着碳纤维生产规模的扩大和生产成本的下降，在增强木材、机械和电器零部件、新型电极材料乃至日常生活用品中的应用必将迅速扩大。

除日美之外，德国、英国和韩国也具有一定碳纤维复合材料生产能力。据预测，今后十年世界碳纤维及复合材料需求量将稳定高速增长。国外碳纤维及复合材料业已步入良性循环，而我国目前尚不具备国际竞争能力。我国当前及今后一个时期内最大的市场在体育用品方面。我国碳纤维及其复合材料业存在的几个问题为：原丝质量差、生产规模小、质量低、价格高、应用基础研究薄弱等。

二．国内情况

1.转自泰州市科协《科技快讯》总第110期：碳纤维取代钢筋

钢筋是混凝土不可缺少的材料，现在日本科学家开发出利用碳纤维取代钢筋制作钢筋混凝土的技术。根据这项新技术，先将1.2万根直径约7微米的碳纤维困在一起，制成30根碳纤维绳，然后呈螺旋状在骨架上缠绕碳纤维绳，只在连接处用树脂固定起来。整个工作由机器人按输入的设计完成。

连接处以外的碳纤维可以折叠，便于运输和保管。在施工现场，先将碳纤维绳拉直，使之恢复原状，然后浇注混凝土。但要注意的是如处理不当，就有可能损伤碳纤维。

碳纤维的强度大，相当于钢筋的10倍，其重量大约为钢筋的1/4，但弱点是与混凝土的附着性差。于是科学家们改变了碳纤维结构，使之能够很好地与混凝土附着在一起。作为混凝土的骨架材料的棒状碳纤维价格比钢筋贵，但采用这项新技术，可以减少利用树脂和电焊的工作量，因此可以降低成本。

2.转自南方纺织网：国内首套大型工业化聚丙烯腈基碳纤维工程开工

来自中国华源集团的消息说，由华源主投资的国内首套大型工业化聚丙烯腈基碳纤维工程日前正式开工。

这项工程由中国华源集团与安徽蚌埠灯芯绒集团共同投资建设，华源占９０％的股份。工程位于蚌埠市高新技术开发区，占地１９７亩，其中一期工程为年产２００吨聚丙烯腈基碳纤维及５００吨原丝项目，总投资２．２亿元，全套装置和技术从国外引进，由英国艾麦克（ＡＭＥＣ）公司总承包，预计２００５年初建成投产。

据悉，碳纤维是国际上２０世纪７０年代发展起来的高性能材料，具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、抗蠕变、稳定性强等特点，既可作为结构材料承载负荷，又可作为功能材料发挥作用。鉴于此，碳纤维广泛应用于航空航天、现代国防、汽车制造、特种机械、新型建材、体育设施等领域，前景广阔。

目前，我国对碳纤维的研究还停留在小试、中试阶段。华源这一项目的建设成功将填补我国碳纤维及原丝工业化生产的空白。

3.中国塑料机械网：聚丙烯腈基碳纤维前景喜人

目前，世界PAN基碳纤维约占各种碳纤维材料的80%以上，其中PAN基小丝束碳纤维的世界总需求约为10000t/a强。东丽、东邦和三菱人造丝三家公司提供了70%以上的需求，而它们三者的总产能占了世界中产能的78%，其余由美国hexcel、英美的bp amoco和中国台湾的台塑三家分担。

在1998年底，世界小丝束PAN基碳纤维的生产能力为1875t/a，到1999年底增加为2055t/a，增幅8%，其中日本的增幅占42%；在大丝束PAN基碳纤维方面，1998年世界的总产能为7630t/a，到1999年底增至10080t/a，增长率高达32.1%，主要由美国akzo-fortafil、zoltek和德国sgl集团3家独占。

在市场应用方面，全球的CFRP生产厂家约有100余家。从1997年至2005年，航空方面的需求增长149%，体育休闲用品为116%，工业用为252%，合计将增长175%。在飞机方面，美国f-18战斗机已采用10%的CFRP；新一代的战斗机yf-22a属雷达难以搜索型，CFRP占35%。在民航机方面，空中客车公司的新一代a3xx机，其ACM将扩大至60%。在体育休闲用品方面，高尔夫球杆自1993年起需求急速增长，在1995-1997年亚洲市场增长减速，到1999年后美国市场也趋于饱和。网球拍曾在1993-1995年红火一时，目前台湾和国外厂家都已转移至我国生产，其芯部结构为聚氨酯泡沫，外包缠CFRP、GFRP、硼纤维或kevlar纤维等。

在工业领域，有六大方面正在推广应用：

（1）土木建筑领域主要是桥梁和抗震补强材料，特别是发生阪神、淡路、tolco和台湾省大地震后，海外的需求量大增，日本的耐震补强材料和技术已向海外扩展。另外，伴随着信息社会的发达，出现了机密泄露和通过内外部的各种情报、通信设备而相互干扰等社会问题，其对策便是利用CFRP网格混入混凝土中形成电磁波屏蔽墙加以解决。此外，CFRP管制的桁梁构架屋顶，比钢制品轻1/2，使大型结构物达到了实用化的水平，而且施工效率和耐震性能得到了大幅度提高。

（2）汽车由于目前碳纤维的价格偏高，只能说是未来潜在的大市场。日产汽车公司的“skylinegt-r”的外装材料已使用CFRP；丰田汽车公司自1996年秋起已将CFRP用于“mark ii ”等3种车的内装材料，这两家公司都正与东丽共同开发CFRP制车体，应用于卡车上。现最引人注目的是美国的压缩天然气（cng）压力容器和消防车的氧气压力容器。今后随着大丝束碳纤维价格的进一步下降回收技术的确立，预期将应用于汽车的许多部件和结构材料。

（3）PAN系活性碳纤维由东邦人造丝首先产业化和上市，具有起吸附作用的微孔，吸脱附速度快，在低浓度下的吸附性能优良，可用于清酒的脱色、净化器滤材等。

（4）海底油田上的油管等作为深海海底油田的输送管，具有轻量、强、耐腐蚀等特性。此外，平台支架、钻井套管等也需CFRP材料。

（5）风力发电用翼片欧洲的风力发电翼片都采用CFRP材料，而随着其大型化，考虑到20-40m长的翼片其强度和质量，已开始采用CFRP。

（6）其它 CFRP和CFRPT（碳纤维增强热塑性树脂）可用于印刷轴承、凸轮、壳体、vtr、cd部件、ic托架、齿轮、制动器、泵、照相机部件、眼镜架等，目前CFRPT还用得很少。

在新工艺和新技术方面，日本三大公司和韩国cheil合成工业公司继承系统发表了PAN原丝至碳化等的新技术，其中三菱人造丝公司提出相当于T700性能水平碳纤维的PAN原丝指标。美国wilkinson公司也在研制PAN原丝，而英国国防安全部在研制中空碳纤维原丝及碳纤维。在预氧化、碳化方面，东丽最近发表了30k-100k PAN大丝束的烧成方法，可以使长度较短的大丝束进行连续碳化。三菱人造丝发明的新型碳化炉，可抑制碳化反应生产的分解物附着和堆积于炉壁和纤维上，从而稳定高效地生产高强度模的碳纤维。

东丽公司则研制一种三叶形断面的PAN原丝及碳纤维，可改进与树脂的粘合性、压缩强度和抗弯强度。

4.中国玻璃纤维及绝热材料网：碳纤维在国内外土木建筑中的应用

碳纤维及其复合材料是伴随着军工事业的发展而成长起来的新型材料，属于高新技术产品，具有高比强度，高比模量，耐高温，耐腐蚀，耐疲劳，抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能，它既可作为结构材料承载负荷，又可作为功能材料发挥作用。因此其近年来发展十分迅速，在航空、航天、汽车、环境工程、化工、能源、交通、建筑、电子、运动器材等众多领域得到了广泛的应用，被誉为是21世纪的新材料。

在土木建材领域中，水泥的用量最大，但水泥有脆性大、抗拉强度低等缺点。为了改善这些弊端，人们利用碳纤维的力学特性，用混凝土或水泥做基体制成碳纤维增强复合材料。由于碳纤维和芳纶纤维等其有强度高、模量大、比重小、耐碱腐蚀，对人畜无害等特点，在土木建筑应用中日益受到人们的青睐。本文重点介绍短切沥青基碳纤维复合材料在土木建筑领域的应用动向。

（1）碳纤维增强混凝土

碳纤维增强混凝土指的是短纤维或长纤维增强的混凝土材料。它主要用作高层建筑的外墙墙板。碳纤维增强混凝土的主要特征为；具有普通增强型混凝土所不具备的优良机械性能、防水渗透性能、耐自然温差性能，在强碱环境下具有稳定的化学性能、持久的机械强度和尺寸的稳定性。用碳纤维取代钢筋，可消除钢筋混凝土的盐水降解和劣化作用，使建筑构件重量减轻，安装施工方便，缩短建筑工期。碳纤维还具有震动阻尼特性，可吸收震动波，使防地震能力和抗弯强度提高十几倍。短切碳纤维增强水泥所用碳纤维的长度为3、6mm，细度或宽度范围在7~20 m，抗拉强度范围在0.5~0.8GPa。

纤维增强材料历史悠久，早在吉埃及文明时代，就曾经使用过稻草增强晒干土砖，日本很早就将稻草或麻丝与黏土混合后用于土墙或抹灰墙中。到了近代，于1900年开发了石棉板，20世纪70年代则开发了钢纤维增强混凝土（SFRC）和玻璃纤维增强水泥（CRC），它们已经作为现代建材被广泛应用。将力学性能优异，化学性能稳定的碳纤维用于土木建筑用的纤维复合材料是伴随着碳纤维的工业化而发展的。开始用作建筑材料时，由于价格非常高，实用化受到影响。然而到了80年代，由于石棉被强制限制使用，以及较便宜的沥青基碳纤维（短纤维）的开发，在土木、建筑方面开始得到实质性应用。到了80年代后期采用长纤维碳纤维增强的各种FRP长条、网及预浸带来代替钢筋和PC钢材的研究日益增多，部分技术和产品于90年代得到实际应用。自 1984年由Kajima，在伊拉克首次使用后，到目前为止，已有30多座大型建筑使用碳纤维增强混凝土外墙墙板。日本东京ArkHollMori-Building使用了32000m2的碳纤维增强混凝土墙板，每块墙板的尺寸为1.47m×3.76m。这些以重量3％的纤维增强混凝土外板可承受630kgf/m2的风压。且外墙可实现减轻40%的重量，大楼钢架整体重量减轻400t。

（2）复合材料棒材

建材工业中最广泛使用的结构材料有钢材和中碳钢增强混凝土，钢材的腐蚀会导致建筑物的灾难性破坏。碳纤维树脂基复合材料棒材便成为人们开发出替代建材用钢材的新型高性能建材的重要品种。混凝土增强用碳纤维增强树脂基复合材料棒材最近在美国已经商品化。据悉，商品名称为CBARTM，由美国Marshall Industries Composites of Lima开发和生产的这种复合材料棒材，不腐蚀、不导电，重量是钢材的1/4，热膨胀系数与钢材比较更接近混凝土，价格大约比环氧涂覆保护的钢材贵20％左右。使用复合材料棒材增强比使用中碳元钢增强，其弯曲强度增加％％。复合材斜棒材和水泥的粘结强度比元钢和水泥的粘结强度高约50~O％。因此它可以在海堤、造纸厂、化工厂、高速公路护栏、房屋地基和桥梁等易腐蚀场合使用。在美国West virgine的一座跨度为52m的桥上共使用了3Okm碳棒复合材料棒材。

（3）．纤维增强胶接层板

最近几年Wood Composites Engineering已经成功地开发了纤维增强胶接层板技术和产品。这种纤维增强胶接层板是在木板的一面或二面胶粘一层或二层纤维增强胶接层板，以承受拉伸或压缩载荷。纤维增强胶接层板制造技术的关键是纤维增强层板和木板之问的应变匹配。纤维增强胶接层板表面的纤维增强复合材料层板具有良好的阻燃性能，一般采用拉挤工艺制备。所使用的增强材料为混杂的碳纤维和其它纤维（玻璃纤维），基体为环氧树脂体系。由于使用纤维增强胶接层板比使用钢桁架的天花板系统价格低8％，比使用传统木桁架价格低25％，以及可明显减少重量和减少木材的需求，纤维增强胶接层板目前发展很快，应用日趋广泛。

（4）．碳纤维复合材料片

碳纤维复合材料片是采用常温固化的热固性树脂（通常是环氧树脂）将定向排列的碳纤维束粘结起来制成的薄片。把这种薄片按照设计要求，贴在结构物被加固的部位，充分发挥碳纤维的高拉伸模量和高拉伸强度的作用，来修补加固钢筋混凝土结构物。日本、美国、英国将该材料用于加固震后受损的钢筋混凝土桥板，增强石油平台壁及耐冲击性能的许多工程上，获得了突破性进展。碳纤维复合材料片具有轻质（比重是铁的I/4~1/5），拉伸模量比钢高十倍以上，耐腐蚀性能优异，可以手糊，工艺性好等优点。因此，碳纤维复合材料片在修补加固已劣化的钢筋混凝土结构物（约束裂纹发展、防止混凝土削落）和提高结构物耐力以及对用旧标准设计建成的钢筋混凝土结构物的补强、加固应用将越来越多。

（5）．其它应用 短碳纤维还可以以下几种形式应用于土木建筑领域：①制作帘墙板（非承重墙）。日本鹿岛公司在160℃和0.98MPa压力下高压蒸汽固化8小时制作这种产品，是一种具有优良耐老化性和突出机械特性的轻量板，此板可应用于高层建筑和海边耐腐蚀建筑。②防水房顶涂层。水对.CFRC的透渗性非常低，因此可将碳纤维水泥混合物用于涂覆平坦的房顶，作为耐风化和不透水的表面，且此涂层表面外观优美。短碳纤维的含量越高，耐擦伤和耐腐蚀性越高。③电磁屏蔽板和导电板。由于碳纤维的高导电性，可消除来自大气的放电和雷击的静电。CFRC可用作防止电磁辐射的屏蔽板、地下管线和地下结构。④墙和防腐蚀涂层。⑤耐磨铺地材料。⑥耐化学腐蚀性地板。

三．结语

碳纤维在土木建筑领域的应用还是一个全新的技术。过去因碳纤维的价格高、产量少，在航空航天领域以外的应用有一定难度，但近年来碳纤维的应用越来越多，并随产量的增加而使成本下降。与传统方式相比，在土木建筑领域中应用碳纤维，虽然纤维强化材料的价格较高，但综合材料成本、施工成本、使用成本，就比较相近了；在施工结果的防腐性、轻量化方面，纤维增强材料更好，这样就拓展了高性能纤维的应用领域。

第二篇：国内外研究现状及发展趋势

国内外研究现状及发展趋势

世界银行2000年研究报告《中国：服务业发展和中国经济竞争力》的研究结果表明，在中国有4个服务性行业对于提高生产力和推动中国经济增长具有重要意义，它们是物流服务、商业服务、电子商务和电信。其中，物流服务占1997年服务业产出的42．4％，是比重最大的一类。进入21世纪，中国要实现对WTO缔约国全面开放服务业的承诺，物流服务作为在服务业中所占比例较大的服务门类，肯定会首先遭遇国际物流业的竞争。

物流的配送方式从手工下单、手工核查的方式慢慢转变成现今的物流平台电子信息化管理方式，从而节省了大量的人力，使得配送流程管理自动化、一体化。

当今出现一种智能运输系统，即是物流系统的一种，也是我国未来大力研究的方向。它是指采用信息处理、通信、控制、电子等先进技术，使人、车、路更加协调地结合在一起，减少交通事故、阻塞和污染，从而提高交通运输效率及生产率的综合系统。我国是从70年代开始注意电子信息技术在公路交通领域的研究及应用工作的，相应建立了电子信息技术、科技情报信息、交通工程、自动控制等方面的研究机构。迄今为止以取得了以道路桥梁自动化检测、道路桥梁数据库、高速公路通信监控系统、高速公路收费系统、交通与气象数据采

集自动化系统等为代表的一批成果。尽管如此，由于研究的分散以及研究水平所限，形成多数研究项目是针对交通运输的某一局部问题而进得的，缺乏一个综全性的、具有战略意义的研究项目恰恰是覆盖这些领域的一项综合性技术，也就是说可以通过智能运输系统将原来这些互不相干的项目有机的联系在一起，使公路交通系统的规划、建设、管理、运营等各方面工作在更高的层次上协调发展，使公路交通发挥出更大的效益。

1.国内物流产业发展迅速。国内物流产业正处在前所未有的高速增长阶段。2008年，全国社会物流总额达89.9万亿元，比2000年增长4.2倍，年均增长23%；物流业实现增加值2万亿元，比2000年增长1.9倍，年均增长14%。2008年，物流业增加值占全部服务业增加值的比重为16.5%，占GDP的比重为6.6%。预计“十一五”期间，我国物流产业年均增速保持在15%以上，远远高于美国的10%和加拿大、西欧的9%。

2.物流专业化水平与服务效率不断提高。社会物流总费用与GDP的比例体现了一个国家物流产业专业化水平和服务效率。我国社会物流总费用与GDP的比例在近年来呈现不断下降趋势，“十五”期间，社会物流总费用占GDP的比例，由2000年的19.4%下降到2006年的18.3%；2007年这一比例则下降到18.0%，标志着我国物流产业的专业化水平和服务效率不断提高。但同发达国家相比较，我国物流

产业仍然处于粗放式经营的层面，质量和效益并不理想，物流业务附加值低。一方面，发达国家通过推行现代物流精细化经营，社会物流总费用占GDP的比重已经降低到10%左右，而我国与之相比，仍然有较大的差距；另一方面，我国物流业务附加值低，物流业务增值服务太少，物流活动长期处于低水平的粗放阶段。

3.第三方物流方兴未艾。我国第三方物流开始于20世纪末，现已发展成为一个具有较高发展潜力的崭新行业。据统计，我国第三方物流企业营业额从2001年的400亿元增加到2004年的1000亿元，年均增长36%。中国仓储协会第三次物流市场调查表明：57%的生产企业和38%的商业企业正在寻找新的物流代理商，企业对第三方物流的满意度逐渐提高。预计到2010年，国内第三方物流将达到3700亿元，年均增幅25%左右；到2020年达到22900亿元，年均增幅20%左右；第三方物流占全社会物流比重，2010年将达到30%～40%，另外，在我国物流中，第三方物流所占比重明显偏低。第三方物流供应商功能单一，增值服务薄弱。据统计，目前中国企业原材料物流和成品物流中均有21%的业务由第三方完成，在商业企业物流中也占到13%。由经贸委和南开大学物流研究中心组织的调查显示中国使用第三方物流模式的企业占22.2%。这与发达国家50%以上的比重（比如美国占58%，日本占60%）相比还有较大的空间。

4.我国物流产业空间布局不均衡。我国物流产业空间发展不平

衡，东部沿海地区明显领先于中西部地区，表现为物流基础设施和规模大的物流企业多集中于东部沿海地区。据统计，我国物流基础设施54%分布在东部、30%分布在中部、16%分布在西部，呈现明显梯级递减模式。物流基础设施“鸿沟”已经成为制约中西部物流产业快速发展的瓶颈。另外，我国城市物流与农村物流发展严重失衡，农产品物流与农资物流发展滞后，城乡物流“二元鸿沟”

5.物流领域资源浪费情况严重。据统计，目前我国商品周转率只有发达国家的30%，每平方米库存的商品量只及发达国家的25%，配送差错率为发达国家的3倍。每年因包装造成的损失约150亿元左右，因装卸、运输造成的损失约500亿元，因保管不善造成的损失在30亿元左右。仓库过剩量达到40%，公路货运因缺乏合理的物流组织，空驶率多年来保持在50%左右。物流活动的诸多环节不可避免地会对环境造成危害。

第三篇：国内外研究概况和课题组研究方向

国内外研究概况和课题组研究方向——沥青路面结构与材料的研究

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为了适应国民经济的发展及客货运输日益增长的需要，高等级公路交通量普遍较大，且采用了大吨位重型汽车及汽车列车。另外，随着矿山、林区、油田建设土地的需要，扩大了重型汽车的使用范围，使各部门使用的重型汽车数量迅猛增加。由于引进新的生产技术，运输车辆正在向大型化、拖挂化和集装箱化发展。同时，公路上超载超限车辆普遍存在，并有增长趋势。在上述情况下，现行的路面设计理论已经不能适应这些情况。

重载交通所引发的一系列问题正成为当今路面研究的热点问题。在发达国家，因为有比较健全的轴载管理体制，研究的重点主要集中在理论计算分析方法上，对重载条件下与常规条件下影响路面性能的各个因素进行分析，重点研究重载路面结构分析所需要的动力学理论计算方法。

我国在重载交通荷载作用下的路面结构性能方面已经作了不少研究工作，但由于问题的复杂性和技术手段的相对落后，该问题的研究还处于初步阶段。国内已有的研究成果对该问题采用了过多的假设简化处理，众多的影响因素未能考虑和充分考虑，因而理论结果和工程实际相距甚远。

针对国内外在该方向的研究基础，在本方向的研究，课题组主要采用动态力学分析方法，采用先进的测试分析技术测试室内路面足尺结构和实际路面结构的动载响应。重点研究不同结构组合形式下，路面的破坏机理和设计技术指标。

第四篇：国内外生物制药研究现状及展望

国内外生物制药研究现状及展望

摘要：生物制药技术作为一种高新技术，首先通过分析其主要药物和药物趋势，紧接着了解它的市场和发展问题，以及技术研究对策和产业现状。

Summary：Biopharmaceutical manufacturing technologies as a high-tech, first by analyzing the major drugs and drug trends, followed by the market and understand its development, and research strategies and industry status.关键字： 主要药物 市场概况 发展面临问题 技术研究对策 产业现状和发展 Keyword：Major drug，Market，Problems facing the development，Research measures，Industry status and development

生物制药技术作为一种高新技术，是以基因工程为基础的现代生物工程，即利用现代生物技术对DNA进行切割、连接、改造，生产出传统制药技术难以获得的生物药品。

三十多年来，生物制药技术的飞速发展为医疗业、制药业的发展开辟了广阔的前景，极大地改善了人们的生活。因此，世界各国都把生物制药确定为21世纪科技发展的关键技术和新兴产业。

一.生物制药的主要药物

就目前来看, 生物制药主要表现在以下几个方向: 1.肿瘤

在全世界肿瘤死亡率居首位, 美国每年诊断为肿瘤的患者为100万, 死于肿瘤者达54.7 万。用于肿瘤的治疗费用1020 亿美元。肿瘤是多机制的复杂疾病, 目前仍用早年在期诊断、放疗、化疗等综合手段治疗。今后lO年抗肿瘤生物药物会急剧增加。如应用基因工程抗体抑制肿瘤, 应用导向IL一2受体的融合毒素治疗CTCL肿瘤, 应用基因治疗法治疗肿瘤(如应用C 一干扰素基因治疗骨髓瘤)。基质金属蛋白酶抑制剂frNMPs)可抑制肿瘤血管生长, 阻止肿瘤生长与转移。这类抑制剂有可能成为广谱抗肿瘤治疗剂, 已有3 种化合物进入临床试验。

2、神经退化性疾病

老年痴呆症、帕金森氏病、脑中风及脊椎外伤的生物技术药物治疗,胰岛素生长因子rh IGF)l已进入Ó 期临床。神经生长因子(NGF)和BDNF(脑源神经营养因子)用于治疗末稍神经炎, 肌萎缩硬化症, 均已进入Ó 期临床。美国每年有中风患者60 万, 死于中风的人数达l5 万。中风症的有效防治药物不多。尤其是可治疗不可逆脑损伤的药物更少,Cerestal已证明对中风患者的脑力能有明显改善和稳定作用, 现已进入Ó 期临床。Gen en tech的溶栓活性酶:(activase重组tPX)用于中风患者治疗, 可以消除症状30%。3.自身免疫性疾病

许多炎症由自身免疫缺陷引起, 如哮喘、风湿性关节炎、多发性硬化症、红斑狼疮等。风湿性关节炎患者多于4OOO万, 每年医疗费达上千亿美元, 一些制药公司正在积极攻克这类疾病。如G enen tech 公司研究一种人源化单克隆抗体免疫球蛋白E 用于治疗哮喘, 已进入Ò 期临床;Cetor s公司研制一种TNF-A 抗体用于治疗风湿性关节炎有效率达80%。Ch iton公司的B-干扰素用于治疗多发性硬化病。还有的公司在应用基因疗法治疗糖尿病, 如将胰岛素基因导人患者的皮肤细胞, 再将细胞注人人体, 使工程细胞产生全程胰岛素供应。二．目前生物制药药物的趋势

1.哺乳动物细胞表达的生物技术药物所占比重越来越大

生物制药的发展初期都是表达一些分子量较小、结构简单的蛋白质, 如胰岛素、干扰素或集落刺激因子, 氨基酸残基都在以下, 一般只有对二硫键甚至没有二硫键, 因此采用大肠杆菌表达系统既经济又简便。但是, 生物制药的发展趋势是从细胞因子等激动剂为主的产品, 转变为以拮抗作用为主的新生物技术药物, 如天然拮抗剂、中和作用的单抗如、拮抗剂受体一融合蛋白, 一一蛋白水解酶抑制剂、抑制与 细胞融合的等。越来越多的分子量大、结构复杂的功能性蛋白得到开发, 如抗体。2.治疗性抗体发展迅猛

由于抗体分子与靶标抗原具有高度特异的亲和力, 抗体类药物在治疗过程中表现出专一性强、疗效好、毒副作用小等特点, 成为各大制药公司研究开发的热点领域。年批准了第一个治疗性鼠源单抗川竹用于防止肾移植的超急性排斥。但是, 随后抗体药物的开发却陷人低潮, 在将近年的时间内, 都没有批准治疗性抗体药物。主要原因是在这段时间内, 许多用于临床治疗试验的单抗均源自小鼠细胞, 这些鼠源单抗在临床试验中疗效很不理想, 存在以下缺点半寿期很短, 只有一小时, 远小于完整人源抗体的半寿期天, 在人体中易被清除。人体免疫细胞受体结合鼠舀的段的能力很差, 不能有效引发抗体依赖性介导的细胞毒效应和补体依赖性细胞毒效应, 即不能发挥抗体的生物学功能。反复使用鼠源单抗会产生人抗鼠抗体认, 反应可以有效快速地破坏这种鼠源单抗, 并且反应可能会引发严重的过敏反应。3.分子大、结构复杂的蛋白质的生产

许多遗传性疾病如血友病、溶酶体贮积病、肺囊性纤维化等都是难于治愈危及生命的疾病, 其病因都是基因突变等导致体内缺乏某种生理活动代谢过程所需要的酶。这些酶都是分子量大、结构非常复杂的蛋白质, 在基因工程时代到来之前, 有的只能通过从人体血液或组织中提取才能获得, 不仅来技术可以制备人源抗体, 这些技术又为治疗性抗体药物的研发提供了新技术方法。么刃年勺批准的用于类风湿关节炎治疗的单抗, 就是使用噬菌体显示技术构建的人源抗体, 标志着治疗性抗体的研究与开发又上了一个新台阶。这些药物在治疗肿瘤、类风湿关节炎、抗器官移植排斥、防治病毒感染、抗血小板凝聚等方面表现出非常理想的疗效。

三、生物制药市场概况

1、国际生物技术药品市场发展迅猛。

2000年全球医药产业市场预计共3000～3250亿美元，其中生物制药市场240～260亿美元，占全球医药市场的8％，而市场占有率仍以EPO促红细胞生成素（erythropoi—etine）为最大，占全球整个生物技术市场28％；其次为胰岛素（insulin）占18％；干扰素（interferon）及集落刺激因子各占15％，人生长激素占11％；纤维蛋白溶酸原活化剂占4％，其它药品类占9％。

在发达国家，医药工业已成为蓬勃发展的庞大产业，而随着生物技术的迅猛发展，生物技术产业愈来愈成为医药产业中的焦点。目前全世界约有3600多家生物技术公司。有人预测到2025年美国生物技术市场的贸易额将达到25200亿美元，欧洲国家在5年内也将达到3360亿美元，日本到2010年将达到2080亿美元。

2、我国生物医药的发展也是令人瞩目的。

政府在生物技术的研究开发和产业化发展中给予了优惠和扶持；国内各大企业为生物技术产业投入了大量资金；我国金融界也积极参与生物技术产业的发展，许多有实力的公司进行了生物技术开发，并且从金融市场融资从事生物技术研究和产业化。

据有关专家介绍，目前，我国生物技术产业总体水平在国际上处于中等偏上水平，我国现有200多个单位在从事生物技术研究，有140多家生物技术公司正在从事生物医药制品的开发，预计2000年全国生物制药年产值将达72亿元。四．我国生物制药产业

在国际生物医药发展形势的推动下，政策强调“必须抓住世界生物科技革命和产业革命的机遇，将生物产业培育成为我国高技术领域的支柱产业。” 生物技术产业经济中，生物医药产业产值所占比例达到70%以上，政策同时强调把对生物医药产业的支持放在首位。

在这种形势下，很多地方也先后成立了生物医药产业园，出台了许多扶持生物医药的优惠政策。各大型医药企业行及业外资本，也纷纷积极介入生物医药行业。生物医药已经成为投资热点。我国生物制药产业与世界相比，差距仍很大，处于实力较弱、发展较快的产业化初期。该时期的特点是：1）生物技术药物发展速度和利润增长速度都高于化药和中药；2）与后两者相比，生物技术药物药在中国市场内，仍具有较高的技术壁垒，竞争压力相对较小，因此，生物技术药物具有高附加值及高收益等市场优势。2009年，我国生物药物已突破400亿人民币，同比增长26.2%，远远高于化药和中药。

五．我国生物制药发展面临问题

1，关税下调给国产生物药品带来了巨大的压力

入世使外药进入中国的门槛进一步降低, 进口药品在我国医药市场所占份额大幅攀升, 洋药的大量涌入势必严重冲击年轻的中国生物制药产业。根据世贸组织的要求, 在今后的10 年内, 我国制剂药品进口的关税将从20% 减到6.5%, 而目前我国的生物制药企业无论从规模、效益等方面都无法与国外大公司抗衡, 人世将使得国内的生物制药企业失去靠关税政策保护下的竞争力。2，外资企业蚕食国内医药市场的速度进一步加剧独资办厂、合资控股等多种方式进军我国。由于外资企业在我国可以享受特殊的优惠政策, 加上我国有廉价的劳动力市场及巨大的消费市场, 致使这一现象有愈演愈烈之势。

3，新药开发投入不够带来的压力

生物药品的开发费用是惊人的, 美国仅1997 年对生物工程的风险投资就已超过500 亿美元, 并以每年50 亿美元的速度追加。由于国力所限, 我国十几年来对生物制药的总投入还不到100 亿元人民币。开发经费上的捉襟见肘使得我国在新产品的研究上极其缺乏竞争力, 新药开发进程缓慢。有时因经费的原因导致国外竞争对手抢先申报药品专利权, 使得国内的前期开发投资落空。

六、生物制药技术研究对策 1.引进风险资金。

科技创新与企业运营规模是生物制药企业提高自身竞争力的两个主要手段。然而新药的三发往往需要投入巨额资金。据统计,仅1999 年,美国医药企业销售额的20.8%用于了新药的研发,而同期的用于美国电讯业的研发费为5.7%,其他行业的研发费甚至更低, 新药研发的资金需求可见一斑。

随着WTO 的加入,开发具有自主知识产权的产品已成为我国生物制药企业生存与发展的需求。过去传统的各自为阵的小本经营与开发模式已不能满足当今日益激烈的竞争需求, 面对新的更加严峻的市场竞争,只有引进风险资金,才能有效地扩大研发资金的投入,促进科研成果向产业化的转变。2.建立吸引人才机制。

目前，中国生物医药技术的发展更多地依赖于人力资本集约，而不是设备集约。技术创新的主体是人，在市场经济条件下，个人和企业都是市场的主体，都有自己的经济利益。人力资源应通过市场，在利益的驱动下实现优化配置。因此，能否在利益驱动下吸引人才、留住人才是生物医药技术企业发展的原动力。健全市场机制。

3.如规范市场竞争环境健立统一、开放、竞争、有序的现代市场体系,避免过度竞争,在更大程度上发挥其在资源配置中的作用。同时发展市场中介服务机构,提供咨询新药、仿制药、出口药的政策信息和程序以及国内外的专利咨询,可以建立类似美国的生物技术工业协会等民间组织, 主要为我国生物技术企业服务,另外还可为建立企业与科研院所的合作平台服务。4.创新、仿制并举。

在制药行业能销售的真正有价值的产品只有一种:那就是患者使用的药物。创新是一个商业过程而不仅仅是学术过程,而企业创新应当首先从需求开始,然后寻找满足这种需求的功能,由功能确认技术构思,再由技术构思考虑技术方案,从而可以降低产品研发的技术风险。

七．国内外生物制药的产业现状和发展

欧美出现拮抗作用为主的新生物技术药物, 而我国生物制药仍是以细胞因子等激动剂为主。以治疗性抗体为代表的拮抗剂, 在临床治疗中表现出副作用小、疗效好等突出特点。而以细胞因子为代表的激动剂, 可开发的空间已极为有限, 相反, 中和某些细胞因子的拮抗剂却成为欧美国家新药研发的热点。

基因重组治疗领域严重滞后国外基因重组治疗性抗体发展最迅速, 而我国仍停留在鼠源单抗层面。国外批准的治疗性抗体几乎都是基因重组嵌合、人源化或人源抗体, 只有ant i-CD20 交联放射性核素的治疗性单抗为鼠源抗体。尽管抗体药物的发展如火如荼, 但我国抗体药物的研发却举步维艰, 至今还没有一个基因工程抗体药物上市。我国不仅在基因重组治疗性抗体上游构建技术严重落后, 处于临床试验阶段的绝大多数为鼠源抗体这种没有生物学效应的治疗性抗体, 而且大量生产抗体的动物细胞大规模培养技术仍处于实验室制备技术层面, 即大量的鼠源单抗还是通过小鼠腹水这种难以控制质量的方法生产。目前主要有以下要点：

1、美国技术领先

继第一个基因工程药物上市以来，由于生物技术在解决人类疑难疾病方面具有独特的作用，因而成为发达国家竞相角逐的新的经济制高点。其后，又有53种基因工程药物和疫苗在美国上市。目前有用于200多种疾病的369种生物技术产品在进行临床试验，包括175个用于癌症及相关疾病的药品或疫苗。其中20个生物技术产品已在美国提出上市申请，107个正在进行或已完成皿期临床试验。在美国开发用于癌症以外疾病的生物技术产品有：传染病（39）、神经病（2）、心脏病（26）、呼吸病（22）、爱滋病／HIV感染和相关疾病门）、自体免疫病（19）、皮肤病（19）、移植（13）、消化病（11）、基因遗传病（回二）、血友病（9）、糖尿病及相关疾病（）、不育（5）、眼病（3）、生长失调（3）、骨质疏松（2）、防止妊娠（2）。其它有可能使用生物技术药物治疗的病症包括：肥胖、尿失禁、精神分裂症、骨质疏松、甲状旁腺机能亢进、子宫内膜异位、良性前列腺增生、慢性肝衰竭、粘膜炎、郁积性静脉溃疡、部分肝切除术。骨折、牙周病、休克、急性肝衰竭、急性感染性多神经炎（枯一巴二氏综合征）、粘膜炎和创伤。

2、国内加大投入，进入发展阶段

我国生物制药始于70年代，90年代后才进人发展期，尤其是近几年取得了长足的进步，已有一大批生物制品取得了生产批准文号（见下表）。其中2000年上半年批准的一类生物制品有5个品种，分别为：治疗用粘质沙雷氏菌菌苗（商品名：雷舒宁）、外用重组人碱性成纤维细胞生长因子（商品名：扶济复）（2种，不同申请单位和不同规格）、外用冻干重组人表皮生长因子、口服重组B亚单位瘤体霍乱菌苗（肠溶胶囊）。目前已建成一批投资规模较大的生物制药基地，主要有：国家人类基因组北方研究中心：自中心成立以来，除核心实验室正积极开展“人类基因组测序计划”、“微生物基因组研究”等合作研究项目外，还就“人胎肝新的细胞因子的研究与开发”、“中国人H型糖尿病易感基因的定位和克隆”、“心血管疾病相关基因克隆”、“基因药物筛选和开发研究”、中枢神经系统发育相关的“CDNA大规模测序”、“精神神经疾病易感基因研究”、“遗传性乳光牙本质基因定位克隆”等项目与国内科研院、所、大学进行合作研究。目前，已在肝脏和人股脑等组织中发现新基因348个，测定EST13000条以上，已有10个新基因申报了专利。

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第五篇：碳纤维及其复合材料产业现状及发展趋势

国内外碳纤维及其复合材料产业现状及发展趋势

自上世纪60年代碳纤维首次商业化以来，产业规模不断扩大，产品品质不断提高，2014年全球碳纤维产能（365天连续生产12K/24K碳纤维丝束计算）已达到12.6万吨。尽管碳纤维与传统的玻璃纤维在价格上仍不能相比，但高性能碳纤维以其高比强度、高模量、可设计、防腐蚀和抗疲劳等突出特点，具有玻璃纤维所不能比拟的优势，已成为发展先进武器装备的关键材料，并在航空航天、国防军工、风能产业、土木工程、体育休闲等领域得到了广泛应用。

当前，国际复合材料产业呈现蓬勃发展态势，据估计，未来5年，先进复合材料将以每年 5%的增速发展，而随着民用航空、汽车工业等领域的快速发展，全球高性能碳纤维需求量的年增幅可达10%，亚太地区将会有更高的增长率，即碳纤维及其复合材料产业将面临前所未有的发展空间和机遇。

因此，在目前碳纤维产业快速发展的关键时期，我们更应该认清国际碳纤维产业的发展形势、对照国外先进企业找差距找问题，通过理性思考寻求解决途径，适时把握发展机遇，落实行动、注重实效，努力推进国内碳纤维及其复合材料产业的健康快速发展。

1、国外碳纤维产业现状及发展趋势

1）产业方面

根据前躯体原料的不同，碳纤维可分为聚丙烯腈（PAN）基、沥青基和粘胶基碳纤维等。由于粘胶基碳纤维在制备过程中会释放出毒性物质二硫化碳，且工艺流程长、生产成本高、整体性能不高，因此目前，国际碳纤维产业领域，前两种碳纤维获得了更大规模的生产和应用。其中，PAN基碳纤维又占据绝对优势，国际市场占有率超过90%。PAN基碳纤维的九大生产商包括：日本东丽、东邦、三菱丽阳、美国赫氏（Hexcel）、氰特（Cytec）、卓尔泰克（Zoltek，已被东丽收购）、台塑、土耳其阿克萨（AKSA）和德国西格里（SGL）。沥青基碳纤维的生产和应用居其次，主要生产企业三家，分别是Cytec、三菱塑料和日本碳素纤维。

PAN基碳纤维分为小丝束（1-24K）和大丝束（36K及以上）两类。全球小丝束碳纤维市场主要被日本东丽、东邦、三菱丽阳三家公司所垄断，而来自中国、土耳其和韩国的企业，正不断扩充小丝束的全球产能，同时也降低了三家日本公司的市场份额。

大丝束碳纤维生产商主要有Zoltek、SGL和三菱丽阳三家。另外，中国国企蓝星集团英国分公司拥有大丝束碳纤维原丝的供应能力，Cytec于2014年与德国腈纶企业合作开展低成本大丝束碳纤维的研制开发。预计在未来10年中，其它制造商也会陆续加入大丝束碳纤维生产领域。

为满足高速发展的航空航天与汽车市场对碳纤维的需要，几乎所有的碳纤维巨头都宣布了扩产计划。例如，日本东丽拥有以日本本土为核心的日美法韩4个生产基地，目前已形成11000～12000吨/年的T700S和4500吨/年的T800碳纤维生产能力，并宣布PAN基碳纤维的总产能于2015年达到27100吨，2020年扩大至50000吨。另外，Hexcel在欧洲大幅度扩产，三菱在美国与本土扩产，Cytec已经基本完成美国的双倍产能扩产计划，SGL也在美国接连扩产。各企业的碳纤维生产已基本实现了全球布局，为进一步实现从原丝到下游复合材料制品的全产业链一体化协调发展奠定了硬件基础。2）技术方面

目前，国外高强、高强中模碳纤维的产业化制备技术成熟，规模化、自动化程度高，关键核心技术掌握在日、美等国手中。其中，日本东丽公司凭借其强大实力研制并形成了包括T300、T700、T800、T1000等在内的高强系列和包括M35J、M40、M40J、M55J、M60J、M70J等在内的高模和高模高强系列产品，一直占领着碳纤维技术的制高点，令对手难望其项背。美国Hexcel经过多年的研究，在IM9高强中模碳纤维基础上，研制出IM10碳纤维，主要力学性能超过日本东丽T1000，并成功应用于大型客机。IM10推出两年半后的2014年初，东丽公司宣布推出T1100碳纤维，重新夺回碳纤维技术的领先地位。

目前，低成本技术已成为碳纤维及其复合材料发展的迫切需求和重要趋势。为了进一步推进行业的快速发展，国外各碳纤维生产商正开展碳纤维产品规模化、稳定化和低成本化生产技术方面的研究。

2、国内碳纤维行业发展现状 1）产业技术现状

在国家科技和产业化示范计划支持下，近10年来我国碳纤维制备与应用技术，实现了从“无”到“有”的转变，出现了前所未有的产业化建设高潮，初步建立起国产碳纤维制备技术研发、工程实践和产业建设的较完整体系，产品质量不断提高，碳纤维及其复合材料技术发展速度明显加快，有效缓解了国防建设重大工程对国产高性能碳纤维的迫切需求，部分型号用碳纤维及其复合材料的国产化自主保障问题基本解决。

目前，T300级碳纤维已实现千吨级产业化，产品成功应用于航空航天和武器装备，民用市场正在推广；T700级碳纤维千吨级生产线已经建成，产品进入应用考核；国产T800级高强中模碳纤维吨级线建成并已批量生产；高模及高模高强碳纤维的产业化仍为空白，其工程化制备关键技术急需突破；更高等级的高强中模和高强高模碳纤维制备关键技术亟待攻关。

截至2014年底，我国已拥有碳纤维生产企业近40家，理论设计总产能达到1.96万吨。已建成6条千吨产能（含配套的原丝生产能力）、7条五百吨产能的碳纤维生产线（含配套的原丝生产能力），拥有千吨以上规模生产线的企业4家，五百吨级的企业（或企业联合体）5家，主体产品为12K及以下的小丝束PAN基碳纤维。

据统计，2007年以来，国内碳纤维产量逐年增加，从2007年的约200吨，增加到2014年的约2600吨，但产能释放能力弱的问题依然非常突出，2014年的碳纤维实际产量不足设计产能的20%。一方面，我国碳纤维企业普遍开工不足、设备闲置、产能浪费，生产成本居高不下；另一方面，受国际碳纤维行业巨头的蓄意压制，碳纤维售价一跌再跌，甚至跌至成本以下，碳纤维企业面临着生产越多亏损越多的局面。目前，我国碳纤维企业长期面对“内忧外患”困扰，几乎全部处于亏损状态，大部分企业只能减产甚至停产，生存状况不容乐观。

2）存在的主要问题

目前，我国碳纤维技术、设备、品种和性能等方面还处于起步阶段，与发达国家相比仍有较大差距，无论产量、质量均有待进一步提高。存在的主要问题包括： ① 重复建设多，产能利用率低

具有国际竞争力的全球九大碳纤维制造商中，日本3家，美国2家，而在近几年中，我国碳纤维产业在国家政策的引导下，各地的碳纤维项目如同雨后春笋般纷纷上马，导致目前的碳纤维企业超过30家。投资建设的企业不少，但同时同质化发展的低水平投资现象居多，又由于自主创新能力不足，导致产能规模小、利用率低、竞争力弱，严重制约了碳纤维产业的健康发展。② 技术相对落后，产品质量差

我国碳纤维产业目前相当于国外碳纤维企业上世纪80年代的水平，缺乏具有自主知识产权的核心生产技术，工艺技术的多元化体系建设尚不完善，原丝生产的技术路线单一，生产工艺稳定性差，生产过程能耗、物耗偏高，成本居高不下。

同时，国产碳纤维产业创新团队力量不足，原始创新能力相对较弱，导致国产碳纤维表现出产品性能稳定性、可靠性差，与树脂产品复配的应用工艺性差，高端产品产业化水平低，与国际同类产品差距显著。

③ 部分关键装备落后，设计制造能力有待突破

目前，国内缺乏大型专用生产设备的设计制造能力，对引进装备的二次改造能力也不强。尽管一些企业已开始装备国产化的研究，但自主设计、制造能力相对较弱，装备的工艺适应性、系统可靠性和控制水平等方面与进口设备仍有较大差距。使得碳纤维综合指标协调与可控性不高。因此，缺乏大型专业装备的设计制造能力也成为碳纤维产业面临的主要问题之一。

④ 差别化专用上浆剂有待进一步国产化

目前，国内所用的上浆剂大部分为水性乳液型上浆剂，以环氧树脂为主，品种较少，不能满足国产碳纤维应用日益发展的要求。不匹配的上浆剂会使碳纤维出现毛丝较多、脆性增大、灰份含量高等问题，降低了使用性能。因此，急需开发出包括热塑性树脂上浆剂在内的、适合国产碳纤维的多系列上浆剂类型，进一步研发耐湿热老化、耐高温等高端领域的差别化、专用上浆剂，完善、改进上浆工艺，以满足不同领域碳纤维复合材料加工制造的实际要求。⑤ 应用市场技术发展独立，产业牵引力不足

我国的碳纤维应用是独立于碳纤维制备技术而发展起来的，碳纤维上下游产业发展严重脱节，纤维几乎完全依赖于进口，对国内碳纤维产业发展的牵引力不足，直接造成碳纤维企业开工率低，产能浪费严重。同时，国内碳纤维复合材料的设计、制造和应用水平与发达国家存在较大差距，直接导致国产碳纤维复合材料在高端制品上的应用和工业领域的拓展受到制约。因此，我国复合材料及其制品的设计、制造技术有待进一步提高，碳纤维下游应用市场亟待培育和开拓。

二、国内外碳纤维应用领域现状

1、航空航天领域

航空航天是国际碳纤维应用的传统市场，几十年来，航空航天领域的碳纤维复合材料用量稳步增长。美国等发达国家先后开发了碳纤维-酚醛防热复合材料、高强高韧碳纤维-环氧复合材料、耐高温碳纤维复合材料等系列产品，广泛应用于战略导弹、运载火箭、先进战机、卫星、飞机发动机导向叶片、机翼和涵道部件等。碳纤维已成为航空航天、尖端武器装备必不可少的战略基础材料。

国外碳纤维复合材料在战斗机、直升机、无人机上的用量早已达到或超过机身总重的50%，波音787“梦幻航线”和空客A350XWB宽体客机上，碳纤维复合材料主、次结构件重量占比也已达到50%。碳纤维复合材料的使用大大的减轻了机身质量，提高了飞机燃油经济性。

目前，我国航空航天用碳纤维复合材料体系基本建立，先后发展出了酚醛、环氧、双马、聚酰亚胺等多种树脂基体，构建了碳纤维-酚醛烧蚀防热和碳纤维-环氧、碳纤维-双马结构承载两大复合材料系列，逐渐进入成熟应用阶段，应用范围和应用比例逐步扩大；建立了预浸料铺层模压、缠绕、热压罐、液体成型等多种工艺手段，并在多种型号上得到应用，形成了较为完备的复合材料设计、制造、检测、应用一体化体系，为我国航空航天事业的跨越发展提供了重要支撑。另外，我国自行研制的碳纤维复合材料刹车预制件，性能已全面达到国外水平。采用这一预制件技术所制备的国产碳/碳刹车盘已批量装备于国防重点型号的军用飞机，并在B757-200型民航飞机上使用，在其它机型上的使用正在实验考核中。

2、建筑工程领域

建筑工程一直都是通用级碳纤维应用的重点领域。目前，美国和欧洲国家的部分老旧桥梁、古旧建筑都面临着较为严峻的工程修复问题，因此，碳纤维补强材料多以粘贴片材的形式应用。一些新型的加固方法，如外贴预应力片材加固、网格加固、嵌入式加固等也在基础设施加固工程中得到了应用。日本由于频繁地震的原因，多年前就开始了碳纤维耐震补强材料和技术的研究与应用。随着设计、施工水平的提高，碳纤维及其复合材料也独立或作为主要受力材料被应用于隧道、飞机跑道、停机坪、高速公路等工程。另外，桥梁用碳纤维斜拉索、高层建筑电梯用碳纤维拉索、碳纤维增强水泥、碳纤维网格增强混凝土等也已成为目前碳纤维在国外建筑工程领域应用的新形式。

我国拥有全球最大的土木建筑市场，碳纤维在加固道路、桥梁、楼房建筑结构领域的应用正呈现不断增长的的趋势。我国自上世纪90年代开始进行碳纤维复合材料在土木工程、建筑补强中的应用研究，目前已有数十个高校和科研院所在建筑补强用碳纤维复合材料的制备及应用关键技术研究领域开展了深入工作，并在产品生产、装备制造、材料评价及设计体系、应用技术等方面取得了大量成果。工程应用方面，碳纤维布及碳纤维复合材料板成为重要的结构加固材料，并得到了广泛的应用，先后被用于人民大会堂、天安门城楼、北京工人体育场、军事博物馆、京沈高速公路桥、北京地铁隧道、北京国贸立交桥、中石油输油管道等众多重大基础设施、公共设施和工业设施。但与国外相比，我国该领域碳纤维复合材料的应用尚处于起步阶段，仍存在材料类型单

一、应用技术单一的问题，急需进一步的深入研究和实践。

3、能源领域

随着风电叶片大型化的不断推进，碳纤维复合材料的应用也越来越多。国外风电叶片制造商早已在大型叶片的制造中规模化使用了碳纤维，同时碳纤维叶片的制造也真正实现了全产业链的共同进步。碳纤维制造领域，日本东丽、Zoltek等企业，针对风能市场的特殊需求纷纷推出专用的碳纤维产品，如24K T620s和50K Panex 35；中间制品领域，Gurit、Hexcel、ACG等中间产品制造商开发了叶片专用碳纤维预浸料，如SparPregTM、HextoolTM和DformTM；在叶片成型工艺方面，除了改良的预浸料技术——低压中温预浸料真空袋法，还开发了新型真空导入成型技术——液体成型工艺。目前，国外至少有6家大型风电企业正在采用碳纤维复合材料或碳纤维/玻璃纤维混杂复合材料生产大型或特大型风机叶片，其中起步较早、技术较成熟、应用较多的是丹麦Vestas、美国GE和西班牙Gamesa等公司。

国内目前仅有连云港中复连众复合材料集团有限公司（中复连众）和中材科技风电叶片股份有限公司（中材叶片）实现碳纤维在风电叶片中的规模化应用。其中，中复连众自2009年开始碳纤维在风机叶片上的应用研究，并于2012、2013年分别实现了进口和国产碳纤维主梁在75m/6MW叶片上的应用，同时完成了叶片的全尺寸静力和频率测试，目前正在准备挂机。中复连众同期开展了风机叶片用国产碳纤维复合材料理化性能、力学性能、工艺性能方面的研究，探索出国产碳纤维应用的设计要求和制造工艺，为推动国产碳纤维在大型风机叶片领域的应用奠定了坚实的基础。中材叶片于2011年在Sinoma 56m/3.6MW叶片的主梁上首次采用碳纤维预浸料，试制生产的56m碳纤维叶片顺利通过了静力实验，随后成功生产了22套56m/3.6MW风电叶片出口美国。

总体上讲，国内碳纤维在风电叶片上的规模化应用尚处于尝试阶段，叶片的设计、结构验证、长期安全性验证等问题都没有形成完善的解决方案。现阶段碳纤维的供应主要来源于国外公司，以碳纤维预浸料为主，供应渠道受限，也是影响国产碳纤维规模化应用的另一主要原因，因此有必要继续开展国产碳纤维在大型风电叶片上的应用研究。

4、体育休闲领域

体育休闲领域是碳纤维复合材料的重要应用领域。碳纤维在该领域的应用主要集中在高尔夫球棒、钓鱼杆和球拍三个产品类型。近年来，自行车、去混球杆、滑雪杆等新兴产品的碳纤维用量也在不断增长。

我国在20世纪80年代初开始研制碳纤维复合材料体育运动器材，目前，已与美国、日本和中国台湾并列成为高尔夫球棒的主要产地。另外，钓鱼竿、网球拍、鱼线轮、网球拍、羽毛球拍、自行车架等产品也是碳纤维在我国的主要用途。

5、碳纤维复合芯导线领域

碳纤维在电力输送领域的研究起步于上世纪90年代，2002年，美国CTC公司开发出碳纤维复合材料芯棒之后才开始规模化应用。目前，美国CTC公司的整体技术处于国际领先水平，但欧洲、亚洲、南美洲的20多个国家、200余条新建和改造线路中也都开展了碳纤维复合芯导线的应用，挂网总长度超过7000km（架设导线总长约为20000km），电压等级覆盖了13.6-550kV。

我国碳纤维复合芯导线整体技术水平与国外相当。2007年，江苏远东、河北硅谷、中复连众等企业开始自主研制碳纤维复合芯及导线。目前，国内碳纤维复合芯及导线生产厂家接近20家（已有供货业绩的有5家），国内年预期产能超过50000km。各主要生产厂家制备的碳纤维复合芯导线技术指标均满足碳纤维复合芯架空导线技术要求并已通过所有型式试验验证，技术性能已达到国外同类型产品的技术水平。

国内外复合芯制造厂家采用日本东丽或东邦T700级碳纤维，T700级碳纤维作为复合芯关键材料，供应及价格一直受制于日本，高昂的碳纤维价格是限制复合芯导线大范围推广的主要原因。

2014年7月，中复碳芯将中复神鹰T700级碳纤维SYT45试用于碳纤维复合芯导线，并在常州35kV邹区线上成功挂网，运行良好。国产碳纤维在复合芯导线的实际应用方面取得了突破性进展。

6、车用碳纤维复合材料

在各国政府的大力支持下，国外各大碳纤维制造商纷纷与汽车巨头联手，发展汽车用碳纤维复合材料设计制造技术，已经形成“碳纤维、复合材料供应商+零部件供应商+主机厂”的联盟式产业化布局，并突破了车用碳纤维复合材料零部件及车体的规模化、自动化制造技术。最成功的实施案例是德国宝马的i3电动概念车，宝马公司为这款车型建立了一条包括碳纤维原丝、碳丝、编织布、复合材料零部件、主机装配等各环节的碳纤维复合材料车身产业链，日产量可达100辆。另外，日本东丽研发出“TEE WAVE AR1”电动汽车，共用碳纤维复合材料160 kg，碳纤维车身成型周期10min/套。日本东邦与丰田合作成立“复合材料创新中心”生产LEA跑车。美国特斯拉公司推出全球首款Roadster纯电动跑车，整车重1200kg，采用碳纤维增强环氧树脂复合材料车身，成型周期为20min/套，年生产量为1500辆左右。

总的看来，国外在碳纤维复合材料汽车轻量化产业方面已经初具规模，处于复合材料发展技术的前沿，主要核心制造技术掌握在少数几个大公司手中，发展已呈现逐步加快的趋势。

而目前，我国碳纤维复合材料在汽车工业中年用量比例还很小，应用较为成熟的技术大部分集中在非连续纤维复合材料成型工艺上。在连续纤维复合材料的快速成型技术方面，重点突破了以热塑性复合材料快速热压成型和快速树脂流动成型为代表的低成本连续碳纤维复合材料部件制造关键技术，并实现了部分装备的连续化自动化生产，实现了连续碳纤维复合材料片材、板材及部分部件的连续自动化制备，初步建立了车用复合材料部件生产示范线。但是，由于缺乏与国产碳纤维匹配、满足汽车生产节拍的快速固化树脂，尚未形成研究、设计、开发、制造、装备、检测、应用评价与推广应用一条龙产业链，同时碳纤维复合材料部件及整车验证、装配技术、质量控制等方面与国外差距巨大，急需进行进一步技术攻关。

另外，随着我国工业化进程的不断推进，诸如碳纤维连续抽油杆、新型储能电池、采油钻井平台等新兴应用领域对碳纤维的需求量也在不断扩大，碳纤维及其复合材料的发展前景一片大好。

结束语

综上所述，我国碳纤维产业正处在高速发展的关键时期，在蓬勃发展的国际碳纤维产业大背景下，我国在重大工程、一般工业和新兴产业领域对高性能碳纤维产品也提出了迫切的需求。国内碳纤维企业应进一步明确自身的创新主体地位，面向国防军工、民用航空、人造卫星等航空航天高端装备制造业，建筑补强、海洋工程、石油勘探等传统产业升级领域，以及新能源汽车等战略新兴产业，分阶段逐步开展不同品系碳纤维产品的产业化关键技术攻关、成本质量控制、工业应用示范和重点领域应用评价，开发出符合我国实际应用需要的高性能、高稳定性、规模化、低成本生产技术和多品系碳纤维产品，真正实现我国碳纤维产业的快速健康发展。

国内碳纤维及其复合材料产业发展，任重道远。