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日本碳纤维市场发展模式

   日期:2020-04-28     浏览:715    
日本发展碳纤维产品主要瞄准高技术产业,主攻民用航空航天市场。
 
民机产品类型多样、竞争激烈,更新换代速度快,推动日本碳纤维产品“小步快跑”,系列化发展,其产能、性能、价格等方面都领先于美国。
 
日本碳纤维研发和创新由企业主导,主要厂商是东丽、帝人东邦人造丝和三菱人造丝这三家公司。
 
其中,东丽公司的研发实力、质量和产能都处于世界领先地位,其碳纤维产品的全球市场占有率达30%以上,帝人东邦人造丝公司和三菱人造丝公司两家合计约占全球的40%。

日本东丽
 
该公司生产的碳纤维主要有T系列(高强型T300到T1100G)、M系列(高模型M30到M70)、MJ系列(高模改进型,M40J到M70J)和MX系列(高模改进型)。其中MJ、MX系列是该公司在高模量碳纤维M系列的基础上,突破技术瓶颈后开发出的新产品。
 


 
高强T系列产品:主要用于机翼、机身等对强度有高要求的航空航天结构部件。
 
发展态势:
 
一是第二代产品成熟应用。
 
20世纪80年代开发了第二代T700、T800、T1000高强中模碳纤维系列。
 
目前, T800(拉伸强度5.88GPa,模量294GPa)是航空航天等领域应用最广的商用碳纤维,大量用于A350和B787客机的机身和机翼等部件,第一代T300已逐渐被淘汰。
 
二是新研第三代T1100G,全面超越二代产品。
 
2014年3月,东丽宣布研制成功T1100G碳纤维(拉伸强度7GPa,模量324GPa),标志着日本的碳纤维产品跨入高强高模的第三代。
 
2017年3月,该公司突破树脂和上浆工艺,推出其配套的T1100G/3940环氧预浸料。
 
这种最新的预浸料与第二代的T800/3900-2预浸料相比,拉伸强度和抗冲击性能均提升30%。
 
这种新型的碳纤维复合材料或可使部件减重20%,在机翼、机身、发动机等结构部件上有良好应用前景。
 


 
高模M系列产品:主要用于对刚度有高要求的航空航天结构部件,特别是直升机旋翼、卫星和导弹壳体等对于强度要求稍低,变形要求高的部件。
 
发展态势:
 
一是扩展到了MJ系列。
 
20世纪80年代中期,为适应航空航天主承力结构件高强高模并重的需求,在70年代M40、M50等高模型碳纤维系列的基础上,相继开发了M40J-M60J等高强高模型“MJ”系列产品。M65J拉伸强度为3.63GPa,模量可达640GPa,M70J拉伸强度为3.5GPa,模量可达680GPa。
 
二是MX系列横空出世,强度大幅提高。
 
2018年11月,东丽新推出MX系列产品。
 
该系列是通过严格控制石墨化过程的纳米级石墨晶体结构,将拉伸强度和拉伸模量并行提高到新的高度。
 
首个MX系列产品是M40X,拉伸强度5.7GPa,拉伸模量达377GPa,拉伸强度比M40提高约30%,同时保持了与其相当的拉伸模量。
 
东丽公司计划推出含有MX系列碳纤维的预浸料,其拉伸强度、抗压强度和抗冲击性能将得到显著改善。
 


帝人东邦
 
帝人公司根据碳纤维模量将其产品分为标准模量(在航空航天中已逐步淘汰)、中模量及高模量三大类。
 
该公司目前性能最好的中模产品是IMS65,其性能与东丽T800相当;性能最好的高模产品是UMS40、UMS45,其性能与东丽M40J、M50J相当,与东丽M70J、MX系列产品还存在较大差距;
 

目前仍未推出第三代高强高模产品。


三菱造丝
 
三菱人造丝公司的碳纤维产品可按模量划分成高强低模、高强中模、高强高模和高模系列。
 
高强低模代表产品有HT-TR30、HT-TR50,其中HT-TR30相当于T300性能水平,HT-TR50相当于东丽T700性能水平;高强中模代表产品有IM-MR60(性能介于东丽T700~T800之间,接近T800);高强高模最新产品是IM-MR70,拉伸强度可达7GPa,模量达324GPa,性能与T1100G相当。
 
高模系列产品与东丽差距较大,最优产品HM-HS40仅相当于东丽M40J水平。
 
 
 
(来源:中国航空研究院)

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