航空航天产业市场分析范文

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篇1

无人机航拍主要应用航空摄影摄像技术为城乡经济建设、国防军事建设以及高校科研院所等提供珍贵的信息来源，直接推动着国家经济建设和市场经济发展。如同人们对物流的认识被称为“经济领域里的黑暗大陆”和“冰山下的一角”，航拍因其新兴行业的特性，也存在着诸多的狭隘见解，很多人只看到航拍图像市价高昂，一张少则三五百，动辄上千，直言难以接受，却不了解航拍成本高、风险大，所以照片的卖价也普遍高于普通照片的市价平均水平。

迄今为止，国内专业从事无人机航拍的企业为数不多，行业内制造水平良莠不齐，产品不在同一技术标准上，但是由于多数消费者本身对航拍所知甚少，不少厂商通过花哨的营销方式和浮夸的技术模仿诱导了消费者购买行为，导致市场上高端与低端航拍产品并存，劣质产品大行其道，优质产品却束之高阁，行业内竞争亟需秩序束缚和规范管理。

一、行业竞争结构

目前，我国无人机航拍仍处于行业生命周期的导入期，虽然产业化进程已然加快，行业前景良好，但愿意充当第一批吃螃蟹的人不多，在没有形成可视化利益之前，不少企业或团体将保持观望状态，因此，整个行业尚未形成激烈的竞争环境。如下应用迈克尔.波特的“五力模型”浅析无人机航拍行业竞争结构的五个维度：

（1）行业内现有的竞争者。现行的竞争主体多为航空航天公司的附属经营部门、先行进入的民营企业或民间非正式团体，如航拍爱好者所组建的俱乐部和交流论坛，据查，国内俱乐部名称字号包含“航拍”的公司只有“内蒙古天浩航空运动俱乐部”。竞争的主要内容在行器的操控、团队的实力、产品的创意性和航拍的效果等方面，尤因无人机技术的高端性和实际操作的复杂性，导致为数不多的航拍人才成为了当前的竞争热点，目测在未来相当长时期内热度将有增无减。无人机航拍不仅体现了科技的人文情怀，也对切身体验科技的人提出了高要求。行业的发展提出了对无人机操控人才的衍生需求，新晋企业可以顺势培养优秀的航拍人才，为我国无人机航拍产业发展蓄势。

（2）潜在进入者的威胁。航拍行业的市场潜力会逐渐带动行业内众多企业的利润增长，同时，与行业有着技术关联或市场关联或毫无关联的企业也将陆续进入行业，掀起更激烈的市场份额争夺战。由于国家政策对市场的开放力度逐年加大，国外同行将进入国内市场，凭借其先进技术以及在团队建设和资金流通方面的优势，外资企业或合资企业将迅速进入竞争漩涡的中心，从而确立新的行业秩序和生存法则。

（3）替代品的威胁。无人机航拍本身就可以视为大型飞机航拍在低空领域的一种部分替代，相对大型飞机而言，无人机航拍危险系数低、造价低廉、易操作等特点更符合有航拍需求的团体或个人的价格期望。消费者对价格的敏感度在一定程度上决定了消费者对两种相似产品的使用倾向，因此实现产品差异化或成本领先是中小型无人机航拍企业的生存之道。

（4）供应商的谈判能力。无人机航拍制造所需原材料和配件的供应商数目众多，他们原先多是服务于或附属于行业中某些大型航空航天公司，因此不可能坐地起价。因无人机航拍行业处于导入期，新进入行业的供销商之间尚未建立持久的、良好的合作伙伴关系，因此在原材料价格方面优惠力度普遍较小。

（5）买方的谈判能力。无人机航拍作为一项技术性产品，常因某种特性或创新吸引消费者的目光，消费者的价格敏感度相对较低，因此可以通过延续产品特色、不断推陈出新保持议价能力，但过高的定价也会超出消费者的价格容忍区间。买方市场上不仅有单个消费者，还有与企业建立合作伙伴关系的经销商等，遵循“量大从优”的原则，当采购量很大时，价格会适度降低，这对买方和卖方而言，都会带来规模收益。

二、行业前景预测

随着科技进步和人们对视觉审美要求的提升，航拍将逐渐成为呈现那些极具冲击力和震撼力的画面以及营造运动、追踪、超高空、超低空等场景的不二之选。大型企业通过航拍制作企业宣传片以塑造良好企业形象和品牌形象的需求持续上升；大型文艺晚会、开幕式、运动会、节日庆典等也有了航拍的身影；有的媒体单位还采购了直升飞机用以电视节目中的采访和拍摄。诸如此类，不胜枚举。总而言之，当人们的目光从航拍在军事领域的辉煌成就转移时，航拍在大众化的、平民化的消费模式中也会逐渐成为一道亮丽风景。

当前，无人机航拍尚未彰显出作为蓝海行业的巨大吸引力，但是随着渐渐明朗化的市场消费导向，身处行业内的企业将更深刻地感受到航拍对创造顾客价值、企业利润和社会效益的贡献，行业外企业受利益驱使进入行业，瓜分市场份额，争相分一杯羹。此时，行业从导入期走入成长期，行业由分散性过渡到集中性，绝对领导者出现。为了整顿竞争形式，行业领导者不得不制定新的行业准则，同时在市场自发调节机制的助推下，对行业进行大范围地、深入地整合和改革。一场蓄势待发的政策性洗牌或市场性洗牌也在悄然酝酿着。

三、研究结论及意义

首先，无人机航拍作为一种新兴行业，本身就具有一定的科研价值和实用价值，是研究行业生命周期理论的重要基础；其次，响应当前国家对“大众创业，万众创新”的呼吁，政府部门和各事业单位举办或开展了相应的创新创业计划和可行性项目研究。本文经由无人机航拍行业的现状分析，再结合波特五力模型浅析了行业竞争结构，并展望了无人机航拍未来的发展趋势，旨在向创业者和投资者展示一个极具吸引力和市场潜力的行业，从而促成行业规模和产业化的加速，为人们带来创意生活。

参考文献：

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中国目前尽管是一个矿业大国，但还不是矿业强国，行业大而不强问题突出。按照有色金属行业“十二五”规划，到2015年，将有3至5家有色金属企业进入世界500强，销售额超过1000亿元的企业达到10家以上，有色金属行业重组风云再起。

未来，哪些企业可能进入世界500强？成为销售额超过1000亿元的企业又有哪些？有色金属行业资深人士单明樟认为，未来有色金属市场整体看好，最看好的是铜和稀土板块。从目前来看，江西铜业、中色集团、金川集团、五矿集团实力都比较强，中国铝虽然效益相对差，但规模较大，已经进入了世界500强之列，上述企业最有可能成为国家“十二五”时期重点扶持的企业。“十二五”末，中金岭南、云南铜业、铜陵有色、陕西有色，民营企业如东方希望集团、南山集团、魏桥集团、信发集团以及云南锡业等都有可能跻身销售额超过1000亿元企业行列。

单明樟表示：“现在中国除了铝和部分稀土，其他有色金属都缺，市场供不应求。”他对未来有色金属市场整体看好，最看好的是铜和稀土板块。中国有色金属工业协会铜部相关负责人也对记者表示，中国铜板块可能诞生世界五百强企业。

华泰联合证券分析师认为，随着金属价格的不断上涨，上市公司的盈利在持续走高，而目前主流公司的动态估值在近4年中处于最低水平，有色板块投资价值凸显，建议重点关注铜陵有色、江西铜业、中金岭南、西部矿业、宏达股份以及锡业股份等基本金属上市公司。

三大因素的提振 铝市酝酿中期牛市行情

进入四月，全球市场不约而同地进入了货币紧缩周期，在这种背景下金属各个品种价格纷纷回落，铝价也难逃一跌。但笔者认为，在当前的弱势调整局面下，铝价的“慢牛”行情正在酝酿。

一、成本因素

众所周知，原铝的成本主要为电力和氧化铝，电力成本占比更是达到近40%。吨铝耗电在14500度左右，从当前情况来分析2010年火电企业亏损面达43.2%，同比上升7.7%，当前共有16个省市进入调价周期。如果电价上涨铺开，那么在未来一段时间内，铝成本上升将有力地助推价格上涨。

另外，从当前国内氧化铝市场分析，由于原铝产量的高企和产能的迅速扩张，国内氧化铝市场处于供小于求的局面，对于进口依赖程度较高。而当前国内氧化铝定价机制仍未放开，不能很好地反映市场情况。如果氧化铝价格打开指数化大门，其价格将完全由现货市场决定，那么氧化铝价格拥有很强的上涨动能，从而将有力地推动价格的上涨。

二、供需因素

工信部等九部委叫停了未来一年间近700亿元的电解铝行业的投资计划，影响产能700万吨左右，这就意味着铝行业的上游产能将得到明显抑制。年初我们了解到2011年度原铝新增产能在310万吨左右，这对于原本处于供大于求的铝行业来无疑是雪上加霜。而且由于原铝产业的技术壁垒较低，中小型铝厂进出行业较为容易，在没有明文规定的时候监管难度确实较大。如今对于新增产能的明确叫停，势必将对铝行业的上下游产业结构优化起到举足轻重的作用。

从下游消费分析，3月国内铝材产量达到创纪录的227万吨，环比增长40.3%；3月全国汽车产销分别为182.73万辆和182.85万辆，环比分别增长44.99%和44.32%；同比产销分别增长5.34%和5.36%。汽车消费保持良好势头。从数据我们可以发现，虽然日本汽车产业由于地震削减了产能，但是中国乃至全球的汽车需求并没有下降。日系汽车产量下降所产生的缺口势必将由国内汽车进行填补，这就将使得国内汽车产量在未来一段时间内保持高位。而且由于预期日本灾后重建中金属需求旺盛，加之LME铝注销仓单在最近一段时间也上升迅速，市场投资者对于铝消费预期有所好转。因此上下游的此消彼长将成为助推价格上涨的另一因素。

三、替代因素

随着科技进步发展，“铝替铜”消费正在逐步被市场认可且不断被利用。根据成本计算，当铜铝比价达到2.5以上，就可以进行铝对铜的替代消费，而当前铜铝比价稳定在3.5以上，已经完全可以进行铝代铜的消费。从空调企业了解到，当前已在低端空调中进行了铝替铜的消费。而在电线电缆的制造中也开始使用铝合金或铝对铜进行替代。从未来发展来看，国内城镇化建设将在“十二五”加速，由于精炼铜的供给缺口，铝对于铜的替代将成为解决缺口的主要趋势，保守估计今年铝对铜替代消费的增量将使得原铝消费上升6.9%。因此，替代因素将成为铝价牛市的第三大推动力。

综上我们看到，铝价在这三大因素的提振下中期牛市已经开始酝酿。虽然短期价格或将受制于宏观面的不确定性维持弱势振荡，但是由于铝价已接近成本区间，价格回落幅度有限。操作上投资者短期应振荡思路，高抛低吸；中期投资者可逢低建立底仓，中期持有。

锆行业开始迎来投资黄金期

锆作为一种稀有金属，由于其具有惊人的抗腐蚀性能，极高的熔点，超高的硬度和强度等特性，被人们视为是比“钛”还珍贵的航空航天材料。广泛用在航空航天、军工、核反应、原子能领域。随着电子、国防科技、信息产业及新兴材料工业的迅速发展，锆化学制品在国内外高科技领域中占有日益重要的地位，需求量迅速增长。

核能领域重要材料

锆有突出的核性能，核级锆主要用作核动力航空母舰、核潜艇和民用发电反应堆的结构材料、铀燃料元件的包壳等，是重要的战略金属。我国大型核电站都要用锆材。氧氯化锆被广泛用在核反应堆中做涂层材料。一般而言，100万千瓦的核电机组，每年要消耗35吨锆合金，按今年初，国家能源局提出将核电的中长期规划为建成6000万千瓦总装机容量计算，核能领域对核级锆的需求量无异是十分巨大的。

尽管在福岛核电站事故之后，国内核电站建设受到影响。不过，全国政协经济委员会副主任委员、国家能源委员会专家咨询委员会主任张国宝认为，只要技术先进，9级强震下核电站也有安全保障，中国不能因日本的老旧机组出问题就在发展核电上因噎废食。我国在运行的核电站和在建核电站所用包壳材料等堆芯结构材料全部由国外供应商提供，这对于我国锆材料产业发展以及建立中国自主的核工业体系都极为重要。

再生产业迎发展 十二五废物资源化专项规划将出

循环经济眼下是比较热门的话题，商务部还专门召开了一个相关研讨会。商务部新闻发言人姚坚表示，家电“以旧换新”政策实施以来，中国一共回收了旧家电4660万台，拆解了将近3000万台旧家电，“有效回收了废旧的钢铁、有色金属”。

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中国作为全球的制造业大国，装备制造业在国民经济中占有很大的比重。伴随中国的工业化、城镇化进程，装备工业有了迅猛发展，作为装备制造业的核心和基础，机床行业备受重视，机床工业无论地位、产值、技术、市场等各个方面均有了飞速发展，但和国际机床行业强国德国、日本比较还有一定差距，伴随我国科学、技术进步和工业化、城镇化的发展，机床行业具有光辉的发展前景。本文主要从中国机床工业的发展规律及驱动因素上分析机床工业的发展前景。

一、国际机床行业的发展规律和现状

1、机床工业的生产状况

全球28个主要机床生产国家和地区2012年产值为932亿美元，中国约占30%，位居第一位。机床生产前8位国家和地区依次是中国、日本、德国、意大利、瑞士、美国、韩国和中国台湾。进入世界机床产值最大20家企业中，日本和德国最多，分别达6家，中国、美国和韩国排在其后，分别有2家，瑞士1家排在第6位。美、德 、日仍然是美、欧、亚三洲机床生产强国。

2、全球机床行业的消费情况

中、德、日、美、意是世界机床重点消费大国，占全球消费总量的73%。2013年中国机床消费381亿美元，涨幅近12%，占全球消费量的30%，仍然居世界第一，其中中国金属加工机床消费则占据全球市场的45%。美国、德国、日本机床消费增长已成定势，而且以中高档数控机床为消费主流。以欧元计算，各地区占比基本未变，亚洲占全球机床产值的57.7%，欧洲占比为34.7%，美洲占比为7.6%。其中2012年前十位机床消费国占全球市场80%。

3、全球机床行业的特点和分布格局

欧美机床企业集团化趋势加强，控制着机床行业高端技术。美国企业重点发展高精尖机床技术，生产飞机、宇航、汽车工业所需高精度、高效、高自动化、高性能机床。德国企业对加工工艺研究投资不遗余力，尤以重型机床、大型精密机床著称，精度及使用寿命最好。瑞士机床企业以中小精密机床技术著称于世，擅长将现代电子技术应用于机床系统。意大利机床企业擅长生产单台定制，个性化显著的机床，机床的柔性化程度高。韩国、日本、台湾擅长生产经济实用性较强的中高档机床，其中日本企业对机床寿命设计有特别的独到技术。

4、机床行业在全球进行技术转移

产业转移的重要理论依据是比较优势，由于各个国家的劳动力成本、产业配套、法律法规、教育体系等各个方面的不同，同样的产品在各个国家中成本有明显差异，而发展中国家在制造业和一些低端产品具有明显优势，成为产业转移的理想目的地。发达国家将传统成熟产业有计划、有步骤地向发展中国家转移。造船行业、港口机械、工程机械等劳动密集型产业由于技术含量较低、运输成本高、环保压力大等因素成为发达国家的主要转移领域。中国机床行业由于中国的第一消费大国地位和生产成本、人员工资、工业配套等因素成为机床产业转移的第一大国。高端制造主要集中在发达国家，高端装备制造不但体现在技术档次高、系统复杂成套、大型重型化、高速精密等科技水平和技术参数，更体现在售后服务复杂和更新换代快。总体表现为：投入巨大、成套复杂，规模庞大、研发周期长等方面。所以国内在重型设备等方面进步明显，比如港口机械、船舶、发电设备等，而精密机械等方面突破较慢。

二、我国机床行业的现状和发展趋势

在国家经济增长的拉动和国内市场国际化促动下，中国机床行业从2002年（入关后）起，机床消费总量呈加速增长趋势，“十五”以来，我国市场机床消费总额、进口额已连续居世界第一，数控机床更是以两位数以上的增长速度快速发展，成为排名第一的机床消费大国。2012年机床全行业总产值为8000亿元。预计2015年年消费额将近8500亿元左右。国内机床消费市场竞争国际化，世界机床制造基地移地中国化成为大趋势，国家建立装备制造业基地如上海、沈阳、大连、浙江等。目前我国机床行业产品覆盖国民经济的各个领域，满足各个行业的基本需求，在我国经济发展中需要的装备制造业机床，我国均能自行生产，基本没有空白。

1、我国机床工业的历史发展规律

中国机床消费总量呈加速增长趋势，消费的增长导致了进口的快速增长，消费增长主要是受到固定资产投资增长、产业升级和跨国公司加大对中国投资建厂和合资生产的影响。这也是我国装备制造业的产业升级的路线图和升级进化过程，作为制造业核心的机床也经历了同样的发展历程，随着经济和科技的发展，机床行业形成了低端到高端的历史发展进程。

2、我国机床产业的技术现状及存在问题

国内机床行业面临的产品结构不合理问题突出。首先是粗加工机床占总产量的40%以上，机床产值数控化率低（32.7%），其次，数控机床低档产品所占比例高（75%），数控化水平与国际差距较大。国产数控机床高、中、低档比例为3：22：75。国产经济型数控机床基本满足了国内需求，中档数控机床具备了一定的生产能力，小批量的国产高端数控机床已投入使用。

国内机床行业存在的问题是：机床精度普遍较低，缺少刚度实验，很少采用软件补偿、温度变形补偿、高速主轴系统动平衡技术等保证定位精度，仅有少数几种产品可达欧洲标准定位精度；基础材料性能弱，很少普及高强度密烘铸铁（树脂砂技术），无重大新材料开发；机床结构开发性能差，高速机床需要强化结构刚性，减轻移动件重量，机床整体结构突破传统结构的能力差；技术差距大，国外普及的远程服务技术、交钥匙工程、高速机床硬切削、干切削及其机理研究空白，基本无切削软件包供应；关键配套件性能不足，电主轴、高速滚珠丝杠副、直线电机、高速高精度数控系统，高精度位置检测系统等普遍处于低水平状态。

3、机床行业的市场分析

（1） 普通制造业。普通机械加工业中五金、电力设备、模具加工、矿山机械、冶金设备、建材设备、石油化工设备是带动机床消费增长的主要因素。

（2）汽车行业。汽车工业对机床装备的需求具有多层次、宽领域、快节奏、高质量、数量大的特点，柔性加工生产线、各种数控专用机床将是日后国内机床工业向汽车工业领域渗透的重点。中国汽车零部件配套行业的实力与主机厂的需求差距还相当大，汽车配套企业必须扩充、提高装备能力，才能谋求其未来的生存发展。

（3）航空、航天、船舶、军工行业。航空、航天、船舶、军工产业是高端机床市场需求的大户。随着国家综合国力的增强和国防现代化的升级，国家将会加大对国防装备的投入（预计由目前占国内生产总值的2.5%提高到2025年的5%）。

（4）电子信息产业。电子信息产业是精密机床的主要市场。电子信息技术水平是国家现代化程度的重要标志。我国电子信息行业近几年固定资产投资规模以年均16%速度增长。

4、数控机床是机床发展的主流

国内数控机床可供品种超过1500余种，特别是五轴（及以上）联动数控机床已经成功开发，包括最关键的万能自动镗铣头在内，只是精度、性能与国际水平还有差距。技术差距主要体现在整体加工精度、高速运行稳定性、持续无故障运行时间、后勤远程维护等与国外产品有较大差距。核心部件数控化率不高，自动化程度低。数控机床的性能主要由关键功能件所决定，数控机床价值的60%由关键功能件所决定，国内数控机床功能件产业规模小，集中度小，产品性能水平与国外差距较大。国内数控机床产品刚开始产业化、水平质量一般。高档次的系统全都是进口，中高档机床用的数控系统、滚珠丝杠、高速电主轴、刀库机械手、全功能数控刀架、数控回转工作台和高速防护装置等，很多是以进口为主。

三、机床行业发展的驱动因素

1、国家的产业政策支持

机床工业是装备制造业的基础和核心，2010年10月，国务院出台的《加快培育和发展战略性新兴产业的决定》也明确指出，要积极发展以数字化、柔性化及系统集成技术为核心的智能制造装备，其中高档数控机床成为了发展的重中之重。在“十二五”规划中，明确提出要重点发展四大主机（金属切削机床、金属成型机床、铸造机械、木工机床）。高端装备制造业升级换代，和工业化、重工化的历史发展机遇将在很大程度上推动机床行业快速增长。到2020年，航空航天、船舶、汽车、发电设备制造等相关行业所需要的高档数控机床的大部分供应将立足国内，未来我国机床行业发展空间十分广阔。

2、随着装备制造业和工业化、信息化的兴起，机床行业发展后劲十足，前景广阔

经过多年的积累和技术进步，我国工业特备是装备制造业获得快速发展，中国目前已经成为世界主要的机械装备生产国和消费国家，技术含量和工艺水平大大提高，产品质量仅次于美国、日本和德国，领先于意大利和英国。我国装备制造业的快速发展和国家崛起，必然导致基础工业机床行业的快速发展。

3、机床行业高速发展具有一定稳定性

随着高速、高效、高精度机床的技术成熟和大批量生产，欧美、日本、韩国等发达国家和地区机床更新换代加速，中国经济的持续高速发展和世界制造业向中国的转移，未来国内产品方向重点是高度数控化、高效、精密、大型化、功能复合化。预计十二五期间，国内数控机床增长率保持在30%以上，国内市场占有率达到70%以上。中高档数控机床将成为市场消费的主流。机床行业的重点用户分布在电力工业、航空、航天工业、造船工业、铁路机车工业、国防工业、机械工业和汽车工业七大行业领域，随着中高档数控产量提高，该行业收益水平将进一步提高。同时随着机床行业体制改革和国家政策支持力度加大，行业赢利水平必将大幅度提高。同相关行业比较，机床行业的毛利率较高，尤其高于普通机械加工行业水平。随着机床产品数控化率的提高，该行业收益水平将进一步提高，机床用户分布广泛，各个国家工业发展的差异化、各个行业发展的差异性、机床产品的差异性和技术更新的快速性，使得机床行业的发展保持较高的稳定性。中国机床不会出现明显的行业跟随周期。目前约有30%机床提供给汽车、工程机械等相关行业，20%供给军工、轮船、IT等行业，50%供给通用机械加工行业。机床用户分布广泛，各个行业发展的差异性和不均衡性将使得中国机床行业发展保持较高的稳定性。

4、大规模的基本建设是机床工业高速发展的保证

中国大规模的港口建设，特别是集装箱港口建设推动中国的集装箱、集装箱起重机行业快速崛起，并一举奠定了全球行业的主导地位。目前国内集装箱港口吞吐量跃居全球首位。在十二五期间，中国国内投资仍然非常旺盛，主要包括：高速公路、高速铁路、城市轨道交通、机场、港口、场馆、住宅建设仍将是全球最活跃的区域，工程项目难度大，相应的消耗施工机械强度将保持稳定。超高压输变电项目、铁路提速、国油国运、航空航天领域国家采购等使得国内需求仍构成了全球需求中举足轻重的部分。固定资产投资和汽车、航空航天、模具等工业的发展是刺激机床行业起飞的主要因素。我国固定资产每投入100亿元，将会带动0.8―1.1亿元的机床市场消费额，轿车产量每增减1%，数控机床消费量就变动0.54%。发电设备、船舶、冶金等大型和重型工业也是机床的主要消费者。

【参考文献】

[1] 中国机床商务网[OL].2010-2013.http：//.

[2] 中国统计年鉴网[OB/OL].2010-2013.

篇4

关键词:碳纤维;聚丙烯腈;标准

Abstract: PAN-based Carbon fiber is a new material with exceptional mechanical property. It has been extensively applied in aviation, space flight, construct, sports, automobile, medical treatment, etc. fields. A brief review of the evolution and current situation of the PAN-based Carbon fiber at home and abroad were included. Furthermore, the preparation, structure, performance and the application area of the PAN-based Carbon fiber were also introduced. Interrelated standards and test methods were specifically expressed. The development in the future was prospected.

Key words: Carbon Fiber;Polyacrylonitrile;Standard

碳纤维是一种力学性能优异的新材料,它不仅具有碳材料的固有特性,又兼备纺织纤维的柔软可加工性,是新一代增强纤维。它的比重不到钢的1/4,碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上,是钢的7~9倍,抗拉弹性模量为23000Mpa~43000Mpa,亦高于钢。材料的比强度愈高,则构件自重愈小;比模量愈高,则构件的刚度愈大,从这个意义上已预示了碳纤维在工程领域的广阔应用前景。

碳纤维是一种以聚丙烯腈(PAN)、沥青、粘胶纤维等为原料,经预氧化、碳化、石墨化工艺而制得的含碳量大于90%的特种纤维。碳纤维具有高强度、高模量、低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、导电、导热、膨胀系数小、减震等优异性能,是航空航天、国防军事工业不可缺少的工程材料,同时在体育用品、交通运输、医疗器械和土木建筑等民用领域也有着广泛应用。PAN基碳纤维生产工艺简单、产品综合性能好,因而发展很快,产量占到90%以上,成为最主要的品种。

1国内外聚丙烯腈基碳纤维的发展现状

1.1国外发展现状

1959年,媒体报道了日本的进藤昭南由聚丙烯腈长丝经预氧化、碳化而制成性能优良的碳纤维工艺专利,由于该工艺简单,产品力学性能优良,因此发展较快,开创了碳纤维的新时代。

世界上聚丙烯腈基碳纤维的生产,现在已分化为以美国为代表的大丝束碳纤维和以日本为代表的小丝束两大类。日本和美国所产的碳纤维约占全球总供应量的80%[1]。日本三家以腈纶纤维为主要产品的公司(东丽Toray、东邦Toho及三菱人造丝公司Mitsubishi)依靠其先进纺丝科学技术,形成高性能原丝生产的优势,大量生产高性能碳纤维,使日本成为碳纤维大国,无论质量还是数量均处于世界前三位,占据了世界78%左右的产量。日本Toray公司是世界上最大的PAN基碳纤维厂商,2003年生产能力为7350t/a,其中在日本国内生产能力4700t/a,在美国拥有产能1800t/a,另外在法国与Atofia合资的Soficar产能为850t/a。公司以生产小丝束PAN基碳纤维为主,在日本国内大丝束PAN基碳纤维的产能仅为300t/a。东邦人造丝是第二大碳纤维生产商,其碳纤维的生产能力为5800t/a,全是小丝束品种。三菱人造丝在日本国内产能为2700t/a,在海外美国Grafil的产能为700t/a,2001年三菱人造丝率先将设备投资增加27.5%,达到190亿元,将本国的产能提高500t/a,再将美国子公司Grafil的产能增加800t/a,这样两地的总产能达到4700t/a。世界主要PAN基碳纤维生产企业的产能见表1[2]。

国外PAN基碳纤维的主要消费地是美国、西欧地区和日本。2002年上述国家和地区共消费PAN基碳纤维约12000t,其中美国消费量4600t,西欧地区消费量为5200t(一般工业应用2800t,航空航天1710t,体育器材690t),日本消费量约2200t。在2006～2011年,世界的碳纤维平均年需求增长率约为11.7%,高于平均年增长率的是西欧及亚洲的一些国家,世界碳纤维消费量见表2[3]。

1.2国内发展现状

我国对碳纤维的研究开始于20世纪60年代,几乎与世界同步开始碳纤维研究工作。80年代开始研究高强型碳纤维,多年来进展缓慢,但也取得了一定成绩。已经研制出接近日本东丽公司T-300水平的碳纤维产品,但产量和品质都远不能满足国内需要,与国外相比差距甚大,国内PAN基碳纤维总生产能力仅600t/a左右(包括正在筹建厂),实际生产量约仅为30~40t/a。进入21世纪以来发展较快,安徽华皖碳纤维公司率先引进了500t/a原丝、200t/aPAN基碳纤维(只有东丽碳纤维T-300水平),使我国碳纤维工业进入了产业化。随后,一些厂家相继加入碳纤维生产行列。据不完全统计,目前,我国已有12家生产规模大小不一(5～800t/a)的PAN基碳纤维生产厂家,合计生产能力为1310t/a。值得一提的是我国台湾地区的台塑集团,在20世纪80年代中期从美国Hitco公司引进百吨级碳纤维生产线,经消化、吸收和配套后得到迅速发展,台塑产量增加很快,但碳纤维质量的提高幅度并不大。

我国一些研究单位和高校都投入相当力量进行研究,并根据实验室研究成果建立一些中试装置;也尝试从国外引进专利技术与小规模生产设备,我国碳纤维现在仍处于艰难起步阶段,碳纤维的研制生产发展较慢,与国际先进水平相比,国产碳纤维突出问题是强度低、均匀性差、稳定性差、毛丝多、实际生产量低,其根本的原因是我国的原丝质量不过关[4-5],影响了我国碳纤维的发展。解决碳纤维用聚丙烯腈原丝生产这一技术关键,不能依赖技术引进,而应集中力量,汇集国内从事与此领域有关各方人力,选择国内经济实力和客观条件较好企业作为实施基地,进行高起点技术攻关。目前我国碳纤维90%以上依赖进口,极大地制约了我国相关产业的发展。

2PAN基碳纤维的制备、结构、性能

2.1PAN基碳纤维的制备

聚丙烯腈基碳纤维是以聚丙烯腈纤维为原料制成的碳纤维,主要做复合材料用增强体。无论均聚或共聚的聚丙烯腈纤维都能制备出碳纤维。为了制造出高性能碳纤维并提高生产率,工业上常采用共聚聚丙烯腈纤维为原料。对原料的要求是:杂质、缺陷少;细度均匀,并越细越好;强度高,毛丝少;纤维中链状分子沿纤维轴取向度越高越好,通常大于80%;热转化性能好。

生产中制取聚丙烯腈纤维的过程是:先由丙烯腈和其他少量第二、第三单体(丙烯酸甲醋、甲叉丁二酯等)共聚生成共聚聚丙烯腈树脂(分子量高于 6～8万),然后树脂经溶剂(硫氰酸钠、二甲基亚矾、硝酸和氯化锌等)溶解,形成粘度适宜的纺丝液,经湿法、干法或干-湿法进行纺丝,再经水洗、牵伸、干燥和热定型即制成聚丙烯腈纤维。若将聚丙烯腈纤维直接加热易熔化,不能保持其原来的纤维状态。因此,制备碳纤维时,首先要将聚丙烯腈纤维放在空气中或其他氧化性气氛中进行低温热处理,即预氧化处理[6]。预氧化处理是纤维碳化的预备阶段。一般将纤维在空气下加热至约270℃,保温0.5h～3h,聚丙烯腈纤维的颜色由白色逐渐变成黄色、棕色,最后形成黑色的预氧化纤维。这是聚丙烯腈线性高分子受热氧化后,发生氧化、热解、交联、环化等一系列化学反应形成耐热梯形高分子的结果。再将预氧化纤维在氮气中进行高温处理(l600℃),即碳化处理,则纤维进一步产生交联环化、芳构化及缩聚等反应,并脱除氢、氮、氧原子,最后形成二维碳环平面网状结构和层片粗糙平行的乱层石墨结构的碳纤维。

由PAN原丝制备碳纤维的工艺流程如下:PAN原丝预氧化碳化石墨化表面处理卷取碳纤维。

2.2结构

碳纤维是由片状石墨微晶沿纤维轴向方向堆砌而成的所谓“乱层”结构,通常也把碳纤维的结构看成由两维有序的结晶和孔洞组成,其中孔洞的含量、大小和分布对碳纤维的性能影响较大[7]。碳纤维各层面间的间距约为3.39～3.42Å,各平行层面间的各个碳原子,排列不如石墨那样规整,层与层之间借范德华力连接在一起。

2.3性能特征

碳纤维的化学性能与碳十分相似,在空气中当温度高于400℃时即发生明显的氧化,氧化产物CO2、CO在纤维表面散失,所以其在空气中的使用温度不能太高,一般在360℃以下。但在隔绝氧的情况下,使用温度可大大提高到1500℃～2000℃,而且温度越高,纤维强度越大。碳纤维的径向强度不如轴向强度,因而碳纤维忌径向强力(即不能打结)[8]。

碳纤维有通用型(GP)、高强型(HT)、高模型(HM)、高强高模(HP)等多种规格,其性能指标见表3。

碳纤维有如下的优良特性:① 比重轻、密度小;② 超高强力与模量;③ 纤维细而柔软;④ 耐磨、耐疲劳、减震吸能等物理机械性能优异;⑤ 耐酸、碱和盐腐蚀,可形成多孔、表面活性、吸附性强的活性炭纤维;⑥ 热膨胀系数小,导热率高,不出现蓄能和过热;高温下尺寸稳定性好,不燃,热分解温度800℃,极限氧指数55;⑦ 导电性、X射线透过性及电磁波遮蔽性良好;⑧ 具有性,不沾润在熔融金属中,可使其复合材料磨损率降低;⑨ 生物相容性好,生理适应性强。

碳纤维力学性能主要是抗张强度、弹性模量和断裂伸长等3个参数,变异系数即CV值= 标准偏差/平均值×100(%) ,碳纤维的CV值是设计构建的一项重要指标,如果碳纤维的CV值较小,涉及碳纤维拉伸强度等利用率高,可充分发挥其增强效果。在使用碳纤维时,大多制造成复合材料的结构件。对于同一性能的结构件,碳纤维的CV值越小,用量少,增强效果好;如果CV值较大,用量较多,构件笨重,增强效果差。表4为民用碳纤维的力学性能[9]。

由表4可看出,所生产的碳纤维具有较高的强度和模量,而伸长率较低,表明该材料具有较大的刚性;同时材料的拉伸强度和弹性模量的CV值都较低,表明材料的均一性较好。

3PAN基碳纤维的应用

碳纤维复合材料是为满足航天、航空等军事部门的需要而发展起来的新型材料,但因一般工业部门对产品的质量和可靠性要求不及上述部门严格,故开发应用的周期较短,推广应用得很快,被广泛应用于各种民用工业领域。碳纤维除用于高温绝热材料及除电刷子之外,一般并不单独使用,常加入到树脂(以环氧、酚醛为主)、金属或陶瓷、碳、水泥等基体中,构成碳纤维增强复合材料,是一种极为有用的结构材料。它不仅质轻、耐高温,而且有很高的抗拉强度和弹性模量。

3.1航空航天

碳纤维复合材料具有高比强度、高比刚度(比模量)、耐高温、可设计性强等一系列独特优点,是导弹、运载火箭、人造卫星、宇宙飞船、雷达[10]等结构上不可或缺的战略材料。航空则以客机、直升机、军用机为主要应用对象。

3.2文体和医疗用品

文体休闲用品是碳纤维复合材料应用的重要领域,高尔夫球杆、网球拍和钓鱼竿是三大支柱产品,其次是自行车、赛车、赛艇、弓箭、滑雪板、撑杆和乐器外壳等。医疗领域包括医学上用的移植物、缝合线、假肢、人造骨骼、韧带、关节以及X光透视机等。

3.3一般工业

碳纤维复合材料在汽车工业用于汽车骨架、活塞、传动轴、刹车装置等;在能源领域应用于风力发电叶片、新型储能电池、压缩天然气贮罐、采油平台等;碳纤维因其质轻高强和极好的导电性及非磁性而在电子工业中用于制备电子仪器仪表、卫星天线[11]、雷达等;碳纤维增强材料(CFRC)与钢筋混凝土相比,抗张强度与抗弯强度高5到10倍,弯曲韧度和伸长应变能力高20~30倍,重量却只有l/2,已被广泛应用于房屋、桥梁、隧道等基础设施的混凝土结构增强工程中[12-13]。

4PAN基碳纤维相关标准

目前,我国针对碳纤维的性能及其在复合材料中的应用,制定了相关标准,现行碳纤维相关标准有:

GB/T 3362―2005碳纤维复丝拉伸性能试验方法,适用于1K～12K碳纤维复丝浸胶后测定其拉伸强度、拉伸弹性模量和断裂伸长率。

GB 3362―1982碳纤维复丝纤维根数检验方法(显微镜法),是适用于测定碳纤维复丝中的纤维根数。

GB 3364―1982碳纤维直径和当量直径检验方法(显微镜法),适用于测定圆形截面碳纤维的直径和异形截面碳纤维的当量直径。GB 3365―1982碳纤维增强塑料孔隙含量检验方法(显微镜法)用于测定单向、正交及多向铺层的碳纤维增强塑料的孔隙含量。

GB/T 3355―2005碳纤维增强塑料树脂含量试验方法,适用于硫酸在一定条件下能使树脂基体完全分解又不过分地腐蚀纤维的碳纤维增强塑料。

GB 3366―1996碳纤维增强塑料纤维体积含量试验方法,适用于测定单向、正交及多向铺层的碳纤维增强塑料的纤维体积含量。

QJ 3074―1998碳纤维及其复合材料电阻率测试方法,适用于航天产品用碳纤维及碳纤维复合材料电阻率的测试。

目前,碳纤维产业正处于上升期,随着碳纤维工业的发展和技术的进步,我国碳纤维的产量会增加,质量会提高,品种也会有所增多,碳纤维性能也必将进一步提高,工业要求也将越来越高,为确保材料、产品、过程能够符合需要,也必须制定更新、更跟得上时代要求的标准。

5展望

人类在材料应用上正从钢铁时代进入到一个复合材料广泛应用的时代。碳纤维产业在发达国家支柱产业升级乃至国民经济整体素质的提高方面正在发挥越来越重要的作用,对我国产业结构的调整和许多传统材料的更新换代有重要意义。碳纤维是一种重要的高技术材料,不但事关国防建设,民用市场也前景广阔。但我国研究了几十年,由于这样那样的原因,一直没有搞上去,关键设备技术突不破,性能上不去,成本下不来,碳纤维及其制品难以产业化,从而大大制约了我国相关高新技术领域的发展[14]。要正确、科学、实事求是地总结过去,在总结经验教训的基础上,注重将基础性研究成果或者单元研究结果及时应用到中试线和工业生产线上,寻找一条切合国情的健康发展之路,实现我国高性能PAN基碳纤维的跨越式发展。

参考文献:

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[5] 王成国,朱波,蔡华苏.制约我国碳纤维工业发展的原因分析[J].化工技术经济, 2005, 23(4) : 12-15.

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[12] 邵劲松,刘伟庆.碳纤维在土木工程中的应用[J ].玻璃钢/复合材料,2005 (5) :41- 44.

篇5

历数国际著名的民机企业，美国有波音，欧洲有空客，即使如加拿大与巴西等新兴国家，庞巴迪与安博威也已经有了很好的支线飞机系列，占据了支线客机市场的半壁江山。纵览世界民机领域，却鲜有中国企业和产品的影子。

古语云，临渊羡鱼，不如退而结网，随着我国经济和综合国力的不断增强，民机事业已经到了筹谋规划的最佳时刻。

一鸣惊人

2008年11月28日13时24分，ARJ21-700飞机经过1小时01分钟的飞行后。平稳降落在上海大场试飞场区，ARJ21-700飞机首次飞行圆满成功。

鲜花和欢呼声中，试飞员赵鹏报告：“飞机状态正常，试飞员操控感觉良好。”顿时，雷鸣般的掌声在空气里传播，中国民机事业迎来了一个具有划时代意义的时刻。

在上海飞机制造厂的试飞场，航天英雄杨利伟。上海市委常委、组织部长沈红光，副市长艾宝俊，以及中国商飞公司的张庆伟董事长和金壮龙总经理悉数在场，共同见证了ARJ21-700的一飞冲天。

从立项开始到首飞成功，ARJ21已经走过了6个年头。如果算上可行性研究以及项目申报的时间，接近十年。回顾ARJ21上马、研制历程的坎坷，以及过程的艰难，更使得首飞成功的成就更加耀眼和灿烂。

作为我国“十五”规划的重大高技术项目，ARJ21-700从酝酿之初就得到了国家的高度关注，并在国家的大力支持下有条不紊地行进。

2003年12月20日，中国一航商用飞机有限公司举行开工仪式。ARJ21飞机在上海飞机制造厂、中国一航西安飞机工业公司、中国一航沈阳飞机工业公司、中国一航成都飞机工业公司同时实现零件开工。

一切工作，都在紧锣密鼓中进行着。

2007年12月21日，新支线飞机首架试飞机按照计划如期完成安装，并定名为“翔凤”。

2008年5月，中国商飞公司成立以后，根据国务院的批复，ARJ21-700飞机项目研制的总体责任转移给中国商飞公司，这是我国航空工业民机发展史上的一件大事。

ARJ21-700飞机也是我国第一架外销欧美发达国家的民用涡扇支线飞机。因其准确的市场定位和先进的性能设计，该飞机自研制以来就受到了国内外航空公司的广泛关注。

在去年11月4日珠海举行的第七届中国国际航空航天博览会上，中国商飞公司与美国GE金融航空服务公司一次性签署了25架ARJ21－700飞机购买协议。至此，ARJ21-700首飞前国内外订单就已达到208架。

对于ARJ21客机研制的重要意义，张庆伟董事长指出：“ARJ21飞机首飞成功，对大型客机项目的成功至关重要。ARJ21飞机首飞成功并交付客户，是中国商飞公司由小变大、由弱变强的关键。”

ARJ21飞机首飞成功是中国民机事业光辉而艰难的一步，这一步迈了六年：这一步，开创了我国支线客机的多个第一，同时填补了相关领域的多项空白。

坎坷飞翔路

ARJ21项目上马并取得初步成功，并非一朝而就。负责ARJ21强度的副总设计师郑晓玲谈起20多年来中国民用飞机研制历程时，感慨万分：“虽然很坎坷，但我们探索民机发展的脚步一直没有停止过，ARJ21的上马是民机发展的一个必然。”

自主创新的能力决定着一国的竞争力，中国也在用现实注解着这一规律：轿车以市场换技术，变成了世界的组装车间；造船以我为主，竞争力紧逼日韩。欧美以航空、航天为引擎拉动经济发展，而传统的粗放型经济增长模式，昭示出决定命运的两种思路。

“民用飞机要实现自主知识产权”，这一理念在争论多年，走过“山路十八弯”后，终于成为航空人的共识：“我们的蓝天不能成为外国飞机的竞技场。”

什么是自主研制?业内人士如此注解：首先，新飞机绝不是某个型号飞机的拷贝或翻版，测绘仿制不能叫“自主研制”；其次，完全依靠我们自己的力量完成飞机的总体、气动设计和综合集成，外国人不能分享飞机型号合格证；最后，不是纯生产型项目，不是生产许可证的延伸。

要设计制造一架什么档次的支线飞机呢?答案当然是世界一流水平。中国商飞有限公司ARJ21-700总设计师陈勇表示，ARJ21系列的定位非常明确，就是要做一流的支线客机，并在设计研发中力求世界一流。

目前，在航空市场运营的主要是两类飞机：一类是螺旋桨飞机，一类是喷气式飞机。螺旋桨飞机的巡航速度一般较低，升限高度为几千米，在几千米的空中，气流活动比较频繁，旅客的颠簸感相对强烈，但其耗油率低，就运行成本而言适用于短于500公里的航线。而喷气式飞机是以涡轮风扇发动机为动力的飞机。巡航速度高，升限高在万米以上，这个高度的大气活动较稳定，乘客感到舒适。随着航空发动机的科技进步，现代以涡轮风扇发动机为动力的飞机动力装置具有高涵道比、大压力比、油耗低等特点，发动机自身推重比大，更经济，更环保。

在喷气飞机引领制造潮流的背景下，设计一款以涡扇发动机为动力的飞机成为中国新支线飞机的必然选择。而民机生存法则在于市场。支线飞机的市场是被全球航空制造企业虎视眈眈的市场，是一个极度细分的市场。

市场调研人员注意到，国内600－2200公里的航段约占航段总数的69.8％，84.6％的城市航班旅客少于100人。这意味着中、短航程和100人上下的支线飞机具有良好的市场前景。此外，中国西部特殊的地理环境要求飞机在西部航线运营必须适应高原、高温、机场起降和复杂航路的越障能力，而中国采购的国外飞机基本不能适应中国西部航线的特殊要求，具体表现在需要大幅度减载飞行，严重影响使用经济性。

根据这些市场分析，ARJ21的各种指标被逐一确定。座级为70－90座，满座航程为二千海里，关键的市场诉求点之一定位在中国西部。经过了严密论证与试验。ARJ21开始向世界航空市场进军。

飞天前哨战

步履蹒跚的中国民机制造业正“摸着石头过河”。2007年，中国的大型客机项目在千呼万唤中被推上跑道，被视为中国民机制造业“最后一次机会”的ARJ21项目无疑被赋予了更沉重的使命。它不仅仅是中国拥有自主知识产权的一种机型的诞生，更是中国大飞机项目技术成功和商业成功的“前哨战”，其意义远超过项目本身。

中国民用飞机的自主研制从支线飞机起步，将历时十年至二十年的大目标分解成阶段性目标，“先干好小飞机，再干好大飞机。统筹支线客机与干线客机。”

中国商用飞机有限公司总经理金壮龙说，ARJ21新支线飞机的研发、制造、营销，将为今后国产民用飞机的进一步发展打下很好的基础，为后继民用飞机的研制提供可资借鉴的成熟管理体系。

业内专家认为，相对于航空制造业范畴内的技术突破而言，民机在市场化的商业模式上取得的巨大突破“更具意义”。ARJ21商业运作上的任何成功或失败，都为将来大飞机项目的商业运营提供宝贵的经验。

在ARJ21－700飞机首飞技术评审会议上。张庆伟董事长如数家珍地般罗列着ARJ21飞机项目的不凡成绩：

首先，通过ARJ21飞机项目，使得我国在50多年民机发展过程中终于有了一个自行研制、完全具有自主知识产权、具有很强国际竞争力的产品。

其次，通过ARJ21飞机项目，走出了一条“主制造商－供应商”的项目管理之路，探索了新的项目管理模式。比照波音、空客、庞巴迪和安博威，这种管理模式是世界先进的。