Kohlefaser gilt als Maßstab im Bereich der Materialwissenschaften und wird als die bezeichnet"König der neuen Materialien"Und"Schwarzes Gold"für seine außergewöhnliche Leistung in verschiedenen Branchen. Diese anorganische Polymerfaser, die durch Hochtemperaturpyrolyse aus organischen Fasern gewonnen wird, weist nicht nur eine fünf- bis achtmal höhere Festigkeit als Stahl auf, sondern wiegt auch nur ein Viertel so viel. Sein geringes Gewicht, seine hohe Festigkeit, Hochtemperaturbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit machen es zu einem idealen Material für Anwendungen unter anderem in der Luft- und Raumfahrt, im Bauwesen und im Energiebereich.

Mit dem rasanten Wachstum von Windkraft, Photovoltaik und anderen neuen Energiebranchen ist Chinas Nachfrage nach Kohlefasern stetig gestiegen.

Überblick über die Entwicklung der Kohlefaserindustrie

Die herausragende Leistung von Kohlefasern wird auf ihre einzigartige Kohlenstoff-Rückgratstruktur zurückgeführt, die sie zu einer unverzichtbaren strategischen Ressource für die Volkswirtschaft und die Verteidigungssicherheit macht. In High-End-Anwendungen spielen Kohlefasern aufgrund ihrer hohen spezifischen Festigkeit, hohen spezifischen Steifigkeit und hervorragenden Korrosions- und Ermüdungsbeständigkeit eine unersetzliche Rolle.

Kohlenstofffasern werden in der Regel nicht allein verwendet, sondern mit Harzen und anderen Matrizen kombiniert, um Verbundwerkstoffe zu bilden, was ihr Anwendungsspektrum weiter erweitert. Die Herstellungstechnologie von Kohlefaserverbundwerkstoffen ist ein Schlüsselfaktor für ihre Entwicklung.

Diese Verbundwerkstoffe haben eine extrem niedrige Dichte, etwa halb so hoch wie die von Aluminiumlegierungen und ein Fünftel so hoch wie die von Stahl. Daher sind Komponenten aus Kohlefaserverbundwerkstoffen sehr leicht und wiegen nur 15–30 % derjenigen aus herkömmlichen Aluminiumlegierungsmaterialien.

Beispielsweise markierte die Einführung von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffmaterialien durch BMW in seinen 2014er Elektrofahrzeugen i3 und i8 ein neues Kapitel für Kohlenstofffasern in der Massenproduktion von Automobilen. Im Bereich der Elektrofahrzeuge, wo Leichtbau, hohe Leistung und Energieeffizienz angestrebt werden, werden Kohlefaserverbundwerkstoffe voraussichtlich eine noch größere Rolle spielen.

Analyse der Carbonfaser-Industriekette

Aus Sicht der Industriekette beginnt die Kohlenstofffaserproduktion mit der Gewinnung fossiler Brennstoffe als Rohstoffe, gefolgt von einer Reihe chemischer Reaktionen und Prozesse, um sie schließlich in Kohlenstofffasern umzuwandeln. Diese Fasern werden zu Kohlefasergeweben, Prepregs (auch als Zwischenprodukte bezeichnet) und Endprodukten aus Verbundwerkstoffen weiterverarbeitet.

Die Voraussetzung für die Herstellung von Hochleistungskohlenstofffasern sind hochwertige Vorläuferfasern, aber die damit verbundenen Polymerisations-, Spinn-, Karbonisierungs- und Oxidationsprozesse sind eine Herausforderung. Darüber hinaus umfasst die Umwandlung von Kohlenstofffaservorläufern in tatsächliche Verbundwerkstoffkomponenten einen entscheidenden Schritt: das Formen von Verbundwerkstoffen.

Bei diesem Prozess müssen Kohlenstofffasern durch spezielle Verbundformtechniken mit einer Harzmatrix kombiniert werden, um das endgültige Verbundmaterial zu bilden. Die Beherrschung dieser Reihe von Prozessen und Technologien ist entscheidend für die Weiterentwicklung der Carbonfaserindustrie.

Marktwettbewerb und Entwicklungsmöglichkeiten im Bereich Kohlefaser

Der globale Kohlefasermarkt wird seit langem von einigen wenigen Ländern wie Japan und den Vereinigten Staaten dominiert, die über umfangreiche Erfahrung und fortschrittliche Technologie in Forschung, Produktion und Vertrieb verfügen. Insbesondere auf dem Markt für Kleinschlepper haben einige große japanische Unternehmen eine führende Position eingenommen.

Seit der Erfindung der PAN-basierten Kohlenstofffaser-Aufbereitungstechnologie in Japan Mitte des 20. Jahrhunderts sind Japan und das Vereinigte Königreich zu Pionieren in der Forschung und Entwicklung dieser Technologie geworden. Zu Beginn der 1980er Jahre trat der Markt mit dem Durchbruch in der industriellen Produktion von PAN-basierten Kohlenstofffasern in eine neue Phase der Integration und Akquisition ein und bildete die heutige Wettbewerbslandschaft.

Auf dem großen Schleppmarkt sind europäische und amerikanische Unternehmen deutlicher im Vorteil, wobei Unternehmen aus den USA und Deutschland fast den gesamten Markt kontrollieren. Die kontinuierlich wachsende Nachfrage nach Carbonfasern in den Bereichen Windkraft, Automobil und kommerzielle Luftfahrt hat die führende Position von Unternehmen aus den USA und Japan auf dem Weltmarkt weiter gefestigt.

Mit der Verschiebung der weltweiten Kohlenstofffasernachfrage und dem Aufstieg inländischer chinesischer Unternehmen ist die inländische Substitution zu einem neuen Trend geworden. Führende inländische Unternehmen wie Jilin Chemical Fibre haben in den letzten Jahren ihre Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen verstärkt.

Da sich der Prozess der inländischen Substitution beschleunigt, wird erwartet, dass chinesische Hersteller auf neue Entwicklungsmöglichkeiten in der Carbonfaserindustrie stoßen.

Abschluss

Da die Nachfrage nach leistungsstarken, leichten Materialien weltweit weiter wächst, erlebt der Carbonfasermarkt eine starke Entwicklung. Insbesondere im Luft- und Raumfahrtbereich ist der Einsatz von Kohlefaserverbundwerkstoffen zu einem entscheidenden Mittel geworden, um die Leistung von Flugzeugen zu steigern und den Energieverbrauch zu senken. In der Automobilindustrie werden Kohlefasern zunehmend bei der Herstellung von Hochleistungssportwagen und Elektrofahrzeugen eingesetzt, um die Fahrzeugeffizienz und das Fahrerlebnis zu verbessern.

Darüber hinaus steigt mit der zunehmenden Bedeutung des Umweltschutzes und der rasanten Entwicklung erneuerbarer Energien auch die Nachfrage nach Kohlefasern im Windkraftsektor.

Es ist jedoch anzumerken, dass die Entwicklung der Kohlefaserindustrie mit Herausforderungen konfrontiert ist, darunter relativ hohe Herstellungskosten und unausgereifte Recycling- und Wiederverwendungstechnologien, die einen gewissen Druck auf die Umwelt ausüben. Daher sind die Senkung der Herstellungskosten und die Verbesserung der Recyclingquoten zentrale Aufgaben für die Entwicklung der Carbonfaserindustrie.

Insgesamt spielt Kohlefaser als Vertreter der aufstrebenden Materialien eine wichtige Rolleeine wichtige Rolle im Bereich der Produktion neuer Materialien mit großem Potenzial für zukünftiges Wachstum. Seine Anwendungen beschränken sich nicht nur auf die Verbesserung der Fähigkeiten von High-Tech-Sektoren, sondern umfassen auch einen erheblichen Beitrag zu Nachhaltigkeits- und Effizienzverbesserungen in verschiedenen Branchen. Während sich die Welt hin zu umweltfreundlicheren Lösungen und einer effizienteren Energienutzung bewegt, steht Carbonfaser an der Spitze dieses Übergangs und bietet innovative Lösungen, die Leistung mit Umweltverantwortung verbinden. Die kontinuierliche Entwicklung und Einführung von Kohlefasern und ihren Verbundwerkstoffen wird die Industriestandards neu definieren und leichtere, stärkere und langlebigere Produkte für den Weltmarkt Wirklichkeit werden lassen. Dieser dynamische Wachstumskurs unterstreicht die Bedeutung kontinuierlicher Forschung, Investitionen und Zusammenarbeit in der gesamten Carbonfaserindustrie, um ihr volles Potenzial auszuschöpfen und die bevorstehenden Herausforderungen zu meistern und sicherzustellen, dass Carbonfasern weiterhin ein wichtiger Akteur in der neuen Materialrevolution bleiben.