碳纖維產(chǎn)業(yè)分析報告

1、河北新唐釩鈦有限公司碳纖維產(chǎn)業(yè)調(diào)研報告技術(shù)部2012年6月4日25河北新唐釩鈦有限公司碳纖維產(chǎn)業(yè)調(diào)研報告主要編寫人員編制：趙建新 劉海軍校對：趙建新 劉海軍審核：詹俊杰 趙建新復(fù)審：詹俊杰目錄一、碳纖維概述11.1碳纖維定義11.2碳纖維性能2二、碳纖維生產(chǎn)技術(shù)72.2瀝青基碳纖維102.3粘膠基碳纖維112.4活性碳纖維122.5氣相生長碳纖維122.6碳纖維的產(chǎn)品形式及制造工藝122.7碳纖維的技術(shù)難點13三、國內(nèi)外碳纖維行業(yè)狀況143.1國外碳纖維行業(yè)狀況143.2國內(nèi)碳纖維行業(yè)狀況163.3國內(nèi)碳纖維企業(yè)介紹18四、碳纖維的市場發(fā)展194.1碳纖維盈利分析194.2全球需求量將以年均1

2、5-16的高速度增長204.2國外碳纖維的產(chǎn)能高速擴張21五、我國碳纖維發(fā)展的問題和前景22六、總結(jié)24一、碳纖維概述1.1碳纖維定義碳纖維(carbonfiber，簡稱CF)，是新一代增強纖維碳，是纖維狀的碳素材料，含碳量在90%以上，其中含碳量高于99%的稱為石墨纖維。碳纖維結(jié)構(gòu)近乎石墨結(jié)構(gòu)，比金剛石結(jié)構(gòu)規(guī)整性稍差，它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼具紡織纖維的柔軟可加工性，可加工成織物、氈、席、帶、紙及其他材料，如金屬涂層。與傳統(tǒng)的玻璃纖維(GF)相比，楊氏模量是其3倍多；它與凱芙拉纖維(KF-49)相比，不僅楊氏模量是其2倍左右，而且在有機溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性出類拔萃，特別

3、是在1500以上高溫惰性環(huán)境中，碳纖維是唯一強度不下降的物質(zhì)，因此碳纖維在國際上被稱為繼石器和鋼鐵等金屬之后的“第三代材料”。碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維是當今世界三大高性能纖維。碳纖維可分別用聚丙烯腈纖維、瀝青纖維、粘膠絲或酚醛纖維經(jīng)碳化制得。按力學(xué)性能分為通用型和高性能型。通用型碳纖維強度為1000MPa、模量為100GPa左右。高性能型碳纖維又分為高強型（強度2000MPa、模量250GPa）和高模型（模量300GPa以上）。強度大于4000MPa的又稱為超高強型；模量大于450GPa的稱為超高模型。在聚丙烯腈基(PAN)碳纖維中，日本東麗公司的碳纖維為國際公認的代表性產(chǎn)品，分

4、為T系列(碳化產(chǎn)品)、M系列(石墨化產(chǎn)品)，規(guī)格有T300（拉伸強度大于3000MPa）、T700(拉伸強度大于4500MPa)、T800、T1000（拉伸強度大于7000MPa）等。根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格的不同,碳纖維目前被劃分為宇航級和工業(yè)級兩類,亦稱為小絲束碳纖維和大絲束碳纖維。通常把48K以上碳纖維稱為大絲束碳纖維,包括48K、60K、120K、360K和480K等。小絲束碳纖維初期以1K、3K、6K為主,逐漸發(fā)展為12K和24K。碳纖維有四種產(chǎn)品形式:纖維、布料、預(yù)浸料坯和切短纖維。布料指的是由碳纖維制成的織品；預(yù)浸料坯是將碳纖維按照一個方向一致排列,并將碳纖維或布料經(jīng)樹脂浸泡使其轉(zhuǎn)化成片狀；

5、切短纖維指的是短絲。纖維、長絲和纖維織物一般加工成預(yù)浸料。此外，還可不經(jīng)碳化和石墨化生產(chǎn)聚丙烯腈預(yù)氧化絲和活性炭纖維。碳纖維除用作絕熱保溫材料外，一般不單獨使用，多作為增強材料加入到樹脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中，構(gòu)成復(fù)合材料。碳纖維增強的復(fù)合材料可用作飛機結(jié)構(gòu)材料、電磁屏蔽除電材料、人工韌帶等身體代用材料以及用于制造火箭外殼、機動船、工業(yè)機器人、汽車板簧和驅(qū)動軸等。碳纖維是軍民兩用新材料，屬于技術(shù)密集型和政治敏感的關(guān)鍵材料。1.2碳纖維性能碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料。他的比重不到鋼的1/4，比鋁還要輕，比強度是鐵的20倍。同鈦、鋼、鋁等金屬材料相比，碳纖維具有低密度、高強度、高模量、

6、高熱導(dǎo)、耐高溫、抗化學(xué)腐蝕、低線膨脹系數(shù)、低電阻、耐化學(xué)輻射等特點，可以稱為新材料之王。但是碳纖維性脆，抗沖擊性和高溫抗氧化性較差，故很少直接應(yīng)用，大多是經(jīng)深加工制成的中間產(chǎn)物或復(fù)合材料使用，如作為樹脂、碳、金屬、陶瓷、水泥基復(fù)合材料的增強體。碳纖維外形具有顯著的各向異性，柔軟，可加工成各種織物，又由于比重小，沿纖維軸方向表現(xiàn)出很高的強度，碳纖維增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其比強度、比模量綜合指標，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料中是最高的。碳纖維還具有極好的纖度纖度的表示法之一是9000米長纖維的克數(shù)，一般僅約為19克，拉力高達300kg/mm2。目前幾乎沒有其他材料像碳纖維那樣具有那么多一系列的優(yōu)異性能，因此在旨

7、度、剛度、重度、疲勞特性等有嚴格要求的領(lǐng)域，在要求高溫，化學(xué)穩(wěn)定性高的場合，碳纖維復(fù)合材料具備不可替代的仇勢。碳纖維的物理性質(zhì)如下：(1)碳纖維的密度在1.52.0g/cm3之間，這除與原絲結(jié)構(gòu)有關(guān)外，主要決定于炭化處理的溫度。一般經(jīng)過高溫(3000)石墨化處理，密度可達2.0g/cm3。(2)碳纖維的熱膨脹系數(shù)與其它纖維不同，它有各向異性的特點。平行于纖維方向是負值(-0.72×10-6-0.90×10-6K-1)，而垂直于纖維方向是正值(32×10-622×10-6K-1)。(3)碳纖維的比熱容一般為7.12×10-1KJ/(kg·

8、;K)。熱導(dǎo)率隨溫度升高而下降。(4)碳纖維的比電阻與纖維的類型有關(guān)，在25時，高模量為775ìÙ/cm，高強度碳纖維為1500ìÙ/cm。碳纖維的電動勢為正值，而鋁合金的電動勢為負值。因此當碳纖維復(fù)合材料與鋁合金組合應(yīng)用時會發(fā)生化學(xué)腐蝕。碳纖維的化學(xué)性質(zhì)如下：碳纖維的化學(xué)性質(zhì)與碳相似，它除能被強氧化劑氧化外，對一般堿性是惰性的。在空氣中，溫度高于400時則出現(xiàn)明顯的氧化，生成CO與CO2。在不接觸空氣和氧化劑時，碳纖維具有突出的耐熱性能，與其他材料相比，碳纖維要溫度高于1500時強度才開始下降，而其他材料的晶須性能也早已大大的下降。另外碳纖維還具有良好

9、的耐低溫性能，如在液氮溫度下也不脆化，它還有耐油、抗輻射、抗放射、吸收有毒氣體和減速中子等特性。表1 不同種類碳纖維的力學(xué)性能分類拉伸強度/GPa彈性模量/GPa高強度碳纖維2.94196高模量碳纖維2.74225中模量碳纖維1.96372耐火材料0.26392碳質(zhì)纖維1.18470石墨纖維0.98981.3碳纖維的主要用用途1.3.1高科技領(lǐng)域由于使用碳纖維材料密度低、剛性好合強度高，成為一種先進的航天材料。采用碳纖維與塑料制成的復(fù)合材料制造的導(dǎo)彈發(fā)射管、固體火箭發(fā)動機殼體、衛(wèi)星和飛船上飛，噪音小，而且因質(zhì)量小而動力消耗少，可節(jié)約大量燃料。據(jù)報道，航天飛行器的質(zhì)量每減少1kg，就可使運載火箭

10、減輕500kg。1.3.2汽車和飛機制造碳纖維作為汽車材料，最大的優(yōu)點是質(zhì)量輕、強度大，重量僅相當于鋼材的2030，硬度卻是鋼材的10倍以上。所以汽車制造采用碳纖維材料可以使汽車的輕量化取得突破性進展，并帶來節(jié)省能源的社會效益。由于碳纖維增強材料有足夠強度和剛度，其適于制造汽車車身、底盤、輪轂等主要結(jié)構(gòu)件的最輕材料，可使汽車車身、底盤減重4060，相當于鋼結(jié)構(gòu)重量1/31/6，碳纖維還因其環(huán)保、耐磨特點，而應(yīng)用在制動摩擦片上，但含有碳纖維復(fù)合材料都格外貴，所以目前主要應(yīng)用在高檔轎車上。在汽車用碳纖維方面走在前沿的是日本，目前參加合作研究的有材料商東麗公司、汽車巨頭日產(chǎn)及本田公司，還有東京大學(xué)等

11、高校研究機構(gòu)，他們的目標是在2015年前后使這一材料技術(shù)達到商品化階段。采用碳纖維復(fù)合材料的大飛機，每位乘客的百公里油耗不到3升，比普通機型油耗低12%。從世界范圍看，碳纖維復(fù)合材料在小型商務(wù)飛機和直升機上的使用量已占全部材料的70至80，在大型客機上占15至50。據(jù)了解，2010年中國全面啟動和實施的國產(chǎn)大飛機研制的第一階段將采用15%的碳纖維復(fù)合材料，第二階段將采用23%至25%的碳纖維復(fù)合材料。日本東麗公司是波音公司指定的唯一有資格的碳纖維制造商，空中客車新型客機A380也將選用東麗的TORAYCA碳纖維。碳纖維復(fù)合材料約占A380飛機35噸結(jié)構(gòu)材料中的20以上，包括中央翼盒、機尾組件以

12、及壓艙壁；波音787中結(jié)構(gòu)材料有近50%需要使用碳纖維復(fù)合材料和玻璃纖維增強塑料，包括主機翼和機身。金屬結(jié)構(gòu)材料采用碳纖維復(fù)合材料后不僅可以減輕機身質(zhì)量，而且還可以保證不損失強度或剛度，大大提高了燃油經(jīng)濟性。新一代的客機將使用更高比例的碳纖維復(fù)合材料?？罩锌蛙嚬救涨靶?，碳纖維復(fù)合材料將在新一代噴氣式客機A350XWB中用于主機翼和機身材料。碳纖維在中小型噴氣客機中的需求也將快速增長。例如三菱重工計劃利用碳纖維復(fù)合材料，制作新一代支線噴氣客機MRJ主機翼和尾部組件，該機型預(yù)計在2013年進入市場。歐洲空中客車公司授予赫氏復(fù)材其遠程寬體客機A350XWB主結(jié)構(gòu)件的長期供應(yīng)合同，此合同要求赫氏復(fù)

13、材供應(yīng)碳纖維復(fù)合材料直至2025年。隨著A350XWB設(shè)計告一段落，在未來的幾個月里，赫氏復(fù)材和空客公司將共同對用于主結(jié)構(gòu)件的赫氏復(fù)材產(chǎn)品進行確認，并完成最終的規(guī)范和認證。此合同預(yù)計將給赫氏復(fù)材帶來4050億美元的收入。另外除用于主結(jié)構(gòu)件外，赫氏復(fù)材的復(fù)合材料還將用于，A350的次結(jié)構(gòu)件和內(nèi)裝飾部件，產(chǎn)品包括織物、樹脂、預(yù)浸料、膠膜、蜂窩、HexMC模壓件等，這些與A350相關(guān)的材料，也將為赫氏復(fù)材帶來相當可觀的收入。根據(jù)該合同赫氏復(fù)材將主要提供，用新一代高韌性環(huán)氧樹脂浸漬HexTow茁中模量碳纖維的HexPly茁預(yù)浸料。赫氏復(fù)材為擴大產(chǎn)能將明顯增加投資，以滿足日益增長的A350的訂單。確切的

14、投資規(guī)模和時間將按照空客公司與其它供應(yīng)商的預(yù)測進行。復(fù)合材料及其部件將由赫氏復(fù)材在美國、法國、西班牙、德國及英國的工廠生產(chǎn)。我國自行研制的碳纖維復(fù)合材料剎車預(yù)制件，其性能已全面達到國外水平。采用這一預(yù)制件技術(shù)所制備的的國產(chǎn)碳/碳剎車盤已批量裝備于國防重點型號的軍用飛機，并在B757-200型民航飛機上使用，在其它機型上的使用也在實驗考核中，并將向坦克、高速列車、高級轎車、賽車等推廣使用。1.3.3體育休閑用品體育應(yīng)用中的三項重要應(yīng)用為高爾夫球棒、釣魚桿和網(wǎng)球拍框架。高爾夫球桿的生產(chǎn)往往要使用兩到三種不同類型的碳纖維材料，不同的層厚度、方向、拉伸模量特性可滿足特定產(chǎn)品的需求，據(jù)估計每年的高爾夫球

15、棒的產(chǎn)量為3400萬副。按照國家和地區(qū)分類，這些高爾夫球棒主要產(chǎn)地為美國、中國、日本和中國臺灣，美國和日本是高爾夫球棒的主要消費地，占80%以上。全世界40%的碳纖維高爾夫球棒都是由東麗公司的碳纖維制成的。全世界碳纖維釣魚桿的產(chǎn)量約為每年2000萬副。網(wǎng)球拍框架的市場容量約為每年600萬副，其它的體育項目應(yīng)用還包括冰球棍、滑雪杖、射箭和自行車，同時，碳纖維還應(yīng)用在劃船、賽艇、沖浪和其它的海洋運動項目中。我國在20世紀80年代初開始研制碳纖維復(fù)合材料體育運動器材。1987年中山大學(xué)與東莞玻璃廠合作研制成功了碳纖維/玻璃纖維混雜增強環(huán)氧樹脂的蜂窩夾層結(jié)構(gòu)四人皮艇。2009年7月，浙江力霸皇集團開發(fā)

16、生產(chǎn)的一體式碳纖維競賽型自行車，在歐洲賣出了10萬元/輛的天價，并且市場反應(yīng)相當不錯，這種用碳纖維制造的競賽型自行車，質(zhì)量僅9.5Kg，為普通自行車的2/5，但是抗撞擊能力卻是普通自行車的8倍。1.3.4碳纖維加固建筑結(jié)構(gòu)碳纖維在土木建筑領(lǐng)域主要作為抗震修補和增強措施使用，其主要應(yīng)用是工業(yè)與民用建筑物、鐵路公路橋梁、隧道、煙囪、塔結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)體之加強補強，以及結(jié)構(gòu)中梁、板、柱、墻等構(gòu)件之加強補強。用碳纖維管制成的桁梁構(gòu)架屋頂，比鋼制品輕50%，使大型結(jié)構(gòu)物達到了實用化的水平，而且施工效率和耐震性能得到了大幅度提高。我國從1997年開始從國外引進碳纖維復(fù)合材料加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)，并開始進行了相關(guān)研

17、究。1.3.5碳纖維復(fù)合材料抽油桿深井鉆井和開采其中一個難題就是井身管柱自重大，鋼制油套管易變形斷裂。深井管柱如果底下是鋼，上面是碳纖維復(fù)合材料的話，不僅能解決這個問題，而且還耐腐蝕，又輕，比強度高。目前，碳纖維連續(xù)抽油桿已在我國部分油田得到應(yīng)用。碳纖維復(fù)合材料有兩種成型方式：拉擠和纏繞。碳纖維連續(xù)抽油桿就是拉擠成型的一種類似電影膠片的帶子，雖然厚只有4.2mm，寬僅32mm，但是它比鋼制抽油桿更耐疲勞，抗腐蝕，而且作業(yè)速度更快、更節(jié)能。據(jù)稱，碳纖維抽油桿一年約可節(jié)電7-8萬KW/h。纏繞成型的高強輕質(zhì)、耐腐蝕碳纖維油套管應(yīng)用于海洋和深井鉆采，國外已經(jīng)形成成熟配套技術(shù)系列。1.3.6風(fēng)力發(fā)電機

18、葉片風(fēng)能發(fā)電成本低廉，已成為人類開發(fā)新能源的重要領(lǐng)域。預(yù)計未來5年風(fēng)能發(fā)電的市場需求將以每年1%20%的速度增長。風(fēng)力發(fā)電裝備的關(guān)鍵部件葉片，多使用玻璃纖維增強材料(GFRP)制造，難于滿足葉片尺寸加大對剛性的要求。CFRP材料在葉片上的應(yīng)用，無疑將促進風(fēng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。就風(fēng)能系統(tǒng)而言，丹麥風(fēng)機生產(chǎn)商維斯塔斯(Vestas)預(yù)測，到2020年全球的電力消耗量中，風(fēng)電的份額最高將達到10%。該公司在風(fēng)機葉片的載荷加強桿中使用碳纖維，目前為止已經(jīng)安裝了將近3.4萬套的風(fēng)機系統(tǒng)。碳纖維在風(fēng)機葉片中的應(yīng)用已經(jīng)成為繼航空航天后的第2大應(yīng)用。歐洲和亞洲在這一領(lǐng)域遠遠領(lǐng)先于美國。風(fēng)電應(yīng)用將推動大絲束(24

19、K)碳纖維產(chǎn)量的增長。全球?qū)η鍧嵞茉吹男枨筮€將促進終端產(chǎn)品制造商的持續(xù)投資。全球風(fēng)機裝機容量的增長速度正在加快，高碳纖維含量的長葉片制成的大容量風(fēng)機將成為主要趨勢。2008年新的風(fēng)機裝機容量大約為19000MW。如果風(fēng)機的平均容量為2.5MW，那么就需要安裝7600臺風(fēng)機，葉片數(shù)量預(yù)計為22800片。我國“十五”期間的風(fēng)機裝機總?cè)萘恳堰_到1.5GW，隨著2010年中國海上風(fēng)電序幕的拉開，碳纖維在風(fēng)力發(fā)電機葉片上的應(yīng)用前景看好。1.3.7環(huán)境水域和工業(yè)污水的凈化與漁業(yè)養(yǎng)殖日本自10年前就開始利用碳纖維所特有的生物親和性進行污水的凈化試驗，并得出了良好的效果。在進行上述凈化試驗時，發(fā)現(xiàn)碳纖維吸附生

20、成大量藻類附著物，有利于魚類定居和繁殖，為碳纖維在漁業(yè)養(yǎng)殖方面的應(yīng)用展現(xiàn)了廣闊前景。1.3.8其他應(yīng)用在鐵路建筑中，大型的頂部系統(tǒng)和隔音墻在未來會有很好的應(yīng)用，這些也將是碳纖維很有前景的應(yīng)用方面。壓力容器主要用在汽車的壓縮天然氣(CNG)，罐上，而且還用在救火隊員的固定式呼吸器(SCBA)上。CNG罐源于美國和歐洲國家，現(xiàn)在日本和其他的亞洲國家也對這項應(yīng)用表現(xiàn)出了極大的興趣。碳纖維的其它應(yīng)用包括機器部件、家用電器、微機及與半導(dǎo)體相關(guān)的設(shè)備的復(fù)合材料的生產(chǎn)，可以用來起到加強、防靜電和電磁波防護的作用。另外，在X射線儀器市場上，碳纖維的應(yīng)用可以減少人體在X射線下的暴露。表2 碳纖維的主要用途及應(yīng)用

21、型態(tài)、種類二、碳纖維生產(chǎn)技術(shù)碳纖維是纖維狀的碳材料，其化學(xué)組成中含碳量在90%以上。由于碳的單質(zhì)在高溫下不能熔化，而在各種溶劑中都不溶解，所以迄今無法用碳的單質(zhì)來制碳纖維，即目前人們還不能直接用碳或石墨來抽成碳纖維，只能采用一些含碳的有機纖維（如尼龍絲、腈綸絲、人造絲等）做原料，將有機纖維跟塑料樹脂結(jié)合在一起，放在稀有氣體的氣氛中，在一定壓強下強熱炭化而成。碳纖維按照生產(chǎn)工藝可分為聚丙烯腈基碳纖維、粘膠基碳纖維、瀝青基碳纖維和氣相生長碳纖維（VGCF）。碳纖維最早由美國聯(lián)合碳化物公司和美國空軍材料實驗室于1959年投產(chǎn)，原絲采用粘膠纖維。1962年，日本碳公司進行了通用級聚丙烯腈基碳纖維的生產(chǎn)

22、。1971年，日本東麗公司的高性能聚丙烯腈基碳纖維投產(chǎn)。瀝青基碳纖維是日本吳羽化學(xué)工業(yè)公司于1973年投產(chǎn)的。目前,工業(yè)化生產(chǎn)碳纖維按原料路線可分為聚丙烯腈(PAN)基碳纖維、瀝青基碳纖維和粘膠基碳纖維三大類，但主要生產(chǎn)前兩種碳纖維。由粘膠纖維制取高力學(xué)性能的碳纖維必須經(jīng)高溫拉伸石墨化，碳化收率低，技術(shù)難度大，設(shè)備復(fù)雜，成本較高，產(chǎn)品主要為耐燒蝕材料及隔熱材料所用；由瀝青制取碳纖維，原料來源豐富，碳化收率高,但因原料調(diào)制復(fù)雜、產(chǎn)品性能較低，亦未得到大規(guī)模發(fā)展；由聚丙烯腈纖維原絲制得的高性能碳纖維,其生產(chǎn)工藝較其他方法簡單,而且產(chǎn)品的力學(xué)性能優(yōu)良,用途廣泛,因而自20世紀60年代問世以來,取得了

23、長足的發(fā)展,其產(chǎn)量約占全球碳纖維總產(chǎn)量的90%以上,成為當今碳纖維工業(yè)生產(chǎn)的主流。2.1聚丙烯腈基碳纖維聚丙烯腈纖維制備碳纖維屬于有機先驅(qū)體纖維法。即將有機纖維在200400氧化介質(zhì)（如空氣、氧、臭氧、一氧化氮、二氧化氮、三氧化硫等）氣氛中進行低溫處理，纖維內(nèi)部發(fā)生交聯(lián)、環(huán)化、氧化脫氫、脫水、脫二氧化硫以及熱分解等復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，使其變?yōu)闊岱€(wěn)定型結(jié)構(gòu)，能承受進一步高溫處理，并保持現(xiàn)狀而不熔融。此階段是形成纖維的穩(wěn)定化過程，也稱預(yù)氧化。將這種纖維再在10001500的惰性氣氛（高純氮）中進行高溫處理，此時纖維內(nèi)部產(chǎn)生交聯(lián)、環(huán)化、縮聚、芳構(gòu)化等一系列化學(xué)反應(yīng)。排除其中非碳原子，使碳含量達90%96

24、%，并形成石墨的亂層結(jié)構(gòu)，即獲得碳纖維。PAN纖維分子易于沿纖維軸向取向，碳化收率（10001500）為5055%，在脫除碳以外的雜原子時其骨架結(jié)構(gòu)很少破壞，此外在180附件存在塑性，便于紡絲后的改性處理和經(jīng)受高溫碳化處理，這些特點使其成為迄今發(fā)展高性能碳纖維最受人注目的先驅(qū)體。先驅(qū)體纖維的質(zhì)量和性質(zhì)是生產(chǎn)高性能碳纖維的前提。優(yōu)質(zhì)的原絲具備高純度、高強度、高取向度、細旦化、致密化、結(jié)晶度、原絲圓形截面形狀，變導(dǎo)系數(shù)等性能。有了制造PAN基碳纖維的方法，也有了制造技術(shù)，所以制造高性能PAN基碳纖維原絲質(zhì)量又成為一個技術(shù)焦點。事實證明誰掌握了制造高質(zhì)量的PAN基原絲誰就掌握了主動權(quán)。聚丙烯腈基碳纖

25、維的生產(chǎn)主要包括原絲生產(chǎn)和原絲碳化兩個過程。原絲生產(chǎn)過程主要包括聚合、脫泡、計量、噴絲、牽引、水洗、上油、烘干收絲等工序。碳化過程主要包括放絲、預(yù)氧化、低溫碳化、高溫碳化、表面處理、上漿烘干、收絲卷繞等工序。PAN基碳纖維制造的第一步是用丙烯腈(AN)單體制造PAN原絲，在原絲制備工藝中，需要考慮影響原絲質(zhì)量的因素，比如聚合物的相對分子質(zhì)量、聚合組分、紡絲拉伸方法等等。對于相對分子質(zhì)量的控制，工業(yè)上一般會加入相對分子質(zhì)量調(diào)節(jié)劑，控制相對分子質(zhì)量的大小在5×106左右。PAN原絲一般采用二元或三元共聚形式，共聚組分為丙烯酸類和丙烯類衍生物。第二步是原絲的預(yù)氧化和碳化。預(yù)氧化處理的目的是

26、使PAN的線性分子鏈轉(zhuǎn)化為耐熱的梯形結(jié)構(gòu)，使其在高溫碳化時不熔不燃，保持纖維形態(tài)。碳化過程是碳纖維形成的主要階段，除去了纖維中大量的氧、氮和其他元素，再經(jīng)表面處理、干燥上漿，得到具有金屬光澤的PAN基碳纖維產(chǎn)品。按紡絲方法，PAN原絲制備方法可分為濕法、干法、干濕法和熔融法等：紡絲溶劑有NaSCN、ZnCI2、HNO3、DMF(二甲基甲酰胺)、DMSO(二甲基亞砜)等。硝酸法操作不易控制，規(guī)模難以放大，安全性差，污染嚴重等，不具備工程化的條件。硫氰酸鈉法由于反應(yīng)介質(zhì)中含有大量的堿金屬離子，對碳纖維原絲的質(zhì)量影響較大，難以做出T300以上的更高強度的碳纖維產(chǎn)品。DMF法可以做出很好的碳纖維產(chǎn)品，

27、日本、臺灣的企業(yè)，都有采用該工藝的成功經(jīng)驗，但由于DMF毒性較大，已經(jīng)被限制使用。二甲基亞砜(DMSO)法是目前國內(nèi)外公認的最先進的工藝，具有技術(shù)成熟、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、原料及能源消耗低、三廢排放量少、經(jīng)濟效益好等明顯優(yōu)勢，是目前世界上PAN原絲生產(chǎn)主要采用的加工路線。表3 國外PAN基碳纖維原絲生產(chǎn)工藝一般來講，從原絲到碳纖維的工藝流程下圖所示。圖1 PAN基碳纖維的工藝流程目前，世界PAN基碳纖維技術(shù)主要掌握在日本的東麗公司、三菱人造絲公司和東邦公司，其他碳纖維企業(yè)的生產(chǎn)工藝還在不斷完善中。2.2瀝青基碳纖維瀝青基碳纖維成為目前碳纖維領(lǐng)域中僅次于PAN基的第二大原料路線。瀝青基碳纖維的優(yōu)勢為生

28、產(chǎn)成本低，市場價格約為PAN基碳纖維的1/31/4。瀝青基碳纖維分為兩大類：一類是通用級，由各向同性瀝青制造；另一類是高性能級，由各向異性中間相瀝青制造纖維。瀝青基碳纖維由于具有較高的熱傳導(dǎo)性能，反向熱膨脹系數(shù)和超高的模量，瀝青基碳纖維適用于空間技術(shù)和人造衛(wèi)星領(lǐng)域；瀝青基碳纖維獨特的熱傳導(dǎo)性能，使其在高產(chǎn)出的電氣設(shè)備中顯示出良好的散熱效果；對有效載荷有嚴格限制的運載火箭來說，瀝青基碳纖維增強材料在減輕重量上可起決定作用；瀝青基碳纖維的低密度、高熱導(dǎo)性能以及特殊的摩擦性能，對于其在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用十分有價值；而瀝青基碳纖維及其增強材料的穩(wěn)定性，也為設(shè)計制造出高性能與持久耐磨的制動系統(tǒng)提供了理想材料

29、；為了適應(yīng)開發(fā)高模量制品的需要，碳纖維生產(chǎn)商的研發(fā)目標已越來越多地轉(zhuǎn)向具有良好剛性和撓性的瀝青基碳纖維產(chǎn)品，因為它能夠提供一般纖維材料難以達到的高性能。瀝青基碳纖維的制備過程包括原料瀝青的精制、瀝青的調(diào)制、瀝青碳纖維的制取、預(yù)氧化處理、碳化和石墨化處理、后處理等步驟，其工業(yè)工藝步驟如下圖所示。石油渣油、煤瀝青、煤液化油精制或調(diào)制 （熱調(diào)劑）各向同性瀝青 各向異性瀝青（中間相）熔融紡絲 熔融紡絲各向同性瀝青纖維 各向異性瀝青纖維不熔化處理氧化氣氛（200-300）不熔化處理氧化氣氛（200-300）各向同性不融化纖維 各向異性不融化纖維炭化惰性氣體（800-1200） 炭化惰性氣體（1000-1

30、400）各向同性碳纖維 各向異性碳纖維石墨化惰性氣氛（2000-3000）石墨化惰性氣氛（2000-3000）各向同性石墨纖維 各向異性石墨纖維通用級石墨纖維 高性能石墨纖維圖2 瀝青基石墨纖維生產(chǎn)工藝流程2.3粘膠基碳纖維生產(chǎn)粘膠基碳纖維的原料主要有木漿和棉漿。美國、俄羅斯和白俄羅斯采用木漿，我國則以棉漿為主。木材棉籽絨或甘蔗渣等天然纖維素與NaOH和CS2反應(yīng)生成纖維素磺酸鈉，提純后采用一步或兩步法制得粘膠，再經(jīng)濕法紡絲成型和后處理等工序而制成碳纖維。從粘膠纖維開發(fā)成碳纖維有三個主要步驟：a、低溫分解過程（小于400）；b、炭化過程（小于1500）；c、石墨化過程（大于2500）。工藝流程

31、如下：酸洗水洗干燥干燥粘膠絲 浸漬催化劑 預(yù)氧化干燥收絲 上漿 表面處理 炭化圖3 粘膠基纖維生產(chǎn)工藝流程由粘膠纖維熱解制得的碳纖維的得率通常在1030%，由粘膠纖維制得的碳纖維，橫截面形狀大多不規(guī)則，一般呈樹葉狀。粘膠基碳纖維主要用于耐燒蝕材料和隔熱材料，應(yīng)用于軍工(如導(dǎo)彈)和航天領(lǐng)域，是不可或缺的戰(zhàn)略物資。在民用市場方面，利用其柔軟與導(dǎo)電性制作電熱產(chǎn)品，利用其孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達和容易調(diào)控的特性制造活性碳纖維系列制品，是良好的環(huán)保材料和醫(yī)用衛(wèi)生材料。粘膠基碳纖維的產(chǎn)量不足世界碳纖維總產(chǎn)量的1，但有著其它兩種碳纖維不可替代的地位。粘膠基碳纖維生產(chǎn)線每噸產(chǎn)品建設(shè)投資高達一千多萬元。2.4活性碳纖維活性

32、碳纖維是隨著碳纖維工業(yè)發(fā)展而開發(fā)的新一代多孔吸附材料，也是傳統(tǒng)吸附材料粉狀活性炭的更新?lián)Q代產(chǎn)品，我國有許多生產(chǎn)廠，如山西東綠活性碳纖維廠、山西省長治市郊區(qū)霍家工業(yè)總司活性碳纖維廠、鞍山市化學(xué)碳纖維公司、遼源化工新材料廠、秦皇島山海關(guān)金龍環(huán)保材料廠、安徽佳力奇碳纖維有限公司河北中環(huán)環(huán)保設(shè)備有限公司以及南通市活性碳纖維廠等。生產(chǎn)活性特性及其制品的原料主要有粘膠絲、PAN基纖維、瀝青纖維和酚醛纖維等。原料雖然不同，但生產(chǎn)工藝基本相似，需經(jīng)前處理或穩(wěn)定化、炭化和活化工序。生產(chǎn)原理完全不同于碳纖維。生產(chǎn)活性碳纖維的過程盡可能造孔，使其具有多孔結(jié)構(gòu)，而生產(chǎn)碳纖維則不同盡可能消除孔隙裂紋或孔洞。2.5氣相生

33、長碳纖維氣相生長碳纖維（VGCF）和螺旋形碳纖維(CCF)屬于功能型碳纖維。氣相生長碳纖維（VGCF）以低碳烴類為碳源，過渡金屬鐵、鈷、鎳等及其他們的合金、化合物等超細離子為催化劑，在氫氣還原性氣氛中使其烴類熱解（1100左右）成碳而制得纖維狀產(chǎn)物。螺旋形碳纖維(CCF)的生成過程中，催化劑是基礎(chǔ)，助催化劑是必備條件，如果沒有助催化劑的存在，則生成VGCF。催化劑是過渡金屬等，助催化劑為S/P等，他們生成共晶體；助催化劑的存在可降低共晶體的熔點，有利于CCF的生成。2.6碳纖維的產(chǎn)品形式及制造工藝碳纖維有四種產(chǎn)品形式：纖維，布料，預(yù)浸料坯，和切短纖維。布料指的是由碳纖維制成的織品。預(yù)浸料坯是一

34、種產(chǎn)品，是將碳纖維按照一個方向一致排列，并將碳纖維或布料剛樹脂浸泡使其轉(zhuǎn)化成片狀。切短纖維指的是短絲。按照不同的配比，這些產(chǎn)品和樹脂一起應(yīng)用將形成碳纖維強化塑料(CFRP)。將樹脂附在纖維上可以制成壓力容器和軋滾，將它們纏繞在一個芯兒上，然后進行塑化或硬化處理。這種方法被稱為“纏繞成型法”。將布料放入一個模型中，然后用樹脂浸泡，這就是所說的“樹脂轉(zhuǎn)注成型法(RTM)”。飛機元件的制造是通過在高壓釜中給預(yù)浸料坯加熱，加壓和塑化成型而成的。將預(yù)浸料坯纏繞在一個芯兒上，然后將其加熱和塑化，這就是所說的“薄片纏繞法”，用這種方法可以用來制成高爾夫球棒利釣魚桿。2.7碳纖維的技術(shù)難點盡管碳纖維生產(chǎn)流程相

35、對較短，但生產(chǎn)壁壘很高，其中碳纖維原絲的生產(chǎn)壁壘是難中之難，具體表現(xiàn)在碳纖維原絲的噴絲工藝、聚丙烯腈聚合工藝、丙烯腈于溶劑及引發(fā)劑的配比等。目前世界碳纖維技術(shù)主要掌握在日本的東麗公司、東邦Tenax集團和三菱人造絲集團，這三家企業(yè)技術(shù)嚴格保密，工藝難以外露，而其他碳纖維企業(yè)均是處于成長階段，生產(chǎn)工藝在摸索中不斷完善。且由于國內(nèi)原絲質(zhì)量、生產(chǎn)技術(shù)及設(shè)備等原因，無論是質(zhì)量和規(guī)模與國外相比差距都很大。2.7.1原絲制備和CF（碳纖維）生產(chǎn)一體化原絲品質(zhì)直接影響CF性能的穩(wěn)定性以及企業(yè)對碳纖維品質(zhì)和生產(chǎn)成本的控制。碳纖維生產(chǎn)成本中，原絲占50%60%成本，在市場中只有掌握高性能的原絲生產(chǎn)技術(shù)，才能處于

36、優(yōu)勢。日本東麗集團早在1950年代就掌握了碳纖維的生產(chǎn)方法，但由于原絲質(zhì)量差，嚴重影響了成品。該公司自1962年起暫停了碳纖維的生產(chǎn)，花了5年的時間研究原絲制造技術(shù)，之后才成為全球碳纖維霸主?，F(xiàn)在，碳纖維生產(chǎn)廠商中無論是東麗、東邦人造絲(TohoRayon)、三菱人造絲(MitsubishiRayon)、臺塑、韓國泰光及英國R.K，原都是壓克力棉的制造商。最近韓國泰光的碳纖維原絲(Precursor)的供應(yīng)者英國R.K，退出了碳纖維燒成市場，僅從事原絲生產(chǎn)。國外一些知名的碳纖維公司，如東麗、東邦和三菱人造絲公司等均擁有自己配套的原絲生產(chǎn)裝置，即從制造原絲到碳纖燒成的廠商僅剩東麗、東邦、三菱人造

37、絲公司等。PAN基原絲應(yīng)該是：1.具有超高分子量，以減少大分子末端造成缺陷；2.單絲直徑要小，既有利于氧分子深入，又有利于非碳元素的驅(qū)逐；3.纖維必須有高的強度，即從結(jié)構(gòu)上說：要有高的取向度，有利于碳纖維結(jié)晶向規(guī)整性方向靠攏；4.要有合適的共聚單體，有利于環(huán)化的發(fā)生。綜上所述，可以認為進行超高分子量聚合體的制備及其干濕法細但高強PAN基原絲的紡絲成形研究是當務(wù)之急，問題的關(guān)鍵所在。2.7.2重視CF及其制品回收再利用CF制品多用于特殊領(lǐng)域，其使用壽命和更新周期均有嚴格要求，大量廢棄的CF產(chǎn)品急待處理。據(jù)日本三菱人造絲公司估計，目前全球廢棄的CFRP大約為2萬t。隨著CF生產(chǎn)能力的擴大及增強材料

38、的大量使用，環(huán)境友好要求企業(yè)重視CF的回收利用。發(fā)達國家已開始了這項工作：德國Thuringian（TITK）研究所開發(fā)的新工藝，不采用撕切處理就能從廢棄CF紡織品中獲取長度20mm，一般長度為3070mm的碳纖維；西班牙INASMET運輸安全機構(gòu)經(jīng)過兩年的研究試驗，采用化學(xué)和熱解處理技術(shù)開發(fā)了CF-環(huán)氧樹酯復(fù)合材料回收再利用的新途徑，其回收產(chǎn)品可用于一般的CFRP。據(jù)中國環(huán)氧樹脂行業(yè)協(xié)會專家介紹，日本東麗公司、帝人公司(日本東京)，和三菱麗陽公司計劃聯(lián)手大規(guī)模生產(chǎn)循環(huán)碳纖維，以促進高強輕質(zhì)材料的回收利用。他們計劃建立一個合資企業(yè)，從飛機和其他設(shè)備中回收和循環(huán)利用使用過的碳纖維，然后將其與塑料

39、混合，制造成每千克約2000日元材料，該價比同強度不可回收材料低30%。其最初尋求的銷售渠道是將這種材料出售給筆記本電腦制造商。循環(huán)碳纖維的年產(chǎn)量將從開始的幾百噸，增加到目前世界最大產(chǎn)量1000噸。三、國內(nèi)外碳纖維行業(yè)狀況3.1國外碳纖維行業(yè)狀況世界碳纖維的主要生產(chǎn)商為日本的東麗、東邦人造絲、三菱人造絲三大集團和美國的卓爾泰克（ZOLTEK）、阿克蘇（AKZO）、阿爾迪拉（ALDILI）、德國的SGL公司、中國臺灣的臺塑公司及韓國的泰光產(chǎn)業(yè)公司等。其中日本三大集團占世界生產(chǎn)能力的75%。日本東麗公司是目前全球最大的碳纖維生產(chǎn)公司之一，形成了從原料到聚合、紡絲、織布、印染和縫制的一條龍業(yè)務(wù)。這個

40、公司創(chuàng)立于1926年1月。1984年，日本東麗公司(Toray)率先研制成功T800級碳纖維。東麗公司是波音公司B787中碳纖維/環(huán)氧預(yù)浸料的唯一供應(yīng)商，兩家家公司已經(jīng)就Torayca預(yù)浸料簽訂了長達18年的供應(yīng)合同，一直到2021年。據(jù)報道B787主要結(jié)構(gòu)的合同價值，高達20.3億歐元(30億美元)。當前世界上PAN基炭纖維正處于迅速增長的發(fā)展期：產(chǎn)品性能趨向于高性能化，T700S加快取代T300作通用級炭纖維；航天航空和體育用品用量增加穩(wěn)定，民用工業(yè)用量增幅較大，已超過前兩者，特別是隨著大絲束炭纖維的大規(guī)模生產(chǎn)，價格的降低，民用工業(yè)需求增加迅猛。世界著名的碳纖維生產(chǎn)企業(yè)，它們都在積極擴展碳

41、纖維生產(chǎn)，繼續(xù)加強其在世界市場上的主導(dǎo)地位，并紛紛實現(xiàn)從原絲到下游復(fù)合材料一體化的配套生產(chǎn)體制，碳纖維及其下游產(chǎn)品己成為這些公司的支柱產(chǎn)業(yè)和新的經(jīng)濟增長點。美國是碳纖維生產(chǎn)大國，更是消費大國，世界碳纖維40%以上的市場在美國。目前，美國正在開發(fā)碳纖維復(fù)合材料的五大新市場，即清潔能源車輛、土木建筑工程、近海油田勘探和生產(chǎn)、風(fēng)力發(fā)電機大型葉片、高爾夫球桿和球拍。這是推動美國和世界碳纖維復(fù)合材料大發(fā)展的動力。隨著碳纖維生產(chǎn)規(guī)模的擴大和生產(chǎn)成本的下降，在增強木材、機械和電器零部件、新型電極材料乃至日常生活用品中的應(yīng)用必將迅速擴大。除日美之外，德國、英國、臺灣和韓國也具有一定碳纖維復(fù)合材料生產(chǎn)能力。國外

42、碳纖維及復(fù)合材料業(yè)已步入良性循環(huán)，而我國目前尚不具備國際競爭能力。圖4 國際碳纖維生產(chǎn)企業(yè)市場比例表4海外PAN基碳纖維生產(chǎn)廠家產(chǎn)能3.2國內(nèi)碳纖維行業(yè)狀況我國在上世紀60年代就注意到了發(fā)展聚丙烯腈碳纖維的重要性。上世紀70年代，由國家組織了各方力量對聚丙烯腈碳纖維進行技術(shù)跟蹤，并開始碳纖維研究開發(fā)工作。上世紀70年代后期，中科院山西煤化所開發(fā)成功連續(xù)氧化碳化技術(shù)。上世紀80年代，吉林石化公司的硝酸法原絲實施了中試化，并于上世紀80年代末引進一條百噸級PAN基碳纖維生產(chǎn)線，開創(chuàng)了中國引進國外碳纖維裝備與技術(shù)的先例。同時在國家的支持下，上世紀80年代開始先后在山西榆次化纖廠、上海合成纖維研究所開

43、展以二甲基亞砜(DMSO)為溶劑的原絲技術(shù)研究。國內(nèi)其他單位，如中科院北京化學(xué)所、中科院長春應(yīng)用化學(xué)研究所、安徽大學(xué)、東華大學(xué)和湖南大學(xué)等研究單位，蘭州化纖、遼陽石化等企業(yè)也陸續(xù)開展了以PAN纖維為主體的研究工作。近十年來，隨著碳纖維應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，碳纖維需求量日益增加，尤其是在國防軍工的重要用途，國家進一步加大了對碳纖維發(fā)展的支持力度?！笆濉逼陂g在國家“863”項目的推動下，形成了北京化工大學(xué)、中科院山西煤化所、山東大學(xué)為主要力量的3個有研究基礎(chǔ)，能夠在噸級規(guī)模上進行聚丙烯腈碳纖維工程化技術(shù)研究的試驗基地。2010年1月，中國國家科技部將吉林省吉林市認定為國家碳纖維高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化基地，

44、這也是科技部認定的唯一碳纖維產(chǎn)業(yè)化基地，這標志著吉林的碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展上升為國家發(fā)展戰(zhàn)略層面，成為中國發(fā)展碳纖維產(chǎn)業(yè)的重點基地。20世紀70年代初，上海焦化廠以煤焦油為原料成功地制取了瀝青基碳纖維，但因試驗結(jié)果不穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量不高而中止。1979年，中國科學(xué)院山西煤化所開始研制瀝青基碳纖維，1985年通過小試。在此基礎(chǔ)上，冶金部在煙臺籌建了新材料研究所，生產(chǎn)通用級瀝青碳纖維，規(guī)模70100t/a，主要做飛機的剎車片。90年代初擴大到150t/a。但由于設(shè)備未過關(guān)，又無改造資金，處于停產(chǎn)狀態(tài)。我國碳纖維的生產(chǎn)和使用尚處于起步階段，2011年，國內(nèi)碳纖維的總產(chǎn)量不足2000t，僅占世界高性能碳纖維總

45、產(chǎn)量的0.4左右，主要是小絲束，品質(zhì)接近或達到T300水平，強度在3.0GPa，但產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，與國外先進水平尚有差距。國內(nèi)用量的90以上靠進口。表5 2000-2006年國內(nèi)碳纖維的凈進口量(t/a）圖5 我國碳纖維進口來源地情況(2009年) 單位:噸圖6 我國碳纖維使用地情況(2009年) 單位:噸3.3國內(nèi)碳纖維企業(yè)介紹近年來由于碳纖維市場需求的緊迫性促使我國許多企業(yè)去發(fā)展碳纖維，特別是采用二甲基亞砜法的聚丙烯腈碳纖維路線。據(jù)不完全統(tǒng)計，至2009年8月，國內(nèi)有幾十家企業(yè)介入碳纖維或PAN原絲生產(chǎn)，已建成碳纖維年生產(chǎn)能力3000多噸，在建1.4萬噸，計劃2011年前動工建設(shè)1.5萬噸

46、，已投入資金數(shù)十億元，規(guī)劃能力為8萬10萬噸。目前國內(nèi)投資碳纖維熱度不減，幾乎每月都會有新上碳纖維項目的消息，但產(chǎn)品質(zhì)量預(yù)計大多在接近或達到T300水平上，(實際產(chǎn)量還需準確統(tǒng)計)，但目前仍存在生產(chǎn)工藝流程長，控制點多，連續(xù)穩(wěn)定運行困難，達不到設(shè)計能力等問題。同時我國各種碳纖維增強復(fù)合材料制品廠家已有百余家。我國幾十年來曾建設(shè)碳纖維的廠家有數(shù)十家，但能長久存活下來的企業(yè)沒有幾個，也未見有哪個企業(yè)能夠做大做強，目前我國最主要的碳纖維生產(chǎn)企業(yè)有：1、中復(fù)神鷹碳纖維有限公司 成立于2006年，是由中國復(fù)合材料集團有限公司、連云港鷹游紡機有限責(zé)任公司和江蘇奧神集團有限責(zé)任公司合資組建的公司，是專業(yè)研究

47、和生產(chǎn)碳纖維原絲、碳絲及其復(fù)合材料制品的企業(yè)。公司擁有全套的碳纖維原絲生產(chǎn)線和碳化生產(chǎn)線，主要生產(chǎn)設(shè)備完全依靠自身技術(shù)能力設(shè)計制造，從設(shè)備到產(chǎn)品實現(xiàn)了百分之百國產(chǎn)化，具有年產(chǎn)3200噸原絲、1220噸碳絲前后配套的生產(chǎn)能力。中復(fù)神鷹的產(chǎn)品大部分提供給中國復(fù)合材料旗下生產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電葉片的中復(fù)連眾公司。該公司計劃從2009年起，將以攻關(guān)T700碳纖維為重點，開工建設(shè)2000噸生產(chǎn)線，力爭用3至5年時間達到萬噸生產(chǎn)能力。在2011年國內(nèi)的碳纖維市場上，中復(fù)神鷹銷售碳纖維996噸，占1500噸國產(chǎn)碳纖維市場的三分之二。(2)中鋼吉炭全資子公司神州碳纖維有限責(zé)任公司 生產(chǎn)軍用碳纖維，是國防科工委唯一一家制

48、定采購企業(yè)，用于我國神州飛船系列等軍事國防產(chǎn)品，但每年用量僅為10噸碳纖維。公司民用碳纖維一期500噸/年的生產(chǎn)線建設(shè)將于今年8月投產(chǎn)，二期1500噸/年的生產(chǎn)線建設(shè)將于2012年年底投產(chǎn)。目前為我國第二大碳纖維生產(chǎn)企業(yè)。(3)2009年3月5日，沈陽康平高性能碳纖維產(chǎn)業(yè)園框架協(xié)議簽約，該項目總投資30億元，由中國化學(xué)纖維工業(yè)協(xié)會牽頭，中纖創(chuàng)業(yè)投資公司、中國恒天集團等5家大型企業(yè)共同組建的沈陽中恒碳纖維產(chǎn)業(yè)集團有限公司投資建設(shè)，投產(chǎn)后將實現(xiàn)年產(chǎn)PAN原絲12500t/a、PAN-CF5000t、碳纖維預(yù)浸料400萬m2。(4)大橡塑 是國內(nèi)唯一具有碳纖維預(yù)浸料設(shè)備生產(chǎn)能力的企業(yè)。碳纖維應(yīng)用大都

49、通過預(yù)浸料來實現(xiàn)。預(yù)浸料的精度直接影響碳纖維應(yīng)用質(zhì)量，大橡塑600346碳纖維預(yù)浸料生產(chǎn)線研發(fā)項目填補國內(nèi)空白，達到國際先進水平，可替代進口。高精度碳纖維預(yù)浸料生產(chǎn)線瑞士制造商報價為500萬歐元，德國制造商報價為600萬歐元，大橡塑同類產(chǎn)品價格只有他們的1/41/5。我國碳纖維的研制正處于T300通用級向高性能T700和T800級的過渡期。因此，高性能碳纖維幾乎完全靠進口，市場期盼和等待國產(chǎn)高性能碳纖維早日上市，以滿足各行各業(yè)的需求。攻堅核心技術(shù)（氨化、皮芯結(jié)構(gòu)）、制造關(guān)鍵設(shè)備（高壓水蒸汽牽伸機、預(yù)氧化爐、低溫碳化爐）和嚴格品質(zhì)監(jiān)管，步步提升，加快發(fā)展。雄厚資金是研發(fā)的前提，技術(shù)進步是發(fā)展的基

50、礎(chǔ)，有序競爭是優(yōu)勝劣汰的市場規(guī)律。四、碳纖維的市場發(fā)展4.1碳纖維盈利分析碳纖維的生產(chǎn)工藝短、成本構(gòu)成比較簡單，根據(jù)碳纖維相關(guān)行業(yè)資料及工藝參數(shù)，我們可以大體測算出碳纖維原絲、碳纖維的生產(chǎn)成本。以年產(chǎn)1000噸碳纖維規(guī)模，4個億的固定資產(chǎn)投入（設(shè)備進口），每公斤碳纖維耗2.2公斤原絲計算，以丙烯腈1.5萬元/噸的銷售價格，我們可以大體測算出碳纖維原絲及碳纖維的生產(chǎn)成本分別為4.4萬元/噸、18萬元/噸。目前軍工級碳纖維（3-6K）的售價為200萬元/噸，民用碳纖維（12K）的售價為55萬元/噸，而碳纖維的生產(chǎn)成本為18萬元/噸，如以民用碳纖維為例，其毛利為37萬元/噸，即便加上3萬噸的營業(yè)費用

51、和33%的所得稅率，民用碳纖維的凈利潤也用25萬元/噸，如果考慮軍品售價200萬元/噸和33%的所得稅減免，則其噸碳纖維的凈利將會達到170萬元/噸。由于巨額利潤的驅(qū)使，將會導(dǎo)至碳纖維的快速增長。因此，質(zhì)量是關(guān)健，投資須慎重。且碳纖維產(chǎn)業(yè)是由原絲（PAN）生產(chǎn)再到預(yù)浸料再到具體的終端產(chǎn)家這么一個產(chǎn)業(yè)鏈。每一級的深加工都有高幅度的增值。4.2全球需求量將以年均15-16的高速度增長世界碳纖維的消費結(jié)構(gòu)集中在工業(yè)應(yīng)用、航天航空和體育休閑三個方面，目前工業(yè)約占總消費量的58%；航空航天方面應(yīng)用約占23%，體育運動器材應(yīng)用約占19%。據(jù)美國市場調(diào)研公司Lucintel統(tǒng)計，2008年碳纖維的產(chǎn)值為15

52、億美元，消費量按地區(qū)分布為：歐洲占30%，北美占35%、日本占15%、世界其他地區(qū)占20%。1991-2009年，碳纖維在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的消耗是持續(xù)增長的，航空航天領(lǐng)域基本保持平衡，而體育用品在碳纖維應(yīng)用的比例則持續(xù)下降，碳纖維應(yīng)用逐漸從航空航天、體育用品向民用工業(yè)應(yīng)用轉(zhuǎn)移，特別是隨著大絲束碳纖維的大規(guī)模生產(chǎn)，其價格將不斷降低，民用工業(yè)用量將繼續(xù)保持大幅度增加的趨勢。文體用品方面，目前碳纖維材料已從釣魚竿和高爾夫球棒推廣到網(wǎng)球拍、羽毛球拍、高爾夫球桿、冰雪運動器材、水上運動器材等方面，需求量穩(wěn)步、較快增長。其中高爾夫球桿、網(wǎng)球拍和釣魚竿是體育用品用碳纖維復(fù)合材料的三大支柱產(chǎn)品、約占該類產(chǎn)品的80

53、%。一般產(chǎn)業(yè)對碳纖維材料的應(yīng)用發(fā)展比較迅速，包括基礎(chǔ)設(shè)施的修復(fù)、更新和加固；新能源開發(fā)如沿海油氣田、深海油田的鉆井平臺、管道和纜繩等，以及風(fēng)力發(fā)電機的螺旋槳和風(fēng)葉；汽車的剎車系統(tǒng)、轉(zhuǎn)動軸、車身以及環(huán)保汽車用的壓縮天然氣氣瓶；電子領(lǐng)域的應(yīng)用主要有通信、廣播、地球觀測、空間探測以及各種飛行器的高精度天線。一般產(chǎn)業(yè)的需求增長較快，將成為碳纖維新的主要應(yīng)用領(lǐng)域。據(jù)復(fù)合材料市場報告克利斯.蘭德（ChrisRed）的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，過去的2005-2010年全球碳纖維需求復(fù)合增長率近9%，預(yù)測2010-2018年碳纖維需求復(fù)合增長率將達到15.12%。AJR咨詢公司托尼.羅伯次（TonyRoberts）預(yù)計20

54、10-2018年碳纖維需求復(fù)合增長率為13.39%。增長的動力主要來自全球風(fēng)能市場高速增長、汽車輕量化趨勢對碳纖維的需求量大增，以及航空航天市場穩(wěn)定增長。圖7 國際碳纖維需求量圖8 三大領(lǐng)域碳纖維應(yīng)用比例4.2國外碳纖維的產(chǎn)能高速擴張隨著碳纖維需求的強勁與用途的拓展，刺激了國外碳纖維生產(chǎn)商擴張的欲望。7大碳纖維制造商東麗、東邦、三菱麗陽、SGL、Hexcel、Cytec和Zoltek，已宣布計劃在未來35年擴產(chǎn)78%，總投資額為87970萬歐元(13億美元)。世界最大的東麗將投資710億日元在日、美、法3個基地增加生產(chǎn)線，目標使其市場占有率由現(xiàn)在的34%提高到38%。東邦特納克斯將投資107億

55、日元在日本和德國建設(shè)新的生產(chǎn)線。另外吳羽和日本石墨纖維這兩家以煤炭瀝青和石油瀝青為原料的瀝青基碳纖維生產(chǎn)企業(yè)，也正以能源問題和環(huán)境問題為契機，努力擴大市場需求。五、我國碳纖維發(fā)展的問題和前景在碳纖維應(yīng)用方面，發(fā)達國家碳纖維應(yīng)用比例分別是工業(yè)應(yīng)用49%、航空航天19%、體育休閑32%；而我國是體育休閑占比最高達65%左右，工業(yè)應(yīng)用約為31%，航空航天僅4%左右。目前制約我國碳纖維技術(shù)發(fā)展的主要問題是：a)原絲生產(chǎn)技術(shù)。PAN優(yōu)質(zhì)原絲是生產(chǎn)碳纖維的關(guān)鍵之一。通常,原絲成本占碳纖維生產(chǎn)成本的50%65%,制約著碳纖維的穩(wěn)定生產(chǎn)和生產(chǎn)成本。原絲要求高純化、高強化、細旦化、致密化、均質(zhì)化。由于國產(chǎn)碳原絲在生產(chǎn)過程中大部分采用民用腈綸原液,雜質(zhì)含量較高,造成碳纖維性能不穩(wěn)定,離散系數(shù)較大。目前國產(chǎn)原絲在純度、強度以及均質(zhì)化方面與國外相比存在較大差距，大大制約了國產(chǎn)碳纖維的產(chǎn)品質(zhì)量。b) 表面處理技術(shù)。大部分國產(chǎn)碳纖維未經(jīng)過表面處理，制成復(fù)合材料層間剪切強度偏低。沒有經(jīng)過表面處理的國產(chǎn)碳纖維不能用作高性能要求的先進復(fù)合材料增強體，也不能在航空、航天等國防部門中用來制作主承力構(gòu)件c) 耐高溫材料及大型高溫爐。國產(chǎn)碳化爐目前采用僅能允許在1400以下使用的碳化硅作為發(fā)熱體，高溫環(huán)境下碳化硅抗負荷強