碳纤维及其复合材料产业调研报告(正稿）.doc

中国碳纤维产业调研报告 目 录中国碳纤维产业调研报告目 录目 录i第1章 碳纤维介绍- 1 -1.1 国外碳纤维产业发展概况- 1 -1.2 碳纤维的物理性能- 2 -1.3 碳纤维的生产工艺- 2 -1.4 碳纤维的产品形式- 3 -1.4.1 碳纤维编织材料- 3 -1.4.2 碳纤维增强复合材料- 4 -1.5碳纤维技术进展及发展趋势- 5 -1.5.1 技术进展- 5 -1.5.2 最新碳纤维技术动向- 6 -1.5.3 发展趋势- 7 -第2章 世界碳纤维供需分析- 8 -2.1 世界碳纤维生产能力- 8 -2.1.1 世界小丝束碳纤维生产能力- 9 -2.1.2 世界大丝束碳纤维生产能力- 10 -2.1.3 世界碳纤维生产能力主要企业分布- 11 -2.1.4 世界碳纤维生产能力按地区分布- 17 -2.2 世界碳纤维消费状况及结构- 17 -2.3 世界碳纤维需求分析- 20 -2.4 碳纤维生产分析- 24 -2.5 重点应用领域状况分析- 26 -2.5.1 航天航空- 27 -2.5.2 体育休闲用品- 30 -2.5.3 汽车工业- 31 -2.5.4 一般工业应用- 32 -第3章 中国碳纤维行业分析- 34 -3.1 中国pan基碳纤维生产现状及趋势- 34 -3.1.1 中国pan基碳纤维生产状况- 34 -3.1.2 中国碳纤维行业发展趋势- 36 -3.1.3 国产碳纤维存在的主要问题- 38 -3.1.4 对我国碳纤维发展的建议- 38 -3.2 中国碳纤维生产技术开发及应用- 39 -3.3 中国碳纤维消费结构分析- 40 -3.4 中国碳纤维需求状况- 41 -3.5 价格分析- 44 -3.6 我国碳纤维行业未来走向- 45 -3.6.1 碳纤维制备技术方面- 45 -3.6.2 碳纤维应用方面- 45 - 50 -中国碳纤维产业调研报告 第1章 碳纤维介绍第1章 碳纤维介绍1.1 国外碳纤维产业发展概况目前世界各国发展的主要是pan基碳纤维和沥青基碳纤维。世界pan 基碳纤维生产厂商主要有日本toray(东丽)、toho(东邦)、mitsubishi rayon(三菱人造丝)，美国hexcel(赫克塞尔)、amoco(阿莫科)和zoltek(卓尔泰克)等公司。沥青基碳纤维主要生产厂商有日本mitsubishi chem(三菱化学)、kureha (吴羽)、donac与美国amoco 公司。pan基碳纤维是当今世界碳纤维发展的主流，占世界碳纤维市场的90%以上。国际上pan基碳纤维的生产，从20世纪60年代起步，经过7080年代的稳定，90年代的飞速发展，到21世纪初其生产工艺技术已经成熟。起初，碳纤维主要用于军工和宇航，经过40余年的发展，其应用领域正在向工业领域和普通民用领域扩大。现已发展成为大丝束碳纤维和小丝束碳纤维两大种类。大丝束碳纤维对前驱体要求较低，产品成本低，较适合于一般民用产品t-700及以下系列产品开发。小丝束碳纤维追求高性能，代表着国际碳纤维发展的先进水平。对于高性能pan基碳纤维，美、日等发达国家均极为重视，在研发、生产方面给予经费、人力上的大力支持，并获得成功。特别是在日本，碳纤维工业已成为该国十大高技术产业之一。日本东丽、东邦及三菱人造丝三家公司是pan基碳纤维(小丝束)的著名生产厂家。这三家公司依靠其多年来对纺丝工艺理论的精通和纺丝新技术的基础研究、应用研究和开发研究方面的丰硕成果，大量生产出高性能碳纤维，使日本迅速成为世界碳纤维强国，无论质量还是数量上均处于世界领先地位。东丽公司更是世界上高性能碳纤维研究、生产的“领头羊”。美国是继日本之后掌握碳纤维生产技术的少数几个发达国家之一，其碳纤维主要厂商为hexcel、amoco公司，它们与日本东丽、东邦及三菱人造丝公司为当今世界碳纤维的5大生产商。pan基大丝束碳纤维由美国fortail和美国zoltek公司商品化。世界主要生产大丝束(lt)碳纤维的厂家是美国阿克苏(akz0)、卓尔泰克(zoltek)和阿尔笛拉(aldila)三大公司，其大k束的产量之和占世界lt总量的73.7%。值得注意的是日本东丽公司、三菱公司也开始大量生产24k及以上级别大丝束碳纤维。促使大丝束碳纤维迅猛发展的原因可能如下：(1) 市场的需求。九十年代前，航天航空需要高性能小丝束碳纤维，即使价格高也可用轻量化效果来解决。但九十年代以后对于航天航空工业来说，高价碳纤维限制它的应用，需开发价格较低的大k束碳纤维。同时，12k以上碳纤维的性能也可满足航天航空工业的需求，性能与价格比占有一定优势。(2)可大量生产，碳纤维原料成本较低。pan原丝k数愈大，价格愈低。以国产小丝束pan原丝为例，1k、3k、6k原丝比12k原丝的价格分别高316%、100%和38%左右。对于pan基碳纤维生产线来说，原丝占成本价格的5665%左右，原丝价格低必然使碳纤维价格随之而下降。(3)大k数碳纤维制造加工成本较低。对于同一条碳纤维生产设备来说k数大的原丝，产量愈高，越有利于碳纤维价格的下降。如对1条100 t/a碳纤维生产线而言(以12k计算)，如果生产1k、3k和6k碳纤维，年产量分别是15 t、35 t和62 t。1.2 碳纤维的物理性能由于碳纤维具有出色的力学性能和化学稳定性，是目前已大量生产的高性能纤维中具有最高的比强度和最高的比模量的纤维，特别是在2000以上的高温惰性环境中，碳材料是唯一强度不下降的物质，是其它主要结构材料(金属及其合金)所无法比拟的。此外，碳纤维还兼有其它多种优良性能，如低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、电及热导性高、热膨胀系数低、x光穿透性高，非磁体但有电磁屏蔽性等。1.3 碳纤维的生产工艺聚丙烯腈基碳纤维是目前碳纤维发展的主流，占据主要市场份额，世界上几条著名的pan基碳纤维生产线大多是从原丝开始，直到碳纤维以及中、下游产品开发。例如：日本东丽、东邦、三菱人造丝公司，美国的赫克利公司和阿莫科公司，以及中国台湾地区的台塑都是从聚合、纺丝开始，国外原丝主要生产工艺路线见表1-1。目前pan基碳纤维的主要生产方法有硝酸法、硫氰酸钠法、dmf法和二甲基亚砜(dmso)法等。硝酸法操作不易控制，规模难以放大，安全性差，污染严重等，不具备工程化的条件。硫氰酸钠法由于反应介质中含有大量的碱金属离子，对碳纤维原丝的质量影响较大，难以做出t300以上的更高强度的碳纤维产品。dmf法可以做出很好的碳纤维产品，日本、台湾的企业，都有采用该工艺的成功经验，但由于dmf毒性较大，已经被限制使用。二甲基亚砜(dmso)法是目前国内外公认的最先进的工艺，dmso腐蚀性小，可以靠简单的减压蒸馏提纯，日本东丽公司采用了该工艺。表1-1 国外pan基碳纤维原丝生产工艺研制单位溶剂工艺路线纺丝方法日本东丽日本东邦美国basf日本三菱人造丝二甲基亚砜氯化锌水溶液二甲基乙酰胺二甲基甲酰胺一步法一步法二步法一步法湿纺湿纺熔纺湿纺湿纺日本爱克纶英国考特尔兹日本旭化成nascn二甲基甲酰胺nascn二甲基压砜二步法二步法一步法二步法湿纺湿纺湿纺干喷湿纺1.4 碳纤维的产品形式1.4.1 碳纤维编织材料表1-2 碳纤维和深加工制品及其应用概况碳纤维长丝预浸料单项预浸料(无纬布)双向预浸料(带、布)束丝预浸料织物二维织物三维织物多维织物短切纤维碳纤维纸粒料微纤(研磨)镀、喷金属各种浸渍物短切复合纤维包覆塑料导线电缆碳纤维主要有四种产品形式：纤维、布料、预浸料坯和短切纤维。布料是指由碳纤维制成的织品；预浸料坯是将碳纤维按照一个方向一致排列，并将碳纤维或布料经树脂浸泡使其转化成片状；短切纤维指的是短丝。碳纤维产品形式及加工制品如上表1-2所示。1.4.2 碳纤维增强复合材料碳纤维增强复合材料主要包括：碳纤维增强陶瓷基复合材料，c/c复合材料，碳纤维增强金属基复合材料，碳纤维增强树脂基复合材料等，它们的主要用途见表1-3。(1) 碳纤维增强陶瓷基复合材料用碳纤维增强陶瓷可有效改善韧性，改变陶瓷脆性断裂形态，同时阻止裂纹在陶瓷基体中的迅速传播、扩展。目前国内外比较成熟的碳纤维增强陶瓷材料是碳纤维增强碳化硅材料，在航空发动机、可重复使用航天飞行器等领域广泛应用。(2) c/c复合材料它是由碳纤维或织物、编织物等增强碳基复合材料构成，主要由各类碳组成，即纤维碳、树脂碳和沉积碳。这种材料除具备高强度、高刚性、尺寸稳定、抗氧化和耐磨损等特性外，还具有较高的断裂韧性和假塑性。在高温环境中，强度高、不熔不燃，广泛应用于导弹弹头，固体火箭发动机喷管以及飞机刹车盘等领域。表1-3 碳纤维的主要用途及应用形态、种类种类用途 有关产业丝束高温隔热材料电子、汽车、飞机、原子能复合材料cfrcf增强树脂(cfrp)密封材料化学、石油工业、石油、汽车功能材料(滑动、导电、耐腐蚀材料等)电子、电工、机械、宇航、飞机、化学cf增强碳(cfrc)结构材料(重要较高模量的一次，二次结构用才)运动器材、飞机、宇航、电工、医疗烧蚀材料 宇航cf增强金属(cfrm)摩擦材料汽车、铁道、飞机、机械炭、石墨材料钢铁、电工cf增强水泥(cfrc)有关电池的基材电力、汽车建筑、土木材料船舶、住宅建设(3) 碳纤维增强金属基复合材料碳纤维增强金属基复合材料具有高的比强度和比模量，高的韧性和耐冲击性能。目前碳纤维增强铝、镁基复合材料的制备技术比较成熟。(4) 碳纤维增强树脂基复合材料 (cfrp)它具有轻质、高强、耐高温、抗腐蚀、热力学性能优良等特点，被广泛应用作结构材料及耐高温烧蚀材料。碳纤维增强树脂复合材料所用树脂基体主要分为两类，一类是热固性树脂，另一类是热塑性树脂。碳纤维增强热塑性塑料是指碳纤维为分散质，热塑性塑料为基体的纤维增强塑料。用碳纤维增强热塑性塑料近年来发展较快，其特点是：强度与刚性高，蠕变小，热稳定性高，线膨胀系数小：减摩耐磨，不损伤磨件，阻尼特性优良。碳纤维增强热固性塑料是以热固性塑料为基体，以碳纤维及其织物为分散质的纤维增强塑料。碳纤维及其织物与环氧、酚醛等树脂制成的复合材料具有强度高、模量高、密度小、减摩耐磨、自润滑、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、热膨胀系数小、导热率大，耐水性好等特点。1.5碳纤维技术进展及发展趋势1.5.1 技术进展当前，pan基碳纤维向两个方面发展：一是提高，二是普及。提高是指小丝束碳纤维(124k)的质量提高，普及是指大丝束碳纤维(48540k)的产量大幅度增加，价格日趋下降。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。国外碳纤维主要生产商都在积极地开发超高强度、超高模量的碳纤维。日本东丽公司已开发出高强型t1000系列碳纤维，其抗拉模量为295 gpa，拉伸强度达7.05 gpa，而高强高模msj型抗拉模量达640 gpa，抗拉强度为3.62 gpa。在新工艺和新技术方面，日本三大公司和韩国cheil合成工业公司继承发明了pan原丝至碳化等系统的新技术，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基大丝束的烧成方法，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高模量的碳纤维。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。 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，同时提高复合材料性能和降低制造成本。总的来讲，制备碳纤维的新技术可归纳为三大方面：(1) 研究发展廉价原丝。在高性能碳纤维成本中原丝所占比例约为40-60%，国外从两方面降低原丝的成本，一是试探采用聚丙烯腈外的其它材料作为制备高性能碳纤维的原丝，包括低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和聚丙烯等其它聚烯类高分子材料以及木质素等；二是改进现有工艺聚丙烯腈原丝的技术，达到降低成本的目的，包括采用纺织用的聚丙烯腈、化学改性、辐照稳定化处理等。(2) 研究发展新的预氧化技术。预氧化工序在高性能碳纤维成本中所占的比例约为15-20%，而且预氧化工序的时间也比较长。缩短生产周期，降低成本有重大现实意义。目前在预氧化方面的新思路是采用等离子技术。(3) 研究发展新的碳化和石墨化技术。碳化和石墨化是制备高性能碳纤维的关键工序，在成本中所占比例约为25-30%，对产品的最终性能影响极大。在碳化和石墨化方面的新思路是采用微波技术。1.5.2 最新碳纤维技术动向pan基碳纤维技术开发新方向包括：碳纤维性能的提高；基体树脂技术；成型技术三个方面。(1) 碳纤维性能的提高为了适应用途方面的性能提高，谋求强度、弹性模量及成本的平衡： pan基碳纤维的抗压缩强度提高通过把硼离子在高电压下进行加速照射，使结晶结构微细化，抗压缩强度可提高1.3-2.0倍；高弹性模量化pan基碳纤维弹性模量达到690 gpa，抗拉强度达到3.4 gpa；碳纤维的界面控制为了提高耐冲击性，使碳纤维和基体树脂的粘接平衡，对碳纤维界面进行表面处理；碳纤维价格降低。(2) 基体树脂技术低温固化的耐热性树脂；热熔融树脂；不燃树脂；碳纳米纤维配合碳纤维树脂预浸料，提高层间抗剥离强度和耐压缩强度。(3) 成型技术努力开发成型的高速化、低价格化、适应批量生产的成型技术及中间体材料。这些技术包括：高速成型技术：树脂灌注成型、树脂膜灌注成型(rfi)、rtm成型、挤拉成型、高速缠绕(fw)成型、smc/bmc成型等技术并进行积累。带有数字控制(nc)的自动铺层法：在航空飞机部件的高压釜成型中，为了优先使曲面形预浸料铺层合理化和高速化，引入了带nc的自动铺层机。全自动纤维分布：复合材料的成型材料(窄幅预浸料)被开发出自动铺层的先进装置。非加热成型技术：由于电子射线和光固化为非加热成型技术，是低成本、高性能的大型结构复合材料的制造方法。rtm成型技术的进化：把批量生产、低压、低温、强化纤维体积分数、方向、位置设定自由等特征为研发的意向。另外，因为补强材料、夹层芯材和嵌件一体成型的可行性，使船身等大型构件的成型成为可能。acm热成型体系：由连续纤维增强热塑性树脂基体的acm片材的成型法。1.5.3 发展趋势当今世界碳纤维有如下发展趋势：产品性能趋向于高性能化；低成本化，价格将从2006年约40美元/公斤大幅度降低；航天航空和文体用品领域用量稳定增加，民用工业用量增幅较大，已超过前两者。特别是随着大丝束碳纤维的大规模生产，其价格将不断降低，民用工业用量将继续保持大幅度增加的趋势。目前，碳纤维的市场需求在北美、欧洲、亚洲基本上呈鼎足之势。按应用领域划分，世界聚丙烯腈基碳纤维主要用于宇航、文体休闲用品、其它工业等领域，其总体消费比例分别为25.2%，31.4%，43.4%，不同地区各有侧重。文体用品方面，目前碳纤维材料已从钓鱼竿和高尔夫球棒推广到网球拍、羽毛球拍、高尔夫球杆、冰雪运动器材、水上运动器材等方面，需求量稳步、较快增长。其中高尔夫球杆、网球拍和钓鱼竿是体育用品用碳纤维复合材料的三大支柱产品、约占该类产品的80%。一般产业对碳纤维材料的应用发展比较迅速，包括基础设施的修复、更新和加固；新能源开发如沿海油气田、深海油田的钻井平台、管道和缆绳等，以及风力发电机的螺旋桨和风叶；汽车的刹车系统、转动轴、车身以及环保汽车用的压缩天然气气瓶；电子领域的应用主要有通信、广播、地球观测、空间探测以及各种飞行器的高精度天线。一般产业的需求增长较快，将成为碳纤维新的主要应用领域。中国碳纤维产业调研报告 第2章 世界碳纤维供需分析第2章 世界碳纤维供需分析2.1 世界碳纤维生产能力目前，世界pan基碳纤维占各种碳纤维材料的80%以上，日本东丽公司、东邦人造丝公司和三菱人造丝公司作为世界碳纤维生产的龙头企业，三者的总产能占了世界总产能的78%，其余由美国hexcel、英美的bpamoco和中国台湾的台塑三家分担。1998-1999年底，世界小丝束和大丝束pan基碳纤维的生产能力均有一定程度的提升，其增幅分别为 8%和32.1%。由于日本三菱人造丝公司和东丽公司的扩能计划，2002-2005年，世界pan基碳纤维总产能从1996年的15.0 kt/a增加到35.6-37.40 kt/a。2005年以后，随着欧洲空中客车a380及波音公司787客机大量使用碳纤维增强复合材料，世界碳纤维制造商再度实施扩产计划，世界碳纤维总产能急剧膨胀。碳纤维市场供应短缺的状况至少将延续到2009年，甚至可能延续到2012年。2005-2008年世界碳纤维总生产能力统计及预测见表2-1，由表可知2005年后三年内世界碳纤维生产能力将大幅增加，与2005年产能相比分别增长了23.4%，57.6%和83.7%。表2-1 2005-2008年世界碳纤维总生产能力统计及预测 (t/a)年份2005200620072008生产能力33700416005310061900对2005年的增幅/%023.457.683.7从2008年开始全球碳纤维行业将加快发展，碳纤维生产将加大力度，不少生产线会上马，碳纤维的生产能力将以空前的速度增长。资深金融专家安东尼罗伯茨(anthonyroberts)表示，全球小丝束碳纤维的实际生产能力为名义生产能力的50%65%，估计当今这一比例为65%，实际生产能力是24500 吨；到2014 年，会增加到40000 吨。由于新的生产线上马，更专注于生产单一的产品，生产效率会更高，实际生产能力会进一步提高，可能达到45500 吨左右。他还表示，目前全球大丝束碳纤维实际生产能力为14500 吨，到2014年，会增长到30000 吨左右。2014 年，这两种纤维的名义生产能力达93450 吨，比1998 年增长7 倍。2008-2014年全球碳纤维生产能力预测数据见表2-2。表2-2 全球碳纤维生产能力预测 (单位：吨)2008年2009年2010年2011年2012年2013年2014年小丝束纤维宣布的产能42950498505620059200592005970060700小丝束纤维实际产能27958363904215044400444754515045525大丝束纤维宣布的产能20500237502575025750317503225032750大丝束纤维实际产能18860218502085023690292102967010130宣布的总产能63450736007995084200914509245093450实际产能力46818582406400068090736857482075655上述数字包括新组建公司的产品数量，如中国、加拿大、印度和沙特阿拉伯的一些新成立公司的产品数量。2.1.1 世界小丝束碳纤维生产能力世界小丝束碳纤维生产基本上被日本碳纤维生产厂家控制，主要是东丽(toray)集团、东邦(toho)集团和三菱(mitsubishi)集团三大碳纤维生产企业。2005年，三家生产能力分别为9100 t/a，6300 t/a和4700 t/a，分别占世界总产能的35.1%，24.2%和18.1%，三家小丝束碳纤维生产能力占世界小丝束碳纤维总生产能力的77.5%。以2005年世界小丝束碳纤维生产能力为基准，2005-2008年世界小丝束碳纤维生产能力变化见表2-3，日本东丽、东邦和三菱三家碳纤维生产集团2005年小丝束碳纤维生产能力及在世界小丝束碳纤维总生产能力中所占比例见表2-4。表2-3 2005-2008年世界小丝束碳纤维生产能力 (t/a)年份2005200620072008生产能力25900306003750046300对2005年的增幅/%018.144.878.8表2-4 2005年日本三家碳纤维生产集团小丝束生产能力 (t/a)企业小丝束生产能力所占比例/%toray910035.1toho630024.2mitsubishi470018.1合计2010077.6综合表2-1和表2-3可知，2006-2008年世界碳纤维产能确实大幅增长，但是增长幅度小于预测值。这是由于部分新建碳纤维项目没有顺利达产。2005年后的增长是由于飞机制造和风电行业对碳纤维需求的增加。按地区生产能力来看，2005年以前世界pan基碳纤维小丝束碳纤维生产主要集中在亚洲地区，2006年以后美洲和欧洲的小丝束碳纤维生产能力大幅度提升，成为新的小丝束碳纤维生产中心。近似地说，目前世界pan基小丝束碳纤维按地区的生产能力亚洲约占5/10，美洲约占3/10，欧洲则占2/10。2004-2008年世界小丝束碳纤维生产能力按地区的比例分布情况见表2-5。表2-5 2004-2008年世界小丝束碳纤维生产能力的比例分布/% (按地区) 地区20042005200620072008亚洲54.052.544.451.247.3美洲28.230.134.029.132.8欧洲17.817.421.619.719.92.1.2 世界大丝束碳纤维生产能力世界大丝束碳纤维生产主要集中在美国、德国和日本，其产量大约是小丝束碳纤维产量的33%。2002年，akzo-fortafil、aldila和zoltek三家美国公司的大丝束碳纤维产能占世界总产能的74.1%。世界大丝束碳纤维主要生产企业产能分布情况见表2-6。美国卓尔泰克(zoltek)公司是全球大丝束碳纤维著名生产企业。zoltek公司2005-2008年大丝束碳纤维生产能力统计及预测见表2-7。表2-6 2002世界大丝束碳纤维产能情况 (按企业) t/a生产商产能比例/%美国akzo-fortafil(阿克苏-福坦菲尔)350041.2zoltek180021.2aldila(阿尔迪拉)100011.8德国sgl(爱斯奇爱尔)190022.4日本toray3003.5总计8500100表2-7 zoltek公司2005-2008年大丝束碳纤维生产能力统计及预测 t/a年份200520072008大丝束生产能力3300650011600所占比例/%42.359.170.3由于碳纤维在民用客机领域和风电领域的大规模应用，从2005年开始，世界大丝束碳纤维生产能力呈快速增长趋势，2005-2008年世界大丝束碳纤维生产能力见表2-8：表2-8 2005-2008年世界大丝束碳纤维生产能力统计及预测 t/a年份2005200620072008大丝束生产能力7800110001560015600对2005年的增幅/%041100100综合表2-7和2-8的数据可以发现，2005年以后，世界大丝束碳纤维生产能力大幅提升，到2008年时，世界大丝束碳纤维生产能力比2005年增长了近1倍。预计随着碳纤维低成本化趋势和向民用领域和一般工业领域的发展，大丝束的生产能力还将继续呈增长趋势。2.1.3 世界碳纤维生产能力主要企业分布表2-9 1997-2000年世界碳纤维生产能力分布 (按企业) (t/a)企业1997年1998年1999年2000年东丽集团(日)3700550073007300东邦集团(日)3700510051005100三菱人造丝集团1900340034003400阿莫科(amoco，美)1200190019001900海克塞尔(hexcel，美)1700180018001800台湾塑料集团1000200034003400卓尔泰尔(zoltek，美)*360086001460018500阿克苏(akzo，荷)*2100210035003500sgl(德)*2400270027002700alidla(美)*040010001000合计8100138002180025700*用大丝束pan原丝世界碳纤维的生产主要集中在日本、英国、美国、法国、韩国等少数发达国家和我国的台湾省，主要生产商为日本的东丽、东邦人造丝、三菱人造丝三大集团和美国的的卓尔泰克(zoltek)、阿克苏(akzo)、阿尔迪拉(aldili)和德车的sgl公司等。日本的三家企业：东丽公司、东邦公司和三菱人造丝就占据了世界78%左右的产量，我国台湾省也有3000吨左右的产能。pan基碳纤维产品主要有以美国为代表的大丝束碳纤维(lt: 48k480k)和以日本为代表的小丝束碳纤维(ct: 1k24k)两大类。据2003年统计，1997-2000年世界碳纤维生产能力按企业分布如上表2-9所示。从表2-9可以发现，1997-2000这段时期世界小丝束生产企业除了东丽集团产能增长比较快外，增加了近1倍，其它企业扩产比较缓慢；在大丝束生产方面，美国zoltek公司大幅增加大丝束pan原丝的产能，2000年原丝产能相当于1997年的5倍多。2002年，聚丙烯腈基碳纤维产量约占全球碳纤维总产量的90%，生产能力约为31565 t/a，其中小丝束碳纤维约为23165 t/a，占73.4%，大丝束碳纤维约为8400 t/a，占26.6% (如表2-10)。由表2-10可知，日本东丽、东邦和三菱三家公司的高性能小丝束碳纤维生产能力合计为17500 t/a，占世界高性能小丝束碳纤维总能力的75.5%，基本控制了世界高性能小丝束碳纤维的生产。表2-10 2002年世界聚丙烯腈基碳纤维主要生产商t/a生产商生产能力小丝束东丽(toray)7300东邦(toho)5500三菱(mrc)4700赫克赛尔(hexcel)1980阿莫科 (amoco)1890台塑1750其它45合计23165大丝束福塔菲尔(fortafil)3500卓尔泰克(zoltek)1800阿尔迪拉(aldila)1000爱斯奇爱尔(sgl)1800东丽(toray)300合计8400总计31565 2003年，国外pan基碳纤维的生产能力约为30250 t/a，其中小丝束18800t/a，大丝束碳纤维11450 t/a。国外pan基碳纤维主要生产厂商生产能力分布见表2-11。由表可知，2003年世界小丝束碳纤维生产主要集中在日本，而大丝束碳纤维生产则集中在美国和西欧的公司。表2-11 2003年国外主要pan基碳纤维厂商生产能力 t/a生产厂商小丝束大丝束日本11300300toray4400300toho3700mitsubishi rayon3200美国75006890ballard90aldila1000cytec1900fortafil3500grafil1500hexcel2300zoltek2300 toray (美国分公司)1800西欧4260soficar850tenax fibers1810sgl1600总计1880011450表2-12世界各大pan基碳纤维公司2002-2004年的产能 t/a生产公司生产能力日本toray9100(小丝束)日本toho5600(小丝束)日本mitsubishirayon4700(小丝束)美国hexcel2000(小丝束)英国amoco1900(小丝束)中国台湾台湾工程塑料公司1750(小丝束)美国akzo-fortafil3500(大丝束)美国zoltek1800(大丝束)美国aldila1000(大丝束)德国sgl1900(大丝束)表2-13 20022004年世界沥青基碳纤维的生产厂家及产能品种国家或公司产能/(ta-1)强度/mpa模量/gpa通用型碳纤维中国45068641donac30068634kureha9005909803033niffobo开发中6579804049noppon开发中7849803949高性能碳纤维amoco14023013002400170960mitsubishi chem50018003300176735nippon sekiyu5032303300392686donac开发中18003000140600kureha开发中18004000150400综合表2-12和表2-13可以得出结论，到2004年为止，世界pan基碳纤维生产企业在大丝束和小丝束碳纤维生产上技术已经十分成熟，生产规模逐步壮大，已经形成了相当大的产业规模；而世界沥青基碳纤维生产企业还处在技术开发和储备的阶段，只有少数几家公司有一定的沥青基碳纤维生产能力，但是生产能力都较小，没有形成一定的产业规模。表2-14 2005-2006年世界碳纤维生产能力 t生产厂家2005年2006年宇航级工业级宇航级工业级东丽900030010800300东邦6260130077401300三菱46404640赫克塞尔19801980苏泰克18001800卓尔泰克44604460爱思奇爱尔19001900阿尔迪拉10001000台塑18001800总计2548089602876089602005-2006年期间，世界碳纤维产业进入一段稳定发展时期，从表2-14。可以发现世界各大碳纤维生产企业大丝束和小丝束碳纤维生产能力变化不大，仅东丽公司小丝束碳纤维产能有较大的增长，其它企业处于稳定生产之中。 表2-15 2007/08年度全球pan-cf生产厂家及产能分布(t)生产能力2007年2008年新增产能原产能总产能新增产能原产能总产能小丝束正规丝束1k3k6k12k24k东丽toray本土2200690013900400730017900法soficar800340018005200美cfa0360018005400东邦toho本土0370091002700640011800德0340003400美0200002000三菱本土220054007900054007900美grafil0200002000欧洲sgl5005000500 台塑 台湾地区110029502950220051505150美hexcel美65032503250032503900西班牙00650650美cytec019001900019001900小计745039000950048550产量系数0.72730033985大丝束48k80k320k美zoltek欧洲2000600085002000800010500美0250002500美carbon fiber techaldila/sgl.j.v010001000010001000欧洲sgl020002000400060006000小计200011500600017500产量系数0.7805012250小丝束大丝束总计 产量系数0.735350462352007-2008年，世界碳纤维行业获得新的黄金发展时期。随着碳纤维复合材料的应用扩展到航天航空，体育用品和一般工业领域的各个方面。特别是空中客车公司的a380和波音公司的b787客机对碳纤维的巨大需求。另外，碳纤维在一般工业领域新兴用途的开发，如基础设施的修复、更新和加固；新能源开发如沿海油气田、深海油田的钻井平台、管道和缆绳等，世界碳纤维市场趋于紧张。为了满足巨大的市场需求，世界各大碳纤维生产企业纷纷扩大碳纤维生产能力，见上表2-15。表2-16 世界pan基碳纤维生产能力 t类别单位工厂所在国年份20042005200620072008小丝束碳纤维东丽集团日本47004700470069006900美国18001800360036005400法国26002600260034005200小计91009100109001390017500东邦集团日本37003700370037006400德国19001900340034003400美国0700700700700小计560063007800780010500三菱集团日本32003200320054005400美国15001500200020002000欧洲00600600600小计47004700580080008000cytec美国18001800180018003800hexcel美国20002000230028003300台塑中国台湾20002000200032003200小计580058006100780010300共计2520025900306003750046300大丝束碳纤维fotafil-toho美国/日本35001300130013001300zoltek美国/匈牙利2500330065001110011100sgl德国/英国19001900190019001900cf technology美国10001000100010001000toray日本300300300300300共计92007800110001560015600pan基碳纤维总计3440033700416005310061900表2-16综合了2004-2008年世界主要碳纤维生产厂家生产能力的变化情况，数据表明，在2004-2005年世界碳纤维生产能力仅小丝束碳纤维有小幅度的增长，从25200 t/a增加到25900 t/a，增长了2.8%；大丝束产能反而下降了2.0%，这可能是由于航空航天领域对高性能碳纤维需求的增加的缘故。2006年以后，碳纤维应用扩展到民用领域，大丝束的需求迅速增加，从而带动了碳纤维生产企业扩大大丝束碳纤维生产能力。2007年和2008年，世界大丝束碳纤维生产能力分别达到53100 t/a和61900 t/a，与2006年的41600 t/a分别增长了27.7%和48.8%。2.1.4 世界碳纤维生产能力按地区分布从地区分布上看，世界碳纤维生产主要集中在亚洲、欧洲和美洲，亚洲是最大的pan基小丝束碳纤维生产地，美洲是最大的pan基大丝束碳纤维生产地。表2-17总结了2004-2008年pan基碳纤维生产能力在三大生产地的分布情况。从表中可以看出，亚洲小丝束碳纤维生产在2006年后出现增长趋势，较2004年分别增长了41.2%和61.0%；而亚洲大丝束碳纤维生产没有明显的变化。美洲小丝束碳纤维的产能保持持续增长的趋势，增长主要出现在2006、2007和2008年，较2004年分别增长了46.5%，53.5%和114%；大丝束碳纤维产能的增长出现在06和07年，较04年分别增长了25.7%和91.4%。欧洲碳纤维生产能力的增长主要体现在小丝束碳纤维上，2006-2007年分别较2004年增长了46.7%，64.4%和104%。表2-17 世界pan基碳纤维按地区的生产能力 t碳纤维种类地区年份20042005200620072008pan基小丝束碳纤维亚洲1360013600136001920021900美洲71007800104001090015200欧洲45004500660074009200小计2520025900306003750046300pan基大丝束碳纤维亚洲300300300300300美洲7000560088001340013400欧洲19001900190019001900小计92007800110001560015600pan基碳纤维亚洲1390013900139001950022200美洲1410013400192002430028600欧洲640064008500930011100总计34400337004160053100619002.2 世界碳纤维消费状况及结构美国、欧洲和日本是碳纤维复合材料的主要消费地区，未来几年亚洲地区的需求将快速增长。2006年全球cf市场需求在2.8万t左右，世界碳纤维的消费结构仍然集中在工业应用、航天航空和体育休闲三个方面，工业应用约占总消费量的58%；航空航天方面应用约占23%，体育运动器材应用约占19%。日本东邦特纳克斯公司对2003年所做的调查报告作了全面修正，按其新的统计和预测修正数据，2004年约达17.4 kt，2005年约达20.0 kt，2006年约达21.7 kt。该数据与碳纤维的总用量相比偏低很多。有专家分析认为，东邦的数据是指12k以下小丝束数据(详见表2-18)。2002年国外pan基碳纤维的消费结构见表2-19。表2-18 日本东邦tenax对世界碳纤维总用量的统计 (按用途) (t/a)用 途年 代航空航天体育休闲工业产业合 计2000383037104170117102001310047105950137602002304045606690142902003322045807570153702004355046409200173902005395046801114019970200644204700125902171