碳纤维材料介绍修改版的.doc

目录：前言1碳纤维及碳纤维行业介绍4碳纤维分类及工艺4黏胶基碳纤维4聚丙烯晴基碳纤维5沥青基碳纤维6碳纤维和深加工制品及应用概况6碳纤维的应用状况7碳纤维主要应用领域8具体应用实例10碳纤维及其复合材料的应用领域10碳纤维价格13碳纤维产业发展历程13国外碳纤维的发展现状13我国碳纤维发展现状14PAN基碳纤维14沥青基碳纤维15国产碳纤维存在主要问题16碳纤维的发展趋势17国外碳纤维的发展趋势17国内碳纤维的发展趋势18碳纤维未来需求18我国各地区碳纤维发展现状20吉林省碳纤维相关资讯22碳纤维行业发展预测23相关国内企业38安徽华皖碳纤维集团38嘉兴中宝碳纤维有限公司39泰安天泰碳纤维有限公司40威海拓展纤维有限公司41中复神鹰碳纤维有限公司42兰州中凯工贸有限责任公司43江苏恒神纤维材料有限公司44宜兴市华恒高性能纤维织造有限公司44河北硅谷化工有限公司45上海同砼碳纤维布有限公司46江苏澳盛复合材料科技有限公司46中国蓝星（集团）股份有限公司47吉林化纤集团48中国石油吉林石化股份有限公司49吉林市吉研高科技纤维有限公司51吉林市神舟碳纤维有限责任公司52国内相关研究机构53中国科学院山西煤炭化学研究所53山东大学碳纤维工程技术研究中心55北京化工大学57哈尔滨工业大学58东华大学59长春工业大学61前 言碳纤维（carbon fibre）顾名思义，它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。与传统的玻璃纤维(GF)相比，杨氏模量是其3 倍多；它与凯芙拉纤维(KF-49)相比，不仅杨氏模量是其2倍左右，而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃。有学者在1981年将PAN基CF浸泡在强碱NaOH 溶液中，时间已过去20多年，它至今仍保持纤维形态。碳纤维是含碳量高于90的无机高分子纤维 。其中含碳量高于99的称石墨纤维。碳纤维的轴向强度和模量高，无蠕变，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小，耐腐蚀性好，纤维的密度低，X射线透过性好。但其耐冲击性较差，容易损伤，在强酸作用下发生氧化，与金属复合时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。因此，碳纤维在使用前须进行表面处理。碳纤维可分别用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得；按状态分为长丝、短纤维和短切纤维；按力学性能分为通用型和高性能型 。通用型碳纤维强度为1000兆帕（MPa）、模量为100GPa左右。高性能型碳纤维又分为高强型（强度2000MPa、模量250GPa）和高模型（模量300GPa以上）。强度大于4000MPa的又称为超高强型；模量大于450GPa的称为超高模型。随着航天和航空工业的发展，还出现了高强高伸型碳纤维，其延伸率大于2。用量最大的是聚丙烯腈PAN基碳纤维。 碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。碳纤维是军民两用新材料，属于技术密集型和政治敏感的关键材料。以前，以美国为首的巴黎统筹委员会(COCOM)， 对当时的社会主义国家实行禁运封锁政策， 1994年3月，COCOM虽然已解散，但禁运封锁的阴影仍笼罩在上空，先进的碳纤维技术仍引不进来，特别是高性能PAN基原丝技术，即使我国进入WTO，形势也不会发生大的变化。因此，除了国人继续自力更生发展碳纤维工业外，别无其它选择。，安徽华皖碳纤维公司率先引进了500吨年原丝、200吨年PAN基碳纤维(只有东丽碳纤维T300水平)，使我国碳纤维工业进入了产业化，目前，我国已有12家生产规模大小不一(5800吨年)的PAN基碳纤维生产厂家，合计生产能力为1310吨年，产品规格为1K、3K、6K、12K。实际国内碳纤维的总产量不足40吨/年，而且产品质量不太稳定，大多数达不到T300水平。放弃了原来的硝酸法原丝制造技术，采用以二甲基亚砜为溶剂的一步法湿法纺丝技术获得成功。目前利用自主技术研制的少数国产T300、T700碳纤维产品已经达到国际同类产品水平。主要用途包括体育器材、一般工业和航空航天等，其中体育休闲用品的使用量最大，占消费量的约80%90%。我国碳纤维的需求量已超过3000吨/年，2010年将突破5000吨/年。主要应用领域为：成熟市场有航空航天及国防领域(飞机、火箭、导弹、卫星、雷达等)和体育休闲用品(高尔夫球杆、渔具、网球拍、羽毛球拍、箭杆、自行车、赛艇等)；新兴市场有增强塑料、压力容器、建筑加固、风力发电、摩擦材料、钻井平台等；待开发市场有汽车、医疗器械、新能源等。在航天主导产品(弹、箭、星、船)上得到了广泛应用。近年来，我国体育休闲用品及压力容器等领域对碳纤维的需求迅速增长，航空航天技术的快速发展急需高性能碳纤维及其复合材料等，市场需求更加旺盛。为了大型飞机的制造和航空航天事业的发展，我国还必须尽快地实现高强中模型碳纤维的产业化。但是，因为高性能碳纤维是发展航空航天等尖端技术必不可少的材料，而且碳纤维被列为首位，是国家迫切需要短期内突破的高新技术纤维品种，为我国碳纤维的发展创造了条件， 碳纤维及碳纤维行业介绍碳纤维分类及工艺 按原料体系的不同，碳纤维主要分为：黏胶基碳纤维、聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维。碳纤维是由有机母体纤维（例如粘胶丝、聚丙烯腈或沥青）采用高温分解法在10003000度高温的惰性气体下制成的。其结果是除碳以外的所有元素都予以去除。碳纤维呈黑色，坚硬，具有强度高、重量轻等特点，是一种力学性能优异的新材料，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79倍，抗拉弹性模量为2300043000Mpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。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的广阔应用前景，综观多种新兴的复合材料(如高分子复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料)的优异性能， 不少人预料，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。碳纤维材料与其他加固材料对比 （1）抗拉强度：碳纤维的抗拉强度约为钢材的10倍。 （2）弹性模量：碳纤维复合材料的拉伸弹性模量高于钢材，但芳纶和玻璃纤维复合材料的拉伸弹性模量则仅为钢材的一半和四分之一。 （3） 疲劳强度：碳纤维和芳纶纤维复合材料的疲劳强度高于高强纲丝。金属材料在交变应力作用下，疲劳极限仅为静荷强度的30%40%。由于纤维与基体复合可缓和裂纹扩展，以及存在纤维内力再分配的可能性，复合材料的疲劳极限较高，约为静荷强度的70%80%，并在破坏前有变形显著的征兆。 （4）重量：约为钢材的五分之一。 （5）与碳纤维板的比较：碳纤维片材可以粘贴在各种形状的结构表面，而板材更适用于规则构件表面。此外，由于粘贴板材时底层树脂的用量比片材多、厚度大，与混凝土界面的粘接强度不如片材。一、黏胶基碳纤维黏胶基碳纤维主要用于耐烧蚀材料和隔热材料，目前, 黏胶基碳纤维仍占据着其他碳纤维不可取代的地位，是重要的战略物资。在民用市场方面，利用其柔软与导电性制作电热产品，利用其孔隙结构发达和容易调控的特性制造活性碳纤维系列制品,是良好的环保材料和医用卫生材料。黏胶基碳纤维的产量不足世界碳纤维总产量的1%，它虽然不会有大的发展,但也不会被彻底淘汰出局。二、聚丙烯腈基碳纤维聚丙烯腈基碳纤维的生产主要包括原丝生产和原丝碳化两个过程。原丝生产过程主要包括聚合、脱泡、计量、喷丝、牵引、水洗、上油、烘干收丝等工序。碳化过程主要包括放丝、预氧化、低温碳化、高温碳化、表面处理、上浆烘干、收丝卷绕等工序。工艺步骤为：A预氧化：在空气中加热，维持在200-300度数十至数百分钟。预氧化的目的为使聚丙烯腈的线型分子链转化为耐热的梯型结构，以使其在高温碳化时不熔不燃而保持纤维状态。B碳化：在惰性气氛中加热至1200-1600度，维持数分至数十分钟，就可生成产品碳纤维；所用的惰性气体可以是高纯的氮气、氩气或氦气，但一般多用高纯氮气。C石墨化：再在惰性气氛（一般为高纯氩气）加热至2000-3000度，维持数秒至数十秒钟；这样生成的碳纤维也称石墨纤维。聚丙烯腈基碳纤维的生产主要包括原丝生产和原丝碳化两个过程。聚丙烯腈基碳纤维是目前的主流，占据了主要的市场费额：1、瓦特的技术突破打通了制造高性能碳纤维的通道；2、PAN原丝质量是制造高性能碳纤维的前提；3、一条龙生产线得到发展， 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下表：研制单位溶剂工艺路线纺丝方法日本东丽日本东邦美国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当前，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（）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。三、沥青基碳纤维1965年,日本群马大学的大谷衫郎研制沥青基碳纤维获得成功，从此，沥青成为生产碳纤维的新原料，是目前碳纤维领域中仅次于PAN基的第二大原料路线。四、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1碳纤维加固补强织物 上海市纺织科学研究院研制的碳纤维加固补强织物是一种高科技含量的产品, 该纤维采用国外进口高性能碳纤维加工而成, 具有高强高效、耐久耐腐、质量轻等特点。该补强织物具有以下性能:面密度为300 g/m2, 厚度为0.3 mm, 弹性模量为2.1 105 MPa, 拉伸强度3 300 MPa, 伸长率1.6 %, 密度1.80 g/cm3 幅宽30150 cm。补强技术是用配套树脂将碳纤维织物粘贴于混凝土结构表面, 起到结构补强及抗震加固作用, 广泛用于梁、柱、板、墙等补强, 也可用于桥梁、隧道、水坝等其他土木工程的加固。2 新型活性碳纤维杀菌效果神奇 中国台湾地区逢甲大学材料科学研究所成功研发出一种新型活性碳纤维。经测试发现, 使用一层这种纤维布, 可以百分之百地过滤和抵挡绿脓杆菌和大肠杆菌, 对肺炎杆菌的减菌率在99.99 %以上。放置一年后, 杀菌效果依然不减。逢甲大学科学家指出, 以前的活性碳纤维布是让细菌吸附固定在纤维上, 经过几个小时, 碳纤维便能发挥抑菌效果。新一代活性碳纤维布的化学特性可以让细菌如同踩到地雷瞬间被杀死。新活性碳纤维布的独特之处还在于可以重复清洗100 次以上, 寿命长达3 至5 年, 用来做口罩, 比用即弃的N95 口罩更好。这种纤维布对其他细菌的抑制和杀灭功能尚待测试。据悉, 目前全球仅日本、俄罗斯、英国、中国大陆及中国台湾地区拥有活性碳纤维的制造技术 。3新型碳纤维复合芯导线 江苏远东集团和美国一家高科技公司联合开发的新型碳纤维复合芯导线获得成功, 产品己上市。据介绍, 与传统钢芯铝绞线相比, 碳纤维复合芯导线具有质量轻、强度大、耐高温、耐腐蚀、线损低、弛度小、与环境亲和等优点, 可提高传输容量1 倍, 减少20 %杆塔数, 减少有色金属消耗,降低传输损耗。该技术推广将有利于我国构造安全、环保、高效节约型输电网络。4 碳纤维导电面料 俄罗斯柴可夫斯基纺织股份公司是专业防护服生产企业, 其产品用于食品医药业、建筑交通业、石化天然气行业的劳动防护。该公司最近开发出两种新型含碳丝导电面料, 这两种面料分别是“弗尼克斯热防护”和“弗尼克斯舒适”, 前者成分50 %为棉、50 %为耐热化纤, 每平方米质量为330 g; 后者为棉涤面料, 每平方米为280 g。这两种面料专用于石油、天然气行业工作服, 加入了碳纤维作为导电纤维, 而国际上同类产品通常加入金属丝作为导电纤维。这两种面料还都加有CI- BA公司的TEFLON 和PYROVATEX 涂层。5碳纤维软质复合材料 日本创和纺织与东丽合纤产业集群碳纤维分科会携手开发的利用碳纤维织物与树脂的复合材料“Carbon Cloth Soft Composite” 的碳纤维系列产品Carbon ClubTM (零钱夹、钥匙圈、印章盒、皮带等日用品、小杂物等) 上市。今后, 除了日用品、小饰品之外, 产品还将拓展至间隔材料、挂毯、墙壁装饰材料、百叶窗、窗帘等室内装饰材料领域。“Carbon Cloth Soft Composite”布比铁结实, 是碳纤维与耐久性良好的高柔软可挠性树脂的复合材料,防起毛性好。“Carbon Cloth Soft Composite”布是采用了创和纺织所有的碳纤维束整齐均一的排列平面织造技术和碳纤维分科会成员平松产业所持的特殊树脂在碳纤维织物上的均一粘合技术。这些技术不仅赋予碳纤维很高的物性, 而且实现了环氧树脂碳纤维等坚硬复合材料(硬质复合材料) 所不可能的裁剪、缝纫, 可与普通的布料和皮革同样使用,用途非常广泛。碳纤维的应用状况主要是利用其轻而强和轻而硬的力学特性，广泛应用于航空、航天、军工、体育休闲等结构材料；利用其尺寸稳定性，应用于宇宙机械、电波望远镜和各种成型品；利用其耐疲劳性，应用于直升飞机的叶片；利用其振动衰减性，应用于音响器材；利用其耐高温性，应用于飞机刹车片和绝热材料；利用其耐药品性，应用于密封填料和滤材；利用其电气特性，应用于电极材料、电磁波屏蔽材料、防静电材料；利用其生体适应性，应用于人工骨、韧带；利用其 X-光透过性，应用于 X-光床板等。 还可以活化成活性碳纤维，应用于各种吸附领域。1 .碳纤维主要应用领域 碳纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热等特性，属典型的高新技术产品，表2.1 是几种碳纤维材料的性能比较8。主要用于制备先进复合材料（ACM），已广泛应用于宇航、体育用品领域、工业领域、交通运输领域及土木建筑领域。鉴于近年军事工业上应用的萎缩、碳纤维成本的降低及先进低成本制造复合材料技术的突破，碳纤维复合材料在建筑、工业、交通运输等方面的应用便成为研究开发的热点，9 11。表2.1 几种碳纤维材料性能比较拉伸强度拉伸模量密度比模量比强度产地/MPa/GPa/（gcm-3）/（109cm）/（107cm）IM652002761.701.623.06美国IM753792761.801.533.00美国IM854473031.701.783.20美国IM963432902.001.453.17美国P3040002101.761.192.27日本T70048002301.801.282.67日本T80054902941.801.623.03日本T10007060日本1.2土木建筑领域 随着碳纤维成本的降低与复合材料制造技术的发展，土木建筑领域成为碳纤维复合材料应用的新市场。利用碳纤维复合材料棒材替代元钢，利用碳纤维复合材料层板加固或修复桥梁及建筑物，及利用碳纤维增强混凝土等将会有很大的发展。目前在土木建筑领域的应用主要是：复合材料棒材、纤维增强胶接层板、碳纤维增强混凝土、碳纤维复合材料片等。1.3工业领域基础设施、油气开采、压力容器、复合材料辊子、航海构件等应用不断开发，使碳纤维在这个领域的应用持续增长。欧洲和日本在这方面的开发处于领先地位，因此，用于工业应用碳纤维的需求量欧洲最大，亚洲其次。据报导，制备注射和模压用的粒料消耗的碳纤维高达2 700 t，主要用于生产手机、计算机、办公设施等，在电磁屏蔽和静电消散方面的应用也不断增长。1.4 交通运输领域 在交通领域，碳纤维扩大应用的最大希望在于汽车业。设计表明，一辆典型小车的碳纤维用量可以超过113 kg。在这一领域仅仅为了满足北美的需求，碳纤维的需求量就达现有世界碳纤维总生产能力的100倍。目前碳纤维复合材料已获得应用或正在研究开发应用的领域主要包括：飞轮、压缩天然气贮罐、燃气透平部件、刹车装置，其它部件如蓄电池、活塞、传动轴、弹翼、大梁等。在载重汽车上使用碳纤维复合材料后，每辆可降低质量200 kg左右11。1.5 能源领域 目前，电阻率在 103 102 Wcm的碳纤维纸属高性能碳纤维纸，通常称之高导电率碳纤维纸，在新能源和电化学领域正在广泛推广应用12。科学家经过多种探索，确认高性能碳纤维纸能满足绿色能源 燃料电池的要求，而且和原碳材料电极相比，还有体积小、质量轻、效率高等优点。现在，用高性能碳纤维纸制作质子交换膜 燃料电池（PEMFC）的气体扩散层电极材料，已经得到各燃料电池制造商的认同，从而得到很快发展。能源和贮能方面，像风力发电叶片、飞轮、电池等应用也不断扩大。1.6体育休闲领域 亚洲用于生产体育休闲用品碳纤维的消耗量是世界上最高的。2002年在体育休闲用品的4 990 t碳纤维中，亚洲占首位达3 100 t，占62.2 %；其次是北美，为1 120t，占22.4 %；欧洲最少，为770 t，占15.4 %13。 在亚洲特别是中国（包括台湾省）正越来越多地生产管状复合材料件，像高尔夫球杆和网球拍等，其它还包括箭杆、钓鱼竿、自行车架、船桨、滑雪工具、棒球棒、公路赛车、竞技墙等体育用品。2.具体应用实例具体应用例如： 钓鱼杆现年产量约1200万只，年碳纤维用量1200t； 高尔夫球杆随着轻量化和长尺寸化的要求，现已占碳纤维体育用品用途的50，年碳纤维用量为2000t； 网球拍的年市场规模约为450万只，年碳纤维用量约500t； 飞机方面，小型商务机和直升飞机的复合材料用量已占70一80，军用机30一40，大型客机15一20； 人造卫星结构体、太阳能电池板和天线要用高模碳纤维，先进的运载火箭和导弹壳体、发射筒等要用800H和 T300碳纤维等； 土木建筑领域，已用于补修加工用片材、建筑部件、代钢筋材料、屋顶构架材料等； 能源领域，已用于汽车的压缩天然气罐和风车叶片(长达30-40m)、海底油田管道、升降机等； 交通运输方面，已应用于赛车、汽车传动轴、大型卡车车体等； 电子电器领域，已应用于增强热塑性树脂的挤出成型品，如抗静电 IC盘、笔记本电脑的筐体，具有电磁波屏蔽效果； 其它，还有X-射线盒、医用床板、印刷、制膜、造纸等用的各种滚轴、空气或氧气呼吸用压力容器等等。 3.碳纤维及其复合材料的应用领域碳纤维及其复合材料的应用领域（一）类别应 用 领 域利用碳纤维的特性航天航空飞机一次结构材料;主翼、尾翼、机体二次结构材料；辅翼、方向舵、升降舵内装饰材料：舵底板、行李架、厕所、座椅制动刹车盘、刹车片隐身材料：结构隐身材料轻量化、耐疲劳、耐热性宇宙飞行器卫星：抛物面天线、太阳能电池梁、壳体结构材料，航天飞机：机翼、头锥、刹车盘耐磨损、导热性导弹、火箭喷管、发动机罩、防热材料、仪器舱、导弹发射筒轻量化、耐烧蚀、耐热其他宇宙空间站、卫星发电站、太空望远镜轻量化、尺寸稳定性、耐热文体器材钓具网拍类高尔夫球其他钓竿、滑轮网球拍、羽毛球拍高尔夫球杆、棒头冰球棒、滑雪板、自行车、赛车、赛艇、游艇、划艇、水上划艇、弓箭、乒乓球拍、冰球鞋轻量化、刚性、敏感性，吸能减震性碳纤维及其复合材料的应用领域（二）医用器材衍射仪的床板、头托、密着板、暗合、板假肢、假手、假眼、人造骨、人造关节、人造假牙人造韧带、肌腱、医疗电极、医疗热袋高比强、高比模、射线透过性好、生物相容性好新能源分离油用超级离心机转筒、核反映堆第一壁材发动汽车构件及储能飞轮、风力发动叶片太阳能发电板、抛物面激光器、太阳能热水器燃料电池的电极材料、铅电池的栅极、锂电池电极材料海上油田勘探和开采器材以及平台、油、气储罐及管道高比强、高比模、线膨胀系数小、耐腐蚀、导电减振土木建筑高层建筑的幕墙、绝热板、圆顶建筑的横梁、薄材自动门地板、防静电地板、采暖地板增强混凝土，建筑物的结构补强、修补、维修、加固增强木材复合材料超长铁路桥、公路桥和人行桥的桥墩、隧道的加固及超强件，基础设施建设、建筑结构材料，碳纤维绳索高比强、高比模、耐腐蚀、导电、加工性好汽车与火车传动轴、片簧、发动机罩、车轮、底盘、保险杆、制动器压缩天然气罐（）、消声壁（隔音墙）赛车底盘、气体及制动器线性发动机牵引机车、超导列车的支撑件、集装箱高速列车车厢及制动器、转向架构件、自动转动轴高比强、高比模、减振吸能、耐疲劳、耐腐蚀、耐磨损电子电气及仪器电视天线、抛物面天线、非磁性导线、面状发热体大型电波望远镜、光学仪器、摄象机、半导体支架计算机和传真机等的电磁屏蔽材料、舰船通讯室设施拾音臂、扬声器喇叭、滑动班、磁头罩、车器构件静电消除刷、柔性刷、电刷高比强、高比模、线膨胀系数小、电池屏蔽性好、减振机械纺织机械的框架、箭杆、梭、模具材料大型造纸机、印刷机的滚筒、导辊（罗拉）搬运机械的升降机箱、电梯构件、大吊车车壁空压机轴、离心分离转子密封填料、压力容器高比强、高比模、尺寸稳定、耐腐蚀、耐磨损、导热其他雨伞、太阳伞的骨架各种加热器、取暖器治理河流、湖泊污染的净化材料耐蚀性好、耐候性好、导电性好碳纤维价格碳纤维产业是由原丝（PAN）生产再到预浸料再到具体的终端产家这么一个产业链。目前, 原丝的售价是40元50元/公斤,碳纤维为200元/公斤,预浸料为500元/公斤,每一级的深加工都有高幅度的增值。碳纤维产业发展历程我国碳纤维的生产和使用尚处于起步阶段, 国内碳纤维生产能力仅占世界高性能碳纤维总产量的0.4左右,国内用量的90以上靠进口。而PAN 原丝质量一直是制约我国碳纤维工业规模化生产的瓶颈。另外,碳纤维长期以来被视为战略物资,发达国家一直对外实行封锁。因此,有关专家认为,强化基础研究是创新之本, 是发展国内碳纤维工业的根本出路。 世界碳纤维的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卓尔泰克（ZOLTEK）、阿克苏（AKZO）、阿尔迪拉（ALDILI）和德车的SGL公司等。其中日本三大集团占世界生产能力的75%。世界CT型碳纤维总生产能力为22100吨/年，LT型碳纤维总生产能力为9550吨/年；实际生产量约为7000吨/年。 在20世纪90年代中期以前，军事工业、航天与航空工业与体育休闲业一直是CT型碳纤维的主要市场。自1996年美国成功地将LT型碳纤维工为化以后，CT型碳纤维与LT型碳纤维竞争十分激烈。 当前世界上PAN基炭纤维正处于迅速增长的发展期：产品性能趋向于高性能化，T700S加快取代T300作通用级炭纤维；产量增加较快，19962000增长48.1%；航天航空和体育用品用量增加稳定，民用工业用量增幅较大，已超过前两者，特别是随着大丝束炭纤维的大规模生产，价格的降低，民用工业需求增加迅猛。国外碳纤维的发展现状 在小丝束碳纤维（3 K ，6 K 和12 K ）方面，Toray、Toho与Mitsubishi Rayon等3家公司已形成垄断，其产能分别达到9 100、5 600和4 700 t / a，占世界总产能的31.6 %、19.5 %和16.3 %。大丝束碳纤维的主要生产国是美国、德国与日本，产能情况如表1.1所示，其产量大约是小丝束碳纤维产量的33 % 左右。 近年来，大丝束碳纤维获得飞速发展，世界上过去不生产大丝束碳纤维的一些碳纤维生产厂也纷纷打算生产大丝束碳纤维或已开始生产大丝束碳纤维，最典型的当推Toray公司；同时，国外已经通过利用与电磁辐射有关的等离子技术由完全和部分稳定的碳纤维原丝来生产碳纤维；并且把纳米技术也应用在碳纤维上，研制出纳米碳纤维， 一、 PAN 基碳纤维 2002年国内PAN基碳纤维需求量约为2 235 t ，其中体育休闲领域需求量为1 935 t，占87 %；一般产业需求量为250 t，占11 %；军工领域需求量为50 t，仅占2 %4 。2003 年3 月10 日，英国AMEC / ACE（艾麦克）公司与中国安徽华皖碳纤维有限公司关于年产量分别为PAN原丝500 t、碳纤维200 t（均以12 K 计算）的技术转让合同在上海正式签约，预期2005年初本项目投产，这将极大地推动我国碳纤维的发展。二、沥青基碳纤维 世界沥青基碳纤维的生产能力较小，国内沥青基碳纤维的研究和开发较早，但在开发、生产及应用方面与国外相比有较大的差距见表1.3。表3 20022004年世界沥青基碳纤维的生产厂家及产能1,6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 三、国产碳纤维存在的主要问题 1） 原丝质量与国外比还存在差距7。由于国产碳原丝在生产过程中大部分采用民用腈纶原液，杂质含量较高，造成碳纤维性能不稳定，离散系数较大。 2）大部分国产碳纤维未经过表面处理，制成复合材料层间剪切强度偏低1。没有经过表面处理的国产碳纤维不能用作高性能要求的先进复合材料增强体，也不能在航空、航天等国防部门中用来制作主承力构件。 3）尚未形成经济规模，价格太贵，成本组成不合理。国产碳纤维目前售价太高，远比国外进口的价格要高。我国碳纤维之所以价格昂贵，原丝费用约占碳纤维成本的25 %，而车间费用约占碳纤维成本的44 %。4）品种单一、规格单一，碳纤维来源大部分依赖于进口而我国目前碳纤维只有相当于T 300的一个品种。 碳纤维的发展趋势1 国外碳纤维的发展趋势 应用范围从满足性能要求高的航空、 航天领域逐步向文体和民用领域推广。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。由于碳纤维复合材料具有高比强度、 设计性好、 结构尺寸稳定性好、 抗疲劳断裂性好和可大面积整体成型， 以及特殊的电磁性能和吸波隐身的特点，目前已大量用于生产军用、民用飞机以及战略导弹和运载火箭上， 需求量稳步增长。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。 碳纤维是一种性能优越的结构材料， 具有极高的附加值，自商品化以来，应用范围已从最初的航空航天、 军事部门逐渐向民用领域渗透，目前已扩展到整个工业民用的多种领域。随着应用研究的不断深入， 特别是在民用方面仍将继续拓宽应用领域， 扩大使用量。 国外预测碳纤维除了在航空航天以及体育用品进一步应用外，近年内包括土木建筑、交通运输、汽车、 能源等领域将会大规模采用工业级碳纤维。由此可见，当前世界碳纤维有如下发展趋势： 产品性能趋向于高性能化； 价格将大幅度降低；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。2 国内碳纤维的发展趋势，主要集中在文体用品和航空航天方面， 一般产业需求增长也比较迅速。，特别是国防、 军工、航天航空、体育用品方面的需求增加，每年主要依靠从国外进口碳纤维以满足要求，据统计1996-2002年国内碳纤维消费年均增长率超过20%， 目前国内的市场需求量约为2500t/a，主要依靠进口。国内碳纤维主要应用领域见表3.1 表3.1 国内碳纤维主要应用领域类别应用领域成熟市场航空、航天及国防领域：飞机、卫星、火箭、导弹、雷达等体育休闲品：高尔夫球、渔具、网球拍、羽毛球拍、箭杆、自行车、赛艇等新兴市场碳纤维基增强工程塑料、压力容器、建筑补强、风力发电叶片、摩擦材料、深海油田的钻进平台等待开发市场汽车零部件、医疗机械等3 碳纤维未来需求 未来几年碳纤维产能提高，未来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。，全球小丝束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。罗伯茨还说，目前全球大丝束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。 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。罗伯茨说，这些实体可能会增加他们的生产量，其他供应商也有可能浮出水面。 需要说明的是，对于碳纤维，人们所宣布的产能通常是以标准产品类型为基础进行计算的。但是，除了具有标准强度和模量的标准产品之外，还有很多其他的根据技术特性而定的等级产品，纤维的粗度也不尽相同，按照产品类型和纤维粗度来划分，其产能是不同的。在生产多种产品的时候，换产会很浪费时间。因此，实际的产能通常会低于宣布的产能。 罗伯茨广泛研究了碳纤维生产问题，包括聚丙烯腈(PAN)的前体供应，小丝束纤维，大丝束纤维等，然后得到了一组数据。罗伯茨对现有的和宣布的碳纤维生产计划、终端市场生产趋势加以分析。如果他的预期属实，那么未来7 年碳纤维生产扩张将满足需求。他的数字涵盖风力发电、汽车、航空航天、压力容器、海洋、体育设备等。不过，碳纤维的主要应用领域为航空、工业和体育行业。罗伯茨对这些行业碳纤维需求的预测是乐观的(见表3.2)。预计2010年全球碳纤维市场将增至9 亿美元，碳纤维加强复合材料部件市场将增至99 亿美元；预计到2010年碳纤维的总需求量将达到32000 吨。体育用品使用碳纤维绝对数量仍在增加根据美国体育用品制造商协会的最新统计数据，美国市场体育用品设备销售在2006 年总额约250 亿美元，这还不包括鞋子、机动车辆和举重器材。大量使用碳纤维复合材料的产品是高尔夫球槽、球拍、雪橇、滑雪板、曲棍球棒、钓鱼竿和自行车。生产上述7 种产品，制造商在2006 年的复合产品消费量估计为6710 吨左右。按此计算，2006年体育用品制造业所用的碳纤维占全球消费量的24%左右。但是，同过去相比，体育用品的碳纤维使用量占全球使用量的比例在逐渐降低，2004 年体育用品碳纤维用量占了大约31%。不过，体育用品使用碳纤维的绝对数仍在增加，在未来几年内，每年的增长预计平均为4.3%，到2009 年或2010 年，使用量将有可能超过唱片业的水平。 我国各地区碳纤维发展现状 (1)上海地区。最近上海石化公司召开了碳纤维原丝发展研讨会， 该公司准备 投资过亿元，采用NaSCN一步法生产数千吨PAN基原丝，真正形成工业规模生产。上海星楼实业有限公司也制定了一套碳纤维产业化发展计划，拟建立400ta 大丝束碳纤维生产线，总投资也超亿元(包括下游产品)。此外，上海市合纤所采用亚砜两步法研制和小批量生产PAN基原丝以及碳纤维； 上海碳素厂也有小型碳化线及碳纤维下游产品。 (2)安徽地区。“十五”期间，国家已批准在安徽蚌埠建立500taPAN 原丝和 200ta碳纤维生产线，总投资过亿元。PAN原丝采用亚砜一步法，技术由国外引进； 产品以12K的T300级碳纤维为主，并准备引进成熟的预浸料生产线。华皖集团(原蚌埠灯芯绒集团公司)二期建设规模将使碳纤维产量翻一番，达到400ta。下游产品的开发也列入发展规划。 (3)浙江地区。中宝碳纤维责任有限公司在浙江嘉兴拟建400ta大丝束碳纤维生产线，技术和设备引进，投资数亿元，并配套300万m2预浸料。 该项目国家已批准，并积极开展了前期论证和考查工作。(4)广西地区。桂林市化纤总厂拟建200ta碳纤维生产线，产品为312K的小丝束碳纤维，投资也过亿元。 (有以下几个单位从事碳纤维及其制品的研究与生产，或准备介入碳纤维事业。 山东天泰碳纤维有限责任公司。作为国家计委示范工程将建立400t/a生产线，碳纤维性能为T300级水平，产品以12K 为主。 计划 400t/a 投产后， 再翻一番到800t/a，投资超亿元。(6)北京化工大学与吉化公司树脂厂， 将依靠自己的技术建立 500t/a 原丝和 200t/a碳纤维生产线。放弃硝酸法，采用亚砜一步法技术路线生产原丝。目前，正在进行中试实验。 (7)兰化集团化纤厂已有100t/a原丝生产线和预氧化生产装置， 计划配套碳化装置生产碳纤维。原丝采用NaSCN一步法。 该单位的晴纶生产线是我国从国外首次引进的，有丰富的生产经验和技术积累。 (8)吉林碳素厂是我国小丝束碳纤维生产基地，已向用户提供50 余吨小丝束碳纤维，为国家作出了积极贡献目前该所与扬州聚酯责任有限公司共建碳材料联合实验室，研制高性能PAN 基碳纤维，并准备在扬州建立产业化基地。此外，山西榆次化纤厂是我国唯一用亚砜一步法生产PAN基原丝达数十年的单位，目前仍在生产。 从以上信息可以看出，当前发展态势有以下几个特点：投入力度大；规模大；参与单位多，特别是大企业的参与；起点高，采用多项新技术、新工艺；自动化程度高，工控、程控在线配套使用；逐步建立起质量控制和质量检测方法，特别是在线检测。吉林省碳纤维相关资讯一、2008年11月12日吉林日报：在国家扩大内需、保持经济平稳较快发展政策出台之际，吉林省全力以赴，主动出击，迅速谋划八大重点工程，取得突破性进展。日前，向国家申报12类共1274个项目，总投资3770亿元。其中第12类内容：吉林新材料产业基地建设项目：打造吉林新材料产业基地，以中油吉化、吉林化纤、吉恩镍业、通钢集团、雷天科技、吉研高科等企业为依托，建设碳纤维材料及制品、纳米碳酸钙等30个项目，总投资50亿元。二、百吨级碳纤维、生物基化工醇、高清晰LED大屏幕显示器、新型锂离子电池、时速350公里高速动车组、吉林人参系列产品开发、玉米和水稻收割机十大科技成果产业化。 三、吉林奇峰化纤股份有限公司承担的吉林市2007年度重大科技攻关项目“碳纤维原丝开发及中试”通过了省科技厅组织的专家鉴定。据了解，制约我国碳纤维工业发展的瓶颈技术就是国产的PAN基原丝质量不过关，与会专家认为，该项目采用水相悬浮聚合，引发体系采用氧化还原体系的技术路线，属国内首创，吉林奇峰化纤股份有限公司具有多年腈纶生产的实践经验，具有发展PAN基碳纤维原丝的基础，其目前取得的成果及进一步加以完善后，将对吉林市工业结构调整和我国碳纤维工业的发展起到积极的推动作用。四、长春应用化学研究所一种拥有自主知识产权的低成本、高效率，适用于制备高性能T700碳纤维原丝的高品质丙烯腈成纤聚合物的原材料纯化技术，日前由中国科学院长春应化所研究成功，已申报中国发明专利2项；确立了高性能碳纤维溶液的制备方法，且拥有自主知识产权，可获得以开发T700碳纤维原丝为目标的专业纺丝溶液；所确立的干喷-湿纺技术和高温蒸汽牵伸技术适合于高强度碳纤维原丝的制备，工艺流程合理，易于控制，可用于指导规模化生产；所得到的原丝性能达到技术指标，整体技术居国内领先水平。 据悉，碳纤维以其低密度、高强度及耐高温等一系列优异的特性，在高科技领域得到越来越广泛的应用。高性能碳纤维是航天、航空、国防等领域急需的关键材料，高性能原丝制备技术的开发可彻底改变我国碳纤维制备技术落后的不利局面，对提升吉林省及我国碳纤维制备技术水平具有重要意义 。五、吉研高科技碳纤维有限公司江城日报2009年5月16日项目建设潮涌江城：记者日前了解到，市吉研高科技碳纤维有限公司已在汶川地震灾区重建工程招标会上中标，他们生产的1万平方米碳纤维布，将在灾区的桥梁、楼体加固上一显身手。而他们新上的年产500吨碳纤维生产线，自4月份开工建设以来，正按原计划顺利推进，有望在6月份竣工投产。 坐落在吉林经开区的市吉研高科技碳纤维有限公司，是一家民营企业。年产500吨碳纤维项目的总投资为1亿多元，其中，国债资金为1394万元，且已划拨到账。一家民营企业，一个听起来似乎产能不大的项目，为什么会获得国债资金的支持？这主要缘于碳纤维产品的特殊性。碳纤维是一种无机高分子材料，具有强度高、耐高温、抗磨损、比重低等其他材料所无法比拟的性能，用途十分广泛。正因为碳纤维能应用于航天航空等许多尖端领域，所以，美、日等发达国家一直对外封锁其生产技术，对这种产品的出口也有严格限制。目前，我国每年碳纤维需求量约为6000吨，而国内有效产能仅为每年600吨，需要大量进口。吉研高科技公司所掌握的碳纤维生产技术及设备，是他们自主研发的，在这方面他们拥有4项专利。2008年4月，该公司160吨碳纤维生产线建成投产。鉴于巨大的市场空间和上游充足的原料，吉研高科技公司决定今年建一条年产500吨的生产线，使其产能提高3倍，成为国内最大的碳纤维产品生产厂家。预计项目建成投产后，每年可实现产值1.5亿元，利税2500万元。另据介绍，生产碳纤维的主要原料是碳纤维原丝，而生产碳纤维原丝的主要原料是聚丙烯腈。也就是说，在我市，化工化纤碳纤维，由此形成了一条产业链。碳纤维行业发展预测 碳纤维属高新技术、高附加值产品， 具有其他材料不可比拟的优异性能， 具有广泛的用途和良好的发展前景。1）制订我国碳纤维发展的总体规划，考虑国内研制与国外引进相结合。碳纤维是一种可以形成庞大产业带的基础产品，并随其成本的降低而在金属、陶瓷、玻纤等材料的传统应用领域得到广泛应用。同时因其高科技含量，又可在一定时期形成相对垄断产品。因此，碳纤维及其复合材料的开发，可为企业带来长期、稳定的投资收益，是大企业较好的投资方向。 2）开发低成本碳纤维技术，特别是采用一般纺织用PAN 原丝生产工业级碳纤维和开发大丝束碳纤维。碳纤维的价格是限制其推广应用的制约因素，降低碳纤维价格的关键是采用一般纺织用PAN 原丝生产工业级碳纤维和大丝束碳纤维，我国必须突破这些关键技术。 4）研究扩大碳纤维的应用范围，开发宇航级与一般工业级的碳纤维和发展以T700为基础的军用碳纤维系列。碳纤维要降低价格必须扩大用量，必须扩大碳纤维的应用范围。军用高性能碳纤维的用量毕竟是有限的，必须开发新的应用范围，包括交通运输、汽车、能源和土木建筑等领域。例