碳纤维行业分析报告.pdf

碳纤维行业分析报告一、概述碳纤维（CF）是指含碳量高于90％的无机高分子纤维，一般作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成具有强度高、模量高（模量即材料在受力状态下应力与应变之比）、重量轻、抗疲劳、耐腐蚀等一系列优异性能的新型复合材料（见表1）。表1碳纤维与金属材料的主要性能比较种类密度抗拉强度模量E线膨胀系数碳纤维1.615013500-0.1铝2.855724020.9钢7.81832040011.3钛合金4.4112112007.2碳纤维根据原丝类型可分为聚丙烯腈（PAN）基、沥青基和粘胶基、木质素纤维基、其他有机纤维基等；根据力学性能可分为通用型、高性能型两种。按碳纤维的功能可分为受力结构用碳纤维、耐焰用碳纤维、导电用碳纤维、润滑用碳纤维、耐磨用碳纤维和活性碳纤维等。按制造条件和方法分为碳纤维、石墨纤维、活性碳纤维、气相生长碳纤维。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（见表2）。表2碳纤维和深加工制品及其应用概况单项预浸料(无纬布)预浸料双向预浸料(带、布)束丝预浸料碳二维织物纤织物三维织物维多维织物长碳纤维纸丝短切纤维粒料微纤(研磨)各种浸渍物镀、喷金属短切复合纤维导线包覆塑料电缆二、国内外发展现状全球碳纤维生产中以聚丙烯腈基为主。高性能碳纤维作为制造先进复合材料最重要的增强材料，世界各国都十分重视其应用开发，其应用范围也从满足性能要求高的航空、航天领域逐步向民用和文体领域推广。（一）全球碳纤维产业现状国际上PAN基碳纤维的生产，从20世纪60年代起步，经过70～80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。PAN基碳纤维分大丝束碳纤维(LT:48K～480K)主要有以美国为代表的和小丝束碳纤维(CT:1K～24K)以日本为代表的两大类。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。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3）。表3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二甲基亚砜一步法湿纺日本东邦氯化锌水溶液一步法湿纺美国BASF熔纺二甲基乙酰胺二步法湿纺日本三菱人造丝二甲基甲酰胺一步法湿纺NaSCN二步法湿纺日本爱克纶二甲基甲酰胺二步法湿纺英国考特尔兹NaSCN一步法湿纺日本旭化成二甲基亚砜二步法干喷湿纺目前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。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（见表4）。表4世界PAN基碳纤维名义生产能力单位：吨生产商2008年2009年2010年2011年2012年2013年2014年东丽17960182001920019200192001920019200东邦13100158001580015800158001580015800卓尔泰克10950134501625016750172501825018500三菱人造丝760096001230012300123001230012300爱思奇爱尔（SGL）500060007000800090001100012000台塑集团5000600070008000800080008000赫克塞尔3900515070007000700070007000苏泰克1950200030004000400040004000中国4004008001600200050006000其他1100370047006700760081009100合计66960