碳纤维发展现状及其发展趋势

碳纤维发展现状及其发展趋势

0 引言

高性能纤维是指耐热好、质量轻、强度高、高模量的特种纤维材料。作为高性能纤维的一种,碳纤维既有碳材料的固有本征,又兼备纺织纤维的柔软可加工性,是新一代军民两用新材料,已广泛用于航空航天、交通、体育与休闲用品、医疗、机械、纺织等各领域。

碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在90%以上。它是利用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下碳化而制得。碳纤维具有

十分优异的力学性能，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，是其他主要结构材料（金属及

其合金）所无法比拟的。除了优异的力学性能外，

碳纤维还兼具其他多种优良性能，如低密度、耐高

温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、

电及热传导性高、热膨胀系数低、光穿透性高，非磁

体但有电磁屏蔽性等。

作为高性能纤维的一种，碳纤维既有碳材料的固有特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是先进复合材料最重要的增强材料，已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用，从航天、航空、汽车、电子、机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等。因此，碳纤维被认为是高科技领域中新型工业材料的典型代表，为世人所瞩目。碳纤维产业在发达国家支柱产业升级乃至国民经济整体素质提高方面，发挥着非常重要的作用，对我国产业结构的调整和传统材料的更新换代也有重要意义，对国防军工和国民经济有举足轻重的影响。

1国内外碳纤维的发展现状1.1 国外碳纤维的发展现状

碳纤维的起源可追溯到19世纪后期，美国人爱迪生（Edson）用碳丝制作灯泡的灯丝，从而发明了电灯，给人类社会带来了光明。但是在20世纪初期，美国通用电器公司的库里基（Coolidge）发明了用钨丝取代碳丝作为灯丝，并

一直沿用至今。这使得碳丝一度退出了历史舞台。直到20世纪50年代，在美苏冷战和争霸的时代背景下，为了解决战略武器的耐高温和耐烧蚀材料，碳纤维再次进入人们的关注视角。并自此以后，在材料科学领域掀起了碳纤维研究与开发热潮，各种有机纤维被用来尝试制备碳纤维。经过几十年的发展，形成了聚丙烯腈（PAN）、沥青和粘胶三大原料体系。其中，PAN基碳纤维因其生产工艺简单、生产成本较低和力学性能优良的特点，已成为发展最快、产量最高、品种最多以及应用最广的一种碳纤维。

目前，PAN碳纤维市场用量最大，按力学性能可分为高模量、超高模量、高强度和超高强度4种碳纤维；按用途可分为宇航级小丝束碳纤维和工业级大丝束碳纤维，其中小丝束初期以1K、3K、6K（1K为1000根长丝）为主，逐渐发展为12K和24K，大丝束为48K以上，包括60K、120K、360K和48 0K等。

国外PAN基碳纤维的研究与开发开始于20世纪60 年代。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。世界PAN 基碳纤维生产厂商主要有日本Toray（东丽）、Toh o（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A moco 公司。

在小丝束碳纤维（3 K，6 K和12 K）方面，Toray、Toho与Mitsu bishi 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。

表1.1 世界大丝束碳纤维产能情况 t/a

生产商产能

美国AKZO-Fortafil(阿克苏-福坦菲尔) 3500

Zoltek 1800

Aldila(阿尔迪拉) 1000

德国SGL(爱斯奇爱尔) 1900

日本Toray 300

总计9500

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，Carbon Nanotechnologies Inc.（Houston，TX）、Materials & Electrochemical Research Corp.（Tucson，AZ）和日本Mi tsubushi Chem与Toray等计划大规模生产纳米碳纤维。

1.2 我国碳纤维发展现状

从20世纪70年代中期开始，经过30余年的发展，我国碳纤维从无到有，从研制到生产取得了一定的成绩，但总的来说，我国碳纤维的研制与生产水平还较低，目前仅相当于国外20 世纪70 年代中、末期水平。

1.2.1 PAN 基碳纤维

我国PAN 基碳纤维的开发研制已有30多年历史。20世纪60年代初，吉林应用化学研究所已着手于PAN基碳纤维的研究，70年代初已完成连续化中试装置。其后，上海合成纤维研究所、中国科学院山西煤化所等单位也开展研制工作，并于80 年代中期通过了中试。我国碳纤维生产先后建成了从年产几百千克到年产几吨的小试装置和几十吨的中试生产装置，起步不晚，但发展缓慢，总生产能力还不及发达国家或地区的一家公司见表1.2。

表1.2 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Toray 9100（小丝束）

日本Toho 5600（小丝束）

日本Mitsubishirayon 4700（小丝束）

美国Hexcel 2000（小丝束）

英国Amoco 1900（小丝束）

中国台湾台湾工程塑料公司1750（小丝束）

美国AKZO-Fortafil 3500（大丝束）

美国Zoltek 1800（大丝束）

美国Aldila 1000（大丝束）

德国SGL 1900（大丝束）

2002年国内PAN基碳纤维需求量约为2 235t ，其中体育休闲领域需求量为1935t，占87%；一般产业需求量为250t，占11%；军工领域需求量

为50t，仅占2% 。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。

1.2.2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 2002—2004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/（t·a-1）强度/MPa 模量/GPa

通用型碳纤维中国450 686 41 Donac 300 686 34 Kureha 900 590~980 30~33 Niffobo 开发中657~980 40~49 Noppon 开发中784~980 39~49

高性能碳纤维Amoco 140~230 1300~2400 170~960 Mitsubishi

Chem

500 1800~3300 176~735 Nippon Sekiyu 50 3230~3300 392~686 Donac 开发中1800~3000 140~600 Kureha 开发中1800~4000 150~400

20世纪70年代初，上海焦化厂以煤焦油为原料成功地制取了碳纤维，但因试验结果不稳定，产品质量不高而中止。1979 年，中国科学院山西煤化所开始研制沥青基碳纤维，1985 年通过小试。在此基础上，冶金部在烟台筹建了新材料研究所，生产通用级沥青碳纤维，规模70 ～100 t / a，主要做飞机的刹车片。90年代初扩大到150 t / a。但由于设备未过关，又无改造资金，处于停产状态。鞍山东亚精细化工有限公司投资1.2亿元人民币于90年代初从美国Ashland（阿什兰德）石油公司引进了全套生产设备，生产能力为200 t / a，1994年动工建设，1995 年投产。近年来，我国碳纤维的产量虽有增加，但与不断增长的需求相比仍有较大的差距。

我国沥青基碳纤维与PAN 基碳纤维相比发展较慢，但由于生产成本较低，价格约为PAN基碳纤维的1 / 3 ～1 / 4，因此沥青基碳纤维在民用及建筑领域的应用前景较为广阔，这将为我国沥青基碳纤维的发展提供良好的机遇。1.2.3小结

近些年来，随着我国整体实力的不断提升，对碳纤维的需求量也与日俱增，而我国碳纤维现阶段大部分依赖进口，2004年全国碳纤维用量为4000吨，国内实际产量仅为1O多吨，而且无论是质量还是规模与国外相比差距都很大。另据估测2009年我国碳纤维需求将达到7500吨，这表明我国碳纤维严重供不应求。尽管目前国际社会碳纤维的制造技术与产品对华出口有所松动，通用级碳纤维进口渠道已经开通，但高性能碳纤维对我国依然限制。

由于我国对碳纤维需求的日益增加，聚丙烯腈基碳纤维成为国内新材料业研发的热点，如上海石化公司准备采用NaSCN一步法生产数千吨PAN基原丝。上海星楼实业有限公司拟建立400吨/年大丝束碳纤维生产线，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。安徽华皖集团(原蚌埠灯芯绒集团公司)建立500吨/年PAN原丝和200吨/年碳纤维生产线，其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。广西桂林市化纤总厂拟建200吨/年碳纤维生产线，产品为3-12K的小丝束碳纤维。山东天泰碳纤维有限责任公司将建立400吨/年生产线，碳纤维性能为T300级水平，产品以12 K为主。青岛化工学院高分子工程材料研究所(恒晨公司)将建立50吨/年左右的碳纤维生产线。江苏扬州与中国科学院山西煤炭研究所也计划合作建立高性能聚丙烯腈原丝和碳纤维的生产中试基地。吉林石化公司放弃了以前采用硝酸一步法生产原丝的技术，与北京化工大学合作承担了国家“九五”科技攻关项目，共同研究开发二甲基亚砜法高性能聚丙烯腈原丝生产技术，并将充分依靠自己的技术建立500吨/年原丝和200吨/年碳纤维生产线。兰化集团化纤厂已有100吨/年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，该厂的腈纶生产线是我国从国外最早引进的，有丰富的生产经验和技术积累。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。目前，该厂正在建立新的小丝束碳纤维生产线，扩大产量，以满足市场需求。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。大连兴科碳纤维有限公司已建成380吨/年生产线，是目前我国唯一实现碳纤维产业化的企业，位居大陆首位，并在世界排名第十一，据专家评价该公司实际拥有年产量800吨的生产能力，产品各项技术指标已经达到国外同类产品先进水平。

1.3 碳纤维的主要生产工艺

通常用有机物的炭化来制取碳纤维，即聚合预氧化、炭化原料单体—原丝—预氧化丝—碳纤维。碳纤维的品质取决于原丝，其生产工艺决定了碳纤维的优劣。以聚丙烯腈(PAN)纤维为原料，干喷湿纺和射频法新工艺正逐步取代传统的碳纤

维制备方法(干法和湿法纺丝)。

1.3.1干喷湿纺法

干喷湿纺法即干湿法，是指纺丝液经喷丝孔喷出后，先经过空气层(亦叫干段)，再进入凝固浴进行双扩散、相分离和形成丝条的方法。经过空气层发生的物理变化有利于形成细特化、致密化和均质化的丝条，纺出的纤维体密度较高，表面平滑无沟槽，且可实现高速纺丝，用于生产高性能、高质量的碳纤维原丝。

干喷湿纺装置常为立式喷丝机，从喷丝板喷出的纺丝液细流经空气段(干段)后进入凝固浴，完成干喷湿纺过程；再经导向辊、离浴辊引出的丝条经后处理得到PAN纤维。

离开喷丝板后的纺丝液细流先经过空气层(干段)再进入凝固浴，干段很短，但对凝固相分离和成纤结构有着重大影响，在空气层，挤出的纺丝液细流中的溶剂急速蒸发，表面形成了薄薄致密层，细流进入凝固浴后可抑制双扩散速度；由于在喷丝板出口处产生膨胀效应，靠细流自身的重力以及牵伸力向下流动，然后经干喷湿纺的正牵伸可使胀大部分被牵伸变细后进入凝固浴；凝固浴采用低溶剂质量分数配比和低温凝固，低溶剂质量分数配比可加大溶剂与细流之间的质量分数差，加速扩散；低温可抑制扩散速度，利于沉淀结构致密化、均质化，最终纺出的原丝和所制碳纤维表面较平滑而无沟槽。

与纯湿纺相比，干喷湿纺可纺出较高密度且无明显皮芯结构的原丝，大幅提高了纤维的抗拉强度，可生产细特化和均质化的高性能碳纤维。

1.3.2 射频法

PAN原丝经过预氧化(200～350oC，射频负压软等离子法)、碳化(800～1200oC，微波加热法)到石墨化(2 400～2 600oC，射频加热法)，主要受到牵伸状态下的温度控制。在这一形成过程中达到纤维定型、碳元素富集，分子结构从聚丙烯腈高分子结构—乱层的石墨结构—三维有序的石墨结构。

国内有自主知识产权的“射频法碳纤维石墨化生产工艺”开辟了碳纤维生产的创新之路，它采用射频负压软等离子法预氧化PAN原丝，接着用微波加热法碳化，最后用射频加热法石墨化形成小丝束碳纤维。

1.4 国产碳纤维存在的主要问题

我国碳纤维虽然经过了一段时期的发展，但是与国外的技术水平还存在一定的差距和一些在竞争中不容忽视的问题，主要有以下几个方面。

1）原丝质量与国外比还存在差距。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，离散系数较大均匀

性、稳定性差（强度、模量、线密度的CV值均为国外产品的一倍以上），毛丝多（断头率为国外产品的6倍）。

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。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（为国外产品的1.5～3倍），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，有很多不合理因素。如成本结构存在问题，据我国某碳纤维厂对碳纤维成本的粗略统计，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 %，厂家、装置规模小，技术设备落后，经济效益差。

4）品种单一、规格单一，碳纤维来源大部分依赖于进口。国内PAN 碳纤维总生产能力较小，实际生产量仅30～40吨/年，远远不能满足国内的需要（约5000～6000吨），目前我国95%的碳纤维依靠进口。根据不同行业、不同产品、不同零部件的不同需求，希望能采用不同类别、不同品种、不同规格的碳纤维。除了供结构材料使用的碳纤维，还希望有供功能材料使用的碳纤维，而我国目前碳纤维仅相当于东丽公司已基本决定淘汰的T300水平。

2碳纤维的应用状况2.1 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。主要用于制备先进复合材料（ACM），已广泛应用于军事宇航、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，并取得了一定的突破性进展。

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 /（g·cm-3）/（109·cm）/（107·cm）

IM6 5200 276 1.70 1.62 3.06 美国

IM7 5379 276 1.80 1.53 3.00 美国

IM8 5447 303 1.70 1.78 3.20 美国

IM9 6343 290 2.00 1.45 3.17 美国

P30 4000 210 1.76 1.19 2.27 日本

T700 4800 230 1.80 1.28 2.67 日本

T800 5490 294 1.80 1.62 3.03 日本

T1000 7060 日本

2.1.1军事宇航领域

在宇航领域，由于其重量轻，刚性、尺寸稳定性和导热性好，高模量碳纤维很早便应用于航天器中。碳纤维在宇航上的应用主要在固体火箭发动机壳体和喷管上。碳纤维是火箭、卫星、导弹、战斗机和舰船等尖端武器装备必不可少的战略基础材料。将碳纤维复合材料应用在战略导弹的弹体和发动机壳体上，可大大减轻重量，提高导弹的射程和突击能力，如美国80年代研制的“侏儒”洲际导弹（图2）三级壳体全都采用碳纤维/环氧树脂复合材料。碳纤维复合材料在新一代战斗机上也开始得到大量使用，如美国第四代战斗机F22（图3）采用了约为24%的碳纤维复合材料，从而使该战斗机具有超高音速巡航、超视距作战、高机动性和隐身等特性。碳纤维在舰艇上也有重要的应用价值，可减轻舰艇的结构重量，增加舰艇有效载荷，从而提高运送作战物资的能力，而且，碳纤维不存在腐蚀生锈的问题，可以延长使用寿命和节省维护费用。

图2 美国“侏儒”洲际导弹图3 美国F22战斗机

碳纤维还是让大型民用飞机、汽车、高速列车等现代交通工具实现“轻量化”的完美材料。新一代大型民用客机空客A380（图4）和波音787（图5）使用了约为50%的碳纤维复合材料。这使飞机机体的结构重量减轻了20%，比同类飞机可节省20%的燃油，从而大幅降低了运行成本、减少二氧化碳排放。

在1992年,航空应用中对碳纤维的需求开始有所减少,主要是受到了商业飞机业衰退的影响,但是在1995早期有得到了迅速的恢复。恢复的主要原因是由于生产效率在整体上都得到了提升,同时也开始全力生产波音777飞机,TORAY的碳纤维被用做结构材料,包括水平和垂直的横尾翼和横梁,这两部分结构是如此的重要,如果他们受损,那么整个飞机在飞行的过程中就可能坠毁。这些材料被称为"首要的结构材料",因为他们是如此的重要,所以对他们的质量要求是极其苛刻

的。对于波音777飞机,TORAY是波音公司指定的唯一有资格的碳纤维制造商。欧洲空客也在他们的飞机上使用了大量的碳纤维,TORAY的TORAYCA碳纤维有望将被大量地应用在他们的新型客机A380上。

图4 空客A380飞机图5 波音787飞机

2002年，在宇航领域中碳纤维的需求量大约是4 000 t，其应用分布：北美为2500t，高达62.5%；欧洲和亚洲分别为1 260 t和240 t，分别占2 6.1%和4.2%。

2.1.2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。在土木工程和建筑领域,应用碳纤维的抗震修复和加强法是一项主要突破,正在此领域得到广泛的推广。在铁路建筑中,大型的顶部系统和隔音墙在未来会有很好的应用,这些也将是很有前景的应用。

2.1.3工业领域

近几年来碳纤维在宇航领域中应用萎缩，在工业应用的市场不断看好。与宇航和体育休闲用品相比，工业应用对于碳纤维的需求在不断增长。基础设施、油气开采、压力容器（压力容器主要用在汽车的受压大然气(CNG)箱上,而且还用在救火队员的固定式呼吸器(SCBA)上。CNG罐源于美国和欧洲国家,现在日本和其他的亚洲国家也对这项应用表现出了极大的兴趣。）、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。碳纤维应用在机器元件、家用电器、微机、及与半导体相关的设备的复合材料的生产,可以用来起到加强,防静电,和电磁波防护的作用,另外,在X射线仪器市场上,碳纤维的应用可以减少人体内X射线下的暴露。

2.1.4 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。国外的各大主要汽车厂家，均竞相开发CFRP（碳纤维复合材料）化的节能、环保和安全性汽车。新一代的汽车要求大大地降低能耗，最重要的措施之一就是减轻汽车质量，用一般钢材是不可能实现的，因此采用复合材料是最有效的办法。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。因此碳纤维复合材料用作汽车材料，将具有广阔的发展前景。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。

2.1.5 能源领域

目前，电阻率在10－3～10－2 W·cm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。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。

2.1.6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 %。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。

2.2 碳纤维及其复合材料的产品

2.2.1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30~150 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。

2.2.2 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。

2.2.3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。

2.2.4 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。

2.2.5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C arbon 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。

3 碳纤维的发展趋势

3.1 国外碳纤维的发展趋势

自从碳纤维工业化生产以来，世界各国都特别重视其应用开发。随着价格不断降低，其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。

3.2 国内碳纤维的发展趋势

尽管我国碳纤维生产发展缓慢，但消费量却与日俱增，市场需求旺盛，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。近年来，随着市场需求的增加，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

通过对国内市场需求进行广泛深入的调研发现，近几年体育和休闲用品及压力容器等领域对碳纤维的年需求量迅速增长，从我国航空航天技术的发展来看，也急需高性能碳纤维及其复合材料。

综上所述，国内PAN基碳纤维材料加工业已初具规模，有一定的技术基础和市场开发能力，市场需求比较旺盛，但碳纤维的生产远远不能满足市场需求，需大量进口。此外，考虑到我国碳纤维的应用还在不断发展，许多用途还有待开

发，如碳纤维在工程修补增强方面、飞机和汽车刹车片、汽车和其他机械零部件的应用以及电子设备套壳、集装箱、医疗器械、深海勘探和新能源的开发等方面都将是我国碳纤维未来的潜在消费市场，对碳纤维的需求量将更大。因此，未来我国碳纤维的市场需求前景广阔，潜力极大。

3.3 碳纤维未来需求

未来几年碳纤维产能提高，市场需求增加。专家们认为，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。会议副主席、业内资深专家安东尼·罗伯茨(AnthonyR oberts)的发言尤其引人注目。他说，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20 14年，会增长到30000 吨左右。2014 年，这两种纤维的名义生产能力达9 3450 吨，比1998 年增长7 倍。(见表3.1)

表3.1 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

42950 49850 56200 59200 59200 59700 60700 布的产能

小丝束纤维实

27958 36390 42150 44400 44475 45150 45525 际产能

大丝束纤维宣

20500 23750 25750 25750 31750 32250 32750 布的产能

大丝束纤维实

18860 21850 20850 23690 29210 29670 10130 际产能

宣布的总产能63450 73600 79950 84200 91450 92450 93450 实际产能力46818 58240 64000 68090 73685 74820 75655 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)。

表3.2 全球碳纤维需求预测（单位：吨）

2008年2009年2010年2011年2012年2013年2014年

航空7250 9120 10700 11375 12230 12870 13580

工业21275 24255 27270 30690 34250 38405 42445

体育7025 7485 7970 8085 8680 9015 9400

合计35490 40860 45940 50350 55160 60290 65425

据爱尔兰都柏林消息，有研究报告《2004～2010 年全球碳纤维市场增长机会》称，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3200 0 吨。显然，罗伯茨的预测比该研究报告乐观。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。

4 总结

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。随着我国经济的持续快速发展，碳纤维的市场需求与日俱增，发展我国的碳纤维工业具有重大的现实意义和深远的历史意义。因此，针对当前现状，必须加快我国碳纤维发展进程。

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。

3）解决碳纤维生产厂家小而散的问题，以提高竞争力。像日本3 家碳纤维公司的总产能占世界的75 %，而我国十几个厂家，每家最多100 t / a级，这样无法与国外竞争。

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。

碳纤维产业现状及发展前景

碳纤维：从“无”到“有”到“好” 随着国家政策扶持力度的不断增大及市场需求的日益增长，我国碳纤维出现了前所未有的产业化建设热潮，国产碳纤维技术和产业化水平显著提高。特别是最近十年，在国家科技与产业计划的支持下，高性能碳纤维及其复合材料在关键技术、装备及应用等方面取得了突破性进展，初步建立起国产碳纤维制备技术研发、工程实践和产业化建设的较完整体系，技术发展速度明显加快，产品质量不断提高，有效缓解了国防建设重大工程对国产高性能碳纤维的迫切需求。 目前，国内大小碳纤维生产企业近40家，其中，拥有千吨以上规模生产线的企业4家，拥有五百吨级生产线的企业5家。国产碳纤维总产能达到1.96万吨。主要产品为12K及以下规格小丝束PAN基碳纤维，其中，T300级碳纤维性能达到国际水平，已进入产业化发展阶段，并在航空航天领域得到了应用；T700级碳纤维已建成千吨级生产线，产品进入应用考核阶段，低成本干喷湿纺T700级碳纤维已经实现规模化生产；T800级碳纤维吨级线建成并已实现批量生产。但高模、高模高强碳纤维的工程化制备技术及更高等级碳纤维的制备关键技术还有待攻关。 总体上讲，目前我国碳纤维产业整体发展水平仍与国外存在较大差距。主要表现在碳纤维原丝生产工艺路线单一、纺丝速度慢、效率低；生产线规模小，产能分散，低端产品产能过剩但生产线开工率低，年产量不足产能的20%；产品品种规格单一、性能稳定性不高、同质化现象严重、成本居高不下；生产装备自主设计制造能力不足、对生产工艺的适应性差；油剂、上浆剂等原辅料开发不配套；下游应用技术发展与碳纤维技术不匹配，下游应用市场对碳纤维产业发展牵引力不足等。特别是，由于低成本、稳定化、规模化生产技术的欠缺，绝大多数碳纤维产品的成本与市场售价倒挂，我国碳纤维企业面临着国内企业间恶性竞争和国外企业恶意压价的内忧外患，生存状况不容乐观。 而目前，国际碳纤维产业及下游应用市场均呈现欣欣向荣的繁荣景象，一方面国际碳纤维应用市场继续以6-8%的增速不断扩大，应用领域进一步拓展；另一方面，全球各大碳纤维制造商已陆续宣布了大幅扩产计划，市场竞争空前激烈。 面对国际碳纤维产业如此明确的发展信号，“十三五”期间，我国碳纤维产

国内外碳纤维生产现状及发展趋势

国内外碳纤维生产现状及发展趋势 碳纤维, 国内外, 趋势, 生产, 发展 碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在90%以上。它是利用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下碳化而制得。碳纤维具有十分优异的力学性能，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，是其他主要结构材料(金属及其合金)所无法比拟的。除了优异的力学性能外，碳纤维还兼具其他多种优良性能，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 传导性高、热膨胀系数低、X光穿透性高，非磁体但有电磁屏蔽性等。 作为高性能纤维的一种，碳纤维既有碳材料的固有特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是先进复合材料最重要的增强材料，已在军事及民用工业的各 个领域取得广泛应用，从航天、航空、汽车、电子、机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等。因此，碳纤维被认为是高科技领域中新型工业材料的典 型代表，为世人所瞩目。碳纤维产业在发达国家支柱产业升级乃至国民经济整体素质提高方面，发挥着非常重要的作用，对我国产业结构的调整和传统材料的更新换代也有重要意义，对国防军工和国民经济有举足轻重的影响。 我国自20世纪60年代开始碳纤维研究开发至今已有近40年的历史，但进展缓慢，同时由于发达国家对我国几十年的技术封锁，至今没能实现大规模 工业化生产，工业及民用领域的需求长期依赖进口，严重影响了我国高技术的发展，尤其制约了航空航天及国防军工事业的发展，与我国的经济社会发展进程极不相 称。所以，研制生产高性能、高质量的碳纤维，以满足军工和民用产品的需求，扭转大量进口的局面，是当前我国碳纤维工业发展的迫切任务。 1生产方法 目前，工业化生产碳纤维按原料路线可分为聚丙烯腈(PAN)基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维三大类。从粘胶纤维制取高力学性能的碳纤维必 须经高温拉伸石墨化，碳化收率低，技术难度大、设备复杂，成本较高，产品主要为耐烧蚀材料及隔热材料所用；由沥青制取碳纤维，原料来源丰富，碳化收率高， 但因原料调制复杂、产品性能较低，亦未得到大规模发展；由聚丙烯腈纤维原丝可制得高性能的碳纤维，其生产工艺较其它方法简单，而且产品的力学性能优良，用 途广泛，因而自20世纪60年代问世以来，取得了长足的发展，成为当今碳纤维工业生产 的主流。 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。

2018年碳纤维行业现状及发展前景分析报告

2018年碳纤维行业现状及发展前景分析报告

正文目录 1、碳纤维材料前景广阔，全球产能高度集中 (6) 1.1、碳纤维应用领域广泛，全球需求增长态势良好 (6) 1.2、碳纤维技术壁垒高，行业龙头优势显著、成本控制能力强 (17) 2、日本企业后发先至，精准定位碳纤维市场 (21) 2.1、东丽掌控碳纤维核心技术，引领行业持续发展 (22) 2.2、帝人东邦布局全球生产基地，碳纤维材料业务盈利能力不断增长 (27) 2.3、三菱丽阳兼备多种碳纤维材料生产能力，大力发展车用碳纤维复材37 2.4、西格里集团碳纤维产业链一体化布局， (45) 3、发展高端制造业，国内未来碳纤维需求巨大 (51) 3.1国内碳纤维的需求增长迅速，行业发展空间广阔 (51) 3.2、国内外企业规模差距大，碳纤维近年获国家政策大力支持 (57) 3.3、国内碳纤维行业步入快速发展期，竞争力持续增强 (58) 4、主要公司分析 (59) 5、风险提示 (60)

图目录 图1：全球碳纤维市场需求及预测 (6) 图2：2016年全球碳纤维需求分布 (6) 图3：2016 年碳纤维在全球航空航天领域细分应用占比 (7) 图4：波音787“梦想客机”的碳纤维机身 (8) 图5：国外商用飞机碳纤维复合材料应用占比 (8) 图6：波音公司预测2014 -2033年全球新增客机数量 (9) 图7：客机碳纤维渗透率预测 (9) 图8：碳纤维复合材料在汽车零部件中的应用情况 (10) 图9：全球汽车领域碳纤维需求量预测 (12) 图10：风电机组正向着大型化发展 (12) 图11：风电叶片的长度和材料经济性关系 (12) 图12：碳纤维在风电叶片中的主要应用部位 (13) 图13：风电新增装机容量预测 (14) 图14：风电叶片碳纤维需求量预测 (14) 图15：碳纤维高尔夫球杆 (15) 图16：碳纤维自行车 (15) 图17：2014-2016年各领域碳纤维价格变动趋势 (17) 图18：2014-2016年全球碳纤维市场需求分布情况 (17) 图19：碳纤维的制造工艺 (19) 图20：全球小丝束碳纤维市场分布 (20) 图21：全球大丝束碳纤维市场分布 (20) 图22：碳纤维行业发展历史 (21) 图23：东丽近年营业收入及毛利率 (23) 图24：2016年东丽株式会社营业收入各业务板块占比 (24) 图25：东丽株式会社PAN碳纤维生产工艺 (25) 图26：聚丙烯腈预氧化化学式 (25) 图27：东邦公司的全球化布局 (28) 图28：帝人集团的全球设施分布 (28) 图29：帝人集团业务领域概要 (29)

中国碳纤维产业现状和思考

中国碳纤维产业现状和思考 碳纤维作为战略性新兴产业中的重要产品正受到越来越多的关注，国内碳纤维生产线建设也异常热闹，一片红火。目前，我国碳纤维生产企业已近３０家，除了民营企业，中石油、中石化、中化工、中钢铁、中国建材、首钢国际等大型国企都已介入，而且都是大手笔。截至目前，我国已建和拟在建的碳纤维产能已达到７万—８万吨／年，其中建成的产能为５０００吨。然而，去年的产量只有千吨左右，部分产品质量水平连Ｔ３００级都达不到，国内市场每年８０００—９０００吨的需求量大部分要依靠进口。在大量生产线出现“趴窝”现象的背后，反映了我国碳纤维目前真实的技术现状。 　１９５９年，日本发明了用聚丙烯腈为原丝加张力牵伸制造碳纤维的方法。目前，日本东丽公司的系列化聚丙烯腈基碳纤维最具代表性，其产品主要分为Ｔ、Ｍ、ＭＪ三个系列，每个系列又有不同型号，远远领先于世界平均水平。日本在１９８４年就生产出了Ｔ７００级产品，此外，国外单线最大产能已达１８００吨（１２ｋ），生产效率高。 我国碳纤维生产的研究始于１９６２年，起步不晚，但长期以来未取得实质性进展。近年的攻关，我国在一些碳纤维应用领域已经不再受制于人，但整体技术水平仍然相对落后。由于碳纤维技术被日本、美国等专利覆盖，我国企业缺乏核心自主知识产权的技术支撑，尚未全面掌握完整的碳纤维核

心关键技术，高性能碳纤维基本处于空白。目前，国内只有相当于或者次于Ｔ３００级碳纤维的产品，Ｔ７００级碳纤维尚处于工程化研究阶段，Ｔ８００、ＭＪ系列碳纤维尚在攻关。国内以３Ｋ（３０００根）、１２Ｋ的Ｔ３００级碳纤维为主打产品，许多低端产品毛丝多，性能指标不稳定，通用性差。千吨级碳纤维生产线的投资在４亿元左右，如果技术始终不能过关，项目投资有可能会打水漂，因此当务之急是提高碳纤维技术水平。目前国内技术水平高的碳纤维企业也有几家，但由于没有形成规模优势，同等质量产品的价格远高于国外，因此成本差异很大，导致我国碳纤维产品没有市场竞争力。据了解，日本东丽Ｔ７００级碳纤维的成本与国内Ｔ３００级的成本相当。 近年来，碳纤维产业风行，有技术背景的和没有技术背景的都在上项目。有技术上项目可以理解，但没技术怎么上呢？多数企业采用的是“挖人战术”，师出同门，技术水平和工艺路线处于同一档次的项目在低水平重复建设。引进的洋技术由于相关设备及配套技术的缺失，改造后多数都难以开花结果。上世纪８０年代我国就曾从英国ＲＫ公司引进大丝束预氧化炉和炭化炉，结果两套设备均未能正常运转，所谓的外国专家也无能为力，引进单位有苦难言，十几年后，当初的设备都当废铁卖了。另据了解，上世纪末期，安徽华皖碳纤维有限公司从英国引进了２００吨／年聚丙烯腈基碳纤维及５００吨／年原丝生产线，经过近十年建设，耗资３亿多，

碳纤维的产业现状及发展

碳纤维的产业现状及发展 2009-05-26源自:IT粉丝网网友评论0 条进入视频教程论文关键词：碳纤维工艺技术供需情况发展 论文摘要：碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，分子结构界于石墨和金刚石之间，含碳体积分数随品种而异，一般在0.9以上。 一、碳纤维的性能 1.1分类 根据原丝类型分类可分为聚丙烯腈（PAN）基、沥青基和粘胶基3种碳纤维，将原丝纤维加热至高温后除杂获得。目前，PAN碳纤维市场用量最大；按力学性能可分为高模量、超高模量、高强度和超高强度4种碳纤维；按用途可分为宇航级小丝束碳纤维和工业级大丝束碳纤维，其中小丝束初期以1K、3K、6K（1K 为1000根长丝）为主，逐渐发展为12K和24K，大丝束为48K以上，包括60K、120K、360K和480K等。 1.2性能 碳纤维的主要性能：(1)密度小、质量轻，密度为1.5～2克/立方厘米，相当于钢密度的l/4、铝合金密度的1/2；(2)强度、弹性模量高，其强度比钢大4-5倍，弹性回复l00%；(3)具有各向异性，热膨胀系数小，导热率随温度升高而下降，耐骤冷、急热，即使从几千度的高温突然降到常温也不会炸裂；(4)导电性好，25。C时高模量纤维为775μΩ/cm，高强度纤维为1500μΩ/cm；(5)耐高温和低温性好，在3000。C非氧化气氛下不融化、不软化，在液氮温度下依旧很柔软，也不脆化；(6)耐酸性好，对酸呈惰性，能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀。此外，还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性。 通常，碳纤维不单独使用，而与塑料、橡胶、金属、水泥、陶瓷等制成高性能的复合材料，该复合材料也具有轻质、高强、耐高温、耐疲劳、抗腐蚀、导热、导电等优良性质，已在现代工业领域得到了广泛应用。 1.3应用领域 由于碳纤维具有高强、高模、耐高温、耐疲劳、导电、导热等特性，因此被广泛应用于土木建筑、航空航天、汽车、体育休闲用品、能源以及医疗卫生等领域。此外，碳纤维在电子通信、石油开采、基础设施等领域也有着广泛的应用，主要用于放电屏蔽材料、防静电材料、分离铀的离心机材料、电池的电极，在生化防护、除臭氧、食品等领域种也有出色的表现。 二、生产工艺 通常用有机物的炭化来制取碳纤维，即聚合预氧化、炭化原料单体—原丝—预氧化丝—碳纤维。碳纤维的品质取决于原丝，其生产工艺决定了碳纤维的优劣。以聚丙烯腈(PAN)纤维为原料，干喷湿纺和射频法新工艺正逐步取代传统的碳纤维制备方法(干法和湿法纺丝)。 2.1干喷湿纺法 干喷湿纺法即干湿法，是指纺丝液经喷丝孔喷出后，先经过空气层(亦叫干段)，再进入凝固浴进行双扩散、相分离和形成丝条的方法。经过空气层发生的物理变化有利于形成细特化、致密化和均质化的丝条，纺出的纤维体密度较高，表面平滑无沟槽，且可实现高速纺丝，用于生产高性能、高质量的碳纤维原丝。

碳纤维国内技术和生产现状简介

碳纤维国内技术和生产 现状简介 文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-

国内碳纤维技术及生产现状 我国从20世纪60年代后期开始研制碳纤维，历经近40年的漫长历程。在此期间，由于国外把碳纤维生产技术列入禁运之列，严格控制封锁，制约了我国碳纤维工业的发展。我国科技工作者发扬自力更生的精神，从无到有，逐步建成了碳纤维的工业雏型。20世纪70年代初突破连续化工艺，1976年在中科院山西煤炭化学研究所建成我国第一条PAN基碳纤维扩大试验生产线，当时生产能力为2t/a。20世纪80年代开展了高强型碳纤维的研究，于1998年建成一条新的中试生产线，规模为40t/a。我国主要研究单位有中科院山西煤化所、上海合纤所、北京化工大学、山东工业大学、东华大学、安徽大学、浙江大学、长春工业大学等。 我国目前使用碳纤维量约占世界用量的1/5。巨大的市场潜力，供不应求的局面，必然促进我国碳纤维工业的发展。但是，要想进入竞争的市场，一是要保证产品的质量，二是要求价位相当。针对我国碳纤维工业的现状，需首先解决高性能PAN原丝的质量，在这基础上才有可能产业化，这是进市场的前提；同时，还需进行预氧化，碳化，石墨化设备及表面处理装置的工程化开发，使其形成规模化生产能力，才能在保证质量的基础上降低成本。目前，内内研究开发以及生产碳纤维的呼声很高，发展趋势令人鼓舞。 但由于对我国碳纤维产业发展的建议目前我国高性能碳纤维无论在质量上还是数量上与国外相比还有一定差距，远远满足不了需求。为此，尽快研究和发展我国自己的高性能碳纤维材料已迫在眉睫。碳纤维是一门多学科交叉、多技术集成的系统工程，质量的提升涉及到方方面面。以下几个方面应优先考虑。 1、提高PAN原丝质量 PAN原丝不仅影响碳纤维的质量，而且影响其产量和生产成本。换言之，只有高质量的原丝才能生产出高性能碳纤维，才能稳定生产，提高产量，降低成本。对于现代碳纤维

碳纤维的发展与现状

人员分工情况 资料收集：蔡煜简江婷婷宋爽韵周晓楠张领中英文摘要：蔡煜张领周晓楠 内容编写：发展部分简江婷婷宋爽韵 现状与差距部分蔡煜张领周晓楠排版校对：简江婷婷宋爽韵 宋爽韵 20110815023 简江婷婷 20110815036 蔡煜 20110815045 周晓楠 20110815047 张领 20110815050

碳纤维的发展与现状 学生：蔡煜简江婷婷宋爽韵周晓楠张领指导老师：秦文峰 摘要:简要介绍了碳纤维的性能、发展历史以及在航空航天领域中的应用，同时分析了国内外碳纤维的发展差距，给出了对我国碳纤维发展的建议。 关键词：碳纤维;碳纤维复合材料;应用领域;发展差距;发展建议 Abstract：The brief introduction of the performance and development history and application in the aviation&aerospace field of carbon fiber ,the analysis of the development gap of carbon fiber between home and abroad ,the advises of carbon fiber’s development to our country are given in this paper. Key words：carbon fiber;carbon fiber composites;application territory; development gap;development advises

碳纤维发展现状及其发展趋势

碳纤维发展现状及其发展趋势 0 引言 高性能纤维是指耐热好、质量轻、强度高、高模量的特种纤维材料。作为高性能纤维的一种,碳纤维既有碳材料的固有本征,又兼备纺织纤维的柔软可加工性,是新一代军民两用新材料,已广泛用于航空航天、交通、体育与休闲用品、医疗、机械、纺织等各领域。 碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在90%以上。它是利用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下碳化而制得。碳纤维具有 十分优异的力学性能，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，是其他主要结构材料（金属及 其合金）所无法比拟的。除了优异的力学性能外， 碳纤维还兼具其他多种优良性能，如低密度、耐高 温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、 电及热传导性高、热膨胀系数低、光穿透性高，非磁 体但有电磁屏蔽性等。 作为高性能纤维的一种，碳纤维既有碳材料的固有特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是先进复合材料最重要的增强材料，已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用，从航天、航空、汽车、电子、机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等。因此，碳纤维被认为是高科技领域中新型工业材料的典型代表，为世人所瞩目。碳纤维产业在发达国家支柱产业升级乃至国民经济整体素质提高方面，发挥着非常重要的作用，对我国产业结构的调整和传统材料的更新换代也有重要意义，对国防军工和国民经济有举足轻重的影响。 1国内外碳纤维的发展现状1.1 国外碳纤维的发展现状 碳纤维的起源可追溯到19世纪后期，美国人爱迪生（Edson）用碳丝制作灯泡的灯丝，从而发明了电灯，给人类社会带来了光明。但是在20世纪初期，美国通用电器公司的库里基（Coolidge）发明了用钨丝取代碳丝作为灯丝，并

碳纤维及其复合材料产业现状及发展趋势

国内外碳纤维及其复合材料产业现状及发展趋势 自上世纪60年代碳纤维首次商业化以来，产业规模不断扩大，产品品质不断提高，2014年全球碳纤维产能（365天连续生产12K/24K 碳纤维丝束计算）已达到12.6万吨。尽管碳纤维与传统的玻璃纤维在价格上仍不能相比，但高性能碳纤维以其高比强度、高模量、可设计、防腐蚀和抗疲劳等突出特点，具有玻璃纤维所不能比拟的优势，已成为发展先进武器装备的关键材料，并在航空航天、国防军工、风能产业、土木工程、体育休闲等领域得到了广泛应用。 当前，国际复合材料产业呈现蓬勃发展态势，据估计，未来5年，先进复合材料将以每年5%的增速发展，而随着民用航空、汽车工业等领域的快速发展，全球高性能碳纤维需求量的年增幅可达10%，亚太地区将会有更高的增长率，即碳纤维及其复合材料产业将面临前所未有的发展空间和机遇。 因此，在目前碳纤维产业快速发展的关键时期，我们更应该认清国际碳纤维产业的发展形势、对照国外先进企业找差距找问题，通过理性思考寻求解决途径，适时把握发展机遇，落实行动、注重实效，努力推进国内碳纤维及其复合材料产业的健康快速发展。 1、国外碳纤维产业现状及发展趋势 1）产业方面 根据前躯体原料的不同，碳纤维可分为聚丙烯腈（PAN）基、沥青基和粘胶基碳纤维等。由于粘胶基碳纤维在制备过程中会释放出毒

性物质二硫化碳，且工艺流程长、生产成本高、整体性能不高，因此目前，国际碳纤维产业领域，前两种碳纤维获得了更大规模的生产和应用。其中，PAN基碳纤维又占据绝对优势，国际市场占有率超过90%。PAN基碳纤维的九大生产商包括：日本东丽、东邦、三菱丽阳、美国赫氏（Hexcel）、氰特（Cytec）、卓尔泰克（Zoltek，已被东丽收购）、台塑、土耳其阿克萨（AKSA）和德国西格里（SGL）。沥青基碳纤维的生产和应用居其次，主要生产企业三家，分别是Cytec、三菱塑料和日本碳素纤维。 PAN基碳纤维分为小丝束（1-24K）和大丝束（36K及以上）两类。全球小丝束碳纤维市场主要被日本东丽、东邦、三菱丽阳三家公司所垄断，而来自中国、土耳其和韩国的企业，正不断扩充小丝束的全球产能，同时也降低了三家日本公司的市场份额。 大丝束碳纤维生产商主要有Zoltek、SGL和三菱丽阳三家。另外，中国国企蓝星集团英国分公司拥有大丝束碳纤维原丝的供应能力，Cytec于2014年与德国腈纶企业合作开展低成本大丝束碳纤维的研制开发。预计在未来10年中，其它制造商也会陆续加入大丝束碳纤维生产领域。 为满足高速发展的航空航天与汽车市场对碳纤维的需要，几乎所有的碳纤维巨头都宣布了扩产计划。例如，日本东丽拥有以日本本土为核心的日美法韩4个生产基地，目前已形成11000～12000吨/年的T700S和4500吨/年的T800碳纤维生产能力，并宣布PAN基碳纤维的总产能于2015年达到27100吨，2020年扩大至50000吨。另外，Hexcel

碳纤维产业发展背景-管理学案例分析

碳纤维产业发展背景 一、产业方面 自 20 世纪 60 年代碳纤维首次商业化以来，碳纤维产业规模不断扩大，产品品质不断提高，2014 年全球碳纤维产能（365 天连续生产 12K/24K 碳纤维丝束计算）已达到 12.6 万 t。尽管碳纤维与传统的玻璃纤维在价格上仍不能相比，但高性能碳纤维以其高比强度、高模量、可设计、防腐蚀和抗疲劳等突出特点，具有玻璃纤维所不能比拟的优势，已成为发展先进武器装备的关键材料，并在航空航天、国防军工、风能产业、土木工程、体育休闲等领域得到了广泛应用。 当前，国际复合材料产业呈现蓬勃发展态势，据估计，未来 5 年先进复合材料将以每年 5%的增速发展，而随着民用航空、汽车工业等领域的快速发展，全球高性能碳纤维需求量的年增幅可达 10%，亚太地区将会有更高的增长率，即碳纤维及其复合材料产业将面临前所未有的发展空间和机遇。 根据前躯体原料的不同，碳纤维可分为聚丙烯腈基（PAN）、沥青基和粘胶基碳纤维等。由于粘胶基碳纤维在制备过程中会释放出毒性物质二硫化碳，且工艺流程长、生产成本高、整体性能不高，因此目前在国际碳纤维产业领域，前 2 种碳纤维获得了更大规模的生产和应用。其中，PAN 基碳纤维又占据绝对优势，国际市场占有率超过90%。PAN 基碳纤维的 9 大生产商包括：日本东丽工业株式会社（简

称“东丽”）、日本东邦化学工业株式会社（简称“东邦”）、日本三菱丽阳株式会社（简称“三菱丽阳”）、美国赫氏有限公司（Hexcel）、美国氰特工业公司（Cytec）、美国卓尔泰克公司（Zoltek，已被东丽收购）、台湾塑料工业股份有限公司（简称“台塑”）、土耳其阿克萨集团（AKSA）和德国西格里碳素集团（SGL）。沥青基碳纤维的生产和应用居其次，主要生产企业 3 家，分别是 Cytec、三菱丽阳和东丽。 PAN 基碳纤维分为小丝束（1～24K）和大丝束（36K 及以上）２类。全球小丝束碳纤维市场主要被东丽、东邦、三菱丽阳 3 家公司所垄断，而来自中国、土耳其和韩国的企业，正不断扩充小丝束的全球产能，同时也降低了３家日本公司的市场份额。 大丝束碳纤维生产商主要有 Zoster、SGL 和三菱丽阳３家。另外，中国蓝星(集团)总公司英国分公司拥有大丝束碳纤维原丝的供应能力，Cytec 于 2014 年与德国 Dormagen 的腈纶纤维生产商 DralonGmbH 公司合作开展低成本大丝束碳纤维的研制开发。预计在未来 10 年中，其他制造商也会陆续加入大丝束碳纤维生产领域。 为满足高速发展的航空航天与汽车市场对碳纤维的需要，几乎所有的碳纤维巨头都宣布了扩产计划。例如，东丽拥有以日本本土为核心的日美法韩 4 个生产基地，目前已形成 11 000 ～12 000ｔ/a 的 T700S 和 4 500ｔ/a 的 T800 碳纤维生产能力，并宣布 PAN 基碳纤维的总产能于2015 年达到27 100ｔ，2020 年扩大至50

碳纤维的研究现状与发展

碳纤维的研究现状与发展 摘要：碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，分子结构界于石墨和金刚石之间，含碳体积分数随品种而异，一般在0.9以上。 关键词：碳纤维复合材料性能与应用 正文 一、碳纤维的性能 1.1分类 根据原丝类型分类可分为聚丙烯腈（PAN）基、沥青基和粘胶基3种碳纤维，将原丝纤维加热至高温后除杂获得。目前，PAN碳纤维市场用量最大；按力学性能可分为高模量、超高模量、高强度和超高强度4种碳纤维；按用途可分为宇航级小丝束碳纤维和工业级大丝束碳纤维，其中小丝束初期以1K、3K、6K（1K为1000根长丝）为主，逐渐发展为12K和24K，大丝束为48K以上，包括60K、120K、360K和480K等。 1.2性能碳纤维的主要性能：(1)密度小、质量轻，密度为1.5～2克/立方厘米，相当于钢密度的l/4、铝合金密度的1/2；(2)强度、弹性模量高，其强度比钢大4-5倍，弹性回复l00%； (3)具有各向异性，热膨胀系数小，导热率随温度升高而下降，耐骤冷、急热，即使从几千度的高温突然降到常温也不会炸裂；(4)导电性好，25。C时高模量纤维为775μΩ/cm，高强度纤维为1500μΩ/cm；(5)耐高温和低温性好，在3000。C非氧化气氛下不融化、不软化，在液氮温度下依旧很柔软，也不脆化；(6)耐酸性好，对酸呈惰性，能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀。此外，还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性。 通常，碳纤维不单独使用，而与塑料、橡胶、金属、水泥、陶瓷等制成高性能的复合材料，该复合材料也具有轻质、高强、耐高温、耐疲劳、抗腐蚀、导热、导电等优良性质，已在现代工业领域得到了广泛应用。 1.3应用领域 由于碳纤维具有高强、高模、耐高温、耐疲劳、导电、导热等特性，因此被广泛应用于土木建筑、航空航天、汽车、体育休闲用品、能源以及医疗卫生等领域。此外，碳纤维在电子通信、石油开采、基础设施等领域也有着广泛的应用，主要用于放电屏蔽材料、防静电材料、分离铀的离心机材料、电池的电极，在生化防护、除臭氧、食品等领域种也有出色的表现。碳纤维复合材料片。碳纤维复合材料片是采用常温固化的热固性树脂（通常是环氧树脂）将定向排列的碳纤维束粘结起来制成的薄片。把这种薄片按照设计要求，贴在结构物被加固的部位，充分发挥碳纤维的高拉伸模量和高拉伸强度的作用，来修补加固钢筋混凝土结构物。日本、美国、英国将该材料用于加固震后受损的钢筋混凝土桥板，增强石油平台壁及耐冲击性能的许多工程上，获得了突破性进展。碳纤维复合材料片具有轻质（比重是铁的1/4～1/5），拉伸模量比钢高10倍以上，耐腐蚀性能优异，可以手糊，工艺性好等优点。因此，碳纤维复合材料片在修补加固已劣化的钢筋混凝土结构物（约束裂纹发展、防止混凝土削落）和提高结构物耐力以及对用旧标准设计建成的钢筋混凝土结构物的补强、加固应用将越来越多。 二、生产工艺

国内外碳纤维的发展现状分析

国内外碳纤维的发展现状分析 摘要：介绍了碳纤维的基本特性，概述了世界及中国碳纤维的发展概况。详细论述了碳纤维在航空航天、体育用品、工业领域应用的最新进展。碳纤维是一种物理化学性能优异的新型纤维，其在三大领域的应用前景非常乐观。 关键词：碳纤维复合材料发展应用 前言 随着工程技术和材料科学的发展，对材料性能的要求越来越高。有关先进复合材料的研究、发展和应用一直是高科技材料技术的重要内容之一，而碳纤维及其碳纤维复合材料在此领域则占有举足轻重的地位。其主要原因：它是一种技术和用途十分广泛的树脂基复合材料，以碳纤维为增强材料，合成树脂为基体材料，通过各种成型工艺复合而成的碳纤维复合材料，是一种高性能新型结构材料；它是一种强度比钢大十多倍、密度比铝合金还低，且还有许多宝贵的电学、热学和力学性能；在现代航天航空等尖端技术发展中，已成为一种不可缺少的新型材料。因此，许多发达国家不惜投入大量人力、物力和财力，对碳纤维进行研制开发、完善和提高，使其质量不断提高，品种、型号和规格与日俱增，应用领域日益拓宽。 1 碳纤维发展概况 1.1 世界碳纤维发展概况 近几年随着先进复合材料的发展，碳纤维需求激增，引爆了近年来世界性的碳纤维危机，这场危机从2005年开始日趋明显，至2007年达到极点。自碳纤维危机爆发以来，各大碳纤维生产厂商急剧扩张，扩大产能，缓解了碳纤维紧缺的供应情况。2008年下半年爆发了世界金融危机，实体经济受影响颇深，碳纤维的需求也有所回落。尤其是2009年经济衰退陷入最低谷时，很多碳纤维制造商也推迟或放慢了自己的发展计划。但是进入2010 年以来，随着经济危机的好转，全球碳纤维市场出现快速回暖的迹象。巨大需求刺激碳纤维市场回暖，因此对碳纤维的需求总体仍处上升趋势。目前世界碳纤维产量达到4万t/年以上，随着碳纤维应用领域的不断扩大，碳纤维的市场需求日趋增加，碳纤维及其复合材料产业呈现良好发展态势。据相关部门预测，世界碳纤维需求将以每年大约13%的速度飞速增长，碳纤维的全球需求量2018年将达到10万t。全世界主要的碳纤维生产厂商是日本东丽、东邦人造丝和三菱人造丝三家公司, 美国的HEXCEL、ZOLTEK、ALDILA 三家公司，以及德国SGL西格里集团、韩国泰光产业等少数单位。 1.2 我国碳纤维产业发展概况 我国对碳纤维的研究开始于20世纪60年代，80年代开始研究高强型碳纤维。多年来进展缓慢，但也取得了一定成绩,进入21世纪以来发展较快，安徽华皖碳纤维公司率先引进了500t/ 年原丝、200t/ 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。

碳纤维的发展现状

碳纤维的发展现状 碳纤维(carbon fiber)，它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维碳，是纤维状的碳素材料，含碳量在90%以上，其中含碳量高于99%的称石墨纤维。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年将聚丙烯腈(PAN)基碳纤维浸泡在强碱溶液中，时间已过去20多年，它至今仍保持纤维形态。 图1 碳纤维 碳纤维最早由美国联合碳化物公司和美国空军材料实验室于1959年投产，原丝采用粘胶纤维。1962年，日本碳公司进行了通用级聚丙烯腈基碳纤维的生产。1971年，日本东丽公司的高性能聚丙烯腈基碳纤维投产。沥青基碳纤维是日本吴羽化学工业公司于1973年投产的。联合碳化物公司生产了高模量沥青基碳纤维,1985年，美国、日本及西欧的聚丙烯腈基碳纤维年生产能力共约有7.25kt，沥青基碳纤维为1.28kt。 碳纤维一般以力学性能和制造原材料来进行分类。 按力学性能一般可分为两类：a)通用型(GP)碳纤维；b)高性能型(HP)碳纤维。通用型碳纤维强度1000MPa、模量100GPa左右，高性能型碳纤维又可分为高强型（强度2000MPa、模量250GPa）和高模型(模量在300GPa以上)。强度大于4000MPa者称为超高强型;模量大于450GPa者称为超高模型。

按原材料可分为3类：a)聚丙烯腈基(PAN)碳纤维；b)沥青基碳纤维；c)粘胶基(纤维素)碳纤维。3种原料碳纤维的主要性能见表1。 表1 3种原料碳纤维的主要性能 碳纤维按照一束纤维中根数的多少分为小丝束和大丝束碳纤维。通常把1K、3K、6K、12K和24K的称为小丝束，36K以上碳纤维称为大丝束碳纤维，包括48K～480K等。1K为1 000根丝。 在聚丙烯腈基(PAN)碳纤维中，日本东丽公司的碳纤维为国际公认的代表性产品，分为T系列(碳化产品)、M系列(石墨化产品)，规格有T300（拉伸强度大于3000MPa），T700(拉伸强度大于4500MPa(，T800，T1000（拉伸强度大于7000MPa）等。 碳纤维有长丝、短纤维、短切纤维等,可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料，如金属涂层。 纤维。长丝和纤维织物一般加工成预浸料。此外，还可不经碳化和石墨化生产聚丙烯腈预氧化丝和活性炭纤维。碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，常加入树脂、金属、陶瓷和混凝土等，构成相应的复合材料，用于制作飞机结构材料、火箭外壳、宇宙机械、高尔夫球棒、球拍、机动船、电波屏蔽除电材料、电视机天线、离心分离机的高速转子、工业机器人、汽车板簧及驱动轴、人工韧带等身体代用材料等。 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

国内碳纤维产业发展浅析及展望

龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/464225594.html, 国内碳纤维产业发展浅析及展望 作者：姜茂川范雨娇 来源：《新材料产业》2017年第08期 碳纤维作为国家战略性新材料，随着碳纤维复合材料应用的扩大得到越来越多的重视。碳纤维复合材料的优势主要在于以下几点：①低密度，碳纤维复合材料的密度一般在1.5～1.8之间，而传统结构材料中铝的密度为2.7，钢的密度约为7.8，要远大于碳纤维复合材料；②高的比强度、比刚度，其比强度是钢的7～8倍、铝的3～4倍，比刚度是钢和铝的2～3倍；③具有优异的耐疲劳、耐腐蚀性能，使用环境和寿命均有较大保障；④可设计性，复合材料是一种各向异性材料，可以通过铺层设计来达到性能与结构的最优配置；⑤易于整体化成型，作为结构材料，其具有整体化成型的优势，可大大减少装配与维护成本[1-3]。 一、国内碳纤维产业发展背景 20世纪60年代基于我国航空航天领域对碳纤维材料迫切需求的背景下，国内开始组织开展对碳纤维的基础研究工作。但是由于碳纤维的制造工艺复杂、多学科交错、基础技术要求高等原因，直至20世纪80年代，我国虽已建成碳纤维原丝生产线，产品性能基本达到当时日本东丽T200级的水平，但产品质量及稳定性一直未能突破，无法作为航空航天用结构材料[4]。20世纪90年代后期，北京化工大学在国家部委立项支持下实现了碳纤维原丝制备关键技术的突破，中国石油吉林石化公司（以下简称“吉林石化”）依此开展了工程化研究，用溶剂法代替了硝酸法，使得我国碳纤维制备技术成功转型，为之后国产碳纤维的产业化应用打下了基础[5]。 21世纪初，随着国内外碳纤维材料的应用进一步扩大以及国内材料界前辈的推动，我国 对碳纤维产业更加重视，国内逐渐建立起碳纤维及其复合材料的“产、学、研、用”体系，实现了碳纤维行业较为完整的产业链，促进了碳纤维行业的发展[6]。在原丝制备上形成了以有机 溶剂1步法纺丝为主，其他溶剂1步法或2步法纺丝并存的原丝制备体系，解决了以往国产碳纤维离散性大、强度偏低等难题[5]。至2011年底，国内碳纤维企业中具有500t产能以上规模的企业达到了7家，其中有4家建立起千吨级生产线。 近年来，碳纤维的研究方向朝着更高强度与更高模量的2个方向发展，图1中列出了日本东丽的主要碳纤维产品型号的性能。日本东丽的研究认为，控制纤维表面的微缺陷可以得到更高强度的碳纤维，纤维中石墨晶体的轴向取向好可以得到更高模量的碳纤维[7]。鉴于湿法纺 丝本身的工艺缺陷，从微观形态上来看其纤维表面具有较多的微缺陷，这些缺陷对碳纤维的拉伸强度有较大的影响，因此如果沿用湿法纺丝工艺，很难制备出具有更高强度的碳纤维。参照国外的生产经验，国内各大科研院所、高校开展对干喷湿纺工艺的研究，干喷湿纺碳纤维由于存在空气层的牵伸，纤维表面缺陷更少，更容易获得高强度的碳纤维[8]，日本东丽的T800S、T1000G等高强碳纤维均采用该纺丝工艺。至2016年，国内干喷湿纺碳纤维技术趋于成熟，威

碳纤维未来发展前景分析

碳纤维未来发展前景分析 摘要：碳纤维已经发展成为重要的现代工业材料之一，应用领域非常广泛。文章阐述了目前国内外碳纤维发展状况和我国碳纤维存在的一些主要问题，重点介绍了碳纤维在工业、土木建筑和交通运输等领域的应用状况及其碳纤维复合材料产品的发展并且讨论了碳纤维的发展趋势。 关键词：碳纤维；发展现状；应用；发展趋势 Abstract: Carbon fiber has become one of the important modern industrial materials and it can be used in many fields. This paper describes the current development of carbon fiber at home and abroad and some shortcomings of carbon fibers in china also be discussed. This paper also focuses on the application of carbon fiber in industry, civil construction, transportation, and other fields and the development of composite materials product of carbon fiber .The development trend of carbon fiber is also be discussed. Key words: Carbon Fiber; Development Status; Application; Development Trend 0 引言 碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在90%以上。它是利用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下碳化而制得。碳纤维具有十分优异的力学性能，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，是其他主要结构材料（金属及其合金）所无法比拟的。除了优异的力学性能外，碳纤维还兼具其他多种优良性能，如低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、电及热传导性高、热膨胀系数低、光穿透性高，非磁体但有电磁屏蔽性等。 作为高性能纤维的一种，碳纤维既有碳材料的固有特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是先进复合材料最重要的增强材料，已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用，从航天、航空、汽车、电子、机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等。因此，碳纤维被认为是高科技领域中新型工业材料的典型代表，为世人所瞩目。碳纤维产业在发达国家支柱产业升级乃至国民经济整体素质提高方面，发挥着非常重要的作用，对我国产业结构的调整和传统材料的更新换代也有重要意义，对国防军工和国民经济有举足轻重的影响。 1 国内外碳纤维的发展现状 1.1 国外碳纤维的发展现状 目前世界各国发展的主要是PAN 基碳纤维和沥青基碳纤维。国外PAN 基碳纤维的研究与开发开始于20世纪60 年代。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［1］。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。 在小丝束碳纤维（3 K ，6 K 和12 K ）方面，Toray、Toho与Mitsubishi

国内碳纤维发展历程与现状分析

国内碳纤维发展历程与现状分析 国内开展的最早的碳纤维工业可以追溯到1962年，总体上与日本碳纤维的研发时间相近，但是在产业化生产和集中度方面却有着极大的差距。以日本东丽（Toray）、三菱（Mrc）、东邦（Toho）为代表的碳纤维产能占全球碳纤维产量的50%，而在国内方面，虽然与日本研发时间相当，但是由于各种原因，与日本之间差距已经十分明显。 国内碳纤维产业发展大致经历了三个阶段： 1、中国石油吉林石化公司在1962年开始采用PAN原料研制碳纤维，但是因为缺乏相应的科学知识和组织，没有取得实质性的进展，与此同时，美日等国家将其视其为战略物资，实施技术禁运，这也导致我国碳纤维的研发止步不前。 2、直到1975年，原国防科委主任开始主持碳纤维研发工作，先后组织了二十多名科研和企事业单位，组成原丝、碳化等五个专业组。但由于知识产权归属问题没有得到妥善解决，各部门之间的利益难以协调，进展速度缓慢。在此之后的80年代中期，我国也陆续尝试走引进开发之路，但均以失败告终。 3、进入2000年，两院院士师昌绪提出要大力发展碳纤维产业，这引起了政府的重视，至此我国开始采取措施大力支持碳纤维领域的自主创新，在863、973计划中也将碳纤维作为重点研发项目。 2005年，当时国内的碳纤维行业企业仅有10家，合计产能仅占全球产能的1%；2008年，以国有企业为代表的企业开始进入碳纤维行业，但大部分企业在核心关键技术上还无任何突破，无论是生产线的运行还是产品质量，都极不稳定；进入2010年，国内碳纤维生产能力占世界高性能碳纤维总产量的0.5%；2012年1月，国家工信部公布了“十二五”规划，其中碳纤维计划产能为1.2万吨/年，到2022年，预计我国碳纤维的产能约为2.4万吨/年。

碳纤维生产现状

碳纤维生产现状及发展趋势 碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在90%以上。它是利用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下碳化而制得。碳纤维具有十分优异的力学性能，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，是其他主要结构材料 (金属及其合金)所无法比拟的。除了优异的力学性能外，碳纤维还兼具其他多种优良性能，如低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、电及热传导性高、热膨胀系数低、X光穿透性高，非磁体但有电磁屏蔽性等。 作为高性能纤维的一种，碳纤维既有碳材料的固有特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是先进复合材料最重要的增强材料，已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用，从航天、航空、汽车、电子、机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等。因此，碳纤维被认为是高科技领域中新型工业材料的典型代表，为世人所瞩目。碳纤维产业在发达国家支柱产业升级乃至国民经济整体素质提高方面，发挥着非常重要的作用，对我国产业结构的调整和传统材料的更新换代也有重要意义，对国防军工和国民经济有举足轻重的影响。 我国自20世纪60年代开始碳纤维研究开发至今已有近40年的历史，但进展缓慢，同时由于发达国家对我国几十年的技术封锁，至今没能实现大规模工业化生产，工业及民用领域的需求长期依赖进口，严重影响了我国高技术的发展，尤其制约了航空航天及国防军工事业的发展，与我国的经济社会发展进程极不相称。所以，研制生产高性能、高质量的碳纤维，以满足军工和民用产品的需求，扭转大量进口的局面，是当前我国碳纤维工业发展的迫切任务。 1 生产方法 目前，工业化生产碳纤维按原料路线可分为聚丙烯腈(PAN)基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维三大类。从粘胶纤维制取高力学性能的碳纤维必须经高温拉伸石墨化，碳化收率低，技术难度大、设备复杂，成本较高，产品主要为耐烧蚀材料及隔热材料所用；由沥青制取碳纤维，原料来源丰富，碳化收率高，但因原料调制复杂、产品性能较低，亦未得到大规模发展；由聚丙烯腈纤维原丝可制得高性能的碳纤维，其生产工艺较其它方法简单，而且产品的力学性能优良，用途广泛，因而自20世纪60年代问世以来，取得了长足的发展，成为当今碳纤维工业生产的主流。 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。 根据产品规格的不同，碳纤维目前被划分为宇航级(aerospace—grade)和工业级(commercial—grade)两类，亦称为小丝束(small—strand tow或small tow)和大丝束