2015-2020年中国碳纤维行业市场研究与发展趋势预测报告

汇智联恒--2015-2020年中国碳纤维行业市场研究与发展趋势预测报告汇智联恒|STYLEREF"1"报告目录汇智联恒汇智联恒20152015-2020年中国碳纤维行业市场研究与发展趋势预测报告报告目录TOC\o"1-8"\h\z\u报告目录 2图表目录 5第一章碳纤维行业概述 11第一节碳纤维定义及分类 11第二节碳纤维的优良性能 12第三节碳纤维技术含量 13第二章2013-2014年碳纤维行业应用现状 18第一节航空领域 18第二节产业用方面 19第三节运动及休闲器材 21第三章2013-2014年全球碳纤维研究生产消费情况 22第一节碳化纤维最新研究情况 22第二节PAN基碳纤维的生产现状 23第三节全球高新增强纤维发展态势评点 32第四节碳纤维研发的新动向 37第五节碳纤维价格分析 39第六节碳纤维消费情况分析 40一、世界碳纤维按地区需求的统计和预测 40二、推动碳纤维需求量增长的因素 43三、碳纤维未来产能分析 46四、世界各地区碳纤维的生产与消耗 52五、世界碳纤维按应用领域需求的统计和预测 60第四章2013-2014年各国碳纤维情况 69第一节世界各地区碳纤维生产消费情况分析 69第二节日本碳纤维生产情况分析 71第三节美国 76第四节俄罗斯 78第五节我国碳纤维的发展状况 82第五章业内部分重点企业分析 104第一节东邦特纳克斯公司 104第二节东丽工业公司 107第三节三菱丽阳 111第四节赫氏 113第五节氰特工业 123第六节台塑 134第七节卓业泰克 143第八节西格里 149第九节吴羽 150第十节中钢吉炭 152一、企业简介 152二、企业经营数据 153三、企业产品分析 179第十一节吉林化纤 180一、企业简介 180二、企业经营数据 181三、企业产品分析 202第十二节方大炭素 202一、企业简介 202二、企业经营数据 204三、企业产品分析 221第十三节金发科技 222一、企业简介 222二、企业经营数据 223三、企业产品分析 235第十四节博云新材 238一、企业简介 238二、企业经营数据 238三、企业产品分析 249第十五节其他重点企业分析 250一、中复神鹰碳纤维有限责任公司 250二、土耳其阿克萨 252三、韩国晓星 253四、上海德欣碳纤维技术有限公司 254五、吉林神舟碳纤维公司 254六、浙江嘉兴中宝碳纤维有限公司 255七、大连兴科碳纤维有限公司 256八、安徽华皖碳纤维公司 256第六章2013-2014年碳纤维相关产业发展分析 258第一节航空行业 258第二节风电发展 260第三节体育休闲用品 270第四节汽车产业 277第七章2015-2020年全球碳纤维行业发展前景分析 286第一节碳纤维应用前景分析 286第二节全球碳纤维发展趋势分析 293第三节碳纤维工艺趋势 294第四节日本碳纤维材料有望商品化 299第八章2015-2020年国内外碳纤维行业投资建议分析 301第一节我国碳纤维发展建议 301第二节对碳纤维未来发展的建议 304第三节碳纤维复合材料的应用电线电缆中的发展建议 306第四节碳纤维发展方向 312第五节碳纤维供需预测 316一、2015-2020年中国碳纤维行业供给预测 316二、2015-2020年中国碳纤维行业需求预测 317第六节国内碳纤维发展的战略建议 321第七节碳纤维产业发展跨过高成本坎的对策 323第九章碳纤维行业SWOT分析 327第一节当前企业发展的优劣势分析 327第二节我国碳纤维企业的机会与威胁分析 329一、企业发展的市场机会分析 329二、企业发展面临威胁分析 342第三节中国碳纤维行业投资风险 350一、政策和体制风险 350二、技术发展风险 351三、市场竞争风险 352四、原材料压力风险 355五、经营管理风险 357图表目录TOC\h\z\t"图表标题"\c图表1 世界PAN基碳纤维产量 23图表2 DMSO湿纺一步法碳纤维生产流程 24图表3 2011-2014年世界PAN基碳纤维需求量 28图表4 2015-2020年世界PAN基碳纤维需求量预测 29图表5 我国(大陆)PAN基碳纤维主要生产厂一览表

(t/a) 30图表6 国内拟建或在建PAN原丝及PAN基碳纤维生产装置一览表

(t/a) 31图表7 2010-2014年中国碳纤维市场价格 39图表8 BMW-碳纤维车轮 40图表9 波音787-碳纤维大量使用 41图表10 全球主要碳纤维厂商分布 42图表11 全球碳纤维供需平衡分析（吨） 42图表12 全球主要碳纤维厂商产能统计 43图表13 2011-2014世界碳纤维产能 46图表14 2015-2020世界纤维产能预测 47图表15 2011-2014中国碳纤维产能 47图表16 2015-2020中国纤维产能预测 48图表17 2011-2014世界碳纤维产量 52图表18 风力发电机成长与发展之路 53图表19 碳纤维在叶片中的主要应用部分和作用 53图表20 国外其他采用碳纤维的叶片厂家 54图表21 全球碳纤维产业现状-主要生产企业 55图表22 全球碳纤维产业现状-市场份额 55图表23 全球碳纤维厂家的地理分布 56图表24 世界主要生产厂家产能情况（聚丙烯腈基碳纤维） 56图表25 世界主要生产厂家产能情况（沥青基碳纤维） 57图表26 全球碳纤维产业现状-应用领域 57图表27 国内碳纤维生产分布 58图表28 国内碳纤维企业产能情况 59图表29 我国碳纤维产品在应用上集中于低端领域 60图表30 2017年全球碳纤维应用市场需求预测 63图表31 2020年全球碳纤维按应用领域需求预测 67图表32 2017年全球不同工艺对碳纤维需求比例 68图表33 2017年各类碳纤维原丝市场份额预测 68图表34 全球主要碳纤维厂商分布 69图表35 全球碳纤维供需平衡分析（吨） 70图表36 全球主要碳纤维厂商产能统计 71图表37 罗斯碳纤维及其制品 79图表38 东邦特纳克斯公司碳纤维规格 106图表39 日本东丽公司碳纤维规格 109图表40 日本三菱人造丝公司碳纤维规格 112图表41 美国赫氏公司碳纤维规格 114图表42 美国赫氏有限公司资产负债表 115图表43 美国赫氏有限公司经营情况 118图表44 美国赫氏有限公司现金流量表 122图表45 美国氰特工业公司经营情况 124图表46 美国氰特工业公司资产负债表 129图表47 美国氰特工业公司现金流量表 132图表48 台湾台塑工业集团碳纤维规格 143图表49 美国卓尔泰克公司经营情况 144图表50 中钢集团吉林炭素股份有限公司主要经营数据 153图表51 中钢集团吉林炭素股份有限公司财务指标 156图表52 中钢集团吉林炭素股份有限公司资产负债表 164图表53 中钢集团吉林炭素股份有限公司现金流量表 171图表54 吉林化纤股份有限公司主要经营数据 181图表55 吉林化纤股份有限公司财务指标 184图表56 吉林化纤股份有限公司资产负债表 191图表57 吉林化纤股份有限公司现金流量表 197图表58 方大炭素新材料科技股份有限公司主要经营数据 204图表59 方大炭素新材料科技股份有限公司财务指标 207图表60 方大炭素新材料科技股份有限公司资产负债表 214图表61 金发科技股份有限公司主要经营数据 223图表62 金发科技股份有限公司财务指标 226图表63 湖南博云新材料股份有限公司主要经营数据 238图表64 湖南博云新材料股份有限公司财务指标 241图表65 中复神鹰碳纤维有限公司碳纤维规格 251图表66 土耳其阿克萨公司碳纤维规格 252图表67 韩国晓星集团碳纤维规格 253图表68 2008-2013年中国风电新增及累计装机容量趋势图 261图表69 2008-2013中国风电新增装机容量和并网容量 262图表70 全国各种能源发电量变化趋势 262图表71 2013年全国“弃风”电量及分布情况 263图表72 2008-2013年全国新增发电装机能源结构图 264图表73 2008-2013年全国累计发电装机能源结构图 264图表74 我国体育休闲用品销售值 271图表75 我国体育休闲用品民族品牌情况 271图表76 2012-2014年月度汽车销量及同比变化情况 279图表77 2012-2014年月度乘用车销量及同比变化情况 279图表78 2012-2014年1.6L以下乘用车销量及同比变化情况 280图表79 2012-2014年商用车销量及同比变化情况 280图表80 2014年乘用车各系别市场份额 281图表81 2014年国内汽车销售市场份额 281图表82 中国复材的主要产品 314图表83 2015-2020年我国碳纤维供给量预测 316图表84 2015-2020年我国碳纤维需求量预测 321图表85 2015-2020年我国碳纤维市场规模预测 341版权申明本报告是北京汇智联恒咨询有限公司的研究成果。本报告内所有数据、观点、结论的版权均属北京汇智联恒咨询有限公司拥有。未经北京汇智联恒咨询有限公司的明确书面许可，任何人不得以全文或部分形式（包含纸制、电子等）传播。不可断章取义或增删、曲解本报告内容。北京汇智联恒咨询有限公司对其独立研究或与其他机构共同合作的所有研究数据、研究技术方法、研究模型、研究结论及衍生服务产品拥有全部知识产权，任何人不得侵害和擅自使用。本报告及衍生产品最终解释权归北京汇智联恒咨询有限公司所有。免责声明本报告所载资料的来源及观点的出处皆被北京汇智联恒咨询有限公司认为可靠，但北京汇智联恒咨询有限公司对这些信息本身的准确性和完整性不作任何保证。尽管北京汇智联恒咨询有限公司相信本报告的研究和分析成果是准确的并体现了行业发展趋势，但所有阅读本报告的读者在确定相关的经营和投资决策前应寻求更多的行业信息作为依据。读者须明白，本报告所载资料、观点及推测仅反映北京汇智联恒咨询有限公司于最初发布此报告时的判断，北京汇智联恒咨询有限公司可能会在此之后发布与此报告所载资料不一致及有不同观点和推测的报告。北京汇智联恒咨询有限公司不对因使用此报告的材料而引致的损失负任何法律责任。第一章碳纤维行业概述第一节碳纤维定义及分类碳纤维（carbonfiber，简称CF），是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。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。3分类：碳纤维按原料来源可分为聚丙烯腈基碳纤维、1K碳纤制作的管沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维、酚醛基碳纤维、气相生长碳纤维；按性能可分为通用型、高强型、中模高强型、高模型和超高模型碳纤维；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、模量为100G帕左右。高性能型碳纤维又分为高强型（强度2000兆帕、模量250G帕）和高模型（模量300G帕以上）。强度大于4000兆帕的又称为超高强型；模量大于450G帕的称为超高模型。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。[14]市场上90%以上碳纤维以PAN基碳纤维为主。由于碳纤维神秘的面纱尚未完全揭开，人们还不能直接用碳或石墨来制取，只能采用一些含碳的有机纤维（如尼龙丝、腈纶丝、人造丝等）为原料，将有机纤维与塑料树脂结合在一起炭化制得碳纤维。[4][15-17]PAN基碳纤维PAN基碳纤维的生产工艺主要包括原丝生产和原丝碳化两个过程:首先通过丙烯腈聚合和纺纱等一系列工艺加工成被称为“母体“的聚丙烯腈纤维或原丝，将这些原丝放入氧化炉中在200到300℃进行氧化，还要在碳化炉中，在温度为1000到2000℃下进行碳化等工序制成碳纤维。[18][19]沥青基碳纤维美国发明了纺织沥青基碳纤维用的含有基金属中间相沥青，原丝经稳定化和碳化后，碳纤维的拉伸强度为3.5G帕，模量为252G帕；法国研制了耐热和高导电的中间相沥青基碳纤维；波兰开发了新型金属涂覆碳纤维的方法，例如涂覆铜的沥青基碳纤维是用混合法制成，先用铜盐与各向同性煤沥青混匀，进行离心纺丝，在空气中稳定化并在高温氢气中处理，得到合金铜的碳纤维。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。[19-20]碳纤维按产品规格的不同被划分为宇航级和工业级两类，亦称为小丝束和大丝束。通常把48K以上碳纤维称为大丝束碳纤维，包括360K和480K等。宇航级碳纤维初期以3K为主，逐渐发展为12K和24K，主要应用于国防军工和高技术，以及体育休闲用品，像飞机、导弹、火箭、卫星和钓鱼杆、球杆球拍等。工业级碳纤维应用于不同民用工业，包括：纺织、医药卫生、机电、土木建筑、交通运输和能源等。第二节碳纤维的优良性能碳纤维具有许多优良性能，碳纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好。良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。碳纤维与传统的玻璃纤维相比，杨氏模量是其3倍多；它与凯夫拉纤维相比，杨氏模量是其2倍左右，在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性突出。组成结构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。碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构。[5]碳纤维各层面间的间距约为3.39到3.42A，各平行层面间的各个碳原子，排列不如石墨那样规整，层与层之间借范德华力连接在一起。[6]通常也把碳纤维的结构看成由两维有序的结晶和孔洞组成，其中孔洞的含量、大小和分布对碳纤维的性能影响较大。[7]当孔隙率低于某个临界值时，孔隙率对碳纤维复合材料的层间剪切强度、弯曲强度和拉伸强度无明显的影响。有些研究指出，引起材料力学性能下降的临界孔隙率是1%-4%。孔隙体积含量在0-4%范围内时，孔隙体积含量每增加1%，层间剪切强度大约降低7%。通过对碳纤维环氧树脂和碳纤维双马来亚胺树脂层压板的研究看出，当孔隙率超过0.9%时，层间剪切强度开始下降。由试验得知，孔隙主要分布在纤维束之间和层间界面处。并且孔隙含量越高，孔隙的尺寸越大，并显著降低了层合板中层间界面的面积。当材料受力时，易沿层间破坏，这也是层间剪切强度对孔隙相对敏感的原因。另外孔隙处是应力集中区，承载能力弱，当受力时，孔隙扩大形成长裂纹，从而遭到破坏。即使两种具有相同孔隙率的层压板（在同一养护周期运用不同的预浸方法和制造方式），它们也表现处完全不同的力学行为。力学性能随孔隙率的增加而下降的具体数值不同，表现为孔隙率对力学性能的影响离散性大且重复性差。由于包含大量可变因素，孔隙对复合材料层压板力学性能的影响是个很复杂的问题。这些因素包含：孔隙的形状、尺寸、位置；纤维、基体和界面的力学性能；静态或者动态的荷载。相对于孔隙率和孔隙长宽比，孔隙尺寸、分布对力学性能的影响更大些。并发现大的孔隙（面积>0.03mm2）对力学性能有不利影响，这归因于孔隙对层间富胶区的裂纹扩展的产生影响。第三节碳纤维技术含量2材料特性物理性质碳纤维兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特征，碳纤维碳纤维是一种的力学性能优异的新材料。碳纤维拉伸强度约为2到7GPa，拉伸模量约为200到700GPa。密度约为1.5到2.0克每立方厘米，这除与原丝结构有关外，主要决定于炭化处理的温度。一般经过高温3000℃石墨化处理，密度可达2.0克每立方厘。再加上它的重量很轻，它的比重比铝还要轻，不到钢的1/4，比强度是铁的20倍。碳纤维的热膨胀系数与其它纤维不同，它有各向异性的特点。碳纤维的比热容一般为7.12。热导率随温度升高而下降平行于纤维方向是负值（0.72到0.90），而垂直于纤维方向是正值（32到22）。碳纤维的比电阻与纤维的类型有关，在25℃时，高模量为775，高强度碳纤维为每厘米1500。这使得碳纤维在所有高性能纤维中具有最高的比强度和比模量。同钛、钢、铝等金属材料相比，碳纤维在物理性能上具有强度大、模量高、密度低、线膨胀系数小等特点，可以称为新材料之王。[3][9-11]碳纤维除了具有一般碳素材料的特性外，碳纤维编织布碳纤维编织布[12]其外形有显著的各向异性柔软，可加工成各种织物，又由于比重小，沿纤维轴方向表现出很高的强度，碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。[11]碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500兆帕以上，是钢的7到9倍，抗拉弹性模量为230到430G帕亦高于钢；因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000兆帕以上，而A3钢的比强度仅为59兆帕左右，其比模量也比钢高。与传统的玻璃纤维相比，杨氏模量（指表征在弹性限度内物质材料抗拉或抗压的物理量）是玻璃纤维的3倍多；与凯芙拉纤维相比，不仅杨氏模量是其的2倍左右。碳纤维环氧树脂层压板的试验表明，随着孔隙率的增加，强度和模量均下降。孔隙率对层间剪切强度、弯曲强度、弯曲模量的影响非常大；拉伸强度随着孔隙率的增加下降的相对慢一些；拉伸模量受孔隙率影响较小。碳纤维还具有极好的纤度（纤度的表示法之一是9000米长纤维的克数），一般仅约为19克，拉力高达300kg每微米。几乎没有其他材料像碳纤维那样具有那么多一系列的优异性能，因此在旨度、刚度、重度、疲劳特性等有严格要求的领域。在不接触空气和氧化剂时，碳纤维能够耐受3000度以上的高温，具有突出的耐热性能，与其他材料相比，碳纤维要温度高于1500℃时强度才开始下降，而且温度越高，纤维强度越大。碳纤维的径向强度不如轴向强度，因而碳纤维忌径向强力（即不能打结）而其他材料的晶须性能也早已大大的下降。另外碳纤维还具有良好的耐低温性能，如在液氮温度下也不脆化。[3][9][13]化学性质碳纤维的化学性质与碳相识，它除能被强氧化剂氧化外，对一般碱性是惰性的。在空气中温度高于400℃时则出现明显的氧化，生成CO与CO2。[6-7]碳纤维对一般的有机溶剂、酸、碱都具有良好的耐腐蚀性，不溶不胀，耐蚀性出类拔萃，完全不存在生锈的问题。[11]有学者在1981年将PAN基碳纤维浸泡在强碱氢氧化钠溶液中，时间已过去30多年，它仍保持纤维形态。但其耐冲击性较差，容易损伤，在强酸作用下发生氧化，碳纤维的电动势为正值，而铝合金的电动势为负值。当碳纤维复合材料与与铝合金组合应用时会发生金属碳化、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。[4]碳纤维还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和减速中子等特性[3][9][13]。制备方式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，但主要生产前两种碳纤维。由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，原料丰富碳化收率高，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制得的高性能碳纤维，其生产工艺较其他方法简单，产量约占全球碳纤维总产量的90%以上。[18][22-23]工艺流程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。应用较普遍的碳纤维主要是聚丙烯腈碳纤维和沥青碳纤维。碳纤维的制造包括纤维纺丝、热稳定化（预氧化）、碳化、石墨化等4个过程。其间伴随的化学变化包括，脱氢、环化、预氧化、氧化及脱氧等。[22-23]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，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力学性能优良，自20世纪60年代后在碳纤维工业发展良好。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。[19][21]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。[19][21]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。PAN基碳纤维的制备聚丙烯腈碳纤维是以聚丙烯腈纤维为原料制成的碳纤维，主要作复合材料用增强体。无论均聚或共聚的聚丙烯腈纤维都能制备出碳纤维。为了制造出高性能碳纤维并提高生产率，工业上常采用共聚聚丙烯腈纤维为原料。对原料的要求是：杂质、缺陷少；细度均匀，并越细越好；强度高，毛丝少；纤维中链状分子沿纤维轴取向度越高越好，通常大于80%；热转化性能好。[6][24]生产中制取聚丙烯腈纤维的过程是：先由丙烯腈和其他少量第二、第三单体（丙烯酸甲醋、甲叉丁二脂等）共聚生成共聚聚丙烯腈树脂（分子量高于6到8万），然后树脂经溶剂（硫氰酸钠、二甲基亚矾、硝酸和氯化锌等）溶解，形成粘度适宜的纺丝液，经湿法、干法或干湿法进行纺丝，再经水洗、牵伸、干燥和热定型即制成聚丙烯腈纤维。若将聚丙烯腈纤维直接加热易熔化，不能保持其原来的纤维状态。制备碳纤维时，首先要将聚丙烯腈纤维放在空气中或其他氧化性气氛中进行低温热处理，即预氧化处理。预氧化处理是纤维碳化的预备阶段。一般将纤维在空气下加热至约270℃，保温0.5h到3h，聚丙烯腈纤维的颜色由白色逐渐变成黄色、棕色，最后形成黑色的预氧化纤维。是聚丙烯腈线性高分子受热氧化后，发生氧化、热解、交联、环化等一系列化学反应形成耐热梯型高分子的结果。再将预氧化纤维在氮气中进行高温处理1600℃的碳化处理，则纤维进一步产生交联环化、芳构化及缩聚等反应，并脱除氢、氮、氧原子，最后形成二维碳环平面网状结构和层片粗糙平行的乱层石墨结构的碳纤维。由PAN原丝制备碳纤维的工艺流程如下：PAN原丝→预氧化→碳化→石墨化→表面处理→卷取→碳纤维。第一、原丝制备，聚丙烯腈和粘胶原丝主要采用湿法纺丝制得，沥青和酚醛原丝则采用熔体纺丝制得。制备高性能聚丙烯腈基碳纤维需采用高纯度、高强度和质量均匀的聚丙烯腈原丝，制备原丝用的共聚单体为衣康酸等。制备各向异性的高性能沥青基碳纤维需先将沥青预处理成中间相、预中间相（苯可溶各向异性沥青）和潜在中间相（喹啉可溶各向异性沥青）等。作为烧蚀材料用的粘胶基碳纤维，其原丝要求不含碱金属离子。第二、预氧化（聚丙烯腈纤维200到300℃）、不融化（沥青200到400℃）或热处理（粘胶纤维240℃），以得到耐热和不熔的纤维，酚醛基碳纤维无此工序。第三、碳化，其温度为：聚丙烯腈纤维1000到1500℃，沥青1500到1700℃，粘胶纤维400到2000℃。第四、石墨化，聚丙烯腈纤维为2500到3000℃，沥青2500到2800℃，粘胶纤维3000到3200℃。第五、表面处理，进行气相或液相氧化等，赋予纤维化学活性，以增大对树脂的亲和性。第六、上浆处理，防止纤维损伤，提高与树脂母体的亲和性。所得纤维具有各种不同的断面结构。技术要点要想得到质量好碳纤维，需要注意一下技术要点：（1）实现原丝高纯化、高强化、致密化以及表面光洁无暇是制备高性能碳纤维的首要任务。碳纤维系统工程需从原丝的聚合单体开始。原丝质量既决定了碳纤维的性质，又制约其生产成本。优质PAN原丝是制造高性能碳纤维的首要必备条件。[22]（2）杂质缺陷最少化，这是提高碳纤维拉伸强度的根本措施，也是科技工作者研究的热门课题。在某种意义上说，提高强度的过程实质上就是减少、减小缺陷的过程。[22]（3）在预氧化过程中，保证均质化的前提下，尽可能缩短预氧化时间。这是降低生产成本的方向性课题。（4）研究高温技术和高温设备以及相关的重要构件。高温炭化温度一般在1300到1800℃，石墨化一般在2500到3000℃。在如此高的温度下操作，既要连续运行、又要提高设备的使用寿命，所以研究新一代高温技术和高温设备就显得格外重要。如在惰性气体保护、无氧状态下进行的微波、等离子和感应加热等技术。第二章2013-2014年碳纤维行业应用现状第一节航空领域航空航天碳纤维是火箭、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年代研制的洲际导弹三级壳体全都采用碳纤维和环氧树脂复合材料。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。美国波音推出新一代高速宽体客机的音速巡洋舰，约60%的结构部件都将采用强化碳纤维塑料复合材料制成，其中包括机翼。中国自行研制的碳纤维复合材料刹车预制件性能达到国际水平。采用这一预制件技术所制备的的国产碳和碳刹车盘已批量装备于国防重点型号的军用飞机，并在B757型民航飞机上使用，在其它机型上的使用也在实验考核中，并将向坦克、高速列车、高级轿车、赛车等推广使用。碳纤维比铝轻但强度相似。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，碳纤维不存在腐蚀生锈的问题。[11]由于使用碳纤维材料可以大幅降低结构重量，因而可显著提高燃料效率。采用碳纤维与塑料制成的复合材料制造的飞机以及卫星、火箭等宇宙飞行器，噪音小，而且因质量小而动力消耗少，可节约大量燃料。据报道，航天飞行器的质量每减少1kg，就可使运载火箭减轻500千克。[3][31][34]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。航空应用中对碳纤维的需求正在不断增多，新一代大型民用客机空客A380和波音787使用了约为50%的碳纤维复合材料。波音777飞机利用碳纤维做结构材料，包括水平和垂直的横尾翼和横梁称为重要结构材料，所以对其质量要求极其苛刻。波音787的机身也采用碳纤维，这使飞机飞得更快，油耗更低，同时能增加客舱湿度，让乘客更舒适。空客也在他们的飞机上使用了大量的碳纤维，碳纤维将被大量应用在新型客机A380上。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。[第二节产业用方面碳纤维是发展国防军工与国民经济的重要战略物资，碳纤维单丝拉伸曲线属于技术密集型的关键材料，随着从短纤碳纤维到长纤碳纤维的学术研究，使用碳纤维制作发热材料的技术和产品也逐渐普及。在当今世界高速工业化的大背景下，碳纤维用途正趋向多样化。中国已经有使用长纤作为高性能纤维的一种，在要求高温，物理稳定性高的场合，碳纤维复合材料具备不可替代的优势。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，正是由于兼具优异性能，碳纤维在国防和民用领域均有广泛的应用前景。碳纤维碳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。碳纤维增强的复合材料可以应用于飞机制造等军工领域、风力发电叶片等工业领域、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。球棒等体育领域。碳纤维是典型的高科技领域中的新型工业材料。复合材料碳纤维在传统使用中除用作绝热保温材料外。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。碳纤维已成为先进复合材料最重要的增强材料。由于碳纤维复合材料具有轻而强、轻而刚、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、结构尺寸稳定性好以及设计性好、可大面积整体成型等特点，已在航空航天、国防军工和民用工业的各个领域得到广泛应用。[11]碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。高性能碳纤维是制造先进复合材料最重要的增强材料。土木建筑土木建筑领域：碳纤维也应用在工业与民用建筑物、铁路公路桥梁、隧道、烟囱、塔结构等的加固补强，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，这些也将是碳纤维很有前景的应用方面。具有密度小，强度高，耐久性好，抗腐蚀能力强，可耐酸、碱等化学品腐蚀，柔韧性佳，应变能力强的特点。用碳纤维管制作的桁梁构架屋顶，比钢材轻50%左右，使大型结构物达到了实用化的水平，而且施工效率和抗震性能得到了大幅度提高。另外，碳纤维做补强混凝土结构时，不需要增加螺栓和铆钉固定，对原混凝土结构扰动较小，施工工艺简便[33]。汽车材料碳纤维材料也成为汽车制造商青睐的材料，在汽车内外装饰中开始大量采用。碳纤维作为汽车材料，最大的优点是质量轻、强度大，重量仅相当于钢材的20%到30%，硬度却是钢材的10倍以上。所以汽车制造采用碳纤维材料可以使汽车的轻量化，取得突破性进展，并带来节省能源的社会效益。业界认为，碳纤维在汽车制造领域的使用量会变大。中科院研发的一辆碳纤维小汽车主要在外壳上：在普通材质的汽车引擎盖上，榔头用力敲击，漆盖上很有可能会有凹陷，而这辆车的车壳却非常坚固，用力敲击车盖后会迅猛反弹，表面丝毫未损。研究人员表示采用碳纤维复合材料做的汽车，比起普通用钢材制造的汽车的最大特点是轻和快。碳纤维汽车抛弃了传统的钢结构，大量采用碳纤维材料制成，比普通钢材的汽车重量能减少60%。在同样用油情况下，这辆车每小时可以多开50公里[36]。碳纤维虽然轻，但有较好的安全性，虽然碳纤维的看起来像塑料，但实际上这种材料抗冲击性比钢铁强，特别是用碳纤维做成的方向盘，机械强度和抗冲性更高。在复合材料的配合下，碳纤维汽车成了家用车中的装甲车。这种碳纤维材料已经在高速列车的裙摆上应用。纤维加固碳纤维加固包括碳纤维布加固和碳纤维板加固两种。碳纤维材料用于混凝土结构加固修补的研究始于80年代美、日等发达国家。中国的这项技术起步很晚，但随着中国经济建设和交通事业的飞速发展，现有建筑中有相当一部分由于当时设计荷载标准低造成历史遗留问题，一些建筑由于使用功能的改变，难以满足当前规范使用的需求，亟需进行维修、加固。常用的加固方法有很多，如：加大截面法、外包钢加固法、粘钢加固法、碳纤维加固法等。碳纤维加固修补结构技术是继加大混凝土截面、粘钢之后的又一种新型的结构加固技术。中国从1997年开始从国外引进碳纤维复合材料加固混凝土结构技术研究。成为了研究和工程应用的热点。国内已有数十个高校和科研院所开展了此项研究工作，并取得了一批接近国际先进水平的研究成果。由于中国具有世界上最为巨大的土木建筑市场，碳纤维加固建筑结构的应用将呈现不断增长的的趋势。第三节运动及休闲器材体育用品碳纤维在运用在运动休闲领域中，像球杆、钓鱼竿、网球拍羽毛球拍、自行车、滑雪杖、滑雪板、帆板桅杆、航海船体等运动用品都是碳纤维的主要用户之一。碳纤维运用在日常用品，像音响、浴霸、取暖器等家用电器以及手机、笔记本电脑等电子产品也可以看到碳纤维的身影。体育应用中的三项重要应用为球棒和球拍框架。据估计每年的球棒的产量为3400万副。全世界40%的碳纤维球棒都是由碳纤维制成的。全世界碳纤维钓鱼杆的产量约为每年2000万副。网球拍框架的市场容量约为每年600万副，其它的体育项目应用还包括冰球棍、滑雪杖等。碳纤维还应用在划船、赛艇等其它海洋运动中。第三章2013-2014年全球碳纤维研究生产消费情况第一节碳化纤维最新研究情况1、高模高强碳纤维国产化技术开发取得重大突破2015年04月01日近日，由北京化工大学承担的北京市科委新材料专项课题“M40J高模高强碳纤维国产化制备技术研发”顺利通过专家验收。碳纤维是国防工业武器装备和国民经济的高端装备、重大基础工程、交通运输、新能源等领域的关键原材料之一，M40J高模高强碳纤维是支撑航天技术发展的重要结构材料。该课题突破了国产M40J级高模高强碳纤维石墨微晶叠层厚度的调控、原丝牵伸匹配和预氧化环状结构含量控制等关键技术，形成了原丝和预氧化碳化石墨化的完整制备工艺，能满足卫星结构用碳纤维的基础指标要求；在此基础上，课题组形成了百公斤级/年国产M40J级碳纤维的小批量样品提供能力，并建立了国内第一个“M40J级高模高强碳纤维复丝拉伸性能测试方法”。课题在执行期间，申请发明专利3项，在国内外学术期刊上发表论文20余篇，形成的国产M40J级碳纤维制备成套技术，为产品工程化制备及更高级别高模高强碳纤维的研发奠定了坚实基础。3、胜利油田碳纤维连续抽油杆技术研究取得突破2015-04-1009:00:45据悉金属抽油杆的存在历史已经有一百多年了，现在胜利油田石油工程技术研究院采机所的专家说，是时候引入新材料来替代它了。能存在这么久，确实说明金属抽油杆的价值，而且难以取代，但在油田经济高效开发以及低油价等背景下，金属抽油杆的局限性也越来也显著。比如自身比重大，难以下得更深；还比如易腐蚀、能耗高等等。统计显示，如果杆柱重量降低一半，仅电耗就能降低20-30%。所以按照油田开发现状的需求及节能降耗的要求，研发高强、质轻、耐腐、抗磨的新材料替代金属抽油杆就成为必须要解决的现实问题。胜利工程院采机所科研人员从2014年立项“碳纤维连续抽油杆应用技术研究”，截至目前已完成原材料适应性评价与完善以及制造工艺研究与配套等研究，并成功进行了现场试验，取得不俗效果。研发的碳纤维连续杆为复合新材料制成的高强度抽油杆，具有重量轻、抗磨、防腐的优良特性。在东辛、胜采、纯梁、临盘等4个采油厂进行了16井次的现场试验，累计应用碳杆23372米，碳纤维杆最大下深1960米，泵挂最深3001米，碳/钢杆应用范围比1.1-3.7，替代钢杆53.4%-78.7%，下井成功率100%，杆柱载荷平均降低50.8%。最长生产时间已达11个月且继续有效。由于碳纤维连续杆可有效解决常规有杆泵举升能耗高、下泵深度受限、磨蚀严重等问题，工业化普及推广前景广阔。第二节PAN基碳纤维的生产现状一、国内PAN基碳纤维生产状况碳纤维按照原丝的不同可分为PAN基碳纤维、黏胶基碳纤维、沥青基碳纤维、酚醛基碳纤维，从目前市场来看，PAN基碳纤维要算是碳纤维市场的主流，应用的市场领域较多，PAN基碳纤维不仅具有所有原丝相同的性能，还具有很强的抗压抗弯性能，一直在增强复合材料中保持着主导地位。由于碳纤维研发的核心技术遭到国外一些国家的垄断，因此PAN基碳纤维生产工艺相对简单，产品的性能基本能够满足于目前市场的需求，PAN基碳纤维可作为钢材等金属材料的替代材料和新一代军民两用新材料，世界年生产量达到7万吨，仅次于芳纶，跃居世界高性能纤维的第二位。世界PAN基碳纤维产量时间世界PAN基碳纤维产量（万吨）2011年5.82012年6.42013年72014年7.7资料来源：中国新材料协会从未来发展前景来看，随着世界工业的迅速发展，在航天、交通等领域，零件的强度需要大大的提高，重量也要降下去，因此碳纤维材料将来肯定是成为高强度材料领域内的主导者。无锡威盛碳纤维公司也将一如既往的专注于碳纤维的生产加工，为市场带来更多高质量的碳纤维材料。国内PAN基碳纤维生产状况生产流程聚丙烯腈碳纤维是以聚丙烯腈纤维为原料制成的碳纤维，主要作复合材料用增强体。无论均聚或共聚的聚丙烯腈纤维都能制备出碳纤维。为了制造出高性能碳纤维并提高生产率，工业上常采用共聚聚丙烯腈纤维为原料。对原料的要求是:杂质、缺陷少;细度均匀，并越细越好;强度高，毛丝少;纤维中链状分子沿纤维轴取向度越高越好，通常大于80%;热转化性能好。DMSO湿纺一步法碳纤维生产流程资料来源：中国新材料协会生产中制取聚丙烯腈纤维的过程是:先由丙烯腈和其他少量第二、第三单体(丙烯酸甲醋、甲叉丁二脂等)共聚生成共聚聚丙烯腈树脂(分子量高于6～8万)，然后树脂经溶剂(硫氰酸钠、二甲基亚矾、硝酸和氯化锌等)溶解，形成粘度适宜的纺丝液，经湿法、干法或干－湿法进行纺丝，再经水洗、牵伸、干燥和热定型即制成聚丙烯腈纤维。若将聚丙烯腈纤维直接加热易熔化，不能保持其原来的纤维状态。因此，制备碳纤维时，首先要将聚丙烯腈纤维放在空气中或其他氧化性气氛中进行低温热处理，即预氧化处理。预氧化处理是纤维碳化的预备阶段。一般将纤维在空气下加热至约270℃，保温0.5～3h，聚丙烯腈纤维的颜色由白色逐渐变成黄色、棕色，最后形成黑色的预氧化纤维。这是聚丙烯腈线性高分子受热氧化后，发生氧化、热解、交联、环化等一系列化学反应形成耐热梯型高分子的结果。再将预氧化纤维在氮气中进行高温处理(600℃)，即碳化处理，则纤维进一步产生交联环化、芳构化及缩聚等反应，并脱除氢、氮、氧原子，最后形成二维碳环平面网状结构和层片粗糙平行的乱层石墨结构的碳纤维。3.2技术难点3.2.1聚合原料的纯化与聚合聚合原料中存在的大量的无机和有机杂质对聚合反应本身乃至碳纤维的性能有着极大的影响:(1)无机杂质:所有金属离子对提高碳纤维的性能都是有害的:一方面碱金属是碳的氧化催化剂，而且在PAN原丝的高温处理过程中会逐渐逸出，留下孔隙缺陷;另一方面过渡金属在高温下可与碳形成共熔体或金属碳化物，破坏了碳纤维结晶的连续性。而且铁离子是聚合体系的高效阻聚剂。(2)有机杂质:它们的存在将会在聚合过程中破坏树脂结构的规整性;在高温炭化过程中分解放出大量气体，使纤维产生孔隙缺陷，同时生成焦油状物质粘附在纤维的表面，对炭化的质、能传递过程不利。因此为了保证原丝的质量，必须在聚合前纯化两种主要的聚合原料:丙烯腈和二甲基亚砜，通过离子交换的方法大大降低其中的金属离子的含量，使之符合聚合的要求。原材料的纯化是何等的困难。想在国内买到99.95%的光谱纯的丙烯腈几乎是不大可能。而且进口的价格太高，99.5%的价格要比95%高10倍。在丙烯腈聚合工艺上如何得到分子量大且单分散的聚丙烯腈也是相当困难的，并且原料本身纯度不够也使得聚合成为一件难上加难的事。现阶段国内在原丝质量上的问题一直没有得到解决，这也是我国碳纤维质量低下的一个根本原因。3.2.2上浆剂的研制在碳纤维材料的应用中，由聚丙烯睛原丝经过氧化、石墨化以及后续表面电化学处理工序之后，碳纤维表面的表面上浆成为编织构件并进一步浸渍复合材料树脂之前的不缺少的关键工序，上浆层树脂在增进碳纤维与复合材料基体相互结合力，提高碳纤维复合材料综合力学性能中具有关键性的作用，因此上浆剂与配套上浆工艺技术为研制碳纤维材料需要解决的一项重要关键技术。国际上研制与应用水基溶液性碳纤维上浆剂已经成为发展的一个技术方向，可以采用与碳纤维复合材料基体树脂相容性良好的高分子树脂，研制乳液粒径数百纳米并具有良好储存与稀释稳定性的水溶性上浆剂乳液。3.2.3电化学氧化方法处理碳纤维表面由于PAN碳纤维表面的惰性，在进行材料加工，如制作碳纤维基体层压复合材料时，为提高碳纤维编织物之间的结合强度，必须对碳纤维表面进行改性处理。碳纤维表面的处理方方法众多，最常用也是较成熟的是对碳纤维进行电化学氧化处理。可以使用碳酸氢氨水溶液，所要处理的碳纤维作为阳极，不锈钢板或镍板为阴极，在恒电流下进行氧化处理。用XPS、AFM分析碳纤维表面含氧官能团和表面微观形貌的变化过程表明，电化学氧化处理是表面碳及其含氧官能团逐步被氧化成羧基和CO2的过程，同时，氧化后，纤维表面的氧和氮含量大幅提高，甚至还有酰胺基被引到纤维表面。氧化处理首先是使碳纤维表面变得更光滑，持续氧化后才会出现沟槽。3.2.4预氧化对于预氧化这一块，世界各国对其反应机理都不太了解。只是一些人做了一些假设和推断。预氧化过程极其复杂，预氧化的温度、时间、牵引力、媒介(主要是空气、N2、氨气等)等对预氧化程度影响都很大。而且大家对达到什么样的预氧化程度为好都没有一个定论。大家都知道，在较低的温度(220℃左右)，适当延长预氧化时间，预氧丝的质量较好，但会大大降低其生产效率。3.2.5碳化预氧丝在600～1200℃的高纯N2中从耐热梯形结构转变为乱层石墨结构，且伴随热解，释放许多小分子副产物。同时，非碳元素O、N、H逐步被驱逐，C逐步富集，最终生成含碳量在90%以上的碳纤维。同预氧化过程一样，温度、时间、牵伸力等对其性能影响也较大。在碳化之后还可对碳纤维继续加工———石墨化。将碳纤维在2000～3000℃的高纯氩气氛围内从乱层石墨结构转变为结晶度较高的石墨结构。其含碳量进一步提高，可达到约99%。可显著提高碳纤维模量。3.2.6活化碳纤维在600～1000℃的N2氛围内，通过通入水蒸气使其发生活化反应，制得比表面积大的活性碳纤维。活化后的碳纤维的表面有很多细小的空洞，可显著提高碳纤维的比表面积。可作为吸附材料。活性碳纤维与树酯的粘结性也会比普通的碳纤维好很多，由其制得的复合材料的力学性能也会高出很多。用140℃的王水来腐蚀碳纤维也是一种制得活性碳纤维的办法。只是危险性较大。二、2018年PAN基碳纤维全球需求量将达110kt世界碳纤维需求每年将以约13％的速度增长，前景看好。据预测，PAN基碳纤维的全球需求量到2014年超过75kt，到2018年需求量将达到110kt。近年来波音及空客对碳纤维的巨大需求，导致其价格上涨.2011-2014年世界PAN基碳纤维需求量时间世界PAN基碳纤维需求量（万吨）2011年5.92012年6.32013年6.92014年7.5资料来源：中国新材料协会2015-2020年世界PAN基碳纤维需求量预测年份2015-2020年世界PAN基碳纤维需求量预测(万吨)2015年8.22016年9.12017年102018年112019年12.22020年13.5资料来源：中国新材料协会世界碳纤维需求每年将以约13％的速度增长，前景看好。据预测，PAN基碳纤维的全球需求量到2014年超过75kt，到2018年需求量将达到110kt。近年来波音及空客对碳纤维的巨大需求，导致其价格上涨迅猛。目前，国内碳纤维生产企业有23家，总生产能力为4000t／a，规模都在1kt／a以下。市场发展潜力巨大。据不完全统计，目前在建或计划建设规模较大的碳纤维项目有中钢吉炭、江城碳纤维、蓝星碳纤维、中油吉化碳纤维等。我国(大陆)PAN基碳纤维主要生产厂一览表

(t/a)公司产能产量生产方法规格上海合成纤维研究所50DMSO二步法1K、3K上海碳素厂101国外原丝1K、3K吉林炭素厂2510美国、榆次DMSO原丝1K、3K兰州碳素纤维厂6014NaSCN法原丝3K、6K山东天泰股份有限公司404国外原丝6K、12K兰州中凯工贸有限责任公司1001NaSCN法原丝3K、6K大连兴科碳纤维有限公司80010国外原丝6K、12K山西煤化工研究所101DMSO法原丝1K、3K威海拓展纤维有限公司4010DMSO法原丝1K、3K安徽华皖集团2000DMSO法原丝12K吉研高科技纤维有限公司104国外原丝12K吉林石化公司研究院105DMSO法原丝1K、3K合计131040资料来源：中国新材料协会随着我国经济的快速发展，碳纤维需求与日俱增，虽然国际上一些公司开始向我国出售T300级原丝，但数量有限而且价格昂贵，极大地制约我国碳纤维及其复合材料在国防建设中高科技技术的应用。因此，自主研制生产高性能、高质量的PAN基碳纤维，以满足军工和民用产品的需求，是我国碳纤维工业产业化发展亟待解决的问题。目前，碳纤维已被列为国家产业化纤行业重点扶植的新产品，国内已有多家企业拟建或正在建设碳纤维生产装置。国内拟建或在建PAN原丝及PAN基碳纤维生产装置一览表

(t/a)种

类规格PAN原丝产能生产方法PAN基碳纤维产能备注大庆石化腈纶厂6K、12K5000DMSO法意向上海金山石化320K1000NaSCN法意向青岛科技大学6K、12K50意向威海拓展纤维有限公司6K、12K250DMSO法100在建上海星宇实业有限公司大丝束400意向嘉兴中宝碳纤维责任有限公司大丝束400缓建桂林市化纤总厂3-12K200意向连云港鹰游纺机公司6K、12K500DMSO法250在建山东天泰股份有限公司6K、12K40意向扬州惠通公司1K、3K100DMSO法20在建吉林市航源碳纤维有限公司1-12K250100在建安徽华皖集团12K5001800DMSO法原丝200800在建意向威海光威集团有限公司3K25意向吉化公司500200意向兰化集团化纤厂100在建丹阳市经济开发区75003000意向大连国瑞炭材料有限公司2×2001000意向意向江阴德福碳纤维有限公司1000意向华拓实业发展股份有限公司3K100005000意向中复神鹰碳纤维有限责任公司250030001000在建意向奥莱特腈纶有限公司25001000意向金发科技股份有限公司200在建吉研高科技纤维有限责任公司12K160在建淄博新天特种纤维有限公司3000500意向徐州经济开发区12K20001000意向鑫丰碳纤维项目30意向山东新天华科技发展有限公司60001000意向新泰市碳纤维项目120004800意向合计5552525750资料来源：中国新材料协会第三节全球高新增强纤维发展态势评点“纤维增强复合材料不仅是高技术及尖端技术领域关键材料，同时也是汽车、新能源、新型建材、信息产业、石油化工、环保等领域更新换代和产业升级中的重要材料。在全球面临能源危机和资源短缺的情况下，纤维增强复合材料迎来了新的发展机遇。”日前，第19届中国国际复合材料工业技术展览会在北京召开，参展的国内外企业在谈到新材料产业发展前景时如是表示。碳纤维作为特种高性能合成纤维的佼佼者，在全球发展最为快速，因其具有与传统增强纤维无法比似的特性，在高端领域得到了大量应用。多年来，海外碳纤维制造商一直看好中国持续增长的市场，此次展会，全球著名的碳纤维制造企业东丽、东邦、三菱、卓尔泰克、赫氏、西格里、台塑、晓星等企业都展示了各具特色的高性能碳纤维、预浸料和制品。中国不饱和聚酯树脂行业协会副秘书长赵鸿汉表示，为追赶世界碳纤维发展步伐，我国目前有30多家企业从事碳纤维的研发和应用，并形成了大连、威海、连云港、哈尔滨、宜兴、东莞、宁波、北京、上海等碳纤维加工和制造基地。据有关资料显示，2012年全球碳纤维需求量在6万吨左右，产能10万吨，而我国需求量在6000吨。“轻量化设计、轻量化材料是每届展会的看点。此次展会上，中外企业推出了数十种轻量化结构材料，有铝蜂窝、芳纶蜂窝、纸蜂窝、巴尔萨轻木、3D玻纤织物、各种闭孔结构泡沫等。”赵鸿汉表示，传统材料复合化创新，推动应用水平提升和应用面更宽，是未来发展趋势，如泡沫夹芯结构正在朝着微孔、高强、超薄、低吸油量方面开发。“万事俱备、只欠东风”，这是此次许多参展商、参观者的共同感叹。“万事俱备”是反映我国已成为全球纤维增强复合材料最大应用市场；“只欠东风”是指我国设计和创新的滞后，大量中小玻璃钢企业缺少专业技术人材，难以形成面向市场、居高临下的技术开发团队。一些参展企业技术负责人表示，面对当前大好时机，在推进优质材料的同时，要大力开展带设计、带工艺、带标准、带应用进企业活动，实现纤维增强复合材料上中下游紧密结合和互动，使整个行业从粗放型向集约型过渡。在众多的先进增强纤维品种当中,应用最广的纤维是阿拉米德纤维、碳纤维和特殊的玻璃纤维,它们约占98写的市场,而且这种态势将一直保持到1997年。碳纤维目前,碳纤维的产量占增强纤维总产量的1%,需求增长速度很快(表!)。根据常用的按物理机械指标分类的方法,碳纤维可分为高强度(~3Gpa)、超高强度(~4.SGPa)、低模量(镇10oGpa)、中模量(~200一32OGpa)、高模量()35oGpa)、超高模量()45oGPa)纤维。生产碳纤维使用的原材料,目前多为粘胶纤维、聚丙烯睛纤维、石油树脂和煤焦油树脂(沥青树脂)。1门粘胶纤维基碳纤维粘胶纤维基碳纤维目前主要用于生产对物理机械特性要求不高但必须具有优异的耐热和耐蚀性能的材料。还可以以这种纤维为基体生产高效吸附活化材料。原苏联以粘胶纤维为丛体生产yl、林8、yyT一2、yr:e。、yp翻碳纤维及其改性纤维,其弹性模量和强度已分别达到700和3GPa。高新技术纤维和功能化纤维是方向发展随着全球经济恢复发展的不确定性和我国经济的放缓，化纤行业受到了诸多内外不力因素的影响。化纤行业中越来越多的企业走到了发展的十字路口，他们认识到，停下来思考是对长远发展负责任的行为。中国纺织工业联合会副会长高勇说，化纤行业今后必将以创新驱动、内生增长、资源节约、高效集约的方式发展。化纤行业将从常规纤维的规模化发展转向以高新技术纤维和功能化纤维为重点的方向发展。未来增长有空间中国化纤工业进入“十二五”以来，增速明显下降。事实上，在“十一五”期间，化纤工业的年增长速度为13.2%，化纤工业“十二五”发展规划当中对于化纤的年均增长速度已经调整到了5.8%。国家工信部消费品工业司副司长王伟说，这几年的发展速度是在预计之内的。在对未来形势作出判断时，王伟指出，就整体形势而言，虽然从表面上看，我国化纤工业增长速度不到“十一五”期间的一半，但是发展质量正在稳步提升。而且从今后的发展趋势来看，中国化纤工业在转型升级之后依然有很大的发展空间。当前，化纤行业的景气度也备受关注。9月3号，桐昆股份公布了股东大会的决议，施行不超5.5亿元回购股份。桐昆集团董事长陈士良表示，桐昆集团看好行业的发展前景，认为化纤行业经历深度调整后，现在正趋稳向好。陈士良说：“这意味着桐昆的效益会反弹，我们相信未来桐昆效益的趋稳向好肯定会拉动我们的股价。”端小平在评价桐昆集团的这一举措时表示，桐昆集团回购股份这一行为对行业来说是鼓舞，这是“桐昆集团对化纤行业、对聚酯行业的一种信心表现”。科技创新更加重要过去10年，中国化纤行业依靠科技进步取得了长足的发展。端小平分析其主要有三点原因：第一，中国经济的转型无法持续支撑单纯规模的扩张；第二，技术进步在成本控制和规模方面的边际效应正在逐步降低；第三，传统发达国家推动化纤行业技术进步的动力和能力不断下降，中国化纤工业必然逐步承担起带动全球化纤工业科技进步的重任。10多年来，技术进步给聚酯行业带来了巨大的变化。端小平也在发言中介绍，聚酯涤纶行业是科技进步的最大受益者。目前，涤纶行业的单位投资是10年前的1/8，建设周期是原来的1/2，产品的加工费用是原来的1/2，纺丝速度是10年前的8倍。高性能纤维迎来发展高速期未来5年～10年是高性能纤维发展的黄金期，他认为有几个事实可以印证这一观点：产业应用领域正在不断地扩大；技术进步给高性能纤维生产带来了后发优势，包括生产的低成本和下游应用的扩大；中国经济转型升级，包括化纤行业转型升级的需要。对于高性能纤维的发展，端小平有几点建议：要吸取常规化纤品种的发展经验，从下游往上游发展更有优势；要紧盯国际化纤发展方向，实现低成本生产是全球的趋势；要注重基础理论研究，并加强与科研院校的合作；要注重研发回收技术，以减轻高性能耐强酸、耐腐蚀纤维在今后的应用过程当中存在污染环境的问题。高性能纤维的高速发展很重要一方面是由于产业用纺织品需求的带动。综观全球，多个国家和地区都把化纤行业未来的发展市场瞄准了这一领域，并在不断提升技术、融合技术之后，扩大纤维的应用领域。日本化学纤维工业协会副会长上田英志表示，日本化纤产品的应用目标市场将会进一步拓展，将在包括交通、信息、环境等领域上作出更多努力。印度合纤协会秘书长SureshChanderKapur也指出，印度化纤应用领域最大的方向是产业用纺织品，包括医疗、建材、汽车制造、体育用品等领域。东丽在全世界增强碳纤维生产能力——在世界4据点投产年产6000吨，扩大到年产27100吨日本东丽公司这次决定了在日本、美国、法国、韩国世界4极增强碳纤维的生产能力。对这4个据点的投资总额约450亿日元，增强年产能力合计6000吨的生产设备，预定从2014年到2015年按顺序开始生产。东丽集团现在拥有年产17900吨的碳纤维生产能力，将在2013年1月扩大到年产21100吨。由于这次决定的大规模增设，集团全体的碳纤维生产能力，到2015年3月，将扩大到年产27100吨，扩大向世界各地的客户稳定供应高品质·高品位的本公司碳纤维体制。在日本，投入总投资额的约50％，目标到2015年3月，将爱媛工厂年产能力1000吨以航空机·高级汽车用途用为中心的高功能细旦碳纤维生产设备，进行从原丝开始的一条龙生产建设。现在，爱媛工厂正在进行预定在2015年9月投产的年产1000吨高功能细旦碳纤维生产设备的增设工程，市场对以细旦丝为主的高功能碳纤维需求迫切，这次增设就是为应对这种旺盛需求的对策。关于本设备建设，希望作为经济产业省“2011年度国内场地推进事业费补助金的交付事业者”通过。东丽集团将国内生产据点定位为全球母工厂，在新技术·新产品开发的同时，也把作为尖端素材·高附加价值品的生产据点保持·强化作为基本方针。碳纤维的需求，约9成在日本国外，由于最近的日元升值稳定，从日本的出口，继续严峻的事业环境，但活用以上述补助金为主的政府国内场地环境改善政策，将继续坚持该基本方针。海外3据点，由于波音787的生产正式化，在已有生产系列的航空机用途生产比例提高，为了扩大向产业·体育休闲用途市场的稳定供应体制，在该用途市场增强成为事实标准的通用高强度普通弹性模量丝的生产设备。法国子公司TorayCarbonFibersEuropeS.A.（CFE），从世界第5位石油大公司TOTAL公司新购入该公司Lacq工厂的土地约16万m2，作为仅次于日本、美国的第3位生产据点，建设原丝生产设备。CFE现在从日本进口原丝，该设备投产后，就转换为自家公司生产的产品，同时还计划向韩国子公司TorayAdvancedMaterialsKoreaInc.（TAK）供应原丝。美国子公司TorayCarbonFibersAmericaInc.（CFA），预定在2014年3月投产，增设年产能力2500吨／年的烧成设备。随着在美国的页岩气实用化，确实应对需求扩大的天然气压力容器用等环境·能源相关产业用途的市场扩大，同时计划扩大向期待将来飞跃市场扩大的巴西等南美市场的供应体制。韩国子公司TorayAdvancedMaterialsKoreaInc.（TAK），也预定在2013年3月投产，在龟尾第3工厂（庆尚北道龟尾市）建设与CFE同规格的年产能力2500吨烧成设备。TAK现在正在建设、预定在2013年1月投产、年产能力2200吨的通用高强度普通弹性模量丝的生产设备，强化应对提出“绿色技术产业”培育的韩国和中国产业·体育休闲用途市场扩大的体制。2011年，PAN基碳纤维的需求量，估计已经扩大到37000吨，预测今后仍以年率15％高增长。东丽集团今后仍面向碳纤维市场的正式扩大，在航空·宇宙、产业、体育·休闲各用途加速用途开发，同时，强化·扩大生产体制，作为中期经营课题“项目AP-G2013”提出的“绿色革新事业扩大（GR）项目”的中坚事业，目标使碳纤维复合材料事业进一步扩大。第四节碳纤维研发的新动向2、中国碳纤维产业突破:技术是"弯道提速"的强大引擎2015.04.0308:46近日，全球首部3D打印电动车“Strati”在美国芝加哥2014年国际制造科技大展(IMTS)亮相。这部用碳纤维材料打造的3D打印电动汽车，从打印到组装完成仅需5天时间，时速可达约80公里，此款电动汽车在通过安全测试后还可实现高速公路行驶。至此，碳纤维材料再一次夯实了其在新材料应用领域中的地位。碳纤维凭借着轻质、高强、耐高温、抗腐蚀等特点，被用于航空、导弹等国防军工领域，同时又在风力发电、汽车零部件、压缩气瓶等民用领域应用广泛，技术附加值和政治敏感型很高，极具战略价值，一度被称为“新材料之王”。当今的国内外碳纤维产业，国外企业领跑地位突出，技术领先优势明显，而中国碳纤维企业发展相对缓慢，与国外企业相比存在较大差距。在工信部2013年10月发布的《加快推进碳纤维行业发展行动计划》中提出，目前我国碳纤维行业存在的主要问题是：与国际先进水平相比，我国碳纤维行业技术创新能力弱、工艺装备不完善、产品性能不稳定、生产成本高、低水平重复建设、高端品种产业化水平低、标准化建设滞后、下游应用开发严重不足等诸多问题。一方面，由于日美企业对其生产的高性能碳纤维严格限制对华出口，通用及碳纤维成套技术出口须出口国政府特批，因此，我国高性能碳纤维长期依赖进口，碳纤维行业供需缺口达70%。另一方面，我国低端碳纤维产品扩张盲目，已出现了产能过剩的局面，高端产品研发能力不足，使我国碳纤维企业盈利能力受阻。突破高端技术是缩小国际差距的重要途径，也是我国碳纤维产业发展的关键。在技术突破上，要想实现弯道提速，就要借鉴发达国家经验。日本是全球最大的碳纤维生产国，自上世纪50年代就掌握了碳纤维的生产方法，60年代开始生产低模量聚丙烯腈基碳纤维，80年代便成功研制出高强高模T800、T1000等高性能碳纤维。日本在高性能碳纤维领域发展迅速，得益于政府政策的有力推动，也得益于其产业联盟模式和人才培养方式。政府在政策上给予了大量人力和经费支持，使日本碳纤维行业得以更有效地集中各方资源解决共性问题；日本碳纤维产业联盟成立较早，成员覆盖了整个碳纤维产业链，通过制定上下游合作的产品质量标准，实现了实现纤维产业低成本和高质量的技术突破；在人才培养方面，以东丽（Toray）为例，全产业链的研发人员规模均衡，重视复合型人才培养，其研发团队人员稳定，核心人员服务时间可达20年之久，并在主导发明的同时传代新人。在政策、产业联盟和人才培养三方面，我国碳纤维产业做的如何呢？在政策上，近年来工信部及各地方政府积极发布了多项专门针对碳纤维行业发展的政策，在人才培养、资金扶持、技术推进等多方面支持行业发展，2013年底T800级碳纤维研发生产获中央财政八千万元支持，2014年初，我国即实现了T800高强度碳纤维的技术突破，政策支持卓显成效。2010年我国成立了“碳纤维及其复合材料产业技术创新战略联盟”，发展至今已有18家会员企业，企业间建立了长期的战略合作关系。2014年初，科技部批准成立了“中国碳纤维及复合材料产业发展联盟”。联盟涵盖了碳纤维上下游企业和科研院所共计42家，联盟的重点工作是技术攻关，重点解决T300级等中低端碳纤维产品的批次稳定性和成本控制问题，加快T700、T800级等中高端纤维产品的产业化，同时，碳纤维产业联盟成员之间要加强沟通合作，打破体制机制的束缚，深化军民融合，引导优势民营企业进入军品科研生产领域。我国科研院所和企业多年来注重人才培养和高端人才引进，例如在吉林等多个碳纤维企业集中的区域多次提出人才引进与培养工作方案，但科技人才多集中于科研院所，高端人才仍处于紧缺的局面，这一现象在专利申请上尤为明显。截至2012年已成功申请专利8154个，占世界专利总量的16.2%，但远低于日本、美国等技术发达国家。专利申请人以国内高校为主，企业研发实力薄弱。另一方面，高端人才对企业的忠诚度有待加强。我国市场机制灵活，企业人才流动速度很快，企业需要寻找合适的人才激励方式才能有效减少人才流失。从以上三方面可以看出，我国虽然技术起点薄弱，但借助成熟企业的发展经验，加上我国在研发机构数量和规模、人才团队等优势，研发技术已有了突破性的进展，但多项举措仍处于实施阶段。从日美等拥有高端技术国家的发展历程和经验推断，中国碳纤维产业的发展需以市场为导向、产学研结合为抓手、政策支持为保障，加快授权专利由高校和科研机构向企业流动的过程，根据产业链特点和产品发展阶段合理布局技术专利和人才投资，鼓励外资来华投资，引进国外已有先进技术，快速实现高端碳纤维材料进口向碳纤维技术引进的转变，从而实现弯道提速，快速追赶国际先进企业的发展步伐。第五节碳纤维价格分析在2003年之后全球碳纤维供给紧张的背景下，碳纤维的售价逐年上升，2008年碳纤维价格达到了最高点，但是进入到2009年，全球碳纤维产业受金融危机影响，需求逐渐放缓，价格出现了快速下滑，国内碳纤维售价距最高点价格回落了一半。近年来，受碳纤维生产技术的进步以及碳纤维国产化的影响，碳纤维的价格整体仍呈现下降的趋势，如果未来碳纤维价格发生剧烈波动，将对碳纤维企业的生产经营造成不利影响由于市场需求量大，市场供不应求，导致碳纤维市场价格一路呈高价态势。各类各型号产品价格差别很大，低端的数万元/吨，极高端的军用碳纤维产品甚至高达几百万/吨。据统计，2010年，中国碳纤维市场平均价格13.39（万元/吨）；2014年，中国碳纤维市场价格14.32（万元/吨。据了解，现在市场上T300碳纤维价格每吨11万元~13万元，企业每生产1吨就赔1万元，而T800的价格每吨35万元~40万元，几乎以进口为主。大量低档碳纤维充斥市场，国内企业却还要硬着头皮生产。2010-2014年中国碳纤维市场价格年份2010-2014年中国碳纤维市场平均价格（万元/吨）201013.39201113.27201213.19201313.082014年13.05资料来源：汇智联恒整理第六节碳纤维消费情况分析一、世界碳纤维按地区需求的统计和预测全球碳纤维供需分析碳纤维行业从1971年开始起步发展。1971年到1980年左右，碳纤维产品主要用在钓杆、部分航空部件中，全球年销量仅在几十吨到上百吨左右。接下来的十年，碳纤维应用领域扩展到球拍、球杆，并开始快速进入到航天飞行器领域。从1995年开始，碳纤维在工业领域大量应用，主要用于压力容器、机械部分、海洋工程装备中。到2005年，碳纤维材料已经广泛用于航空航天领域，各国也开始大规模将碳纤维用于汽车、风电等领域。2009年，全球碳纤维需求总量达40900吨，2010年需求量达46000吨，同比增长12.47%。随着碳纤维在汽车、各种机械设备、航空航天领域应用量的迅速增长，预计未来几年碳纤维需求快速增长态势延续较长时间，2015的全球碳纤维消费量将达到70000吨，年均复合增长率达9.37%；到2020年，全球碳纤维需求甚至可达到130000吨/年。BMW-碳纤维车轮波音787-碳纤维大量使用国外碳纤维主要生产商包括：日本东丽(Toray)公司、美国卓尔泰克(Zoltek)公司、德国西格里集团(SGLGroup)、日本三菱人造丝公司(MitsubishiRayonCompany)和美国赫克塞尔(Hexcel)公司等。目前，世界碳纤维年产量约50000吨，PAN基碳纤维约占各种碳纤维材料的80%以上，其中日本东丽、东邦和三菱人造丝3家公司占据了70%以上，其余主要的生产商还有中国台湾的台塑公司、美国的Hexcel、Cytec、Zoltek公司，德国的SGL公司以及韩国的泰光产业公司等。东丽实业公司是坐落在日本东京的一家化学公司，它是世界领先的碳纤维生产商。公司创办于1926年，当时名为东洋人造丝有限责任公司，专门生产粘胶纤维。1971年开始生产碳纤维，目前东丽拥有碳纤维产能18900吨。东邦特耐克斯也是日本东京的一家碳纤维生产公司。创办于1934年，1975年开始生产氧化聚丙烯腈纤维，1977年开始生产碳纤维。这家公司在其他国家(如德国和美国)的企业也非常活跃，目前拥有碳纤维产能13500吨。全球主要碳纤维厂商分布从近年来全球碳纤