建设碳纤维生产基地科技情报
调研工作汇报
一．碳纤维简介
碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量一般在90%以上，但随种类不同而异。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐磨擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软；可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度及碳纤维比重小，因此有很高的比强度。简而言之，碳纤维是一种强度比钢大(重量是钢铁的1/4而强度是其10倍 )、密度比铝小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又能像铜那样导电，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料。碳纤维的主要用途是与塑料、金属、陶瓷等基体复合，制成碳纤维复合材料。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。用碳纤维与塑料制成的复合材料，广泛用作如制造火箭、宇宙飞船、喷气式发动机、耐腐蚀化工设备等重要材料。碳纤维按其原材料可分为如下三类：
- 聚丙烯腈(PAN)基碳纤维（应用最广泛）粘胶丝基碳纤维
碳纤维的发展历史概要:60年代初即进入工业化生产
- 70年代初即首先应用于航空航天结构上，特别是飞机结构上，近几年正在向工业领域和普通民用领域扩大
二．全球碳纤维的行业现状
1、全球碳纤维进入较为成熟的发展期
全球碳纤维生产主要以生产PAN基碳纤维为主。日本东丽是全球首家于1962年以聚丙烯腈纤维为原料工业化生产PAN基碳纤维的公司，之后又通过研制出的专用优质原丝，于1967年成功生产出牌号为T300系列的PAN基碳纤维。1969年，日本东丽公司又研究成功以特殊的共聚单体生产的PAN基碳纤维，并结合美国Union Carbide的碳化技术，生产出高强度、高模量碳纤维。此后，美国、法国、德国等也相继引进或开发了PAN原丝进行了碳纤维的工业生产。日本东丽公司的碳纤维研发与生产一直处于全球领先水平。
由于PAN基碳纤维性能优越，应用领域日益扩展。目前全球PAN基碳纤维生产能力不断扩大，并已进入较为成熟的发展期。主要体现在如下几方面：
(1)PAN基碳纤维产量急剧提高，生产规模大型化，产品价格相应下降。(2)PAN基碳纤维生产工艺、设备、技术不断
2 改进，碳纤维性能不断提高。如：日本东丽已开发出高强型T1000系列碳纤维，其抗拉模量为295GPa，拉伸强度达7.05GPa；而其高强高模M5J型碳纤维，抗拉模量达640GPa，抗拉强度为3.62GPa。(3)应用范围从少数高科技领域、军事领域扩展到整个工业和民用的各个领域。
2006年全球已有10余家公司生产碳纤维，主要生产PAN基和沥青基两种碳纤维。其中PAN基碳纤维生产能力为38825t/a，品种分为PAN基小丝束和PAN基大丝束两种规格，约占全球碳纤维总生产能力的96.0%，产量约27000t/a，生产能力分布在日本、美国、德国、法国和中国台湾省。
日本东丽、东邦、三菱人丝、美国Hexcel、美国氰特和中国台塑等6家公司生产PAN基小丝束碳纤维，其生产能力达到30425t/a，占全球PAN基碳纤维生产能力的78.4%。而前三家公司的小丝束碳纤维生产能力计为23500t/a，占全球高性能小丝束碳纤维总生产能力的77.2%。值得一提的是，我国台塑（在中国台湾省）碳纤维生产发展较快，2007年碳纤维生产能力将扩大到3660t，2008年扩大到5600t，将发展成全球较大的碳纤维生产公司。美国Fortafil、Aldila、德国SGL和匈牙利Zoltek四家公司生产PAN基大丝束碳纤维，其总计生产能力为8400t/a，占全球PAN基碳纤维生产能力的21.6%。其中Fortafil公司为3500t/a。占全球PAN基大丝束碳纤维生产能力的41.7%。
3 全球生产沥青碳纤维公司主要有2家，日本吴羽(Kureha)化工于2006年12月投运了第三条沥青碳纤维新生产线，生产能力增加了46.7%而达到了1100t。并且还打算在2012年将生产能力再提高到1500t；美国氰特公司拥有约450t/a沥青碳纤维生产能力，2006年全球沥青碳纤维合计生产能力约为1550t/a，约占全球碳纤维总生产能力的4.0%。
今后几年，随着全球各碳纤维生产公司的扩能，到2010年全球碳纤维生产能力有望从目前40375t提高到60000t左右，其中日本东丽碳纤维生产能力将显示出成倍增长。
2、我国碳纤维生产尚处于小规模生产
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。
4 面对国外在技术、设备、品种和性能等方面激烈竞争、迅速发展的局面，我国碳纤维生产处于起步阶段，与国外相比有很大差距，无论产量、质量均不能满足市场发展需求。目前国内小规模PAN基碳纤维生产企业和科研院所共十余家，其中中石油吉化公司、大连兴科碳纤维有限公司和华源集团安徽华皖碳纤维有限公司（现正处于试生产阶段）相对规模较大。大连兴科碳纤维有限公司现已形成年产360t碳纤维的生产能力。中石油吉化公司拥有碳纤维生产能力300t/a。由安徽蚌埠灯芯绒集团与华源集团合作建设的安徽华皖碳纤维有限公司一期500t/a PAN原丝和200t/a碳纤维工程，总投资超过2亿元，全套装置和技术从国外引进，由英国艾麦克(AMEC)公司总承包。产品以12K的T300级碳纤维为主导产品，处于开工试生产阶段，原计划2006年7月正式投产。并且于2007年开工建设800t碳纤维和1800t原丝二期项目。
2005年实际上我国碳纤维生产能力为660t/a，实际产量不足200t。制约我国碳纤维发展的主要原因是PAN原丝质量不过关，还有生产技术及设备等问题导致碳纤维产品收率较低。今后几年，随着华皖公司碳纤维引进装置开车和其二期项目建成投产，我国碳纤维生产能力有望在此基础上得到较快发展，但市场供不应求局面还将继续，还得靠进口来平衡市场需求。
三、全球碳纤维市场需求及预测
1、全球碳纤维市场需求
鉴于碳纤维是一种性能优越的结构材料，具有极高的附加值，自20世纪70年代碳纤维在国际市场上的全方位商业化开始以来，碳纤维从航空航天、战略导弹和运载火箭以及文体用品领域的应用且需求量稳步增长外，目前已扩展到整个民用工业的多个领域。2006年碳纤维总体消费比例分别为宇航占25.2%、文体用品占31.4%、其他工业占43.4%，但不同地区各有侧重。
据报道，全球碳纤维在航空航天领域中需求增长速率最快，2003-2006年其年均增长率为85%，至2009年以后3年中，仍可望以每年73%速率增长。据欧洲航空公司称，今后几年内将开发的新型A350飞机中占总质量52%的结构组件将会采用复合材料来制造，主要是碳纤维增强塑料材料。铝材和铝合金材料将只占飞机总质量的20%，钛占14%，钢占7%。这比A380上使用的复合材料(占25%)有很大增加。其次是在文体用品领域中需求，2003-2006年其年均增长率为42%，至2009年以后三年中，预计年均增速为46%。据估计，全球每年的高尔夫球棒的产量为3400万付，主要产自美国、中国、日本和中国台湾省；全球碳纤维钓鱼杆的产量每年约2000万付；网球拍框架的市场容量约为每年600万付。碳纤维在其他体育项目应用还包括冰球棍、滑雪杖、射箭、白行
6 车、划船、赛艇、冲浪器械等。再次是碳纤维在其他工业等领域中应用日益拓展，例如，碳纤维材料用于汽车制造可使汽车轻量化，并带来节省能源的效益。据悉，福特和保时捷生产的GT型赛车发动机机罩已全部采用碳纤维材料；奔驰的57S型轿车原来内装饰全部是木质材料，现在则以碳纤维替代；通用的雪佛莱轿车底盘的内装饰材料也采用碳纤维；宝马公司将M6型轿车的顶篷全部采用碳纤维等。此外，碳纤维正在替代金属和混凝土用于工业领域，以满足环境、安全和能源要求，预计今后碳纤维在工业领域中需求比例将在现有基础上呈现上升趋势。日本东丽在全球碳纤维市场上占有约33%的份额，其PAN基碳纤维产品命名为“TORAYCA”，是全球碳纤维的第一大生产商和销售商。其次是东邦，约占24%。上述两公司控制着宇航方面的主要应用。再次是三菱人造丝公司占17%、台塑占10%，它们在中低档市场上有较好的发展。日本东邦Tenax公司的研究报告指出，随着航天航空、体育休闲和工业应用对碳纤维需求的大幅度增加，全球碳纤维市场以平均每年两位数的增幅快速增长，2004-2005年全球碳纤维的供给与需求出现紧张局面，2006年全球碳纤维需求达到2.7万t/a。其中北美消费全球碳纤维的35%、欧洲30%、日本15%、其他地区20%。
2、国内碳纤维市场需求
7 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，预计2010年将达到5800吨以上,主要依靠进口。
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。
近几年来，外商纷纷前来我国开办合资或独资的碳纤维复合制品企业，从国外采购碳纤维开发下游产品，促进了我国碳纤维市场的开发，使碳纤维需求量迅猛上升。例如，在我国的合资或外商独资的碳纤维体育用品厂家约60余家，钓鱼竿生产企业50余家。
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
8 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。
