碳素行業(yè)分析報告(編輯修改稿)
2025-08-31 04:39 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 修復混凝土結構。碳纖維的抗拉強度為建筑鋼材的10 倍，彈性模量與鋼材相當，高彈性碳纖維的彈性模量在鋼材的2 倍以上，施工性能與耐久性良好。通過碳纖維對混凝土結構物的補強，可以提高結構構件的抗彎、抗剪承載力，達到對結構構件加固補強，減少地震帶來的危害和延長建筑物使用壽命。③風電領域風力發(fā)電機超過3MW、葉片長度超過40m 時，采用碳纖維制造葉片成為必要的選擇（主要受力部分采用碳纖維復合材料）。碳纖維復合材料在葉片上的應用, 無疑將促進風能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。④汽車領域汽車的輕量化，就是在保證汽車的強度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車的整備質量，從而提高汽車的動力性，減少燃料消耗，降低排氣污染。⑤航空航天航空航天碳纖維復合材料能夠減輕飛機質量，進而節(jié)省燃油、降低制造成本、降低排放、增大航程。正因如此，飛機機體結構復合材料化程度是飛機先進性的重要標志。（3）國內(nèi)產(chǎn)能分布國內(nèi)碳纖維產(chǎn)能（2009）碳纖維在建產(chǎn)能針狀焦簡介（1）定義和分類針狀焦是生產(chǎn)超高功率電極、特種炭素材料、炭纖維及其復合材料等高端炭素制品的原料。用針狀焦制成的炭素材料具有耐熱沖擊性能強、機械強度高、氧化性能好、電極消耗低及允許的電流密度大等優(yōu)點。根據(jù)生產(chǎn)原料的不同，針狀焦可分為油系針狀焦和煤系針狀焦兩種。以石油重質油為原料生產(chǎn)的針狀焦為油系針狀焦；以煤焦油瀝青及其餾為原料生產(chǎn)的針狀焦為煤系針狀焦。兩種針狀焦生產(chǎn)工藝不完全相同，但其用途基本相同。如需生產(chǎn)HP 和中小規(guī)格的UHP 石墨電極，一般選用煤系針狀焦做骨料，而要生產(chǎn)大規(guī)格的UHP 石墨電極，需選用石油系針狀焦做骨料，但需要進一步減小其CTE 值，如通過提高其顆粒粒徑比例和在內(nèi)熱串接石墨化爐內(nèi)進行高溫石墨化。油系和煤系針狀焦性能比較針狀焦生產(chǎn)分為3 個工段， 即原料預處理、延遲焦化和煅燒工段。國際上針狀焦生產(chǎn)方法是按原料預處理工藝來命名， 延遲焦化和煅燒工段的工藝大同小異。（2）應用領域與使用石油焦相比，使用針狀焦的炭素制品具有耐熱沖擊性能強、機械強度高、氧化性能好、電極消耗低及允許的電流密度大等優(yōu)點，因此，針狀焦主要用于生產(chǎn)超高功率電極、特種炭素材料、炭纖維及其復合材料等高端炭素制品。作為原料的針狀焦，其質量很大程度上決定高端炭素制品的最終性能。（3）行業(yè)格局國外針狀焦生產(chǎn)企業(yè)國內(nèi)針狀焦產(chǎn)能情況二、碳纖維——前景廣闊的新材料領域航空航天、風電成為需求快速增長點目前碳纖維的下游主要集中于：體育休閑、航空航天、工業(yè)與能源行業(yè)。2011 年體育休閑、航空航天、工業(yè)與能源行業(yè)的需求占比分別為17%、16%和67%。體育休閑領域，主要包括漁具、游艇、高爾夫球頭球桿、羽毛球拍、網(wǎng)球拍、滑雪板、箭桿、直行車等。文體休閑領域對碳纖維性能要求不高，主要應用低端碳纖維，也是國內(nèi)碳纖維應用的主要領域。航空航天領域，主要使用碳纖維復合材料能夠減輕飛機質量，進而節(jié)省燃油、降低制造成本、降低排放、增大航程。能源和工業(yè)領域是碳纖維應用的重點，利用碳纖維強度高、重量輕的特點，主要用于壓力容器增強、土木工程增強、制造大尺寸風力葉片、汽車減重等。（1）航空航天碳纖維復合材料由于其比強度高、比模量高和不生銹，已成為飛機、導彈、運載火箭、人造衛(wèi)星等航天航空領域不可不可缺少的結構材料。飛機主翼、水平和垂直的橫尾翼和橫梁等部件采用碳纖維復合材料可以大幅度降低飛機結構重量，改善飛機性能，減少燃料消耗。碳纖維復合材料在小型商務飛機和直升飛機上的使用量已占70％～80％，在軍用飛機上占30％～40％，在大型客機上占15％～50％ 。例如，B787 和A380 等大型飛機碳纖維的用量約30 噸/架。與國外相比，我國軍用戰(zhàn)斗機上碳纖維復合材料最大用量尚不足10%，最新研制的A R J21 支線客機復合材料用量不足2%。（2）風電葉片風電做為清潔、可再生、安全能源，風能發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｔ龃箫L電單機容量和提高轉換效率是風力發(fā)電的發(fā)展方向。風電葉片作為捕獲風能的關鍵部件，葉片長度也從最初的20 米擴展到60 米以上。當風力發(fā)電機低于3MW，葉片長度不超過40 米時，風電葉片普遍采用玻璃纖維復合材料（GFRP）。但是隨著風力發(fā)電單機功率、葉片長度的增加，當風力發(fā)電機超過3MW、葉片長度超過40m 時，玻璃纖維逐漸顯示出性能的不足，采用碳纖維制造葉片成為必要的選擇（主要受力部分采用碳纖維復合材料）。應用碳纖維復合材料（CFRP），可以實現(xiàn)葉片的大型化和輕量化，而且具有更優(yōu)的抗疲勞性和更高的能源轉換效率。由于成本原因，目前CFRP 只用于葉片的關鍵部位，例如橫梁、前后邊緣、葉片根部等。對于關鍵部位使用成本更高的CFRP 的大尺寸葉片而言，由于總量的降低、安裝成本的下降和運行效率的提高，總成本反而下降。據(jù)測算，使用CFRP，直徑為120m 風輪葉片有效減少總體自重達38％，葉片成本降低14%，%。未來海上風電機組的額定功率將超過20MW、轉子直徑約200m，碳纖維能夠為海上風力發(fā)電提供更輕質、更抗拉力、更耐腐蝕的葉片和塔架材料。2011 年， 億噸，占全球碳纖維用量的29%，預計2015 億噸，年均增長32%。（3）其他領域①建筑領域碳纖維在建筑領域主要用于加固和修復混凝土結構，主要包括碳纖維材料與配套樹脂。碳纖維的抗拉強度為建筑鋼材的10 倍，彈性模量與鋼材相當，高彈性碳纖維的彈性模量在鋼材的2 倍以上，施工性能與耐久性良好。通過碳纖維對混凝土結構物的補強，可以提高結構構件的抗彎、抗剪承載力，達到對結構構件加固補強，減少地震帶來的危害和延長建筑物使用壽命。②汽車減重汽車的輕量化，就是在保證汽車的強度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車的整備質量，從而提高汽車的動力性，減少燃料消耗，降低排氣污染。實驗證明，若汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%8%；汽車整備質量每減少100 公斤， 升；汽車重量降低1%，%。當前，由于環(huán)保和節(jié)能的需要，汽車的輕量化已經(jīng)成為世界汽車發(fā)展的潮流。此外，油田開采的抽油桿、壓力容器增強等多個領域的增長，都將提升碳纖維的需求。隨著碳纖維應用領域的增加，需求增長將超預期增長。以風電為例，隨著風機大型化，短短幾年內(nèi)，對碳纖維的需求從無到有，2011 萬噸，達到碳纖維需求的29%。2015 年后供給出現(xiàn)缺口（1）需求測算2011 萬噸，根據(jù)預測，2015 萬噸，2019 萬噸。20112015 年的年均增速17%，20152019 年的年均增速13%。（2）產(chǎn)能統(tǒng)計截至2012 萬噸， 萬噸
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