碳素行業(yè)分析報(bào)告(編輯修改稿)
2024-08-31 04:39 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)。碳纖維的抗拉強(qiáng)度為建筑鋼材的10 倍，彈性模量與鋼材相當(dāng)，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(guò)碳纖維對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)物的補(bǔ)強(qiáng)，可以提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗彎、抗剪承載力，達(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件加固補(bǔ)強(qiáng)，減少地震帶來(lái)的危害和延長(zhǎng)建筑物使用壽命。③風(fēng)電領(lǐng)域風(fēng)力發(fā)電機(jī)超過(guò)3MW、葉片長(zhǎng)度超過(guò)40m 時(shí)，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(fù)合材料）。碳纖維復(fù)合材料在葉片上的應(yīng)用, 無(wú)疑將促進(jìn)風(fēng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。④汽車領(lǐng)域汽車的輕量化，就是在保證汽車的強(qiáng)度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車的整備質(zhì)量，從而提高汽車的動(dòng)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(fù)合材料能夠減輕飛機(jī)質(zhì)量，進(jìn)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(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)復(fù)合材料化程度是飛機(jī)先進(jìn)性的重要標(biāo)志。（3）國(guó)內(nèi)產(chǎn)能分布國(guó)內(nèi)碳纖維產(chǎn)能（2009）碳纖維在建產(chǎn)能針狀焦簡(jiǎn)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(fù)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(qiáng)、機(jī)械強(qiáng)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(diǎn)。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(zhì)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(jìn)一步減小其CTE 值，如通過(guò)提高其顆粒粒徑比例和在內(nèi)熱串接石墨化爐內(nèi)進(jìn)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(gè)工段， 即原料預(yù)處理、延遲焦化和煅燒工段。國(guó)際上針狀焦生產(chǎn)方法是按原料預(yù)處理工藝來(lái)命名， 延遲焦化和煅燒工段的工藝大同小異。（2）應(yīng)用領(lǐng)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(qiáng)、機(jī)械強(qiáng)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(diǎn)，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(fù)合材料等高端炭素制品。作為原料的針狀焦，其質(zhì)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(guó)外針狀焦生產(chǎn)企業(yè)國(guó)內(nèi)針狀焦產(chǎn)能情況二、碳纖維——前景廣闊的新材料領(lǐng)域航空航天、風(fēng)電成為需求快速增長(zhǎng)點(diǎn)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(lǐng)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(lǐng)域?qū)μ祭w維性能要求不高，主要應(yīng)用低端碳纖維，也是國(guó)內(nèi)碳纖維應(yīng)用的主要領(lǐng)域。航空航天領(lǐng)域，主要使用碳纖維復(fù)合材料能夠減輕飛機(jī)質(zhì)量，進(jìn)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(lǐng)域是碳纖維應(yīng)用的重點(diǎn)，利用碳纖維強(qiáng)度高、重量輕的特點(diǎn)，主要用于壓力容器增強(qiáng)、土木工程增強(qiáng)、制造大尺寸風(fēng)力葉片、汽車減重等。（1）航空航天碳纖維復(fù)合材料由于其比強(qiáng)度高、比模量高和不生銹，已成為飛機(jī)、導(dǎo)彈、運(yùn)載火箭、人造衛(wèi)星等航天航空領(lǐng)域不可不可缺少的結(jié)構(gòu)材料。飛機(jī)主翼、水平和垂直的橫尾翼和橫梁等部件采用碳纖維復(fù)合材料可以大幅度降低飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量，改善飛機(jī)性能，減少燃料消耗。碳纖維復(fù)合材料在小型商務(wù)飛機(jī)和直升飛機(jī)上的使用量已占70％～80％，在軍用飛機(jī)上占30％～40％，在大型客機(jī)上占15％～50％ 。例如，B787 和A380 等大型飛機(jī)碳纖維的用量約30 噸/架。與國(guó)外相比，我國(guó)軍用戰(zhàn)斗機(jī)上碳纖維復(fù)合材料最大用量尚不足10%，最新研制的A R J21 支線客機(jī)復(fù)合材料用量不足2%。（2）風(fēng)電葉片風(fēng)電做為清潔、可再生、安全能源，風(fēng)能發(fā)展?jié)摿薮?。增大風(fēng)電單機(jī)容量和提高轉(zhuǎn)換效率是風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展方向。風(fēng)電葉片作為捕獲風(fēng)能的關(guān)鍵部件，葉片長(zhǎng)度也從最初的20 米擴(kuò)展到60 米以上。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)低于3MW，葉片長(zhǎng)度不超過(guò)40 米時(shí)，風(fēng)電葉片普遍采用玻璃纖維復(fù)合材料（GFRP）。但是隨著風(fēng)力發(fā)電單機(jī)功率、葉片長(zhǎng)度的增加，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)超過(guò)3MW、葉片長(zhǎng)度超過(guò)40m 時(shí)，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(fù)合材料）。應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料（CFRP），可以實(shí)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(zhuǎn)換效率。由于成本原因，目前CFRP 只用于葉片的關(guān)鍵部位，例如橫梁、前后邊緣、葉片根部等。對(duì)于關(guān)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(yùn)行效率的提高，總成本反而下降。據(jù)測(cè)算，使用CFRP，直徑為120m 風(fēng)輪葉片有效減少總體自重達(dá)38％，葉片成本降低14%，%。未來(lái)海上風(fēng)電機(jī)組的額定功率將超過(guò)20MW、轉(zhuǎn)子直徑約200m，碳纖維能夠?yàn)楹Ｉ巷L(fēng)力發(fā)電提供更輕質(zhì)、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(yù)計(jì)2015 億噸，年均增長(zhǎng)32%。（3）其他領(lǐng)域①建筑領(lǐng)域碳纖維在建筑領(lǐng)域主要用于加固和修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)，主要包括碳纖維材料與配套樹脂。碳纖維的抗拉強(qiáng)度為建筑鋼材的10 倍，彈性模量與鋼材相當(dāng)，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(guò)碳纖維對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)物的補(bǔ)強(qiáng)，可以提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗彎、抗剪承載力，達(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件加固補(bǔ)強(qiáng)，減少地震帶來(lái)的危害和延長(zhǎng)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(qiáng)度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車的整備質(zhì)量，從而提高汽車的動(dòng)力性，減少燃料消耗，降低排氣污染。實(shí)驗(yàn)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(zhì)量每減少100 公斤， 升；汽車重量降低1%，%。當(dāng)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(qiáng)等多個(gè)領(lǐng)域的增長(zhǎng)，都將提升碳纖維的需求。隨著碳纖維應(yīng)用領(lǐng)域的增加，需求增長(zhǎng)將超預(yù)期增長(zhǎng)。以風(fēng)電為例，隨著風(fēng)機(jī)大型化，短短幾年內(nèi)，對(duì)碳纖維的需求從無(wú)到有，2011 萬(wàn)噸，達(dá)到碳纖維需求的29%。2015 年后供給出現(xiàn)缺口（1）需求測(cè)算2011 萬(wàn)噸，根據(jù)預(yù)測(cè)，2015 萬(wàn)噸，2019 萬(wàn)噸。20112015 年的年均增速17%，20152019 年的年均增速13%。（2）產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)截至2012 萬(wàn)噸， 萬(wàn)噸
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