【正文】 年2000年東麗集團(日)3700550073007300東邦集團(日)3700510051005100三菱人造絲集團1900340034003400阿莫科(Amoco，美)1200190019001900海克塞爾(Hexcel，美)1700180018001800臺灣塑料集團1000200034003400卓爾泰爾(Zoltek，美)*360086001460018500阿克蘇(Akzo，荷)*2100210035003500SGL(德)*2400270027002700Alidla(美)*040010001000合計8100138002180025700*用大絲束PAN原絲世界碳纖維的生產(chǎn)主要集中在日本、英國、美國、法國、韓國等少數(shù)發(fā)達國家和我國的臺灣省，主要生產(chǎn)商為日本的東麗、東邦人造絲、三菱人造絲三大集團和美國的的卓爾泰克(ZOLTEK)、阿克蘇(AKZO)、阿爾迪拉(ALDILI)和德車的SGL公司等。8500100表27 ZOLTEK公司20052008年大絲束碳纖維生產(chǎn)能力統(tǒng)計及預(yù)測 t/a年份200520072008大絲束生產(chǎn)能力3300650011600所占比例/%由于碳纖維在民用客機領(lǐng)域和風電領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用，從2005年開始，世界大絲束碳纖維生產(chǎn)能力呈快速增長趨勢，20052008年世界大絲束碳纖維生產(chǎn)能力見表28：表28 20052008年世界大絲束碳纖維生產(chǎn)能力統(tǒng)計及預(yù)測 t/a年份2005200620072008大絲束生產(chǎn)能力7800110001560015600對2005年的增幅/%041100100綜合表27和28的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，2005年以后，世界大絲束碳纖維生產(chǎn)能力大幅提升，到2008年時，世界大絲束碳纖維生產(chǎn)能力比2005年增長了近1倍。表26 2002世界大絲束碳纖維產(chǎn)能情況 (按企業(yè)) t/a美國卓爾泰克(ZOLTEK)公司是全球大絲束碳纖維著名生產(chǎn)企業(yè)。2002年，AKZOFortafil、%。20042008年世界小絲束碳纖維生產(chǎn)能力按地區(qū)的比例分布情況見表25。按地區(qū)生產(chǎn)能力來看，2005年以前世界PAN基碳纖維小絲束碳纖維生產(chǎn)主要集中在亞洲地區(qū)，2006年以后美洲和歐洲的小絲束碳纖維生產(chǎn)能力大幅度提升，成為新的小絲束碳纖維生產(chǎn)中心。這是由于部分新建碳纖維項目沒有順利達產(chǎn)。以2005年世界小絲束碳纖維生產(chǎn)能力為基準，20052008年世界小絲束碳纖維生產(chǎn)能力變化見表23，日本東麗、東邦和三菱三家碳纖維生產(chǎn)集團2005年小絲束碳纖維生產(chǎn)能力及在世界小絲束碳纖維總生產(chǎn)能力中所占比例見表24。 世界小絲束碳纖維生產(chǎn)能力世界小絲束碳纖維生產(chǎn)基本上被日本碳纖維生產(chǎn)廠家控制，主要是東麗(Toray)集團、東邦(Toho)集團和三菱(Mitsubishi)集團三大碳纖維生產(chǎn)企業(yè)。 (單位：噸)表22 2014 年，這兩種纖維的名義生產(chǎn)能力達93450 噸，比1998 年增長7 倍。由于新的生產(chǎn)線上馬，更專注于生產(chǎn)單一的產(chǎn)品，生產(chǎn)效率會更高，實際生產(chǎn)能力會進一步提高，可能達到45500 噸左右。資深金融專家安東尼20052008年世界碳纖維總生產(chǎn)能力統(tǒng)計及預(yù)測見表21，由表可知2005年后三年內(nèi)世界碳纖維生產(chǎn)能力將大幅增加，%，%%。2005年以后，隨著歐洲空中客車A380及波音公司787客機大量使用碳纖維增強復(fù)合材料，世界碳纖維制造商再度實施擴產(chǎn)計劃，世界碳纖維總產(chǎn)能急劇膨脹。19981999年底，世界小絲束和大絲束PAN基碳纖維的生產(chǎn)能力均有一定程度的提升，其增幅分別為 8%%。一般產(chǎn)業(yè)的需求增長較快，將成為碳纖維新的主要應(yīng)用領(lǐng)域。其中高爾夫球桿、網(wǎng)球拍和釣魚竿是體育用品用碳纖維復(fù)合材料的三大支柱產(chǎn)品、約占該類產(chǎn)品的80%。按應(yīng)用領(lǐng)域劃分，世界聚丙烯腈基碳纖維主要用于宇航、文體休閑用品、其它工業(yè)等領(lǐng)域，%，%，%，不同地區(qū)各有側(cè)重。特別是隨著大絲束碳纖維的大規(guī)模生產(chǎn)，其價格將不斷降低，民用工業(yè)用量將繼續(xù)保持大幅度增加的趨勢。ACM熱成型體系：由連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂基體的ACM片材的成型法。RTM成型技術(shù)的進化：把批量生產(chǎn)、低壓、低溫、強化纖維體積分數(shù)、方向、位置設(shè)定自由等特征為研發(fā)的意向。全自動纖維分布：復(fù)合材料的成型材料(窄幅預(yù)浸料)被開發(fā)出自動鋪層的先進裝置。這些技術(shù)包括：高速成型技術(shù)：樹脂灌注成型、樹脂膜灌注成型(RFI)、RTM成型、擠拉成型、高速纏繞(FW)成型、SMC/BMC成型等技術(shù)并進行積累。(2) 基體樹脂技術(shù)低溫固化的耐熱性樹脂；熱熔融樹脂；不燃樹脂；碳納米纖維配合碳纖維樹脂預(yù)浸料，提高層間抗剝離強度和耐壓縮強度。 最新碳纖維技術(shù)動向PAN基碳纖維技術(shù)開發(fā)新方向包括：碳纖維性能的提高；基體樹脂技術(shù)；成型技術(shù)三個方面。碳化和石墨化是制備高性能碳纖維的關(guān)鍵工序，在成本中所占比例約為2530%，對產(chǎn)品的最終性能影響極大。目前在預(yù)氧化方面的新思路是采用等離子技術(shù)。預(yù)氧化工序在高性能碳纖維成本中所占的比例約為1520%，而且預(yù)氧化工序的時間也比較長。在高性能碳纖維成本中原絲所占比例約為4060%，國外從兩方面降低原絲的成本，一是試探采用聚丙烯腈外的其它材料作為制備高性能碳纖維的原絲，包括低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和聚丙烯等其它聚烯類高分子材料以及木質(zhì)素等；二是改進現(xiàn)有工藝聚丙烯腈原絲的技術(shù)，達到降低成本的目的，包括采用紡織用的聚丙烯腈、化學改性、輻照穩(wěn)定化處理等。 今后日本先進復(fù)合材料的發(fā)展方向是：在增強材料方面，進一步提高碳纖維的強度和模量，降低成本；在樹脂基體方面，主要提高樹脂的沖擊后壓縮強度和耐濕熱性；在復(fù)合材料成型技術(shù)方面，進一步實現(xiàn)整體成型技術(shù)，固化監(jiān)控、自動化技術(shù)及三維復(fù)合材料技術(shù)，同時提高復(fù)合材料性能和降低制造成本。三菱人造絲發(fā)明的新型碳化爐，可抑制碳化反應(yīng)生產(chǎn)的分解物附著和堆積于爐壁和纖維上，從而穩(wěn)定高效地生產(chǎn)高強度高模量的碳纖維。美國wilkinson公司也在研制PAN原絲，而英國國防安全部在研制中空碳纖維原絲及碳纖維。日本東麗公司已開發(fā)出高強型T1000系列碳纖維，其抗拉模量為295 GPa， GPa，而高強高模MSJ型抗拉模量達640 GPa， GPa。隨著航空航天飛行器各項性能的不斷提高，對結(jié)構(gòu)件用材料的性能要求也越來越高。 技術(shù)進展當前，PAN基碳纖維向兩個方面發(fā)展：一是提高，二是普及。碳纖維增強熱固性塑料是以熱固性塑料為基體，以碳纖維及其織物為分散質(zhì)的纖維增強塑料。碳纖維增強熱塑性塑料是指碳纖維為分散質(zhì)，熱塑性塑料為基體的纖維增強塑料。(4) 碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料 (CFRP)它具有輕質(zhì)、高強、耐高溫、抗腐蝕、熱力學性能優(yōu)良等特點，被廣泛應(yīng)用作結(jié)構(gòu)材料及耐高溫燒蝕材料。表13 碳纖維的主要用途及應(yīng)用形態(tài)、種類種類用途 有關(guān)產(chǎn)業(yè)絲束高溫隔熱材料電子、汽車、飛機、原子能復(fù)合材料CFRCF增強樹脂(CFRP)密封材料化學、石油工業(yè)、石油、汽車功能材料(滑動、導(dǎo)電、耐腐蝕材料等)電子、電工、機械、宇航、飛機、化學CF增強碳(CFRC)結(jié)構(gòu)材料(重要較高模量的一次，二次結(jié)構(gòu)用才)運動器材、飛機、宇航、電工、醫(yī)療燒蝕材料 宇航CF增強金屬(CFRM)摩擦材料汽車、鐵道、飛機、機械炭、石墨材料鋼鐵、電工CF增強水泥(CFRC)有關(guān)電池的基材電力、汽車建筑、土木材料船舶、住宅建設(shè)(3) 碳纖維增強金屬基復(fù)合材料碳纖維增強金屬基復(fù)合材料具有高的比強度和比模量，高的韌性和耐沖擊性能。這種材料除具備高強度、高剛性、尺寸穩(wěn)定、抗氧化和耐磨損等特性外，還具有較高的斷裂韌性和假塑性。目前國內(nèi)外比較成熟的碳纖維增強陶瓷材料是碳纖維增強碳化硅材料，在航空發(fā)動機、可重復(fù)使用航天飛行器等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。 碳纖維增強復(fù)合材料碳纖維增強復(fù)合材料主要包括：碳纖維增強陶瓷基復(fù)合材料，C/C復(fù)合材料，碳纖維增強金屬基復(fù)合材料，碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料等，它們的主要用途見表13。布料是指由碳纖維制成的織品；預(yù)浸料坯是將碳纖維按照一個方向一致排列，并將碳纖維或布料經(jīng)樹脂浸泡使其轉(zhuǎn)化成片狀；短切纖維指的是短絲。表11 國外PAN基碳纖維原絲生產(chǎn)工藝研制單位溶劑工藝路線紡絲方法日本東麗日本東邦美國BASF日本三菱人造絲二甲基亞砜氯化鋅水溶液二甲基乙酰胺二甲基甲酰胺一步法一步法二步法一步法濕紡濕紡熔紡濕紡濕紡日本愛克綸英國考特爾茲日本旭化成NaSCN二甲基甲酰胺NaSCN二甲基壓砜二步法二步法一步法二步法濕紡濕紡濕紡干噴濕紡 碳纖維的產(chǎn)品形式 碳纖維編織材料表12 碳纖維和深加工制品及其應(yīng)用概況碳纖維長絲預(yù)浸料單項預(yù)浸料(無緯布)雙向預(yù)浸料(帶、布)束絲預(yù)浸料織物二維織物三維織物多維織物短切纖維碳纖維紙粒料微纖(研磨)鍍、噴金屬各種浸漬物短切復(fù)合纖維DMF法可以做出很好的碳纖維產(chǎn)品，日本、臺灣的企業(yè)，都有采用該工藝的成功經(jīng)驗，但由于DMF毒性較大，已經(jīng)被限制使用。硝酸法操作不易控制，規(guī)模難以放大，安全性差，污染嚴重等，不具備工程化的條件。例如：日本東麗、東邦、三菱人造絲公司，美國的赫克利公司和阿莫科公司，以及中國臺灣地區(qū)的臺塑都是從聚合、紡絲開始，國外原絲主要生產(chǎn)工藝路線見表11。此外，碳纖維還兼有其它多種優(yōu)良性能，如低密度、耐高溫、耐腐蝕、耐摩擦、抗疲勞、震動衰減性高、電及熱導(dǎo)性高、熱膨脹系數(shù)低、X光穿透性高，非磁體但有電磁屏蔽性等。如對1條100 t/a碳纖維生產(chǎn)線而言(以12K計算)，如果生產(chǎn)1K、3K和6K碳纖維，年產(chǎn)量分別是15 t、35 t和62 t。(3)大K數(shù)碳纖維制造加工成本較低。以國產(chǎn)小絲束PAN原絲為例，1K、3K、6K原絲比12K原絲的價格分別高316%、100%和38%左右。(2)可大量生產(chǎn)，碳纖維原料成本較低。但九十年代以后對于航天航空工業(yè)來說，高價碳纖維限制它的應(yīng)用，需開發(fā)價格較低的大K束碳纖維。促使大絲束碳纖維迅猛發(fā)展的原因可能如下：(1) 市場的需求。世界主要生產(chǎn)大絲束(LT)碳纖維的廠家是美國阿克蘇(AKZ0)、卓爾泰克(ZOLTEK)和阿爾笛拉(ALDILA)三大公司，%。美國是繼日本之后掌握碳纖維生產(chǎn)技術(shù)的少數(shù)幾個發(fā)達國家之一，其碳纖維主要廠商為Hexcel、Amoco公司，它們與日本東麗、東邦及三菱人造絲公司為當今世界碳纖維的5大生產(chǎn)商。這三家公司依靠其多年來對紡絲工藝理論的精通和紡絲新技術(shù)的基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和開發(fā)研究方面的豐碩成果，大量生產(chǎn)出高性能碳纖維，使日本迅速成為世界碳纖維強國，無論質(zhì)量還是數(shù)量上均處于世界領(lǐng)先地位。特別是在日本，碳纖維工業(yè)已成為該國十大高技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。小絲束碳纖維追求高性能，代表著國際碳纖維發(fā)展的先進水平?，F(xiàn)已發(fā)展成為大絲束碳纖維和小絲束碳纖維兩大種類。國際上PAN基碳纖維的生產(chǎn)，從20世紀60年代起步，經(jīng)過70～80年代的穩(wěn)定，90年代的飛速發(fā)展，到21世紀初其生產(chǎn)工藝技術(shù)已經(jīng)成熟。瀝青基碳纖維主要生產(chǎn)廠商有日本Mitsubishi Chem(三菱化學)、Kureha (吳羽)、Donac與美國Amoco 公司。中國碳纖維產(chǎn)業(yè)調(diào)研報告 目 錄中國碳纖維產(chǎn)業(yè)調(diào)研報告目 錄目 錄 I第1章 碳纖維介紹 1 國外碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況 1 碳纖維的物理性能 2 碳纖維的生產(chǎn)工藝 2 碳纖維的產(chǎn)品形式 3 碳纖維編織材料 3 碳纖維增強復(fù)合材料 4 5 技術(shù)進展 5 最新碳纖維技術(shù)動向 6 發(fā)展趨勢 7 第2章 世界碳纖維供需分析 8 世界碳纖維生產(chǎn)能力 8 世界小絲束碳纖維生產(chǎn)能力 9 世界大絲束碳纖維生產(chǎn)能力 10 世界碳纖維生產(chǎn)能力主要企業(yè)分布 11 世界碳纖維生產(chǎn)能力按地區(qū)分布 17 世界碳纖維消費狀況及結(jié)構(gòu) 17 世界碳纖維需求分析 20 碳纖維生產(chǎn)分析 24 重點應(yīng)用領(lǐng)域狀況分析 26 航天航空 27 體育休閑用品 30 汽車工業(yè) 31 一般工業(yè)應(yīng)用 32 第3章 中國碳纖維行業(yè)分析 34 中國PAN基碳纖維生產(chǎn)現(xiàn)狀及趨勢 34 中國PAN基碳纖維生產(chǎn)狀況 34 中國碳纖維行業(yè)發(fā)展趨勢 36 國產(chǎn)碳纖維存在的主要問題 38 對我國碳纖維發(fā)展的建議 38 中國碳纖維生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用 39 中國碳纖維消費結(jié)構(gòu)分析 40 中國碳纖維需求狀況 41 價格分析 44 我國碳纖維行業(yè)未來走向 45 碳纖維制備技術(shù)方面 45 碳纖維應(yīng)用方面 45 34 中國碳纖維產(chǎn)業(yè)調(diào)研報告