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碳纤维生产技术调研报告1


碳纤维生产技术及应用调研报告 碳纤维生产技术及应用调研报告 及应用 目录
第一章 碳纤维概述 .......................................................................................... 2
1、 碳纤维定义 ................................

............................................................. 2 2、 碳纤维性能 ............................................................................................. 2 3、 碳纤维应用 ............................................................................................. 2

第二章 碳纤维生产工艺 .................................................................................. 3
1. 聚丙烯腈基碳纤维 ................................................................................... 4 2、沥青基碳纤维 ........................................................................................... 4 3、粘胶基碳纤维 ........................................................................................... 5 4、活性碳纤维 ............................................................................................... 6 5、气相生长碳纤维 ....................................................................................... 6 6、碳纤维的产品形式及制造工艺 ............................................................... 6 7、碳纤维的技术难点 ................................................................................... 7 7.1、原丝制备和 CF(碳纤维)生产一体化........................................ 7 7.2、重视 CF 及其制品回收再利用 ....................................................... 8

第三章 国内外碳纤维市场分析 ..................................................................... 8
1. 国内碳纤维行业的状况 ........................................................................... 8 2、国外碳纤维市场分析 ............................................................................... 9 3、国内生产厂家 ......................................................................................... 10 4、碳纤维盈利分析 ..................................................................................... 11

第四章 总结 ......................................................................................... 12

第一章 碳纤维概述 1、 碳纤维定义
碳纤维是先进复合材料最常用的也是最重要的增强体。 碳纤维是由不完全石墨结晶 沿纤维轴向排列的一种多晶的新型无机非金属材料。 化学组成中碳元素含量达 95%以上。 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;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 (MPa) 模量为 100GPa 左右。 、 高性能型碳纤维又分为高强型 (强度 2000MPa、 模量 250GPa)和高模型(模量 300GPa 以上)。强度大于 4000MPa 的又称为超高强型; 模量大于 450GPa 的称为超高模型。碳纤维制造工艺分为有机先驱体纤维法和气相生长 法。有机先驱体纤维法制得的碳纤维是由有机纤维经高温固相反应转变而成。应用的有 机纤维主要有聚丙烯(PAN)纤维、人造丝和沥青纤维等。将有机母体纤维(例如粘胶 丝、聚丙烯腈或沥青)采用高温分解法在 1000~3000 度高温的惰性气体下制成的,其 结果是除碳以外的所有元素都予以去除。气相生长法制得的碳纤维称气相生长碳纤维。

碳纤维性能 2、 碳纤维性能
碳纤维具有低密度、高强度、高模量、耐高温、抗化学腐蚀、低电阻、高热导、低 热膨胀、耐化学辐射等特性。此外还具有纤维的柔曲性和可编性,比强度和比模量优于 其他无机纤维。但是碳纤维性脆,抗冲击性和高温抗氧化性较差。主要用作树脂、碳、 金属、陶瓷、水泥基复合材料的增强体。它的比重不到钢的 1/4,碳纤维树脂复合材料 抗拉强度一般都在 3500Mpa 以上,是钢的 7~9 倍,抗拉弹性模量为 23000~43000Mpa 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 2000Mpa/(g/cm3)以 上, A3 钢的比强度仅为 59Mpa/(g/cm3)左右, 而 其比模量也比钢高。 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,从这个意义上已预示了碳纤维在工 程的广阔应用前景,综观多种新兴的复合材料(如高分子复合材料、金属基复合材料、 陶瓷基复合材料)的优异性能。

碳纤维应用 3、 碳纤维应用
世界碳纤维的需求在各用途领域都不断增长,特别是急速增长的航空航天领域拉动 了碳纤维全体的增长。2001 年世界对碳纤维的需求量为 17900t,2005 年达到 21920t, 2005 年比 2001 年增长 22.5%, 2006 年和 2008 年相应将达 24190t 和 27740t, 分别比 2005

年增长 10.4%和 19.8%。预测到 2010 年世界碳纤维的需求量会增加到 31910t,与 2005 年相比,增长 45.6%。 目前,国内有少数公司经过自主开发创新,成功地生产出了高质量的 PAN 基碳纤维 原丝,预计摆脱了国外原丝控制的中国碳纤维行业,将迎来飞速的发展。据业内人士预 计,2006 年,我国碳纤维的需求量已超过 3000 吨,2007 年将超过 3500 吨,2010 年将 突破 5000 吨达到 5800 吨。 碳纤维是纤维状的碳素材料,含碳量在 90%以上。具有十分优异的力学性能,与其 它高性能纤维相比具有最高比强度和最高比模量。特别是在 2000℃以上高温惰性环境 中,是唯一强度不下降的物质。此外,其还兼具其他多种得天独厚的优良性能:低密度、 高升华热、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、高震动衰减性、低热膨胀系数、导电导 热性、电磁屏蔽性、纺织加工性均优良等。 但碳纤维很少直接应用,大多是经深加工制成的中间产物或复合材料使用。在航空 航天、体育休闲、工业应用等领域,碳纤维的应用相对成熟,世界碳纤维按应用领域需 求的统计和预测,如表 1 所示,三大应用领域中,宇航、体育用品稳中有增,工业应用 大幅度上升。表 1: 世界碳纤维按应用领域需求的统计和预测

第二章 碳纤维生产工艺
碳纤维是纤维状的碳材料,其化学组成中含碳量在 90%以上。由于碳的单质在高温 下不能熔化,而在各种溶剂中都不溶解,所以迄今无法用碳的单质来制碳纤维,即目前 人们还不能直接用碳或石墨来抽成碳纤维,只能采用一些含碳的有机纤维(如尼龙丝、 腈纶丝、人造丝等)做原料,将有机纤维跟塑料树脂结合在一起,放在稀有气体的气氛

中,在一定压强下强热炭化而成 。碳纤维按照生产工艺可分为聚丙烯腈基碳纤维、粘 胶基碳纤维、沥青基碳纤维和气相生长碳纤维(VGCF)。 目前,全世界主要生产两种碳纤维:PAN 基碳纤维和沥青碳纤维。在强度上 PAN 基 的碳纤维要优于沥青基的碳纤维,因此在全世界的碳纤维生产中占有绝对性的压倒优 势,聚丙烯腈基碳纤维产量约占全球碳纤维总产量的 90%, 2005 年统计世界聚丙烯腈 基碳纤维生产量为 33875t/a;沥青基碳纤维产量约为 5500t/a。

1. 聚丙烯腈基碳纤维
聚丙烯腈纤维制备碳纤维属于有机先驱体纤维法。 即将有机纤维在 200℃~400℃氧 化介质(如空气、氧、臭氧、一氧化氮、二氧化氮、三氧化硫等)气氛中进行低温处理, 纤维内部发生交联、环化、氧化脱氢、脱水、脱二氧化硫以及热分解等复杂的化学反应, 使其变为热稳定型结构,能承受进一步高温处理,并保持现状而不熔融。此阶段是形成 纤维的稳定化过程,也称预氧化。将这种纤维再在 1000℃~1500℃的惰性气氛(高纯氮) 中进行高温处理,此时纤维内部产生交联、环化、缩聚、芳构化等一系列化学反应。排 除其中非碳原子,使碳含量达 90%~96%,并形成石墨的乱层结构,即获得碳纤维。 PAN 纤维分子易于沿纤维轴向取向,碳化收率(1000~1500℃)为 50~55%,在脱 除碳以外的杂原子时其骨架结构很少破坏,此外在 180℃附件存在塑性,便于纺丝后的 改性处理和经受高温碳化处理, 这些特点使其成为迄今发展高性能碳纤维最受人注目的 先驱体。 先驱体纤维的质量和性质是生产高性能碳纤维的前提。 优质的原丝具备高纯度、 高强度、高取向度、细旦化、致密化、结晶度、原丝圆形截面形状,变导系数等性能。 有了制造 PAN 基碳纤维的方法, 也有了制造技术, 所以制造高性能 PAN 基碳纤维原丝质 量又成为一个技术焦点。 事实证明谁掌握了制造高质量的 PAN 基原丝谁就掌握了主动权。 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。 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。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。

2、沥青基碳纤维
沥青基碳纤维成为目前碳纤维领域中仅次于 PAN 基的第二大原料路线。 沥青基碳纤 维分为两大类:一类是通用级,由各向同性沥青制造;另一类是高性能级,由各向异性 中间相沥青制造纤维。 沥青基碳纤维的制造工艺流程如下:

石油渣油、煤沥青、煤液化油

精制或调制
各向同性沥青

(热调制)
各向异性沥青(中间相)

熔融纺丝

熔融纺丝

各向同性沥青纤维
不溶化处理 氧化气氛(200~300℃)

各向异性沥青纤维
不溶化处理氧化气氛(200~300℃)

各向同性不融化纤维

各向异性不融化纤维

炭化

惰性气氛(800~1200℃)

炭化 惰性气氛(1000~1400℃)

各向同性碳纤维

各向异性碳纤维

石墨化惰性

气氛(2000~3000℃)

石墨化惰性气氛(2000~3000℃)

各向同性石墨纤维

各向异性石墨纤维

通用级石墨纤维

高性能石墨纤维

3、粘胶基碳纤维
木材棉籽绒或甘蔗渣等天然纤维素与 NaOH 和 CS2 反应生成纤维素磺酸钠,提纯后 采用一步或两步法制得粘胶,再经湿法纺丝成型和后处理等工序而制成碳纤维。 从粘胶纤维开发成碳纤维有三个主要步骤:a、低温分解过程(小于 400℃);b、 炭化过程(小于 1500℃);c、石墨化过程(大于 2500℃)。 工艺流程如下:
粘胶丝 浸渍催化剂 预氧化

水洗

酸洗

干燥

干燥

干燥
炭化 表面处理 上浆 收丝

由粘胶纤维热解制得的碳纤维的得率通常在 10~30%,由粘胶纤维制得的碳纤维, 横截面形状大多不规则, 一般呈树叶状。 粘胶基碳纤维主要用于耐烧蚀材料和隔热材料。 到目前为止粘胶碳纤维仍占据着其他碳纤维不可取代的地位,仍是重要的战略物资。

粘胶基碳纤维产量不足世界碳纤维总产量的 1%。 它虽然不会有大的发展, 但也不会 被彻底淘汰出局。在碳纤维领域仍会占有一席之地。

4、活性碳纤维
活性碳纤维是随着碳纤维工业发展而开发的新一代多孔吸附材料, 也是传统吸附材 料粉状活性炭的更新换代产品,我国有许多生产厂,如山西东绿活性碳纤维厂、山西省 长治市郊区霍家工业总司活性碳纤维厂、鞍山市化学碳纤维公司、辽源化工新材料厂、 秦皇岛山海关金龙环保材料厂、 安徽佳力奇碳纤维有限公司河北中环环保设备有限公司 以及南通市活性碳纤维厂等。 生产活性特性及其制品的原料主要有粘胶丝、 PAN 基纤维、 沥青纤维和酚醛纤维等。 原料虽然不同,但生产工艺基本相似,需经前处理或稳定化、炭化和活化工序。生产原 理完全不同于碳纤维。生产活性碳纤维的过程尽可能造孔,使其具有多孔结构,而生产 碳纤维则不同尽可能消除孔隙裂纹或孔洞。

5、气相生长碳纤维
气相生长碳纤维(VGCF)和螺旋形碳纤维(CCF)属于功能型碳纤维。 气相生长碳纤维(VGCF)以低碳烃类为碳源,过渡金属铁、钴、镍等及其他们的合 金、化合物等超细离子为催化剂,在氢气还原性气氛中使其烃类热解(1100℃左右)成 碳而制得纤维状产物。 螺旋形碳纤维(CCF)的生成过程中,催化剂是基础,助催化剂是必备条件,如果没 有助催化剂的存在,则生成 VGCF。催化剂是过渡金属等,助催化剂为 S/P 等,他们生成 共晶体;助催化剂的存在可降低共晶体的熔点,有利于 CCF 的生成。

6、碳纤维的产品形式及制造工艺
碳纤维有四种产品形式:纤维,布料,预浸料坯,和切短纤维。布料指的是由碳纤 维制成的织品。预浸料坯是一种产品,是将碳纤维按照一个方向一致排列,并将碳纤维 或布料刚树脂浸泡使其转化成片状。切短纤维指的是短丝。按照不同的配比,这些产品 和树脂一起应用将形成碳纤维强化塑料(CFRP)。 将树脂附在纤维上可以制成压力容器和轧滚,将它们缠绕在一个芯儿上,然后进行 塑化或硬化处理。这种方法被称为“缠绕成型法”。将布料放入一个模型中,然后用树 脂浸泡,这就是所说的“树脂转注成型法(RTM)”。 飞机元件的制造是通过在高压釜中 给预浸料坯加热,加压和塑化成型而成的。将预浸料坯缠绕在一个芯儿上,然后将其加

热和塑化,这就是所说的“薄片缠绕法”,用这种方法可以用来制成高尔夫球棒利钓鱼 杆。 7、碳纤维的技术难点 我国碳纤维及其复合材料业存在的几个问题为: 原丝质量差、 生产规模小、 质量低、 价格高、应用基础研究薄弱等。 尽管碳纤维生产流程相对较短,但生产壁垒很高,其中碳纤维原丝的生产壁垒是难 中之难,具体表现在碳纤维原丝的喷丝工艺、聚丙烯腈聚合工艺、丙烯腈于溶剂及引发 剂的配比等。目前世界碳纤维技术主要掌握在日本的东丽公司、东邦 Tenax 集团和三菱 人造丝集团,这三家企业技术严格保密,工艺难以外露,而其他碳纤维企业均是处于成 长阶段,生产工艺在摸索中不断完善。且由于国内原丝质量、生产技术及设备等原因, 实际年产量仅为 40 多吨,无论是质量和规模与国外相比差距都很大。 7.1、 CF(碳纤维) 7.1、原丝制备和 CF(碳纤维)生产一体化 原丝品质直接影响 CF 性能的稳定性以及企业对碳纤维品质和生产成本的控制。碳 纤维生产成本中,原丝占 50%~60%成本,在市场中只有掌握高性能的原丝生产技术,才 能处于优势。日本东丽集团早在 1950 年代就掌握了碳纤维的生产方法,但由于原丝质 量差,严重影响了成品。该公司自 1962 年起暂停了碳纤维的生产,花了 5 年的时间研 究原丝制造技术,之后才成为全球碳纤维霸主。现在,碳纤维生产厂商中无论是东丽、 东邦人造丝(Toho Rayon)、 三菱人造丝(Mitsubishi Rayon)、 台塑、 韩国泰光及英国 R.K, 原都是压克力棉的制造商。最近韩国泰光的碳纤维原丝(Precursor)的供应者-英国 R.K,退出了碳纤维烧成市场,仅从事原丝生产。国外一些知名的碳纤维公司,如东丽、 东邦和三菱人造丝公司等均拥有自己配套的原丝生产装置, 即从制造原丝到碳纤烧成的 厂商仅剩东丽、东邦、三菱人造丝公司等。我国 PAN 基碳纤维在原丝制备方面拥有多种 工艺和生产实践经验,可供选择的空间较大。最近有信息透露,原美国杜邦公司专家 Kenneth Wilkinson 先生开发了新的 PAN-CF 工艺,该工艺使用了专门的催化剂与添加 剂,促进了碳化交链和取向过程,使氧化时间缩短了 1/3~1/5,大大降低了纤维的制造 成本。 我国引进杜邦 PAN 纤维(奥纶)生产技术已经多年,具有改进国内 PAN-CF 原丝品 质的有利条件,值得探索。对于国内逐步掀起的碳纤维研发与生产热潮,吉林化纤对于 自己的生产充满信心。据介绍,吉林化纤碳纤维最大的优势在于其领先的二步法生产工

艺,技术与产品均优于目前国内常用的一步法生产。一步法生产的产品批次差别较大, 缺乏连续性,而二步法生产出来的产品质量稳定,没有批次差异。 由此我们可以认为,PAN 基原丝应该是: 1. 具有超高分子量,以减少大分子末端造成缺陷; 2. 单丝直径要小,既有利于氧分子深入,又有利于非碳元素的驱逐; 3. 纤维必须有高的强度,即从结构上说:要有高的取向度,有利于碳纤维结晶向 规整性方向靠拢; 4. 要有合适的共聚单体,有利于环化的发生。 综上所述, 可以认为进行超高分子量聚合体的制备及其干-湿法细但高强 PAN 基原 丝的纺丝成形研究是当务之急,问题的关键所在。 7.2、 7.2、重视 CF 及其制品回收再利用 CF 制品多用于特殊领域,其使用寿命和更新周期均有严格要求,大量废弃的 CF 产品急待处理。据日本三菱人造丝公司估计,目前全球废弃的 CFRP 大约为 1 万 t,2010 年可达 2 万 t。 随着 CF 生产能力的扩大及增强材料的大量使用, 环境友好要求企业重视 CF 的回收利用。发达国家已开始了这项工作:德国 Thuringian (TITK)研究所开发的 新工艺, 不采用撕切处理就能从废弃 CF 纺织品中获取长度≥20mm, 一般长度为 30~70mm 的碳纤维;西班牙 INASMET 运输安全机构经过两年的研究试验,采用化学和热解处理技 术开发了 CF-环氧树酯复合材料回收再利用的新途径,其回收产品可用于一般的 CFRP。

国内外碳纤维市场分析 第三章 国内外碳纤维市场分析 国内碳纤维行业的 碳纤维行业的状况 1. 国内碳纤维行业的状况
我国碳纤维现阶段绝大部分依赖进口。2004 年全国碳纤维用量为 4000 吨,2005 年 用量在 5000 吨,年增长率在 20%以上,到 2009 年将达到 7500 吨/年,而国内现有生产 设计能力为 90 吨/年,且由于国内原丝质量、生产技术及设备等原因,实际年产量仅 为 40 多吨,无论是质量和规模与国外相比差距都很大。 我国 PAN 基碳纤维的研究与开发始于 20 世纪 60 年代初, “九五”以来,我国碳纤 维的发展经历了规模不大的技术引进及碳纤维民用制品领域的拓展, 在生产规模及产品 应用方面取得了一定的进步。一些高等院校,如北京化工大学、安徽大学、中山大学等 也相继开展了 CF 研究。但就碳纤维行业来说,还存在着很多问题,如原丝品质低下,

CF 性能指标与国外差距大且不稳定,小型试验性生产及 CF 制造成本高昂,技术上还不 具备规模化生产水平等。 我国碳纤维的生产和使用尚处于起步阶段, 国内碳纤维生产能力仅占世界高性能 碳纤维总产量的 0.4%左右,国内用量的 90%以上靠进口。而 PAN 原丝质量一直是制约 我国碳纤维工业规模化生产的瓶颈。 另外,碳纤维长期以来被视为战略物资,发达国家一 直对外实行封锁。 因此,有关专家认为,强化基础研究是创新之本, 是发展国内碳纤维工 业的根本出路。

2、国外碳纤维市场分析
世界碳纤维的主要生产商为日本的东丽、东邦人造丝、三菱人造丝三大集团和美国 的卓尔泰克(ZOLTEK)、阿克苏(AKZO)、阿尔迪拉(ALDILI)和德车的 SGL 公 司等。其中日本三大集团占世界生产能力的 75%。当前世界上 PAN 基炭纤维正处于迅 速增长的发展期:产品性能趋向于高性能化,T700S 加快取代 T300 作通用级炭纤维; 作通用级炭纤维; 产量增加较快,1996~2000 增长 48.1%;航天航空和体育用品用量增加稳定,民用工业 用量增幅较大,已超过前两者,特别是随着大丝束炭纤维的大规模生产,价格的降低, 民用工业需求增加迅猛。世界著名的碳纤维生产企业,它们都在积极扩展碳纤维生产, 继续加强其在世界市场上的主导地位, 并纷纷实现从原丝到下游复合材料一体化的配套 生产体制,碳纤维及其下游产品己成为这些公司的支柱产业和新的经济增长点。 美国是碳纤维生产大国,更是消费大国,世界碳纤维 40%以上的市场在美国。美国 1996 年碳纤维生产能力约为 4500t,其中卓尔泰克(ZOLTEK)公司 1997 年在美国德克 萨斯州的亚平伦城和匈亚利的布达佩斯附近建了 5 条碳纤维生产线, 1997 年的总生产能 力达 3000t左右,一跃成为世界上生产碳纤维的最大集团之一。 目前,美国正在开发碳纤维复合材料的五大新市场,即清洁能源车辆、土木建筑工 程、近海油田勘探和生产、风力发电机大型叶片、高尔夫球杆和球拍。这是推动美国和 世界碳纤维复合材料大发展的动力。随着碳纤维生产规模的扩大和生产成本的下降,在 增强木材、 机械和电器零部件、 新型电极材料乃至日常生活用品中的应用必将迅速扩大。 除日美之外,德国、英国和韩国也具有一定碳纤维复合材料生产能力。据预测,今 后十年世界碳纤维及复合材料需求量将稳定高速增长。 国外碳纤维及复合材料业已步入 良性循环,而我国目前尚不具备国际竞争能力。

3、国内生产厂家 国内生产厂家
目前,国内研究开发以及生产碳纤维的呼声很高,发展趋势令人鼓舞。下面分别 对各地区的开发情况作一简介。 (1)上海地区。最近上海石化公司召开了碳纤维原丝发展研讨会, 该公司准备投资 过亿元,采用 NaSCN 一步法生产数千吨 PAN 基原丝,真正形成工业规模生产。上海星楼 实业有限公司也制定了一套碳纤维产业化发展计划, 拟建立 400t/a 大丝束碳纤维生产 线,总投资也超亿元(包括下游产品)。此外,上海市合纤所采用亚砜两步法研制和小批 量生产 PAN 基原丝以及碳纤维; 上海碳素厂也有小型碳化线及碳纤维下游产品。 (2)安徽地区。 “十五”期间,国家已批准在安徽蚌埠建立 500t/aPAN 原丝和 TR 200t/a 碳纤维生产线,总投资过亿元。PAN 原丝采用亚砜一步法,技术由国外引进; 产品以 12K 的 T300 级碳纤维为主,并准备引进成熟的预浸料生产线。华皖集团(原蚌埠 灯芯绒集团公司)二期建设规模将使碳纤维产量翻一番, 达到 400t/a。 下游产品的开发 也列入发展规划。 (3)浙江地区。中宝碳纤维责任有限公司在浙江嘉兴拟建 400t/a 大丝束碳纤维生 产线,技术和设备引进,投资数亿元,并配套 300 万 m2 预浸料。 该项目国家已批准, 并积极开展了前期论证和考查工作。根据国内外市场动向及投资与回报等问题,暂缓建 立碳纤维生产线,而集中力量开发预浸料等下游产品。同时,还成立了浙江省碳纤维工 程技术研究开发中心,全面推进碳纤维事业。 (4)广西地区。桂林市化纤总厂拟建 200t/a 碳纤维生产线,产品为 3—12K 的小 8-RD 丝束碳纤维,投资也过亿元。 (5)山东地区。山东省已把碳纤维列入全省十大高技术产品开发工程首位项目。 有以下几个单位从事碳纤维及其制品的研究与生产,或准备介入碳纤维事业。 ●山东天泰碳纤维有限责任公司。作为国家计委示范工程将建立 400t/a 生产线, 碳纤维性能为 T300 级水平,产品以 12K 为主。 计划 400t/a 投产后, 再翻一番到 800t/a,投资超亿元。技术协作单位是山东工业大学等。同时该公司积极开发和生产多 种下游产品。 ●青岛将建立 50t/a 左右的碳纤维生产线, 青岛化工学院高分子工程材料研究所 (恒晨公司)的介入,引起国内同行们的极大关注。 ●山东威海光威渔具集团有限公司主要从事钓竿生产,碳纤维预浸布的规格有 30

余种。根据发展趋势,有可能向上游即 PAN 基原丝和碳纤维发展。此外, 山东省东营 生产力促进中心也在考虑招商引资建立碳纤维生产线, 认为石油等工业是碳纤维的潜在 市场。 (6)北京化工大学与吉化公司树脂厂, 将依靠自己的技术建立 500t/a 原丝和 200t/a 碳纤维生产线。放弃硝酸法,采用亚砜一步法技术路线生产原丝。目前,正在进 行中试实验。 (7)兰化集团化纤厂已有 100t/a 原丝生产线和预氧化生产装置, 计划配套碳化装 置生产碳纤维。原丝采用 NaSCN 一步法。 该单位的晴纶生产线是我国从国外首次引进 的,有丰富的生产经验和技术积累。 (8)吉林碳素厂是我国小丝束碳纤维生产基地,已向用户提供 50 余吨小丝束碳纤 维,为国家作出了积极贡献。目前,该厂正在建立新的小丝束碳纤维生产线,扩大产量, 以满足市场需求。 (9)中科院山西煤化所研制碳纤维已有 30 多年历史。在 70 年代中期, 建成我国第 一条纤维中试生产线;在 90 年代末期,又建成我国第一条吨级粘胶基碳纤维生产线。 目前该所与扬州聚酯责任有限公司共建碳材料联合实验室,研制高性能 PAN 基碳纤维, 并准备在扬州建立产业化基地。 此外, 山西榆次化纤厂是我国唯一用亚砜一步法生产 PAN 基原丝达数十年的单位,目前仍在生产。

4、碳纤维盈利分析
碳纤维的生产工艺短、成本构成比较简单,根据我们的实地调研、碳纤维相关行业 资料及工艺参数, 我们可以大体测算出碳纤维原丝、碳纤维的生产成本。 根据目前丙烯腈 1.3 万元/吨的销售价格,我们可以大体测算出碳纤维原丝及碳纤 维的生产成本,碳纤维原丝及碳纤维的生产成本分别为 4.4 万元/吨、18 万元/吨。 目前军工级碳纤维(3-6K)的售价为 200 万元/吨(这一点可以从吉林东方神舟碳 纤维(*ST 吉碳(000928)持股 100%)年产 10 吨碳纤维,05 年实现销售收入 2295 万元 进一步得到验证),民用碳纤维(12K)的售价为 55 万元/吨,而碳纤维的生产成本为 18 万元/吨,如以民用碳纤维为例,其毛利为 37 万元/吨,即便加上 3 万吨的营业费用 和 33%的所得税率, 民用碳纤维的净利润也用 25 万元/吨, 如果考虑军品售价 200 万元/ 吨和 33%的所得税减免, 则其吨碳纤维的净利将会达到 170 万元/吨。 由于巨额利润的驱 使,将会导至碳纤维的快速增长。因此,质量是关健,投资须慎重。且碳纤维产业是由

原丝(PAN)生产再到预浸料再到具体的终端产家这么一个产业链。每一级的深加工都 有高幅度的增值。

第四章 总结
碳纤维及其增强材料的发展需要高素质人才和长期稳定的研究与开发经验, 需要资 金的持续投入。东丽公司碳纤维的技术发展历程表明没有别的捷径可走。目前,我国研 究院所与企业在碳纤维原丝制备、纤维成型及应用领域方面虽然有所研究,也取得了显 著成绩,但由于研究人员的素质及工作条件不尽人意,至今仍未能进行工业规模生产, 与国外先进水平的差距是显而易见的。依据中石化吉化研究院的信息,2006 年我国主 依据中石化吉化研究院的信息, 依据中石化吉化研究院的信息 t/年 但设备运转率很低, 要 PAN 基碳纤维生产厂家约 12 家,产能约 1 310 t/年,但设备运转率很低,实际产量 余吨/ 1K~12K) 。随着全球 市场及需求量的普遍看涨, 只有 40 余吨/年(1K~12K) 随着全球 CF 市场及需求量的普遍看涨,国内还有十几家 。 在建或拟建的 CF 项目,产能在 1 400~1600 t/年左右。2000 年国内 CF 的消耗量大约 项目, 400~ t/年左右。 的消耗量大约 年左右 t, 2000t, 5400t。 为 1200 t,2002 年达到 2000t,2005 年超过 5400t。预计我国 CF 的市场需求量会以每 9%~11%的速度增长 的速度增长, 7500t。 年 9%~11%的速度增长,2010 年国内 CF 的消费总量有望达到 7500t。具体生产厂家见 附表。 碳纤维生产工艺流程长、技术关键点多,是多学科、多技术的集成。发展我国的碳 纤维工业,当前首先要解决工程化问题。可采用消化吸收引进技术与自主创新相结合办 法,尽快实现规模化工业生产。在工程实践和生产实践中锻炼人才,积累经验,在发展 中不断提升技术水平,真正掌握核心技术。首先必须解决原丝质量问题,同时还需要加 强预氧化、碳化、石墨化设备及表面处理工程技术研究开发。 总之,碳纤维工业化生产技术仍存在很多风险,也正因为这样,导致利润可观,社 会影响大。是否投资,需领导慎重考虑。


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