碳纤维研究进展
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高端产品
航空
高端产品
航天
导弹、雷达、战斗机
支柱产业中的广泛应用
1 新型建材
2 汽车工业
3 能源
4 飞机
新型建材
碳纤维作为新型建材，主要用于建筑补强。
碳纤维 复合材 料
汽车工业
碳纤维复合材料可做翼子板、车顶板、底盘、行李箱 板、门内板、轮毂、引擎罩、避震弹簧、传动轴结构 加强和耐热件等
安装在汽车上的碳纤维储气瓶
主翼
辅翼
尾翼
方向舵
机体
升降舵
民用客机CF需要量
（单位吨/年）
2003年 2005年 2010年
210
980
1650
飞机
碳纤维在体育器材方面的应用
四、下游产品的开发建议
类别
应用领域
成熟市场
航空、航天及国防领域：飞机、卫星、火箭、导 弹、雷达等； 体育休闲品：高尔夫球、渔具、网球拍、羽毛球拍 箭杆、自行车、赛艇等。
❖ 2005年2月制定的《可再生能源法》做出了 2010年风能不少于400 万千瓦的规划， 预计到2010年末，叶片国内市场总量可达约60亿 元人民币。
2. 风 力 发 电
❖ 叶片是风力发电机的核心部件，造价约占整个设备的1/4到1/3。 每个叶片大约需要碳纤维1.5-2.0吨，我国2020年3000万千瓦 的风电规划的实现，需要大量的风机叶片，是碳纤维行业一个 潜在的巨大市场。
能源
(一)大型风力发电机叶片优点如下： 1. 比重小，抗疲劳，机械强度好，寿命长。 2. 成本低，仅为总机成本的1/3。 3. 耐腐蚀、紫外线照射和雷击性能好。 4. 容易维护，费用低。
(二)燃料电池和太阳能电池 1.导电性好，热膨胀系数小 2.高比强度，高比模量，耐热
飞
机
❖一次结构件
❖二次结构件
按各省均建一个5万只/年规模的CNG储气瓶厂计算
❖ CF用量 2万吨/年 70亿元/年
❖ 储气瓶
140亿元/年
材料 钢 铝衬里/GFRP 塑料衬里/GFRP 塑料衬里/CFRP
CNG容器材料比较
容积/L 质量/Kg
76
117
74
70
70
50
70
20
价格/美元 400 800 400 600
作为CNG储气瓶，压力高达20MPa，使用寿命达15年。
18000 16000 14000 11500
8500 3000 4500 5500 6500 7000
0 年份 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2004 2005 2006 2007 2008
国家级碳纤维项目
科技部863碳纤维专项攻关
新兴市场
碳纤维基增强工程塑料、压力容器、建筑补强、风 力发电叶片、摩擦材料、深海油田的钻井平台等
待开发市场 汽车零部件、飞机承力部件、医疗器械等
原丝的售价是40元～50元/公斤，碳纤维为200元/公斤， 预浸料为500元/公斤，每一级的深加工都有高幅度的增值。
1.压 力 容 器
1.CF天然气钢瓶经济效益
碳纤维复合材料具有轻而强，刚而薄的特点。 成型方法有：手糊法，缠绕法，拉挤法，注射法，真 空带囊热压法等。
二、国际碳纤维发展现状
日本是碳纤维的最大制造国，日本东丽公司、东邦公司、三菱公司生 产的PAN基碳纤维占全球产量的70%左右。
发展历程
近 年 来 重 大 突 破
发展历程
强度7.02GPa 模量296GPa
❖ 按西北5省每年各产10台计
CF用量 6800吨/年 23.8亿元/年
风力发电机
100亿元/年
3. 汽 车 工 业
3. 新型汽车 (1)电动汽车
电动汽车要延长电池的使用时间，减少充电次数，必须让汽车轻量 化。碳纤维复材高强、质轻等特点，完全能满足要求。建议与电动汽 车厂商合作开发。
(2)高级跑车
部分高级跑车、高级轿车和特种车辆对速度和安全的追求，碳纤维复 材的用量将达到车身50%以上 ，市场潜力巨大。
3. 汽 车 工 业
(3)近年来，我国汽车工业发展迅速，从2000年到2010年全国汽
车保有量将增加1倍。碳纤维复合材料作为一种先进的轻质高
• T-300级碳纤维及原丝中试稳定化研究 • T-300级碳纤维及原丝百吨级建设 • T-700碳纤维及原丝关键技术的研究
973国家重点基础研究发展规划项目计划
• 高性能碳纤维用聚丙烯腈原丝的结构优化及控制
三、碳纤维复合材料产业化现状
百度文库
供求关系
国内竞争
成本因素
国外 市场冲击
碳纤维出路何在？
1、发展高端产品，引领行业 2、开发下游产品，抢占先机
1.压 力 容 器
❖ 汽车用压缩天然气瓶（CNG） 环保天然气替代柴油可以消除汽车尾气中的NOX、SOX等致癌物质，少排 放26%的CO2。减重比钢瓶轻4倍以上。
❖ 另外，消防、潜水用的便携式空气罐及化工行业的槽罐车也使用碳纤 维复合材料。
2. 风 力 发 电
2. CF 风力发电机经济效益
❖ 到“十一五”期末，全国风能实际总装机容量将达到10-12GW， 到 2020年全国将达到20GW的风电装机容量。因此，中国是风力发电 碳纤维复合材料叶片的巨大市场。
碳纤维及其复合材料
主要内容
1 碳纤维及其复合材料简介
2
碳纤维发展现状
3 碳纤维复合材料产业化现状
4
下游产品的开发建议
一、碳纤维及其复合材料简介
碳纤维特点：
❖ 高比强度、高比模量 ❖ 耐高温，使用温度2000℃，在3000 ℃非氧化气氛中不融不软 ❖ 耐强酸、强碱及强有机溶剂的浸蚀 ❖ 热膨胀系数小，约等于零 ❖ 热导率高，约为10～140W/(m.K) ❖ 摩擦系数小，有自润滑作用 ❖ 导电性好 ❖ 密度小
按原料分 ❖ 黏胶基碳纤维(Rayon基CF) ❖ 聚丙烯腈基碳纤维(PAN基CF) ❖沥青基碳纤维(Pitch 基CF)
PANCF生产工艺过程——原丝
PANCF生产工艺过程——碳丝
先进复合材料（ACM） 主要指有较高强度和模量的碳 纤维、芳纶纤维等纤维与高性能的基体组成的复合材 料。复合材料根据基体可分为树脂基、金属基、陶瓷 基复合材料等。
强度5.51GPa 模量296GPa
强度4.92GPa 模量231GPa
强度3.54GPa 模量231GPa
T1000 T800H T700S T300
国际碳纤维需求量
需求量（t/a）
35000 30000 25000 20000 15000 10000
5000
32220
29200 26502 24076 21900
高端产品
航空
高端产品
航天
导弹、雷达、战斗机
支柱产业中的广泛应用
1 新型建材
2 汽车工业
3 能源
4 飞机
新型建材
碳纤维作为新型建材，主要用于建筑补强。
碳纤维 复合材 料
汽车工业
碳纤维复合材料可做翼子板、车顶板、底盘、行李箱 板、门内板、轮毂、引擎罩、避震弹簧、传动轴结构 加强和耐热件等
安装在汽车上的碳纤维储气瓶
主翼
辅翼
尾翼
方向舵
机体
升降舵
民用客机CF需要量
（单位吨/年）
2003年 2005年 2010年
210
980
1650
飞机
碳纤维在体育器材方面的应用
四、下游产品的开发建议
类别
应用领域
成熟市场
航空、航天及国防领域：飞机、卫星、火箭、导 弹、雷达等； 体育休闲品：高尔夫球、渔具、网球拍、羽毛球拍 箭杆、自行车、赛艇等。
❖ 2005年2月制定的《可再生能源法》做出了 2010年风能不少于400 万千瓦的规划， 预计到2010年末，叶片国内市场总量可达约60亿 元人民币。
2. 风 力 发 电
❖ 叶片是风力发电机的核心部件，造价约占整个设备的1/4到1/3。 每个叶片大约需要碳纤维1.5-2.0吨，我国2020年3000万千瓦 的风电规划的实现，需要大量的风机叶片，是碳纤维行业一个 潜在的巨大市场。
能源
(一)大型风力发电机叶片优点如下： 1. 比重小，抗疲劳，机械强度好，寿命长。 2. 成本低，仅为总机成本的1/3。 3. 耐腐蚀、紫外线照射和雷击性能好。 4. 容易维护，费用低。
(二)燃料电池和太阳能电池 1.导电性好，热膨胀系数小 2.高比强度，高比模量，耐热
飞
机
❖一次结构件
❖二次结构件
按各省均建一个5万只/年规模的CNG储气瓶厂计算
❖ CF用量 2万吨/年 70亿元/年
❖ 储气瓶
140亿元/年
材料 钢 铝衬里/GFRP 塑料衬里/GFRP 塑料衬里/CFRP
CNG容器材料比较
容积/L 质量/Kg
76
117
74
70
70
50
70
20
价格/美元 400 800 400 600
作为CNG储气瓶，压力高达20MPa，使用寿命达15年。
18000 16000 14000 11500
8500 3000 4500 5500 6500 7000
0 年份 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2004 2005 2006 2007 2008
国家级碳纤维项目
科技部863碳纤维专项攻关
新兴市场
碳纤维基增强工程塑料、压力容器、建筑补强、风 力发电叶片、摩擦材料、深海油田的钻井平台等
待开发市场 汽车零部件、飞机承力部件、医疗器械等
原丝的售价是40元～50元/公斤，碳纤维为200元/公斤， 预浸料为500元/公斤，每一级的深加工都有高幅度的增值。
1.压 力 容 器
1.CF天然气钢瓶经济效益
碳纤维复合材料具有轻而强，刚而薄的特点。 成型方法有：手糊法，缠绕法，拉挤法，注射法，真 空带囊热压法等。
二、国际碳纤维发展现状
日本是碳纤维的最大制造国，日本东丽公司、东邦公司、三菱公司生 产的PAN基碳纤维占全球产量的70%左右。
发展历程
近 年 来 重 大 突 破
发展历程
强度7.02GPa 模量296GPa
❖ 按西北5省每年各产10台计
CF用量 6800吨/年 23.8亿元/年
风力发电机
100亿元/年
3. 汽 车 工 业
3. 新型汽车 (1)电动汽车
电动汽车要延长电池的使用时间，减少充电次数，必须让汽车轻量 化。碳纤维复材高强、质轻等特点，完全能满足要求。建议与电动汽 车厂商合作开发。
(2)高级跑车
部分高级跑车、高级轿车和特种车辆对速度和安全的追求，碳纤维复 材的用量将达到车身50%以上 ，市场潜力巨大。
3. 汽 车 工 业
(3)近年来，我国汽车工业发展迅速，从2000年到2010年全国汽
车保有量将增加1倍。碳纤维复合材料作为一种先进的轻质高
• T-300级碳纤维及原丝中试稳定化研究 • T-300级碳纤维及原丝百吨级建设 • T-700碳纤维及原丝关键技术的研究
973国家重点基础研究发展规划项目计划
• 高性能碳纤维用聚丙烯腈原丝的结构优化及控制
三、碳纤维复合材料产业化现状
百度文库
供求关系
国内竞争
成本因素
国外 市场冲击
碳纤维出路何在？
1、发展高端产品，引领行业 2、开发下游产品，抢占先机
1.压 力 容 器
❖ 汽车用压缩天然气瓶（CNG） 环保天然气替代柴油可以消除汽车尾气中的NOX、SOX等致癌物质，少排 放26%的CO2。减重比钢瓶轻4倍以上。
❖ 另外，消防、潜水用的便携式空气罐及化工行业的槽罐车也使用碳纤 维复合材料。
2. 风 力 发 电
2. CF 风力发电机经济效益
❖ 到“十一五”期末，全国风能实际总装机容量将达到10-12GW， 到 2020年全国将达到20GW的风电装机容量。因此，中国是风力发电 碳纤维复合材料叶片的巨大市场。
碳纤维及其复合材料
主要内容
1 碳纤维及其复合材料简介
2
碳纤维发展现状
3 碳纤维复合材料产业化现状
4
下游产品的开发建议
一、碳纤维及其复合材料简介
碳纤维特点：
❖ 高比强度、高比模量 ❖ 耐高温，使用温度2000℃，在3000 ℃非氧化气氛中不融不软 ❖ 耐强酸、强碱及强有机溶剂的浸蚀 ❖ 热膨胀系数小，约等于零 ❖ 热导率高，约为10～140W/(m.K) ❖ 摩擦系数小，有自润滑作用 ❖ 导电性好 ❖ 密度小
按原料分 ❖ 黏胶基碳纤维(Rayon基CF) ❖ 聚丙烯腈基碳纤维(PAN基CF) ❖沥青基碳纤维(Pitch 基CF)
PANCF生产工艺过程——原丝
PANCF生产工艺过程——碳丝
先进复合材料（ACM） 主要指有较高强度和模量的碳 纤维、芳纶纤维等纤维与高性能的基体组成的复合材 料。复合材料根据基体可分为树脂基、金属基、陶瓷 基复合材料等。
强度5.51GPa 模量296GPa
强度4.92GPa 模量231GPa
强度3.54GPa 模量231GPa
T1000 T800H T700S T300
国际碳纤维需求量
需求量（t/a）
35000 30000 25000 20000 15000 10000
5000
32220
29200 26502 24076 21900