碳纤维行业分析报告

碳纤维行业分析报告

碳纤维行业分析报告

一、概述

碳纤维（CF）是指含碳量高于90％的无机高分子纤维，一般作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成具有强度高、模量高（模量即材料在受力状态下应力与应变之比）、重量轻、抗疲劳、耐腐蚀等一系列优异性能的新型复合材料（见表1）。

表1 碳纤维与金属材料的主要性能比较

碳纤维根据原丝类型可分为聚丙烯腈（PAN）基、沥青基和粘胶基、木质素纤维基、其他有机纤维基等；

根据力学性能可分为通用型、高性能型两种。

按碳纤维的功能可分为受力结构用碳纤维、耐焰用碳纤维、导电用碳纤维、润滑用碳纤维、耐磨用碳纤维和活性碳纤维等。

按制造条件和方法分为碳纤维、石墨纤维、活性碳纤维、气相生长碳纤维。

碳纤维主要有四种产品形式：纤维、布料、预浸料坯和短切纤维。布料是指由碳纤维制成的织品；预浸料坯是将碳纤维按照一个方向一致排列，并将碳纤维或布料经树脂浸泡使其转化成片状；短切纤维指的是短丝（见表2）。

表2 碳纤维和深加工制品及其应用概况

二、国内外发展现状

全球碳纤维生产中以聚丙烯腈基为主。高性能碳纤维作为制造先进复合材料最重要的增强材料，世界各国都十分重视其应用开发，其应用范围也从满足性能要求高的航空、航天领域逐步向民用和文体领域推广。

（一）全球碳纤维产业现状

国际上 PAN 基碳纤维的生产，从20 世纪60 年代起步，经过70～80 年代的稳定，90 年代的飞速发展，到21 世纪初其生产工艺技术已经成熟。起初，碳纤维主要用于军工和宇航，经过40 余年的发展，其应用领域正在向工业领域和普通民用领域扩大。现已发展成为大丝束碳纤维和小丝束碳纤维两大种类。PAN 基碳纤维分大丝束碳纤维(LT: 48K～480K)主要有以美国为代表的和小丝束碳纤维(CT: 1K～24K)以日本为代表的两大类。大丝束碳纤维对前驱体要求较低，

产品成本低，较适合于一般民用产品T-700 及以下系列产品开发。小丝束碳纤维追求高性能，代表着国际碳纤维发展的先进水平。

聚丙烯腈基碳纤维是目前碳纤维发展的主流，占据主要市场份额，世界上几条著名的PAN基碳纤维生产线大多是从原丝开始，直到碳纤维以及中、下游产品开发。例如：日本东丽、东邦、三菱人造丝公司，美国的赫克利公司和阿莫科公司，以及中国台湾地区的台塑都是从聚合、纺丝开始，国外原丝主要生产工艺路线（见表3）。

表3 国外PAN基碳纤维原丝生产工艺

目前PAN基碳纤维的主要生产方法有硝酸法、硫氰酸钠法、DMF法和二甲基亚砜(DMSO)法等。硝酸法操作不易控制，规模难以放大，安全性差，污染严重等，不具备工程化的条件。硫氰酸钠法由于反应介质中含有大量的碱金属离子，对碳纤维原丝的质量影响较大，难以做出T300以上的更高强度的碳纤维产品。 DMF法可以做出很好的碳纤维产品，日本、台湾的企业，都有采用该工艺的成功经验，但由于DMF 毒性较大，已经被限制使用。二甲基亚砜(DMSO)法是目前

国内外公认的最先进的工艺，DMSO腐蚀性小，可以靠简单的减压蒸馏提纯，日本东丽公司采用了该工艺。

世界碳纤维的生产主要集中在日本、英国、美国、法国、韩国等少数发达国家和我国的台湾省（见表4）。

表4 世界PAN基碳纤维名义生产能力

碳纤维原丝原料主要有三种：粘胶丝、聚丙烯腈、沥青。其中，以聚丙烯腈为原料的碳纤维是当今世界碳纤维发展的主流，占世界碳纤维市场份额75%，技术主要集中在日本的东丽、东邦人造丝、三菱人造丝，美国的ZOLTEK（卓尔泰克）、Amoco（阿克苏）、ALDILI（阿尔迪拉）等手中。以粘胶丝及沥青为原料的技术，主要由美国联合碳化物公司(UCC)掌握，生产厂商有日本Mitsubishi Chem(三菱化学)、Kureha (吴羽)、Donac 与美国Amoco（阿克苏）公司。国际上，碳纤维最大生产商东丽、东邦人造丝、三菱人造丝的产量合计2004年占全球产量的69%（如图1），2011年仍然占47%（如图2）接近一半。

元（亿美元）扩大法国、日本、韩国和美国的碳纤维生产能力，合计产能将增加6000吨/年。此次东丽工业宣布的4个扩

能项目将在2015年3月前全部完成，届时公司碳纤维总生产能力将达到万吨/年，

随着碳纤维应用领域的不断扩大，碳纤维的市场需求日趋增加，碳纤维及其复合材料产业呈现良好发展态势（见表5）。

表5 碳纤维应用领域及增长率

应用领域应用实例5年增长率平均增长率

航空航天飞机、卫星等军用飞机、BOEING777、

空客380等

15-20%15-20%

运动休闲GOLF球棒GOLF球杆（60-90%）5-7%

4-6%羽毛球拍等

美日市场成熟、亚洲等

国扩大

3-5%

钓鱼竿等

美日市场成熟、亚洲等

国扩大

5-7%

工业应用能源太阳能、风力发电15-20%

20-25%高压容器CNG、医用氧气瓶30-35%

土木建筑桥梁增强、建筑材料25-30%

交通运输船舶、汽车20-25%

机械管、集装箱15-20%

其他钻井平台、医疗器械15-20%

2010年，包括体育休闲和宇航在内的工业应用大约消耗了总产量31000t中的20000t，已占到碳纤维消费量的2/3（见图3）。到2015年，体育休闲消费量将超过7000t/年，同时工业消费量应从20000t/年增长到47000t/年，到2020年，甚至达到110000t/年（见图4）。从中期看，风电叶片可能是碳纤维需求的主要动力，而从长期看，汽车行业将促进碳纤维的需求。仅靠汽车行业就能改变碳纤维复合材料生产企业的面貌。

图3 2008-2015年主要行业碳纤维消费量

图4 2008-2020年工业碳纤维消费量

世界碳纤维需求将以每年大约16%的速度飞速增长，2015年将达到万吨。东丽工业公司称，2011年全球聚丙烯腈基碳纤维需求已达到万吨，

（二）国内碳纤维产业现状

中国对碳纤维的研究开始于20世纪60年代，80年代开始研究高强型碳纤维。多年来进展缓慢，但也取得了