碳纤维复合材料可研报告

高性能碳纤维材料项目

可

研

报

告

(6)

成都XX 新能源有限公司二○一二年一月十日

投资XX科技产业园碳纤维材料可行性研究报告

目录

第一章研究背景 (4)

一、定义 (4)

二、行业形势 (4)

第二章研究内容 (5)

一、碳纤维性质 (5)

二、碳纤维的产品形式及制造工艺 (6)

三、产品种类 (6)

1. 聚丙烯腈基碳纤维 (6)

2、沥青基碳纤维 (7)

3 、粘胶基碳纤维 (8)

4 、活性碳纤维 (9)

5 、气相生长碳纤维 (10)

第三章研究方法 (10)

第四章测试研究数据来源 (11)

一、测试与标准 (11)

1、碳纤维的拉伸性能测试分单丝法和复丝法。 (11)

2、试样制备 (13)

3、测试： (14)

第五章市场研究 (16)

一、市场规模 (16)

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二、竞争态势 (17)

1、国外碳纤维形势分析 (17)

2、国内生产厂家 (18)

三、行业投资的热点 (21)

四、行业项目投资的经济性 (22)

第六章建设周期与预算 (22)

一、建设周期 (22)

二、投入预算 (23)

第一章研究背景

一、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）

大于4000MPa的又称为超高强型；

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。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。

维称气相生长碳纤维。

二、行业形势

虽然当前世界经济发展面临重重危机，但碳纤维的需求仍在升温。除了传统的航空航天领域外，汽车、风力涡轮叶片及压力容器等

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碳纤维新市场正在兴起。据相关部门预测，世界碳纤维需求每年将以大约13％的速度飞速增长，预期2012年聚丙烯腈(PAN)基碳纤维全

球需求量将达6万吨，到2018年需求量将达到10万吨。7大碳纤维

制造商——东丽、东邦、三菱丽阳、SGL、Hexcel、Cytec和Zoltek，已宣布计划在未来3～5年扩产78%，总投资额为87970万欧元(13

亿美元)，短期看来碳纤维会供不应求。国际碳纤维市场发展迅速，需求量不断增长给我国碳纤维行业，提供了难得进一步发展的机遇。但我国碳纤维行业基础薄弱，产业发展需要技术、人才和资金的持续投入，而且其应用领域对产品品质的要求非常严格。客观地说生产企业应量力而行，整个行业也应发出明确的信息、引导企业正确投资，使我国碳纤维产业快速健康地发展。

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第二章研究内容

一、碳纤维性质

碳纤维是一种力学性能优异的新材料，

墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维的微观结构类似人造石墨，

是乱层石墨结构。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230~430Gpa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，而A3钢的比强度仅为

59Mpa/(g/cm3)左右，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

陶瓷基复合材料)的优异性能，不少人预料，人类在材料应用上正从

钢铁时代进入到一个复合材料广泛应用的时代。

二、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，

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，

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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)”

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”

高尔夫球棒和钓鱼杆。

三、产品种类

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、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，其变为热稳定型结构，

此阶段是形成纤维的稳定化过程，

℃——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，

PAN纤维分子易于沿纤维轴向取向，碳化收率（1000～1500℃）为50～55%，

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。

体纤维的质量和性质是生产高性能碳纤维的前提。