高性能碳纤维材料项目可行性研究报告完美版Word下载.docx
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一、市场规模16
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
投资XX科技产业园碳纤维材料可行性研究报告
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。
成都XX新能源有限公司
编制
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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。
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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。
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、
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
熔融纺丝
各向同性沥青纤维
不溶化处理氧化气氛（200～300℃）
各向同性不融化纤维
炭化惰性气氛（800～1200℃）
各向同性碳纤维
（热调制）
各向异性沥青（中间相）
各向异性沥青纤维
不溶化处理氧化气氛（200～300℃）
各向异性不融化纤维
炭化惰性气氛（1000～1400℃）
各向异性碳纤维
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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
通用级石墨纤维
3、粘胶基碳纤维
各向异性石墨纤维
高性能石墨纤维
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：
、
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
水洗酸洗干燥
炭化表面处理
浸渍催化剂
干燥
上浆
预氧化
收丝
由粘胶纤维热解制得的碳纤维的得率通常在10～30%，
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。
着其他碳纤维不可取代的地位，仍是重要的战略物资。
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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、
限公司以及XX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
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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。
第三章研究方法
按力学性能分为通
用型和高性能型。
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）
超高强型；
模量大于450GPa的称为超高模型。
随着航天和航空工业
的发展，还出现了高强高伸型碳纤维，其延伸率大于2%。
用量最大
的是聚丙烯腈PAN基碳纤维。
目前应用较普遍的碳纤维主要是聚丙烯腈碳纤维和沥青碳纤维。
碳纤维的制造包括：
纤维纺丝、热稳定化（预氧化）
等4个过程。
其间伴随的化学变化包括：
脱氢、环化、预氧化、氧化
及脱氧等。
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