碳纤维产业分析报告完美版Word文档格式.docx
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26碳纤维的产品形式及制造工艺23
27碳纤维的技术难点28
三、国内外碳纤维行业状况29
31国外碳纤维行业状况30
32国内碳纤维行业状况32
33国内碳纤维企业介绍34
四、碳纤维的市场发展35
41碳纤维盈利分析38
42全球需求量将以年均15-16％的高速度增长39
42国外碳纤维的产能高速扩张40
五、我国碳纤维发展的问题和前景41
六、总结42
一、碳纤维概述
11碳纤维定义
碳纤维（carbonfiber，简称CF），是新一代增强纤维碳，是纤维状的碳素材料，含碳量在90%以上，其中含碳量高于99%的称为石墨纤维。
碳纤维结构近乎石墨结构，比金刚石结构规整性稍差，它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料，如金属涂层。
与传统的玻璃纤维（GF）相比，杨氏模量是其3倍多；
它与凯芙拉纤维（KF-49）相比，不仅杨氏模量是其2倍左右，而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃，特别是在1500℃以上高温惰性环境中，碳纤维是唯一强度不下降的物质，因此碳纤维在国际上被称为继石器和钢铁等金属之后的“第三代材料”。
碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维是当今世界三大高性能纤维。
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。
按力学性能分为通用型和高性能型。
通用型碳纤维强度为1000MPa、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。
在聚丙烯腈基（PAN）碳纤维中，日本东丽公司的碳纤维为国际公认的代表性产品，分为T系列（碳化产品）、M系列（石墨化产品），规格有T300（拉伸强度大于3000MPa）、T700（拉伸强度大于4500MPa）、T800、T1000（拉伸强度大于7000MPa）等。
根据产品规格的不同,碳纤维目前被划分为宇航级和工业级两类,亦称为小丝束碳纤维和大丝束碳纤维。
通常把48K以上碳纤维称为大丝束碳纤维,包括48K、60K、120K、360K和480K等。
小丝束碳纤维初期以1K、3K、6K为主,逐渐发展为12K和24K。
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；
切短纤维指的是短丝。
纤维、长丝和纤维织物一般加工成预浸料。
此外，还可不经碳化和石墨化生产聚丙烯腈预氧化丝和活性炭纤维。
碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。
碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。
碳纤维是军民两用新材料，属于技术密集型和政治敏感的关键材料。
12碳纤维性能
碳纤维是一种力学性能优异的新材料。
他的比重不到钢的1/4，比铝还要轻，比强度是铁的20倍。
同钛、钢、铝等金属材料相比，碳纤维具有低密度、高强度、高模量、高热导、耐高温、抗化学腐蚀、低线膨胀系数、低电阻、耐化学辐射等特点，可以称为新材料之王。
但是碳纤维性脆，抗冲击性和高温抗氧化性较差，故很少直接应用，大多是经深加工制成的中间产物或复合材料使用，如作为树脂、碳、金属、陶瓷、水泥基复合材料的增强体。
碳纤维外形具有显著的各向异性，柔软，可加工成各种织物，又由于比重小，沿纤维轴方向表现出很高的强度，碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。
碳纤维还具有极好的纤度〔纤度的表示法之一是9000米长纤维的克数〕，一般仅约为19克，拉力高达300kg/mm2。
目前几乎没有其他材料像碳纤维那样具有那么多一系列的优异性能，因此在旨度、刚度、重度、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温，化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料具备不可替代的仇势。
碳纤维的物理性质如下：
（1）碳纤维的密度在15—20g/cm3之间，这除与原丝结构有关外，主要决定于炭化处理的温度。
一般经过高温（3000℃）石墨化处理，密度可达20g/cm3。
（2）碳纤维的热膨胀系数与其它纤维不同，它有各向异性的特点。
平行于纤维方向是负值（-072×
10-6～-090×
10-6K-1），而垂直于纤维方向是正值（32×
10-6～22×
10-6K-1）。
（3）碳纤维的比热容一般为712×
10-1KJ/（kg·
K）。
热导率随温度升高而下降。
（4）碳纤维的比电阻与纤维的类型有关，在25℃时，高模量为775ì
Ù
/cm，高强度碳纤维为1500ì
/cm。
碳纤维的电动势为正值，而铝合金的电动势为负值。
因此当碳纤维复合材料与铝合金组合应用时会发生化学腐蚀。
碳纤维的化学性质如下：
碳纤维的化学性质与碳相似，它除能被强氧化剂氧化外，对一般碱性是惰性的。
在空气中，温度高于400℃时则出现明显的氧化，生成CO与CO2。
在不接触空气和氧化剂时，碳纤维具有突出的耐热性能，与其他材料相比，碳纤维要温度高于1500℃时强度才开始下降，而其他材料的晶须性能也早已大大的下降。
另外碳纤维还具有良好的耐低温性能，如在液氮温度下也不脆化，它还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和减速中子等特性。
13碳纤维的主要用用途
131高科技领域
由于使用碳纤维材料密度低、刚性好合强度高，成为一种先进的航天材料。
采用碳纤维与塑料制成的复合材料制造的导弹发射管、固体火箭发动机壳体、卫星和飞船上飞，噪音小，而且因质量小而动力消耗少，可节约大量燃料。
据报道，航天飞行器的质量每减少1kg，就可使运载火箭减轻500kg。
132汽车和飞机制造
碳纤维作为汽车材料，最大的优点是质量轻、强度大，重量仅相当于钢材的20％～30％，硬度却是钢材的10倍以上。
所以汽车制造采用碳纤维材料可以使汽车的轻量化取得突破性进展，并带来节省能源的社会效益。
由于碳纤维增强材料有足够强度和刚度，其适于制造汽车车身、底盘、轮毂等主要结构件的最轻材料，可使汽车车身、底盘减重40～60％，相当于钢结构重量1/3～1/6，碳纤维还因其环保、耐磨特点，而应用在制动摩擦片上，但含有碳纤维复合材料都格外贵，所以目前主要应用在高档轿车上。
在汽车用碳纤维方面走在前沿的是日本，目前参加合作研究的有材料商东丽公司、汽车巨头日产及本田公司，还有东京大学等高校研究机构，他们的目标是在2015年前后使这一材料技术达到商品化阶段。
采用碳纤维复合材料的大飞机，每位乘客的百公里油耗不到3升，比普通机型油耗低12%。
从世界范围看，碳纤维复合材料在小型商务飞机和直升机上的使用量已占全部材料的70％至80％，在大型客机上占15％至50％。
据了解，2010年中国全面启动和实施的国产大飞机研制的第一阶段将采用15%的碳纤维复合材料，第二阶段将采用23%至25%的碳纤维复合材料。
日本东丽公司是波音公司指定的唯一有资格的碳纤维制造商，空中客车新型客机A380也将选用东丽的TORAYCA碳纤维。
碳纤维复合材料约占A380飞机35吨结构材料中的20％以上，包括中央翼盒、机尾组件以及压舱壁；
波音787中结构材料有近50%需要使用碳纤维复合材料和玻璃纤维增强塑料，包括主机翼和机身。
金属结构材料采用碳纤维复合材料后不仅可以减轻机身质量，而且还可以保证不损失强度或刚度，大大提高了燃油经济性。
新一代的客机将使用更高比例的碳纤维复合材料。
空中客车公司日前宣布，碳纤维复合材料将在新一代喷气式客机A350XWB中用于主机翼和机身材料。
碳纤维在中小型喷气客机中的需求也将快速增长。
例如三菱重工计划利用碳纤维复合材料，制作新一代支线喷气客机MRJ主机翼和尾部组件，该机型预计在2013年进入市场。
欧洲空中客车公司授予赫氏复材其远程宽体客机A350XWB主结构件的长期供应合同，此合同要求赫氏复材供应碳纤维复合材料直至2025年。
随着A350XWB设计告一段落，在未来的几个月里，赫氏复材和空客公司将共同对用于主结构件的赫氏复材产品进行确认，并完成最终的规范和认证。
此合同预计将给赫氏复材带来40～50亿美元的收入。
另外除用于主结构件外，赫氏复材的复合材料还将用于，A350的次结构件和内装饰部件，产品包括织物、树脂、预浸料、胶膜、蜂窝、HexMC模压件等，这些与A350相关的材料，也将为赫氏复材带来相当可观的收入。
根据该合同赫氏复材将主要提供，用新一代高韧性环氧树脂浸渍HexTow茁中模量碳纤维的HexPly茁预浸料。
赫氏复材为扩大产能将明显增加投资，以满足日益增长的A350的订单。
确切的投资规模和时间将按照空客公司与其它供应商的预测进行。
复合材料及其部件将由赫氏复材在美国、法国、西班牙、德国及英国的工厂生产。
我国自行研制的碳纤维复合材料刹车预制件，其性能已全面达到国外水平。
采用这一预制件技术所制备的的国产碳/碳刹车盘已批量装备于国防重点型号的军用飞机，并在B757-200型民航飞机上使用，在其它机型上的使用也在实验考核中，并将向坦克、高速列车、高级轿车、赛车等推广使用。
133体育休闲用品
体育应用中的三项重要应用为高尔夫球棒、钓鱼杆和网球拍框架。
高尔夫球杆的生产往往要使用两到三种不同类型的碳纤维材料，不同的层厚度、方向、拉伸模量特性可满足特定产品的需求，据估计每年的高尔夫球棒的产量为3400万副。
按照国家和地区分类，这些高尔夫球棒主要产地为美国、中国、日本和中国台湾，美国和日本是高尔夫球棒的主要消费地，占80%以上。
全世界40%的碳纤维高尔夫球棒都是由东丽公司的碳纤维制成的。
全世界碳纤维钓鱼杆的产量约为每年2000万副。
网球拍框架的市场容量约为每年600万副，其它的体育项目应用还包括冰球棍、滑雪杖、射箭和自行车，同时，碳纤维还应用在划船、赛艇、冲浪和其它的海洋运动项目中。
我国在20世纪80年代初开始研制碳纤维复合材料体育运动器材。
1987年中山大学与东莞玻璃厂合作研制成功了碳纤维/玻璃纤维混杂增强环氧树脂的蜂窝夹层结构四人皮艇。
2009年7月，浙江力霸皇集团开发生产的一体式碳纤维竞赛型自行车，在欧洲卖出了10万元/辆的天价，并且市场反应相当不错，这种用碳纤维制造的竞赛型自行车，质量仅95Kg，为普通自行车的2/5，但是抗撞击能力却是普通自行车的8倍。
134碳纤维加固建筑结构
碳纤维在土木建筑领域主要作为抗震修补和增强措施使用，其主要应用是工业与民用建筑物、铁路公路桥梁、隧道、烟囱、塔结构等结构体之加强补强，以及结构中梁、板、柱、墙等构件之加强补强。
用碳纤维管制成的桁梁构架屋顶，比钢制品轻50%，使大型结构物达到了实用化的水平，而且施工效率和耐震性能得到了大幅度提高。
我国从1997年开始从国外引进碳纤维复合材料加固混凝土结构技术，并开始进行了相关研究。
135碳纤维复合材料抽油杆
深井钻井和开采其中一个难题就是井身管柱自重大，钢制油套管易变形断裂。
深井管柱如果底下是钢，上面是碳纤维复合材料的话，不仅能解决这个问题，而且还耐腐蚀，又轻，比强度高。
目前，碳纤维连续抽油杆已在我国部分油田得到应用。
碳纤维复合材料有两种成型方式：
拉挤和缠绕。
碳纤维连续抽油杆就是拉挤成型的一种类似电影胶片的带子，虽然厚只有42mm，宽仅32mm，但是它比钢制抽油杆更耐疲劳，抗腐蚀，而且作业速度更快、更节能。
据称，碳纤维抽油杆一年约可节电7-8万KW/h。
缠绕成型的高强轻质、耐腐蚀碳纤维油套管应用于海洋和
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