碳纤维复合材料生产项目可行性实施报告Word文件下载.docx
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XX新能源有限公司
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第二章研究容
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，如东绿活性碳纤维厂、省市郊区霍家工业总司活性
碳纤维厂、市化学碳纤维公司、化工新材料厂、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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第四章测试研究数据来源
一、测试与标准
1、碳纤维的拉伸性能测试分单丝法和复丝法。
下面首先对于单丝法拉伸予以描述：
非常脆弱，剪切强度很低，稍有不慎就会断裂，因此在每次试验过程
中，需要细心、耐心，不要对试样造成损伤。
国际标准ISO11566《碳
纤维单纤试样的测定》和日标JISR7601《碳纤维试验方法》指出了
采用纸框法固定试样，当然也不排除其他方法。
中国的方法标准正在
制定中，
曲阜师大学的小英、斌在2007年《纺织标准与质量》发表了
《碳纤维拉伸性能的测试方法》《纺织实验技术》
《实验十五碳纤维强伸性能测试》等文章。
单纤维强伸性能试验要
采用能测试碳纤维的高强高模纤维强力仪，如CRE型碳纤维强力机
（LLY-06E型电子碳纤维强力仪外观如图所示）
（LLY-06E型电子碳纤维强力仪）
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2、试样制备
纸框法固定试样，剪取适当长度的该碳纤维试验样品，用钢针沿着纤
维方向将其分离，使试验样品蓬松便于抽取。
用取样盘来盛取试样，
为保证测得结果的准确性，不能对碳纤维造成任何损伤。
采用国外标
准制作衬纸很麻烦，
的方法。
0.1mm左右厚的打印纸做基片；
划出一个尺寸合适的框，复制满A4纸打印（图2是25mm隔距拉伸
尺寸。
若50mm隔距拉伸时，裁切线的长度应增加一倍）
裁切线吻合后用刀片沿裁切线将实
线部分裁除，然后两端贴上5mm宽
的双面胶纸；
抽取分离的单根碳纤维
试验样品，沿中心虚线放上，并用双
面胶纸固定。
也可以用融化后的松
（试样制备示意图）
香，将单根碳纤维“焊接”在纸框上，其“焊点”起到固定单根碳
纤维的作用（试验证明：
采用“焊接”方式没有双面胶纸固定方式好
用，而且夹持试样时要离开“焊点”；
再用8～10mm宽的纸条，
沿着裁切线宽度方向覆盖双面胶纸和试验样品端头，
离成固定在单个纸框上的待测试样。
注意碳纤维的取样比较困难，
尤其处理后的碳纤维，很细，也很难分辨是一根还是两根，根据实验
中曲线对比进行判断如果记录下的曲线斜率明显大于其他试样的很
有可能是两根纤维，必要时可以用放大镜配合取样。
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3、测试：
测试程序与仪器型号有关系。
不同仪器型号其测试过程不同。
面分别用两种LLY-06E、LLY-06型单纤维强力仪的操作过程加以说
明。
例如：
25mm、50mm。
按试验要求设定试验拉伸速度（1～5）mm/min，本实验取：
2mm/min，如果采用松香固定试样时，上、下夹持器夹持试样时要离
开“焊点”
被测试样的一端夹持在电子式碳纤维强力仪的上夹持器上，
另一端夹持在下夹持器上。
采用恒定的拉伸速度拉伸试样，直至试样
断裂。
记录单次值的断裂强力和断裂伸长等技术指标，试验结束后仪
器自动给出所有技术指标的统计值。
和PC机联机可获得实时曲线，
便于分析技术数据。
3.1、气动夹紧的拉伸试验（LLY-06E型）
将上述准备好的待测试样一端沿着裁切线宽度边缘，
夹紧，另一端沿着裁切线宽度边缘被下夹持器夹紧，并将夹紧的待测
试样两侧剪断，按“拉伸”
器自动返回。
重复测试过程，做完设定次数。
仪器会在试验过程中自
动打印试验记录。
由于夹持器没有直接夹持试样，减少了试样断裂在
钳口的概率。
该测试适用于气动夹紧夹持器的仪器。
如需联机，应在开启电源前接好PC接口，开启电脑、启动程序，
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根据要求设定数据，然后点击“实验”进入试验状态。
3.2、手动夹持器夹紧的直接拉伸试验（LLY-06型）
由于社会上手动夹持、通用的单纤维强力仪较多，有人曾经在上
面做过大量试验。
这一类单纤维强力仪的夹持器不适合衬纸固定试
样，只有用传统方式夹持拉伸，实践证明：
只要仪器技术达标，虽然
未曾拉伸断试样的概率比较高，
将上夹持器取下平放在衬垫上，
器左前方；
右手向右抽取一根碳纤维，左手推动夹持器（注：
右手不
动）
手旋紧夹持器。
左手把夹持器挂在传感器的吊钩上，这时
试样呈自然悬垂状态，右手轻轻将碳纤维导入
下夹持器，左手将下夹持器旋紧；
按“拉伸”
键下夹持器开始下行，试样断裂后下夹持器自
（碳纤维单丝拉伸曲线）
动返回。
重复此过程以完成设定次数，仪器会在试验过程中自动打印
试验记录。
在实验中，如果试样经常断裂在钳口，可以考虑在钳口包
覆一层衬垫。
需要指出的是：
属于不加预力的拉伸，预力夹会使
试样未曾拉伸先断裂，致使夹持试样失败。
4、结论:
从测得数据来看出了单根碳纤维的特性：
断裂强力比较小，
断裂伸长率很小，拉伸曲线呈线性，屈服点和断裂点几乎吻合，如图
则是碳纤维单丝拉伸曲线。
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第五章市场研究
一、市场规模
我国碳纤维现阶段绝大部分依赖进口。
2004年全国碳纤维用量
为4000吨，2005年用量在5000吨，年增长率在20%以上，到2009
年将达到7500吨/年，而国现有生产设计能力为90吨／年，且由
于国原丝质量、生产技术及设备等原因，实际年产量仅为40多吨，
无论是质量和规模与国外相比差距都很大。
我国PAN基碳纤维的研究与开发始于20世纪60年代初，九五”
以来，
品领域的拓展，在生产规模及产品应用方面取得了一定的进步。
一些
高等院校，如北京化工大学、大学、大学等也相继开展了
CF研究。
但就碳纤维行业来说，还存在着很多问题，如原丝品质低
下，CF性能指标与国外差距大且不稳定，小型试验性生产及CF制
造成本高昂，技术上还不具备规模化生产水平等。
我国碳纤维的生产和使用尚处于起步阶段,国碳纤维生产能
力仅占世界高性能碳纤维总产量的0.4％左右,国用量的90％以上
靠进口。
而PAN原丝质量一直是制约我国碳纤维工业规模化生产的
瓶颈。
另外,碳纤维长期以来被视为战略物资,发达国家一直对外实行
封锁。
因此,有关专家认为,强化基础研究是创新之本,是发展国碳
纤维工业的根本出路。
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二、竞争态势
1、国外碳纤维形势分析
世界碳纤维的主要生产商为日本的东丽、东邦人造丝、三菱人造
丝三大集团和美国的卓尔泰克（ZOLTEK）
迪拉（ALDILI）和德车的SGL公司等。
其中日本三大集团占世界生
产能力的75%。
产品性能趋向于高性能化，T700S加快取代T300作通用级炭纤维；
产量增加较快，1996~2000增长48.1%；
航天航空和体育用品用量增
加稳定，民用工业用量增幅较大，已超过前两者，特别是随着大丝束
炭纤维的大规模生产，价格的降低，民用工业需求增加迅猛。
世界著
名的碳纤维生产企业，它们都在积极扩展碳纤维生产，继续加强其在
世界市场上的主导地位，
配套生产体制，
的经济增长点。
美国是碳纤维生产大国，
市场在美国。
美国1996年碳纤维生产能力约为4500ｔ，其中卓尔泰
克（ZOLTEK）公司1997年在美国德克萨斯州的亚平伦城和匈亚利
的布达佩斯附近建了5条碳纤维生产线，
ｔ左右，一跃成为世界上生产碳纤维的最大集团之一。
目前，美国正在开发碳纤维复合材料的五大新市场，即清洁能源
车辆、土木建筑工程、近海油田勘探和生产、风力发电机大型叶片、
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高尔夫球杆和球拍。
力。
随着碳纤维生产规模的扩大和生产成本的下降，在增强木材、
械和电器零部件、
扩大。
除日美之外，德国、英国和韩国也具有一定碳纤维复合材料生产
能力。
据预测，今后十年世界碳纤维及复合材料需求量将稳定高速增
长。
国外碳纤维及复合材料业已步入良性循环，而我国目前尚不具备
国际竞争能力。
2、国生产厂家
目前，
鼓舞。
下面分别对各地区的开发情况作一简介。
（1）上海地区。
最近上海石化公司召开了碳纤维原丝发展研讨会，
该公司准备投资过亿元，
真正形成工业规模生产。
产业化发展计划，拟建立400t／a大丝束碳纤维生产线，总投资也超
亿元（包括下游产品）。
此外，上海市合纤所采用亚砜两步法研制和小
批量生产PAN基原丝以及碳纤维；
上海碳素厂也有小型碳化线及碳
纤维下游产品。
（2）地区。
aPAN原丝和TR
200t／a碳纤维生产线，总投资过亿元。
PAN原
丝采用亚砜一步法，技术由国外引进；
产品以12K的T300级碳纤维
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为主，并准备引进成熟的预浸料生产线。
华皖集团（原灯芯绒集
团公司）二期建设规模将使碳纤维产量翻一番，达到400t／a。
下游产
品的开发也列入发展规划。
（3）地区。
中宝碳纤维责任有限公司在拟建400t／a
大丝束碳纤维生产线，技术和设备引进，投资数亿元，并配套300万
m2预浸料。
该项目国家已批准，
根据国外市场动向及投资与回报等问题，暂缓建立碳纤维生产线，
而集中力量开发预浸料等下游产品。
同时，还成立了省碳纤维工
程技术研究开发中心，全面推进碳纤维事业。
（4）广西地区。
市化纤总厂拟建200t／a碳纤维生产线，产品
为3—12K的小8-RD丝束碳纤维，投资也过亿元。
（5）地区。
省已把碳纤维列入全省十大高技术产品开发
工程首位项目。
有以下几个单位从事碳纤维及其制品的研究与生产，
碳纤维事业。
●天泰碳纤维有限责任公司。
400t/a生产线，碳纤维性能为T300级水平，产品以12K为主。
计
划400t/a投产后，再翻一番到800t/a，投资超亿元。
技术协作单位
是工业大学等。
同时该公司积极开发和生产多种下游产品。
●将建立50t/a左右的碳纤维生产线，化工学院高分子
工程材料研究所（恒晨公司）的介入，引起国同行们的极大关注。
●威海光威渔具集团有限公司主要从事钓竿生产，
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浸布的规格有30余种。
根据发展趋势，有可能向上游即PAN基原丝
和碳纤维发展。
此外，省东营生产力促进中心也在考虑招商引
资建立碳纤维生产线，认为石油等工业是碳纤维的潜在市场。
（6）北京化工大学与吉化公司树脂厂，将依靠自己的技术建立
500t/a原丝和200t/a碳纤维生产线。
放弃硝酸法，采用亚砜一步法
技术路线生产原丝。
目前，正在进行中试实验。
（7）兰化集团化纤厂已有100t/a原丝生产线和预氧化生产装置，
划配套碳化装置生产碳纤维。
原丝采用NaSCN一步法。
该单位的晴
纶生产线是我国从国外首次引进的，有丰富的生产经验和技术积累。
（8）碳素厂是我国小丝束碳纤维生产基地，已向用户提供50
余吨小丝束碳纤维，为国家作出了积极贡献。
目前，该厂正在建立新
的小丝束碳纤维生产线，扩大产量，以满足市场需求。
（9）中科院煤化所研制碳纤维已有30多年历史。
70年代中
期，建成我国第一条纤维中试生产线；
在90年代末期，又建成我国
第一条吨级粘胶基碳纤维生产线。
共建碳材料联合实验室，研制高性能PAN基碳纤维，并准备在
建立产业化基地。
此外，化纤厂是我国唯一用亚砜一步法生
产PAN基原丝达数十年的单位，目前仍在生产。
三、行业投资的热点
碳纤维的生产工艺短、成本构成比较简单，根据实地调研、碳
纤维相关行业资料及工艺参数，可以大体测算出碳纤维原丝、碳纤
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维的生产成本。
根据目前丙烯腈1.3万元/吨的销售价格，我们可以大体测算出
碳纤维原丝及碳纤维的生产成本，
别为4.4万元/吨、18万元/吨。
目前军工级碳纤维（3-6K）的售价为200万元/吨（这一点可以
从东方神舟碳纤维（*ST吉碳（000928）持股100%）年产10吨
碳纤维，05年实现销售收入2295万元进一步得到验证）
维（12K）的售价为55万元/吨，而碳纤维的生产成本为18万元/吨，
如以民用碳纤维为例，其毛利为37万元/吨，即便加上3万吨的营业
费用和33%的所得税率，民用碳纤维的净利润也用25万元/吨，如果
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