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与以下系列产品开发.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,直到碳纤维以与中、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,以与中国##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
研制单位
溶剂
工艺路线
纺丝方法
日本东丽
二甲基亚砜
一步法
湿纺
日本东邦
氯化锌水溶液
一步法
湿纺
美国BASF
熔纺
日本三菱人造丝
二甲基乙酰胺
二步法
湿纺
二甲基甲酰胺
一步法
湿纺
日本爱克纶
NaSCN
二步法
湿纺
二甲基甲酰胺
二步法
湿纺
英国考特尔兹
NaSCN
一步法
湿纺
日本旭化成
二甲基亚砜
二步法
干喷湿纺
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、##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##省〔见表4〕.
表4世界PAN基碳纤维名义生产能力
单位：
吨
生产商
20##
20##
20##
20##
20##
20##
20##
东丽
17960
18200
19200
19200
19200
19200
19200
东邦
13100
15800
15800
15800
15800
15800
15800
卓尔泰克
10950
13450
16250
16750
17250
18250
18500
三菱人造丝
7600
9600
12300
12300
12300
12300
12300
爱思奇爱尔〔SGL〕
5000
6000
7000
8000
9000
11000
12000
台塑集团
5000
6000
7000
8000
8000
8000
8000
赫克塞尔
3900
5150
7000
7000
7000
7000
7000
苏泰克
1950
2000
3000
4000
4000
4000
4000
中国
400
400
800
1600
2000
5000
6000
其他
1100
3700
4700
6700
7600
8100
9100
合计
66960
80300
93050
99350
102150
108650
111900
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.以粘胶丝与沥青为原料的技术,主要由美国联合碳化物公司掌握,生产厂商有日本MitsubishiChem<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20##占全球产量的69%〔如图1〕,20##仍然占47%〔如图2〕接近一半.
图12004年PAN基碳纤维产量份额
图220##世界PAN基碳纤维名义生产能力
日本东丽工业公司今年3月份表示,公司将投资450亿日元〔5.5亿美元〕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2.71万吨/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,碳纤维与其复合材料产业呈现良好发展态势〔见表5〕.
表5碳纤维应用领域与增长率
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%
20##,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32008-2015年主要行业碳纤维消费量
图42008-2020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6.7万吨.东丽工业公司称,20##全球聚丙烯腈基碳纤维需求已达到3.7万吨,
（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,但也取得了一定成绩.进入21世纪以来发展较快,##华皖碳纤维公司率先引进了500吨/年原丝、200吨/年PAN基碳纤维〔只有东丽碳纤维T300水平〕,使中国碳纤维工业进入了产业化.随后,一些厂家相继加入碳纤维生产行列.据不完全统计,中国已有30多家生产规模大小不一〔5～800吨/年〕的PAN基碳纤维生产厂家,规划产能高达7万～8万吨/年,实际产量却仅有2000吨左右,大部分尚达不到T300水平,产品规格为1K、3K、6K、12K.但由于一些企业没有原丝可烧,实际国内碳纤维的总产量不足40吨/年.据有关资料提供,2007我国从事碳纤维主业发展的企业有10多户,其中生产原丝的仅有5户〔见表6〕.国内碳纤维生产企业主要有中复神鹰碳纤维年产2500吨PAN基原丝和1000吨碳纤维生产线、威海拓展纤维##年产千吨级碳纤维生产线、##石化碳纤维厂百吨级碳纤维生产基地等.据报道,中复神鹰碳纤维##已经生产出T700的碳纤维,估计不久后将能工业化量产.
表62007我国从事碳纤维主业发展的主要企业
公司名称
碳纤维原丝〔吨〕
碳纤维〔吨〕
预浸布〔万平方米〕
最终消费品
华皖碳纤维
600
200
未投产
##恒天纺织新纤维科技##
200
##兴科碳纤维##
100
##中宝碳纤维
300
##东方神舟碳纤维
10
##石化公司
20
##光威集团
15
40
不祥
GOLF球棒、钓鱼杆等
##扬大碳纤维##
不祥
GOLF球棒、钓鱼杆等
##煤化所
20
10
化工研究院
10
其它
40
20
合计
875
410
约1200
随着近年来中国对碳纤维的需求量日益增长,碳纤维已被列为国家化纤行业重点扶持的新产品,成为国内新材料行业研发的热点.据不完全统计,目前拟建和在建的碳纤维生产企业有11家,合计生产能力为原丝7100吨/年、碳纤维1560吨/年,其中在建企业为4家,合计生产能力为原丝1100吨/年、碳纤维470吨/年.其中：
20##1月##市被科技部认定为国家碳纤维高新技术产业化基地,已有一批原丝碳化企业聚集到##市,如中钢江城碳纤维制品##、吉研高科技##.##化纤集团投资5.5亿元,成立了##碳谷碳纤维##,引进国外最先进设备,建设"年产5000吨聚丙烯腈基碳纤维原丝〞项目.20##9月,##化纤集团公司年产5000吨聚丙烯腈基碳纤维原丝生产线一次试车成功,并于11月18日全线投产,预计年产值可达4亿元,利润近1.8亿元.由##创越炭材料##在##省阆中市七里工业区投资的阆中炭材料产业园,是国内第一家以沥青碳纤维为主的生产基地,总投资达32.7亿元,建成后可实现年产2000吨通用级沥青碳纤维生产线与配套设施,产值达60多亿元.此外,在建或计划建设规模较大的碳纤维项目还有中钢吉炭江城碳纤维、蓝星碳纤维、中油吉化碳纤维等项目.
为全面掌握碳纤维核心技术,国内企业注重自主创新,某些关键设备的研发已取得突破性成果,而且原材料供应充足.我国碳纤维产业技术特点十分明显,技术多元化越来越受到重视.在我国完整的碳纤维研发链条下的碳纤维工程化研发呈现出快速发展势头,##、##、##、##、##、##是我国传统的碳纤维工程化研发的基地.近年来,##、##、##逐步成为新兴的碳纤维工程化研发基地,同时,、##、##、##等地也积极参与碳纤维的产业化建设.
近年来,由于航空、航天技术等相关行业的快速发展,带动了高性能碳纤维与其复合材料需求的快速增长.国内碳纤维主要应用在航空航天、国防领域和体育休闲用品；新兴市场有增强塑料、压力容器、建筑加固、风力发电、钻井平台等.
20##全国碳纤维用量为4000吨,20##用量在5000吨,年增长率在20%以上,20##,国内碳纤维的需求总量已超过8000吨,预计20##市场需求将达1万吨.但我国碳纤维现阶段绝大部分依赖进口.
国家《新材料产业"十二五〞发展规划》提出,"十二五〞将重点发展高性能复合材料,并将加快发展碳纤维等高性能增强纤维."十二五〞期间,将集中力量组织实施一批重大工程和重点项目,其中包括碳纤维低成本化与高端创新示X工程.到2015年,我国碳纤维产能达到1.2万吨,基本满足航空航天、风力发电、运输装备等需求.到2015年,国内碳纤维总需求量将达到13500吨/年.未来几年碳纤维市场将出现快速扩X态势,年均增速将达18.41%.
国家新材料产业发展战略咨询委员会副主任李克健认为,在2015年产能达到1.2万吨,这个目标实现难度不大,因为目前建成产能已接近1万吨.如果2015年能达到1.2万吨的产能水平,则基本能满足需求.当前国内碳纤维应用除军工外,主要集中在热场保温、刹车片、体育休闲、建筑等领域.同时,李克健副主任对1.2万吨年产能到底有多少能变成产量表示担忧,由于技术不过关,我国很多碳纤维装置出现"趴窝〞现象.
三、我市碳纤维产业发展现状
〔一〕发展现状
我市在碳纤维的生产与其复合材料应用方面处于起步阶段.在碳纤维研制方面,##天顺化工科技开发##碳纤维原丝中试装置于20##11月一次性开车成功,生产出国内领先的PAN基碳纤维原丝,碳纤维质量达到T700水平,首开国内高性能碳纤维先河.目前,##天顺化工科技开发##自20##开始建设的年产600吨原丝和240吨碳丝项目,已经完成了年产600吨高性能碳纤维原丝生产线设备的设计、采购、加工,正在进行原丝生产线设备安装与聚合车间和动力分厂等辅助工程建设；同时,碳纤维碳化中试生产线设备也在安装,年产240吨碳丝的工艺、设备设计,以与碳纤维研发中心建设也都在进行中.在碳纤维复合材料应用方面,##玻璃钢研究院、哈飞集团等几家企业碳纤维复合材料应用力度不断加大,所需碳纤维主要依靠从外省购买或进口.
〔二〕碳纤维产业链
碳纤维产业是由原丝〔PAN〕生产再到预浸料再到具体的终端厂家形成一个产业链.碳纤维生产企业属于碳纤维产业的上端,其下游产业发展广泛,可应用于航空航天、国防领域和体育休闲用品；应用于增强塑料、压力容器、建筑加固、风力发电、钻井平台等新兴市场.
碳纤维产品
体育休闲用品
国防领域
航空航天
增强塑料
压力容器
建筑加固
风力发电
钻井平台
工业
图5碳纤维产品的应用
〔三〕生产碳纤维原料
从我市目前看,天顺化工主要是生产PAN基碳纤维,上游原料来自于##石油炼化丙烯腈,年产能超过20万吨.
中铁包装拟生产植物基碳纤维,原料主要是植物秸秆.
〔四〕产业链主产品碳纤维
##天顺化工科技开发##建设的一期年产600吨原丝项目预计20##试车,二期240吨碳丝项目,将在20##建设,今年完成碳丝中试线建设.
中铁包装拟生产植物基碳纤维项目,还在省环保厅环评中.
〔五〕碳纤维下游产业与相关产业
由于我市没有碳纤维生产企业,实际碳纤维的下游企业可以说几乎没有.目前,在建的有哈飞空客复合材料、南岗省先进复合材料产业基地入园项目中有##锾宇轨道交通装备##高性能摩擦导电材料和高铁刹车片、##腾远新材料能源技术##碳纤维预浸料,以与与碳纤维相关产业如##黑龙伟业碳纤维设备公司碳纤维设备制造、##省科学院石油化学研究院特种胶粘剂与其复合材料基体树脂生产基地等一批项目启动建设.
四、SWOT分析
碳纤维是力学性能优良的复合增强基材,应用领域广泛.碳纤维具有出色的力学性能和化学稳定性,是目前已大量生产的高性能纤维中具有最高的比强度和最高的比模量的纤维.世界碳纤维的消费结构集中在工业应用、航天航空和体育休闲三个方面,目前工业应用约占总消费量的58%；航空航天方面应用约占23%,体育运动器材应用约占19%.碳纤维应用逐渐从航空航天、体育用品向民用工业应用转移,特别是随着大丝束碳纤维的大规模生产,其价格将不断降低,民用工业用量将继续保持大幅度增加的趋势.
世界碳纤维的生产主要集中在日本、美国等少数发达国家.日本、美国利用其成熟的碳纤维产业技术,一方面研发高强度〔T1000以上〕碳纤维,另一方面扩产扩能,降低碳纤维生产成本.下面利用SWOT分析法对我市碳纤维产业进行分析.
〔一〕优势
1、具有技术优势.##天顺化工科技开发##成功地开发研制出具有自主知识产权的PAN基碳纤维原丝,碳纤维质量达到T700水平,为发展高性能碳纤维复合材料奠定了良好技术基础.
2、具有原料优势.##丙烯腈的产能超过20万吨/年,原料来源充足,运距近.
3、具有人才优势.##工业大学、##大学、##工程大学、##理工大学、##玻璃钢研究院、##省科学院石油化学研究院等一批高校、科研院所拥有大批专业人才,可为碳纤维产业的发展提供了强大的技术支持.
4、具有市场优势.随着哈飞空客复合材料项目、##玻璃钢研究院碳纤维复合材料综合应用等项目的实施,碳纤维需求量不断加大；加之##省作为一个冰雪大省,冰雪产业发展前景广阔,高级滑雪板、滑雪杆、冰球棒等体育用品市场容量巨大.
〔二〕劣势
1、产业源头企业还在建设中.不论天顺的PAN基碳纤维还是中铁包装的植物碳纤维,都仅是中试的产物,还未进入大批量工业生产,目前,仍在建设期,距正常批量生产还有很长的路,还存在许多不确定因素.
2、产业发展远落后于国内其他地区.国家《新材料产业"十二五〞发展规划》产业布局中,提出"有序建设重点新材料产业基地,重点建设####、##威海、##碳纤维与其复合材料基地,、##、##等树脂基复合材料基地,##碳/碳复合材料基地,####综合性复合材料基地.〞从国家产业战略布局上,我市未纳入国家新材料产业规划.
3、资金投入不足,不能尽快形成产能和产出.##化纤集团投资5.5亿元,##省阆中以沥青碳纤维为主的生产基地,总投资达32.7亿元,##航天四院投资4.6亿元.我市天顺化工投资3.9亿元,但资金上存在较大缺口.
4、碳纤维与其复合材料应用研究没有形成合力.高校、科研院开展碳纤维与其复合材料应用领域研究,缺乏协调性和统一性,技术力量分散,没有形成合力.
〔三〕机遇
1、国家《新材料产业"十二五〞发展规划》中,碳纤维产业被列入发展重点之一.将为产业发展提供保障措施,制定和完善有利于新材料产业发展的风险投资扶持政策,鼓励和支持民间资本投资新材料产业；鼓励金融机构支持符合新材料产业发展规划和政策的企业、项目和产业园区.支持符合条件的新材料企业上市融资、发行企业债券和公司债券等.
2、目前我国碳纤维生产企业有30多家,大部分属于低水平重复建设,技术并不过关；规划产能高达7万～8万吨/年,实际产量却仅有2000吨左右,大部分尚达不到T300水平,不能满足高技术产品要求.
3、广阔的市场需求,推动碳纤维产业发展.
〔四〕挑战
我市发展碳纤维产业面临的挑战,应该是我们自己,即能否尽快实现碳纤维〔T300〕的批量稳产,以与攻克高性能碳纤维〔T700〕,并以此发展碳纤维下游产业.如果不能在近两年实现这个目标,中钢吉炭江城碳纤维、蓝星碳纤维、中油吉化碳纤维等项目投产,并达到T300以上水平,将给我市碳纤维产业链发展带来冲击.
〔五〕结论
随着碳纤维与其复合材料的不断研发,应用领域的不断扩大,需求将飞速增长.碳纤维与其复合材料以与应用领域都将成为##产业.
五、下步工作重点
〔一〕加大资金和政策支持力度,为碳纤维与其复合材料产业的发展提供保障.一是对已谋划的碳纤维原丝产业化与碳纤维复合材料应用的项目,在土地、能源、电力等生产要素方面提供优先保障措施.二是组织企业积极做好项目申报工作,争取得到国家、省项目资金的扶持.对获得国家、省级专项资金支持的重大项目,市、区政府也要配套支持资金.三是参照省《关于促进新兴产业加快发展的若干政策措施》,应设立新材料产业化的试车、研发基金,或出台我市"促进新兴产业加快发展的若干政策措施〞,支持和扶持碳纤维与其复合材料产业化项目.
〔二〕整合创新资源,组建"##省碳纤维与其复合材料研发中心〞.以##天顺化工##为投资主体,吸纳社会资本与高等院校、科研院所高端人才,实行股份制,以独立法人形式,采取市场化运作方式,组建##省碳纤维与其复合材料研发中心.一是在人才引进方面,采取灵活性强、市场化运作的年薪制、课题制,广泛吸引国内外科研人才.在研发课题方面,采取以客户为导向的创新战略,使科研成果与市场需求紧密结合.对确定的技术攻关项目,从市科技进步专项资金中给予项目经费补助.在项目管理方面,实行项目课题组长负责制.二是积极支持研发中心进入省级企业技术中心和国家级企业技术中心.对首次进入省级企业技术中心、国家级企业技术中心的,给予研发和建设经费支持.三是鼓励引进先进技术在省内转化.对引进国内或国外先进技术进行消化、吸收和再创新,对实现产业化的项目,经申报认定后,从市发展高新技术产业专项资金中给予无偿资助、贷款贴息等支持.
〔三〕加大园区建设和招商引资力度,加快碳纤维与其复合材料产业发展.采取市、区共建的方式,积极推进##市南岗区新材料产业园区的建设.依托南岗区新材料产业园区,围绕天顺化工碳纤维产品,引进碳纤维与其复合材料相关企业.通过多种渠道向外界进行推介,探索通过代理招商、网上招商等途径,搭建招商平台,完善招商服务,力争引进一批战略投资者.同时,利用我市装备工业优势,研发碳纤维在装备工业中的应用.
〔四〕积极促进碳纤维产品推广和应用.积极协调有关企业、科研院所、高等院校对中试的碳纤维产品做好试验应用工作,进一步提升产品质量,不断拓宽应用领域,延伸产业发展链条,加快碳纤维产品的推广应用进程.
1、推进T300级碳纤维试车、稳产,研发T700级碳纤维.我市天顺化工碳纤维原丝生产线安装已进入后期,推进碳纤维原丝生产线的试车、稳产,市20##的一项重点工作,其次是研发攻关T700级碳纤维.其三是研究降低碳纤维成本,以T300碳纤维为主.
2、加大碳纤维与其复合材料应用研究和布局.南岗省先进复合材料产业基地建设,为我市发展先进复合材料产业奠定了基础,目前已有3户企业围绕碳纤维进入基地,下一步仍然要依托碳纤维引进相关应用领域的企业.
主管副主任：
郜广斌
石化工业处：
处 长：
杨新发〔执笔人〕
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