高性能碳纤维材料项目可行性研究报告完美版Word下载.docx

1、一、市场规模 16 二、竞争态势 171、国外碳纤维形势分析 172、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

2、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10003000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

3、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35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

4、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5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79倍 ， 抗 拉 弹 性 模 量为230430Gpa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

5、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

6、可以制成压力容器和轧滚， 6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200400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

7、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（10001500） 为5055%， 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。7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

8、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（200300） 各向同性不融化纤维 炭化 惰性气氛（8001200） 各向同性碳纤维 （热调制） 各向异性沥青（中间相） 各

9、向异性沥青纤维 不溶化处理氧化气氛（200300） 各向异性不融化纤维 炭化 惰性气氛（10001400） 各向异性碳纤维 8石墨化惰性 气氛（20003000） 石墨化惰性气氛（20003000） 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

10、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1030%， 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。9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

11、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 10氛中使其烃类热解（110

12、0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。成都XX新能源有限公司