碳纤维行业分析报告.docx

1、碳纤维行业分析报告碳纤维行业分析报告一、概述碳纤维CF是指含碳量高于90的无机高分子纤维,一般作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中,构成具有强度高、模量高模量即材料在受力状态下应力与应变之比、重量轻、抗疲劳、耐腐蚀等一系列优异性能的新型复合材料见表1.表1 碳纤维与金属材料的主要性能比较种类密度抗拉强度模量E线膨胀系数碳纤维1.615013500-0.1铝2.855724020.9钢7.81832040011.3钛合金4.4112112007.2碳纤维根据原丝类型可分为聚丙烯腈PAN基、沥青基和粘胶基、木质素纤维基、其他有机纤维基等；根据力学性能可分为通用型、高性能型两种.按碳纤

2、维的功能可分为受力结构用碳纤维、耐焰用碳纤维、导电用碳纤维、润滑用碳纤维、耐磨用碳纤维和活性碳纤维等.按制造条件和方法分为碳纤维、石墨纤维、活性碳纤维、气相生长碳纤维.碳纤维主要有四种产品形式：纤维、布料、预浸料坯和短切纤维.布料是指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；短切纤维指的是短丝见表2.表2 碳纤维和深加工制品与其应用概况碳纤维长丝预浸料单项预浸料双向预浸料束丝预浸料织物二维织物三维织物多维织物短切纤维碳纤维纸粒料微纤镀、喷金属各种浸渍物短切复合纤维包覆塑料导线电缆二、国内外发展现状全球碳纤维生产中以聚丙烯腈基为主.高性

3、能碳纤维作为制造先进复合材料最重要的增强材料,世界各国都十分重视其应用开发,其应用X围也从满足性能要求高的航空、航天领域逐步向民用和文体领域推广.一全球碳纤维产业现状国际上 PAN 基碳纤维的生产,从20 世纪60 年代起步,经过7080 年代的稳定,90 年代的飞速发展,到21 世纪初其生产工艺技术已经成熟.起初,碳纤维主要用于军工和宇航,经过40 余年的发展,其应用领域正在向工业领域和普通民用领域扩大.现已发展成为大丝束碳纤维和小丝束碳纤维两大种类.PAN 基碳纤维分大丝束碳纤维主要有以美国为代表的和小丝束碳纤维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

4、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 NaSC

5、N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

6、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17960182001920019200192001920019200东邦13100158001580015800158001580015800卓尔泰克10950134501625016750172501825018500三菱人造丝760096001230012300123001230012300爱思奇爱尔SGL500060007000800090001100012000台塑集团5000600070

7、008000800080008000赫克塞尔3900515070007000700070007000苏泰克1950200030004000400040004000中国4004008001600200050006000其他1100370047006700760081009100合计66960803009305099350102150108650111900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

8、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Mitsubishi Chem、Kureha 、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1 2004 年PAN 基碳纤维产量份额图2 20#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

9、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、

10、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3 2008-2015年主要行业碳纤维消费量图4 2008-2020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,

11、 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一5800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

12、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6 2007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600200未投产#恒天纺织新纤维科技#200#兴科碳纤维#1

13、00#中宝碳纤维300#东方神舟碳纤维10#石化公司20#光威集团1540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2010化工研究院10其它4020合计875410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

14、,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

15、.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

16、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%

17、.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

18、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

19、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

20、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

21、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

22、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

23、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

24、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,

25、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

26、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

27、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

28、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