目录

目录I

第1章 碳纤维介绍- 1 -

1.1 国外碳纤维产业发展概况- 1 -

1.2 碳纤维的物理性能- 2 -

1.3 碳纤维的生产工艺- 2 -

1.4 碳纤维的产品形式- 3 -

1.4.1 碳纤维编织材料- 3 -

1.4.2 碳纤维增强复合材料- 4 -

1.5碳纤维技术进展及发展趋势- 5 -

1.5.1 技术进展- 5 -

1.5.2 最新碳纤维技术动向- 6 -

1.5.3 发展趋势- 7 -

第2章 世界碳纤维供需分析- 8 -

2.1 世界碳纤维生产能力- 8 -

2.1.1 世界小丝束碳纤维生产能力- 9 -

2.1.2 世界大丝束碳纤维生产能力- 10 -

2.1.3 世界碳纤维生产能力主要企业分布- 11 -

2.1.4 世界碳纤维生产能力按地区分布- 17 -

2.2 世界碳纤维消费状况及结构- 17 -

2.3 世界碳纤维需求分析- 20 -

2.4 碳纤维生产分析- 24 -

2.5 重点应用领域状况分析- 26 -

2.5.1 航天航空- 27 -

2.5.2 体育休闲用品- 30 -

2.5.3 汽车工业- 31 -

2.5.4 一般工业应用- 32 -

第3章 中国碳纤维行业分析- 34 -

3.1 中国PAN基碳纤维生产现状及趋势- 34 -

3.1.1 中国PAN基碳纤维生产状况- 34 -

3.1.2 中国碳纤维行业发展趋势- 36 -

3.1.3 国产碳纤维存在的主要问题- 38 -

3.1.4 对我国碳纤维发展的建议- 38 -

3.2 中国碳纤维生产技术开发及应用- 39 -

3.3 中国碳纤维消费结构分析- 40 -

3.4 中国碳纤维需求状况- 41 -

3.5 价格分析- 44 -

3.6 我国碳纤维行业未来走向- 45 -

3.6.1 碳纤维制备技术方面- 45 -

3.6.2 碳纤维应用方面- 45 -

第1章 碳纤维介绍

1.1 国外碳纤维产业发展概况

目前世界各国发展的主要是PAN基碳纤维和沥青基碳纤维。世界PAN 基碳纤维生产厂商主要有日本Toray(东丽)、Toho(东邦)、Mitsubishi Rayon(三菱人造丝)，美国Hexcel(赫克塞尔)、Amoco(阿莫科)和Zoltek(卓尔泰克)等公司。沥青基碳纤维主要生产厂商有日本Mitsubishi Chem(三菱化学)、Kureha (吴羽)、Donac与美国Amoco 公司。PAN基碳纤维是当今世界碳纤维发展的主流，占世界碳纤维市场的90%以上。

国际上PAN基碳纤维的生产，从20世纪60年代起步，经过70～80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。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及以下系列产品开发。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。对于高性能PAN基碳纤维，美、日等发达国家均极为重视，在研发、生产方面给予经费、人力上的大力支持，并获得成功。特别是在日本，碳纤维工业已成为该国十大高技术产业之一。日本东丽、东邦及三菱人造丝三家公司是PAN基碳纤维(小丝束)的著名生产厂家。这三家公司依靠其多年来对纺丝工艺理论的精通和纺丝新技术的基础研究、应用研究和开发研究方面的丰硕成果，大量生产出高性能碳纤维，使日本迅速成为世界碳纤维强国，无论质量还是数量上均处于世界领先地位。东丽公司更是世界上高性能碳纤维研究、生产的“领头羊”。美国是继日本之后掌握碳纤维生产技术的少数几个发达国家之一，其碳纤维主要厂商为Hexcel、Amoco公司，它们与日本东丽、东邦及三菱人造丝公司为当今世界碳纤维的5大生产商。

PAN基大丝束碳纤维由美国Fortail和美国Zoltek公司商品化。世界主要生产大丝束(LT)碳纤维的厂家是美国阿克苏(AKZ0)、卓尔泰克(ZOLTEK)和阿尔笛拉(ALDILA)三大公司，其大K束的产量之和占世界LT总量的73.7%。值得注意的是日本东丽公司、三菱公司也开始大量生产24K及以上级别大丝束碳纤维。促使大丝束碳纤维迅猛发展的原因可能如下：

(1) 市场的需求。九十年代前，航天航空需要高性能小丝束碳纤维，即使价格高也可用轻量化效果来解决。但九十年代以后对于航天航空工业来说，高价碳纤维限制它的应用，需开发价格较低的大K束碳纤维。同时，12K以上碳纤维的性能也可满足航天航空工业的需求，性能与价格比占有一定优势。

(2)可大量生产，碳纤维原料成本较低。PAN原丝K数愈大，价格愈低。以国产小丝束PAN原丝为例，1K、3K、6K原丝比12K原丝的价格分别高316%、100%和38%左右。对于PAN基碳纤维生产线来说，原丝占成本价格的56—65%左右，原丝价格低必然使碳纤维价格随之而下降。

(3)大K数碳纤维制造加工成本较低。对于同一条碳纤维生产设备来说K数大的原丝，产量愈高，越有利于碳纤维价格的下降。如对1条100 t/a碳纤维生产线而言(以12K计算)，如果生产1K、3K和6K碳纤维，年产量分别是15 t、35 t和62 t。

1.2 碳纤维的物理性能

由于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，特别是在2000℃以上的高温惰性环境中，碳材料是唯一强度不下降的物质，是其它主要结构材料(金属及其合金)所无法比拟的。此外，碳纤维还兼有其它多种优良性能，如低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、电及热导性高、热膨胀系数低、X光穿透性高，非磁体但有电磁屏蔽性等。

1.3 碳纤维的生产工艺

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，直到碳纤维以及中、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，以及中国台湾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1-1。

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(DMSO)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、台湾的企业，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(DMSO)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。