高性能碳纖維材料工程可研報告(6)成都XX能源2023年一月十日投資投資XX科技產業園碳纖維材料可行性爭論報告成都XX能源成都XX能源3編制目 錄\l“_TOC_250015“第一章爭論背景 4\l“_TOC_250014“一、定義 4\l“_TOC_250013“二、行業形勢 4其次章爭論內容 5\l“_TOC_250012“一、碳纖維性質 5\l“_TOC_250011“二、碳纖維的產品形式及制造工藝 6\l“_TOC_250010“三、產品種類 61.聚丙烯腈基碳纖維 62、瀝青基碳纖維 7、粘膠基碳纖維 8、活性碳纖維 9、氣相生長碳纖維 10\l“_TOC_250009“第三章爭論方法 10第四章測試爭論數據來源 11一、測試與標準 111、碳纖維的拉伸性能測試分單絲法和復絲法。 112、試樣制備 13\l“_TOC_250008“3、測試： 14\l“_TOC_250007“第五章市場爭論 16\l“_TOC_250006“一、市場規模 16\l“_TOC_250005“二、競爭態勢 171、國外碳纖維形勢分析 172、國內生產廠家 18\l“_TOC_250004“三、行業投資的熱點 21\l“_TOC_250003“四、行業工程投資的經濟性 22\l“_TOC_250002“第六章建設周期與預算 22\l“_TOC_250001“一、建設周期 22\l“_TOC_250000“二、投入預算 23第一章爭論背景一、定義維是由不完全石墨結晶沿纖維軸向排列的一種多晶的型無機非金屬材料。化學組成中碳元素含量達95%以上。碳纖維可分別用聚丙烯腈纖維、瀝青纖維、粘膠絲或酚醛纖維經為通用型和高性能型。通用型碳纖維強度為1000兆帕〔MPa〕模量為100GPa左右。高性能型碳纖維又分為高強型〔2023MPa、模量250GPa〕和高模型〔模量300GPa以上〕大于4000MPa的又稱為超高強型；模型。碳纖維制造工藝分為有機先驅體纖維法和氣相生長法。機先驅體纖維法制得的碳纖維是由有機纖維經高溫固相反響轉變而成。應用的有機纖維主要有聚丙烯〔PAN〕纖維、人造絲和〔例如粘膠絲、聚丙烯腈或瀝青〕承受高溫分解法在1000～3000度高溫的惰性氣體下制成的，其結果是除碳以外的全部元素都予以去除。維稱氣相生長碳纖維。二、行業形勢雖然當前世界經濟進展面臨重重危機，但碳纖維的需求仍在升溫。除了傳統的航空航天領域外，汽車、風力渦輪葉片及壓力容器等成都XX能源成都XX能源編制5投資XX科技產業園碳纖維材料可行性爭論報告碳纖維市場正在興起。據相關部門推想，世界碳纖維需求每年將以大約13％的速度飛速增長，預期2023年聚丙烯腈(PAN)基碳纖維全球需求量將達6萬噸，到2023年需求量將到達10萬噸。7大碳纖維制造商——東麗、東邦、三菱麗陽、SGL、Hexcel、Cytec和Zoltek，已宣布打算在將來3～5年擴產78%，總投資額為87970萬歐元(13億美元)，短期看來碳纖維會供不應求。國際碳纖維市場進展快速，需求量不斷增長給我國碳纖維行業，供給了難得進一步進展的機遇。但我國碳纖維行業根底薄弱，產業進展需要技術、人才和資金的持續投入，而且其應用領域對產品品質的要求格外嚴格。客觀地說生產企業應量力而行，整個行業也應發出明確的信息、引導企業正確投資，使我國碳纖維產業快速安康地進展。成都XX能源成都XX能源編制6投資XX科技產業園碳纖維材料行性爭論告

爭論內容一、碳纖維性質碳纖維是一種力學性能優異的材料，墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維的微觀構造類似人造石墨，是亂層石墨構造。它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹脂復合材料抗拉3500Mpa7~9230~430Gpa亦高于鋼。因此CFRP的比強度即材料的強度與其密度2023Mpa/(g/cm3)A359Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比鋼高。材料的比強度愈高，則構件自重愈小，比模量愈高，則構件的剛度愈大，從這個意義上已預示了碳纖維在工程的寬闊應用前景。綜觀多種興的復合材料陶瓷基復合材料)的優異性能，不少人預料，人類在材料應用上正從鋼鐵時代進入到一個復合材料廣泛應用的時代。二、碳纖維的產品形式及制造工藝碳纖維有四種產品形式：纖維，布料，預浸料坯，和切短纖維。布料指的是由碳纖維制成的織品。預浸料坯是一種產品，是將碳纖維依據一個方向全都排列，狀。切短纖維指的是短絲。依據不同的配比，這些產品和樹脂一起應用將形成碳纖維強化塑料(CFRP)。將樹脂附在纖維上可以制成壓力容器和軋滾，成都XX能源成都XX能源編制7投資XX科技產業園碳纖維材料可行性爭論報告芯兒上，然后進展塑化或硬化處理。這種方法被稱為“纏繞成型法”將布料放入一個模型中，然后用樹脂浸泡，這就是所說的“樹脂轉注成型法(RTM)”加壓和塑化成型而成的。將預浸料坯纏繞在一個芯兒上，然后將其加熱和塑化，這就是所說的“薄片纏繞法”高爾夫球棒和釣魚桿。三、產品種類1.聚丙烯腈基碳纖維聚丙烯腈纖維制備碳纖維屬于有機先驅體纖維法。馬上有機纖維在200℃——400℃氧化介質〔如空氣、氧、臭氧、一氧化氮、二氧化氮、三氧化硫等〕氣氛中進展低溫處理，纖維內部發生交聯、化、氧化脫氫、脫水、脫二氧化硫以及熱分解等簡潔的化學反響，其變為熱穩定型構造，此階段是形成纖維的穩定化過程，℃——1500℃的惰性氣氛〔高純氮〕中進展高溫處理，此時纖維內部產生交聯、環化、縮聚、芳構化等一系列化學反響。排解其中非碳原子，PAN纖維分子易于沿纖維軸向取向，碳化收率〔1000～1500℃〕為50～55%，180℃附件存在塑性，便于紡絲后的改性處理和經受高溫碳化處理，這些特點使其成為迄今進展高性能碳纖維最受人注目的先驅體。體纖維的質量和性質是生產高性能碳纖維的前提。投資XX科技產業園碳纖維材料可行性爭論報告純度、高強度、高取向度、細旦化、致密化、結晶度、原絲圓形截面外形，變導系數等性能。有了制造PAN基碳纖維的方法，也有了制造技術，所以制造高性能PAN基碳纖維原絲質量又成為一個技術焦點。聚丙烯腈基碳纖維的生產主要包括原絲生產和原絲碳化兩個過程。原絲生產過程主要包括聚合、脫泡、計量、噴絲、牽引、水洗、上油、高溫碳化、外表處理、上漿烘干、收絲卷繞等工序。2、瀝青基碳纖維瀝青基碳纖維成為目前碳纖維領域中僅次于PAN基的其次大原料路線。瀝青基碳纖維分為兩大類：一類是通用級，由各向同性瀝青制造；另一類是高性能級，由各向異性中間相瀝青制造纖維。瀝青基碳纖維的制造工藝流程如下：石油渣油、煤瀝青、煤液化油精制或調制 〔熱調制〕各向同性瀝青 各向異性瀝青〔中間相〕熔融紡絲 熔融紡絲各向同性瀝青纖維 各向異性瀝青纖維不溶化處理氧化氣氛〔200～300℃〕 不溶化處理氧化氣氛〔200～300℃〕各向同性不溶化纖維〔800～1200℃〕

各向異性不溶化纖維炭化惰性氣氛〔1000～1400℃〕各向同性碳纖維 各向異性碳纖維成都XX能源 編制 8投資XX科技產業園碳纖維材料可行性爭論報告石墨化惰性氣氛〔2023～3000℃〕 石墨化惰性氣氛〔2023～3000℃〕各向異性石墨纖維各向同性石墨纖維通用級石墨纖維

高性能石墨纖維、粘膠基碳纖維木材棉籽絨或甘蔗渣等自然纖維素與NaOH和CS2反響生成纖維素磺酸鈉，提純后承受一步或兩步法制得粘膠，再經濕法紡絲成型和后處理等工序而制成碳纖維。從粘膠纖維開發成碳纖維有三個主要步驟：、于400℃〕b、炭化過程〔小于1500℃〕c、石墨化過程〔大于2500℃〕工藝流程如下：粘膠絲 浸漬催化劑 預氧化水洗酸洗枯燥 枯燥

枯燥上漿 收絲由粘膠纖維熱解制得的碳纖維的得率通常在10～30%，維制得的碳纖維，橫截面外形大多不規章，一般呈樹葉狀。粘膠基碳纖維主要用于耐燒蝕材料和隔熱材料。著其他碳纖維不行取代的地位，仍是重要的戰略物資。成都XX能源 編制 9投資投資XX科技產業園碳纖維材料可行性爭論報告成都XX能源成都XX能源編制11粘膠基碳纖維產量缺乏世界碳纖維總產量的1%。它雖然不會有大的進展，但也不會被徹底淘汰出局。在碳纖維領域仍會占有一席之地。、活性碳纖維活性碳纖維是隨著碳纖維工業進展而開發的一代多孔吸附材料，也是傳統吸附材料粉狀活性炭的更換代產品，我國有很多生產廠，如山西東綠活性碳纖維廠、山西省長治市郊區霍家工業總司活性碳纖維廠、鞍山市化學碳纖維公司、遼源化工材料廠、秦皇島山海關金龍環保材料廠、限公司以及XX市活性碳纖維廠等。生產活性特性及其制品的原料主要有粘膠絲、PAN基纖維、瀝青纖維和酚醛纖維等。原料雖然不同，但生產工藝根本相像，需經前處理或穩定化、炭化和活化工序。生產原理完全不同于碳纖維。生產活性碳纖維的過程盡可能造孔，使其具有多孔構造，而生產碳纖維則不同，盡可能消退孔隙裂紋或孔洞。、氣相生長碳纖維氣相生長碳纖維〔VGCF〕和螺旋形碳纖維(CCF)屬于功能型碳纖維。氣相生長碳纖維〔VGCF〕以低碳烴類為碳源，過渡金屬鐵、鈷、鎳等及其他們的合金、化合物等超細離子為催化劑，在氫氣復原性氣氛中使其烴類熱解〔1100℃左右〕成碳而制得纖維狀產物。螺旋形碳纖維(CCF)的生成過程中，催化劑是根底，助催化劑是必備條件，假設沒有助催化劑的存在，則生成VGCF。催化劑是過渡金屬等，助催化劑為S/P等，他們生成共晶體；助催化劑的存在可降低共晶體的熔點，有利于CCF的生成。第三章爭論方法碳纖維可分別用聚丙烯腈纖維、瀝青纖維、粘膠絲或酚醛纖維經碳化制得；按狀態分為長絲、短纖維和短切纖維；按力學性能分為通用型和高性能型。通用型碳纖維強度為1000兆帕〔MPa〕100GPa左右。高性能型碳纖維又分為高強型〔強度2023MPa、模量250GPa〕和高模型〔模量300GPa以上〕超高強型；模量大于450GPa的稱為超高模型。隨著航天和航空工業的進展，還消滅了高強高伸型碳纖維，其延長率大于2%。用量最大的是聚丙烯腈PAN基碳纖維。目前應用較普遍的碳纖維主要是聚丙烯腈碳纖維和瀝青碳纖維。碳纖維的制造包括：纖維紡絲、熱穩定化〔預氧化〕等4個過程。其間伴隨的化學變化包括：脫氫、環化、預氧化、氧化及脫氧等。第四章測試爭論數據來源投資XX科技產業園碳纖維材料可行性爭論報告第四章測試爭論數據來源一、測試與標準1、碳纖維的拉伸性能測試分單絲法和復絲法。下面首先對于單絲法拉伸予以描述：格外脆弱，剪切強度很低，稍有不慎就會斷裂，因此在每次試驗過程中，需要細心、急躁，不要對試樣造成損傷。國際標準ISO11566《碳纖維單纖試樣的測定》和日標JISR7601《碳纖維試驗方法》指出了承受紙框法固定試樣，固然也不排解其他方法。中國的方法標準正在制定中，曲阜師范大學的張小英、張斌在2023年《紡織標準與質量》發表了《碳纖維拉伸性能的測試方法》《紡織試驗技術》《試驗十五碳纖維強伸性能測試》等文章。單纖維強伸性能試驗要承受能測試碳纖維的高強高模纖維強力儀，如CRE型碳纖維強力機〔LLY-06E型電子碳纖維強力儀外觀如以下圖〕(LLY-06E型電子碳纖維強力儀)成都XX能源 編制 12投資XX科技產業園碳纖維材料可行性爭論報告2、試樣制備紙框法固定試樣，剪取適當長度的該碳纖維試驗樣品，用鋼針沿著纖維方向將其分別，使試驗樣品蓬松便于抽取。用取樣盤來盛取試樣，為保證測得結果的準確性，不能對碳纖維造成任何損傷。承受國外標準制作襯紙很麻煩，的方法。0.1mm左右厚的打印紙做基片；劃出一個尺寸適宜的框，復制滿A4紙打印〔圖2是25mm隔距拉伸尺寸。假設50mm隔距拉伸時，裁切線的長度應增加一倍〕裁切線吻合后用刀片沿裁切線將實線局部裁除，然后兩端貼上5mm寬的雙面膠紙；抽取分別的單根碳纖維試驗樣品，沿中心虛線放上，并用雙面膠紙固定。也可以用溶化后的松(試樣制備示意圖)香，將單根碳纖維“焊接”在紙框上，其“焊點”起到固定單根碳纖維的作用〔試驗證明：承受“焊接”方式沒有雙面膠紙固定方式好8～10mm寬的紙條，沿著裁切線寬度方向掩蓋雙面膠紙和試驗樣品端頭，尤其處理后的碳纖維，很細，也很難區分是一根還是兩根，依據試驗中曲線比照進展推斷假設記錄下的曲線斜率明顯大于其他試樣的很有可能是兩根纖維，必要時可以用放大鏡協作取樣。成都XX能源 編制 13投資XX科技產業園碳纖維材料可行性爭論報告3、測試：測試程序與儀器型號有關系。不同儀器型號其測試過程不同。面分別用兩種LLY-06E、LLY-06型單纖維強力儀的操作過程加以說明。例如：25mm、50mm。按試驗要求設定試驗拉伸速度〔1～5〕mm/min，本試驗取：2mm/min，假設承受松香固定試樣時，上、下夾持器夾持試樣時要離開“焊點”被測試樣的一端夾持在電子式碳纖維強力儀的上夾持器上，另一端夾持在下夾持器上。承受恒定的拉伸速度拉伸試樣，直至試樣斷裂。記錄單次值的斷裂強力和斷裂伸長等技術指標，試驗完畢后儀器自動給出全部技術指標的統計值。和PC機聯機可獲得實時曲線，便于分析技術數據。、氣動夾緊的拉伸試驗〔LLY-06E型〕將上述預備好的待測試樣一端沿著裁切線寬度邊緣，夾緊，另一端沿著裁切線寬度邊緣被下夾持器夾緊，并將夾緊的待測試樣兩側剪斷，按“拉伸”器自動返回。重復測試過程，做完設定次數。儀器會在試驗過程中自動打印試驗記錄。由于夾持器沒有直接夾持試樣，削減了試樣斷裂在鉗口的概率。該測試適用于氣動夾緊夾持器的儀器。如需聯機，應在開啟電源前接好PC接口，開啟電腦、啟動程序，成都XX能源 編制 14投資XX科技產業園碳纖維材料可行性爭論報告依據要求設定數據，然后點擊“試驗”進入試驗狀態。〔LLY-06型〕由于社會上手動夾持、通用的單纖維強力儀較多，有人曾經在上面做過大量試驗。這一類單纖維強力儀的夾持器不適合襯紙固定試樣，只有用傳統方式夾持拉伸，實踐證明：只要儀器技術達標，雖然未曾拉伸斷試樣的概率比較高，將上夾持器取下平放在襯墊上，器左前方；右手向右抽取一根碳纖維，左手推動夾持器〔注：右手不動〕手旋緊夾持器。左手把夾持器掛在傳感器的吊鉤上，這時試樣呈自然懸垂狀態，右手輕輕將碳纖維導入下夾持器內，左手將下夾持器旋緊；按“拉伸”鍵下夾持器開頭下行，試樣斷裂后下夾持器自〔碳纖維單絲拉伸曲線〕動返回。重復此過程以完成設定次數，儀器會在試驗過程中自動打印試驗記錄。在試驗中，假設試樣常常斷裂在鉗口，可以考慮在鉗口包覆一層襯墊。需要指出的是：屬于不加預張力的拉伸，預張力夾會使試樣未曾拉伸先斷裂，致使夾持試樣失敗。4、結論:從測得數據來看出了單根碳纖維的特性：斷裂強力比較小，斷裂伸長率很小，拉伸曲線呈線性，屈服點和斷裂點幾乎吻合，如圖則是碳纖維單絲拉伸曲線。成都XX能源 編制 15投資投資XX科技產業園碳纖維材料可行性爭論報告成都XX能源成都XX能源編制16第五章市場爭論一、市場規模我國碳纖維現階段絕大局部依靠進口。2023年全國碳纖維用量為4000噸，2023年用量在5000噸，年增長率在20%以上，到20237500噸/年，而國內現有生產設計力氣為90噸／年，且由無論是質量和規模與國外相比差距都很大。我國PAN基碳纖維的爭論與開發始于20世紀60以來，品領域的拓展，在生產規模及產品應用方面取得了確定的進步。一些CF爭論。但就碳纖維行業來說，還存在著很多問題，如原絲品質低下，CF性能指標與國外差距大且不穩定，小型試驗性生產及CF制造本錢昂揚，技術上還不具備規模化生產水公正。我國碳纖維的生產和使用尚處于起步階段,國內碳纖維生產能力僅占世界高性能碳纖維總產量的0.4％左右,國內用量的90％以上靠進口。而PAN原絲質量始終是制約我國碳纖維工業規模化生產的瓶頸。另外,碳纖維長期以來被視為戰略物資,興盛國家始終對外實行封鎖。因此,有關專家認為,強化根底爭論是創之本,是進展國內碳纖維工業的根本出路。二、競爭態勢1、國外碳纖維形勢分析世界碳纖維的主要生產商為日本的東麗、東邦人造絲、三菱人造絲三大集團和美國的卓爾泰克〔ZOLTEK〕迪拉〔ALDILI〕和德車的SGL公司等。其中日本三大集團占世界生產力氣的75%。產品性能趨向于高性能化，T700S加快取代T300作通用級炭纖維；產量增加較快，1996~2023增長48.1%；航天航空和體育用品用量增加穩定，民用工業用量增幅較大，已超過前兩者，特別是隨著大絲束炭纖維的大規模生產，價格的降低，民用工業需求增加迅猛。世界著名的碳纖維生產企業，它們都在樂觀擴展碳纖維生產，連續加強其在世界市場上的主導地位，配套生產體制，的經濟增長點。美國是碳纖維生產大國，市場在美國。美國1996年碳纖維生產力氣約為4500ｔ，其中卓爾泰克〔ZOLTEK〕公司1997年在美國德克薩斯州的亞平倫城和匈亞利的布達佩斯四周建了5條碳纖維生產線，ｔ左右，一躍成為世界上生產碳纖維的最大集團之一。目前，美國正在開發碳纖維復合材料的五大市場，即清潔能源車輛、土木建筑工程、近海油田勘探和生產、風力發電機大型葉片、高爾夫球桿和球拍。力。隨著碳纖維生產規模的擴大和生產本錢的下降，在增加木材、械和電器零部件、擴大。除日美之外，德國、英國和韓國也具有確定碳纖維復合材料生產力氣。據推想，今后十年世界碳纖維及復合材料需求量將穩定高速增長。國外碳纖維及復合材料業已步入良性循環，而我國目前尚不具備國際競爭力氣。2、國內生產廠家目前，鼓舞。下面分別對各地區的開發狀況作一簡介。上海地區。最近上海石化公司召開了碳纖維原絲進展研討會，該公司預備投資過億元，真正形成工業規模生產。產業化進展打算，擬建立400t／a大絲束碳纖維生產線，總投資也超億元(包括下游產品)。此外，上海市合纖所承受亞砜兩步法研制和小批量生產PAN基原絲以及碳纖維；上海碳素廠也有小型碳化線及碳纖維下游產品。安徽地區。aPAN原絲和TR 碳纖維生產線，總投資過億元。PAN原絲承受亞砜一步法，技術由國外引進；產品以12K的T300級碳纖維為主，并預備引進成熟的預浸料生產線。華皖集團(原蚌埠燈芯絨集團公司)二期建設規模將使碳纖維產量翻一番，到達400t／a。下游產品的開發也列入進展規劃。浙江地區。中寶碳纖維責任在浙江嘉興擬建400t／a大絲束碳纖維生產線，技術和設備引進，投資數億元，并配套300萬m2預浸料。該工程國家已批準，依據國內外市場動向及投資與回報等問題，暫緩建立碳纖維生產線，而集中力氣開發預浸料等下游產品。同時，還成立了浙江省碳纖維工程技術爭論開發中心，全面推動碳纖維事業。廣西地區。桂林市化纖總廠擬建200t／a碳纖維生產線，產品為3—12K的小8-RD絲束碳纖維，投資也過億元。山東地區。山東省已把碳纖維列入全省十大高技術產品開發工程首位工程。有以下幾個單位從事碳纖維及其制品的爭論與生產，碳纖維事業。●山東天泰碳纖維有限責任公司。400t/a生產線，碳纖維性能為T300級水平，產品以12K為主。打算400t/a投產后，再翻一番到800t/a，投資超億元。技術協作單位是山東工業大學等。同時該公司樂觀開發和生產多種下游產品。●青島將建立50t/a左右的碳纖維生產線，青島化工學院高分子工程材料爭論所(恒晨公司)的介入，引起國內同行們的極大關注。●山東威海光威漁具集團主要從事釣竿生產，浸布的規格有30余種。依據進展趨勢，有可能向上游即PAN基原絲和碳纖維進展。此外，山東省東營生產力促進中心也在考慮招商引資建立碳纖維生產線，認為石油等工業是碳纖維的潛在市場。500t/a原絲和200t/a碳纖維生產線。放棄硝酸法，承受亞砜一步法技術路線生產原絲。目前，正在進展中試試驗。蘭化集團化纖廠已有100t/a原絲生產線和預氧化生產裝置，劃配套碳扮裝置生產碳纖維。原絲承受NaSCN一步法。該單位的晴綸生產線是我國從國外首次引進的，有豐富的生產閱歷和技術積存。吉林碳素廠是我國小絲束碳纖維生產基地，已向用戶供給50余噸小絲束碳纖維，為國家作出了樂觀奉獻。目前，該廠正在建立的小絲束碳纖維生產線，擴大產量，以滿足市場需求。3070年月中第一條噸級粘膠基碳纖維生產線。共建碳材料聯合試驗室，研制高性能PAN基碳纖維，并預備在揚州建立產業化基地。此外，山西榆次化纖廠是我國唯一用亞砜一步法生產PAN基原絲達數十年的單位，目前仍在生產。三、行業投資的熱點碳纖維的生產工藝短、本錢構成比較簡潔，依據實地調研、碳纖維相關行業資料及工藝參數，可以大體測算出碳纖維原絲、碳纖維的生產本錢。依據目前丙烯腈1.3萬元/噸的銷售價格，我們可以大體測算出碳纖維原絲及碳纖維的生產本錢，別為4.4萬元/噸、18萬元/噸。目前軍工級碳纖維〔3-6K〕的售價為200萬元/噸〔這一點可以從吉林東方神舟碳纖維〔*ST吉碳〔000928〕持股100%〕年產10噸碳纖維，05年實現銷售收入2295萬元進一步得到驗證〕維〔12K〕的售價為55萬元/噸，而碳纖維的生產本錢為18萬元/噸，如以民用碳纖維為例，其毛利為37萬元/噸，即便加上3萬噸的營業費用和33%的所得稅率，民用碳纖