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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 碳纤维 铝 钢 钛合金 密度 1.6 2.8 7.8 4.4 抗拉强度 150 55 183 112 模量E 13500 7240 20400 11200 线膨胀系数 -0.1 20.9 11.3 7.2 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及其应用概况
碳 纤 维 长 丝 镀、喷金属 包覆塑料 预浸料 织物 短切纤维 单项预浸料(无纬布) 双向预浸料(带、布) 束丝预浸料 二维织物 三维织物 多维织物 碳纤维纸 粒料 微纤(研磨) 各种浸渍物 短切复合纤维 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，其应用范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。PAN 基碳纤维分大丝束碳纤维(LT: 48K～480K)主要有以美国为代表的和小丝束碳纤维(CT: 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 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。
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3）。
表3 国外PAN基碳纤维原丝生产工艺
研制单位 日本东丽 日本东邦 美国BASF 日本三菱人造丝 日本爱克纶 英国考特尔兹 日本旭化成 溶剂 二甲基亚砜 氯化锌水溶液 二甲基乙酰胺 二甲基甲酰胺 NaSCN 二甲基甲酰胺 NaSCN 二甲基亚砜 工艺路线 一步法 一步法 二步法 一步法 二步法 二步法 一步法 二步法 纺丝方法 湿纺 湿纺 熔纺 湿纺 湿纺 湿纺 湿纺 湿纺 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(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。
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台湾省（见表4）。
表4 世界PAN基碳纤维名义生产能力
单位：吨 生产商 2008年 2009年 2010年 2011年 2012年 2013年 2014年 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。以粘胶丝及沥青为原料的技术，主要由美国联合碳化物公司(UCC)掌握，生产厂商有日本Mitsubishi Chem(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