碳纤维介绍碳纤维发展历程碳纤维应用与市场

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摘要

碳纤维作为新一代高性能特种纤维，兼具碳材料的硬度和纺织纤维的可加工性，性能优异，被广泛应用于航空航天、国防军工、工业、体育等领域。其生产过程包括预氧化和碳化等步骤，原料主要为聚丙烯腈纤维等。近年来，全球碳纤维市场快速增长，日本是主要生产国。我国碳纤维消费量大但自给率低，市场潜力巨大，政策支持发展高性能碳纤维产业，以满足高技术工业和高端民用领域的需求。

正文

碳纤维介绍

碳纤维是新一代的高性能特种纤维，既有碳材料“硬”的固有特征，又兼备纺织纤维“柔”的可加工性，被誉为新材料之王。与传统的玻璃纤维相比，碳纤维的强度可达高性能玻璃纤维的2倍，模量超过其3倍；与芳纶纤维相比，碳纤维不仅强度达到凯夫拉KF-49的1.5倍，模量达到其2倍以上，而且耐蚀性更是出类拔萃。与钢、铝等金属材料相比，碳纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、抗疲劳、抗蠕变、线膨胀系数小等诸多优异性能：碳纤维的密度仅为钢的四分之一，强度达到特种钢的10倍，模量是钢的7倍，比强度、比模量均为钢的数十倍。材料的比强度愈高，则构件自重愈小，强度愈大；比模量愈高，则构件的刚度愈大。因此，碳纤维及其复合材料和制品在航空航天、国防军工、高端民用工业、专业体育用品等许多工程领域都有广阔的应用前景。

碳纤维一般采用聚丙烯腈纤维（PAN原丝）、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维等为原料，在200～300℃的空气中进行预氧化，然后在1000℃以上高温的惰性气体（如氮气）保护环境中完成碳化，最后加热到1500～3000℃制得碳纤维产品。目前，产量最大、用途最广的是聚丙烯腈基碳纤维，其生产过程一般可分为原丝生产（聚合过程、纺丝过程）和碳丝生产（预氧化过程、碳化过程、后处理过程）两大部分。

2001年以来世界碳纤维市场一直保持持续、快速增长：2001年全球碳纤维消费量不足2万吨；2012年世界碳纤维总产能约11万吨，总产量约5.5万吨；预计到2015年全球总产能可达到约15万吨，2020年将超过18~20万吨，年增长率为15~20%。根据碳纤维的消费领域划分，2012年全球碳纤维的工业领域应用约占60%，航空航天和国防军工约21%，体育休闲约19%。预计到2020年，碳纤维在工业领域的应用将达到整个市场的近80%，航空航天和体育休闲将各占10%左右。

目前，国外碳纤维生产厂家主要有日本的东丽、东邦、三菱丽阳，美国的卓尔泰克（已被东丽收购）、赫氏（也称赫克塞尔）、氰特（也称苏泰克），欧洲的西格里、陶氏-阿克萨；国内碳纤维生产厂家主要有台湾地区的台塑集团、河南永煤碳纤维、山西钢科碳材料、中复神鹰、江苏恒神、威海拓展等几大公司。其中，日本作为世界碳纤维大国，其碳纤维产能约占世界总产能的三分之二左右。

碳纤维发展历程

碳纤维应用与市场

我国是碳纤维消费大国，但长期以来由于受到国外技术封锁和管控，碳纤维仍大量依靠进口。2012年中国国内市场碳纤维消费量约1.2万吨，其中国产碳纤维不足2000吨，仅占国内市场需求总量的20%左右。国内碳纤维产不足需，供需矛盾非常严重，市场潜力巨大。同时，大多数国产碳纤维产品仍属于中低档型，且成本高、能耗大、质量不稳定，在市场竞争中也处于明显劣势。

复合材料工业协会的报告中指出，目前我国碳纤维应用领域中，体育休闲领域约占60%，工业领域占33%，航空航天占7%左右。因此，在我国加快培育和发展战略性新兴产业中，明确高性能碳纤维品种产业化是国家重点支持的方向，其中碳纤维产品将主要用于汽车部件、风电叶片、建筑补强、CNG/LNG储运槽罐、体育休闲用品、电缆芯、抽油杆、预浸料等高技术工业和高端民用领域。