碳纖維復合材料產業報告-文庫吧在線文庫

　　

【正文】 東麗、東邦人造絲、三菱人造絲三大集團和美國的的卓爾泰克(ZOLTEK)、阿克蘇(AKZO)、阿爾迪拉(ALDILI)和德車的SGL公司等。2002年，AKZOFortafil、%。以2005年世界小絲束碳纖維生產能力為基準，20052008年世界小絲束碳纖維生產能力變化見表23，日本東麗、東邦和三菱三家碳纖維生產集團2005年小絲束碳纖維生產能力及在世界小絲束碳纖維總生產能力中所占比例見表24。2014 年，這兩種纖維的名義生產能力達93450 噸，比1998 年增長7 倍。2005年以后，隨著歐洲空中客車A380及波音公司787客機大量使用碳纖維增強復合材料，世界碳纖維制造商再度實施擴產計劃，世界碳纖維總產能急劇膨脹。按應用領域劃分，世界聚丙烯腈基碳纖維主要用于宇航、文體休閑用品、其它工業等領域，%，%，%，不同地區各有側重。全自動纖維分布：復合材料的成型材料(窄幅預浸料)被開發出自動鋪層的先進裝置。碳化和石墨化是制備高性能碳纖維的關鍵工序，在成本中所占比例約為2530%，對產品的最終性能影響極大。 今后日本先進復合材料的發展方向是：在增強材料方面，進一步提高碳纖維的強度和模量，降低成本；在樹脂基體方面，主要提高樹脂的沖擊后壓縮強度和耐濕熱性；在復合材料成型技術方面，進一步實現整體成型技術，固化監控、自動化技術及三維復合材料技術，同時提高復合材料性能和降低制造成本。隨著航空航天飛行器各項性能的不斷提高，對結構件用材料的性能要求也越來越高。(4) 碳纖維增強樹脂基復合材料 (CFRP)它具有輕質、高強、耐高溫、抗腐蝕、熱力學性能優良等特點，被廣泛應用作結構材料及耐高溫燒蝕材料。 碳纖維增強復合材料碳纖維增強復合材料主要包括：碳纖維增強陶瓷基復合材料，C/C復合材料，碳纖維增強金屬基復合材料，碳纖維增強樹脂基復合材料等，它們的主要用途見表13。硝酸法操作不易控制，規模難以放大，安全性差，污染嚴重等，不具備工程化的條件。(3)大K數碳纖維制造加工成本較低。促使大絲束碳纖維迅猛發展的原因可能如下：(1) 市場的需求。特別是在日本，碳纖維工業已成為該國十大高技術產業之一。瀝青基碳纖維主要生產廠商有日本Mitsubishi Chem(三菱化學)、Kureha (吳羽)、Donac與美國Amoco 公司。起初，碳纖維主要用于軍工和宇航，經過40余年的發展，其應用領域正在向工業領域和普通民用領域擴大。東麗公司更是世界上高性能碳纖維研究、生產的“領頭羊”。同時，12K以上碳纖維的性能也可滿足航天航空工業的需求，性能與價格比占有一定優勢。 碳纖維的物理性能由于碳纖維具有出色的力學性能和化學穩定性，是目前已大量生產的高性能纖維中具有最高的比強度和最高的比模量的纖維，特別是在2000℃以上的高溫惰性環境中，碳材料是唯一強度不下降的物質，是其它主要結構材料(金屬及其合金)所無法比擬的。二甲基亞砜(DMSO)法是目前國內外公認的最先進的工藝，DMSO腐蝕性小，可以靠簡單的減壓蒸餾提純，日本東麗公司采用了該工藝。(2) C/C復合材料它是由碳纖維或織物、編織物等增強碳基復合材料構成，主要由各類碳組成，即纖維碳、樹脂碳和沉積碳。用碳纖維增強熱塑性塑料近年來發展較快，其特點是：強度與剛性高，蠕變小，熱穩定性高，線膨脹系數?。簻p摩耐磨，不損傷磨件，阻尼特性優良。在新工藝和新技術方面，日本三大公司和韓國cheil合成工業公司繼承發明了PAN原絲至碳化等系統的新技術，其中三菱人造絲公司提出相當于T700性能水平碳纖維的PAN原絲指標。(2) 研究發展新的預氧化技術。(1) 碳纖維性能的提高為了適應用途方面的性能提高，謀求強度、彈性模量及成本的平衡： PAN基碳纖維的抗壓縮強度提高—通過把硼離子在高電壓下進行加速照射，使結晶結構微細化，；高彈性模量化—PAN基碳纖維彈性模量達到690 GPa， GPa；碳纖維的界面控制—為了提高耐沖擊性，使碳纖維和基體樹脂的粘接平衡，對碳纖維界面進行表面處理；碳纖維價格降低。另外，因為補強材料、夾層芯材和嵌件一體成型的可行性，使船身等大型構件的成型成為可能。一般產業對碳纖維材料的應用發展比較迅速，包括基礎設施的修復、更新和加固；新能源開發如沿海油氣田、深海油田的鉆井平臺、管道和纜繩等，以及風力發電機的螺旋槳和風葉；汽車的剎車系統、轉動軸、車身以及環保汽車用的壓縮天然氣氣瓶；電子領域的應用主要有通信、廣播、地球觀測、空間探測以及各種飛行器的高精度天線。表21 20052008年世界碳纖維總生產能力統計及預測 (t/a)年份2005200620072008生產能力33700416005310061900對2005年的增幅/%0從2008年開始全球碳纖維行業將加快發展，碳纖維生產將加大力度，不少生產線會上馬，碳纖維的生產能力將以空前的速度增長。全球碳纖維生產能力預測2005年后的增長是由于飛機制造和風電行業對碳纖維需求的增加。ZOLTEK公司20052008年大絲束碳纖維生產能力統計及預測見表27。據2003年統計，19972000年世界碳纖維生產能力按企業分布如上表29所示。 t/a 臺塑3900095001750080502006年以后，碳纖維應用擴展到民用領域，大絲束的需求迅速增加，從而帶動了碳纖維生產企業擴大大絲束碳纖維生產能力。世界碳纖維的消費結構仍然集中在工業應用、航天航空和體育休閑三個方面，工業應用約占總消費量的58%；航空航天方面應用約占23%，體育運動器材應用約占19%。美國是世界碳纖維的最大用戶，緊跟其后的是西歐。表220 1993～2007年世界PAN基碳纖維的消費量(噸)(按地區) 年份 國 家1993199720022007平均年增長率(%)1997200220022007美國36466262567079527西歐1220226052008660日本1974258228623550中國1450180027004200其它1291138325133266總計9581142871894527577表221 世界碳纖維生產與消耗 t/a年份產量消耗備注19981700016900供略大于求20031990019900供求平衡20082510030900供不應求19982003增長率/%20032008增長率/%表222世界碳纖維按應用領域的消耗 %年份各領域碳纖維消耗占總消耗的百分比總的碳纖維消耗工業應用航空航天體育用品19983125442003422335200851232619982003增長率/%20032008增長率/%綜合表221和表222的數據，我們可以得出結論：19982008年，碳纖維在工業應用領域的消耗是持續增長的，航空航天領域基本保持平衡，而體育用品在碳纖維應用的比例將持續下降。綜合產能和需求變化，全球碳纖維行業在未來幾年中仍可維持兩位數的增長，且供小于求。以2001年的需求量為基準，航天航空領域年需求平均增長率為10%，%，%。2003年之后，航空航天，風力發電等領域對碳纖維的需求快速增長，全球碳纖維市場出現供給緊張局面。羅伯茨對這些行業碳纖維需求的預測是樂觀的(見表229)。美國碳纖維總產量居于世界第二(以大絲束為主)，年產量超過1萬噸，主要制造商有卓爾塔克(ZOLTEK)、阿克蘇(AKZO)、阿爾迪力(ALDILA)等公司。 kt/ kt/a， kt/a。表231東邦集團碳纖維擴產計劃 t/a地區20042005200620072008日本RT 3700RT 3700RT 3700RT 37003700+2700德國RT 1900RT 1900RT 1900+1500RT 3400RT 3400美國LT 3500RT 700RT 700RT 700RT 700LT 1300LT 1300RT 1300RT 1300總計910076009100910011800RT 5600RT 6300RT 7800RT 7800RT 10500LT 3500LT 1300LT 1300LT 1300LT 1300(3) 三菱合成纖維公司在日本豐橋擁有3200噸/年的生產能力，在美國加利福尼亞州的全資子公司Crafil擁有1500噸/年的生產能力。拉伸強度拉伸模量密度比模量比強度產地/MPa/GPa/(g碳纖維在宇航上的應用主要在固體火箭發動機殼體和噴管上。據市場稱，波音和空中客車每年交付使用客機大約250350架。目前兩大飛機公司飛機使用復合材料增長情況見下圖。2003年以后航空航天領域對碳纖維的需求出現快速增長，2006年與2001年相比將增長約40 %，2008年將增長約76 %，到2010年和2001年相比預計增長超過100%。不過，體育用品使用碳纖維的絕對數仍在增加，在未來幾年內，%，到2009 年或2010 年，使用量將有可能超過唱片業的水平。表239為全球不同領域對碳纖維需求的統計和預測，到2010年全球在自行車領域對碳纖維的需求量推測為1183噸。 汽車工業汽車零部件輕量化，小型化已成為未來汽車工業發展的重要課題。大型港口內的業務運營中，選擇使用CFRP巡邏艇可降低船體重量，提高船的可操作性，在挪威港口運營中CFRP客運船已投入商業化運作。目前，全球的自行車中，高級自行車和特別用途登山車約占5%，成為CFRP民用的一個重要方面。大量使用碳纖維復合材料的產品是高爾夫球槽、球拍、雪橇、滑雪板、曲棍球棒、釣魚竿和自行車。除了美國外，中國人大會議最近批準了400億美元的軍費開支，軍機數量在上升。中國航空公司要增加1459架新飛機，僅僅是滿足國內航線。碳纖維在飛機上的比例已從原來的10%20%上升至50%80%。日本三大碳纖維生產公司2006年碳纖維業務銷售情況及2007年的市場銷售目標如下表所示：表233 2006年碳纖維銷售情況及2007年市場預測 (億日元)20062007企業銷售額增幅/%銷售利潤增幅/%銷售額銷售利潤東麗公司68618153900205三菱麗陽400104450120東邦紡織3405939365 重點應用領域狀況分析碳纖維具有高強度、高模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、抗蠕變、導電、傳熱等特性，屬典型的高新技術產品，表234是幾種碳纖維材料的性能比較。該項目投資額為5100萬歐元，屆時TohoTenax公司在德國的碳纖維年產能將達到5100噸。(1) 日本東麗公司是碳纖維市場領先的生產商，擁有7400噸/年能力，包括soficar公司(東麗工業公司和阿托菲納公司70/30的合資企業)中的份額。羅伯茨對現有的和宣布的碳纖維生產計劃、終端市場生產趨勢加以分析。通常認為小絲束碳纖維生產線的實際產量較產能低20%35%，大絲束碳纖維實際產量比產能低大約10%。表223數據表明，世界碳纖維的主要消費地在20012010年這十年來，對碳纖維的需求呈增長趨勢，北美的需求最大，次之是歐洲。北美及歐洲是碳纖維的主要需求地，兩地的需求量約占全球總需求量的2/3。剩下的14%大部分為其它亞洲國家用于不同的最終用途。2002年國外PAN基碳纖維的消費結構見表219。從表中可以看出，亞洲小絲束碳纖維生產在2006年后出現增長趨勢，%%；而亞洲大絲束碳纖維生產沒有明顯的變化。特別是空中客車公司的A380和波音公司的B787客機對碳纖維的巨大需求。表214 20052006年世界碳纖維生產能力 t生產廠家2005年2006年宇航級工業級宇航級工業級東麗900030010800300東邦6260130077401300三菱46404640赫克塞爾19801980蘇泰克18001800卓爾泰克44604460愛思奇愛爾19001900阿爾迪拉10001000臺塑18001800總計25480896028760896020052006年期間，世界碳纖維產業進入一段穩定發展時期，從表214。表210 2002年世界聚丙烯腈基碳纖維主要生產商　t/a生產商生產能力小絲束東麗(Toray)7300東邦(Toho)5500三菱(MRC)4700赫克賽爾(Hexcel)1980阿莫科 (Amoco)1890臺塑1750其它45合計23165大絲束福塔菲爾(Fortafil)3500卓爾泰克(Zoltek)1800阿爾迪拉(Aldila)1000愛斯奇愛爾(Sgl)1800東麗(Toray)300合計8400總計31565 2003年，國外PAN基碳纖維的生產能力約為30250 t/a，其中小絲束18800t/a，大絲束碳纖維11450 t/a。預計隨著碳纖維低成本化趨勢和向民用領域和一般工業領域的發展，大絲束的生產能力