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简说·碳纤维发展

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碳纤维是由碳元素组成的一种特种纤维。具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性 外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物,由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向,因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。碳纤维的密度小,因此比强度和比模量高。

1879年爱迪生曾用纤维素纤维,如竹、亚麻或棉纱为原料,首先制得碳纤维并获得专利,但当时制得的纤维力学性能很低,工艺也不能工业化,未能获得发展。

20世纪50年代初,由于火箭、航天及航空等尖端技术的发展,迫切需要比强度、比模量高和耐高温的新型材料,另一方面,采用前驱纤维为原料经热处理的工艺可制得碳纤维连续长丝,这一工艺奠定了碳纤维工业化的基础。40多年来,碳纤维经历的重大技术进展如下:

20世纪50年代初,美国Wright-Patterson空军基地以黏胶纤维为原料,试制碳纤维成功,产品作火箭喷管和鼻锥的烧蚀材料,效果很好。1956年美国联合碳化物公司试制高模量黏胶基碳纤维成功,商品名“Thornel—25”投放市场,同时开发了应力石墨化的技术,提高碳纤维的强度与模量。

20世纪60年代初,日本进藤昭男发明了以聚丙烯腈(PAN)纤维为原料制取碳纤维的方法,并取得了专利。1963年日本碳公司及东海电极公司用进藤的专利开发聚丙烯腈基碳纤维。1965年日本碳公司工业化生产普通型聚丙烯腈基碳纤维成功。

1964年英国皇家航空研究中心(RAE)通过在预氧化时加张力试制出高性能聚丙烯腈基碳纤维。Courtaulds公司,Hercules公司和Rolls—Royce公司采用RAE的技术进行工业化生产。

1965年日本大谷杉郎首先制成了聚氯乙烯沥青基碳纤维,并发表了先驱性的沥青基碳纤维的研究报告。

1969年日本碳公司开发高性能聚丙烯腈基碳纤维获得成功。1970年日本东丽(Toray Textile Inc.)公司依靠先进的聚丙烯腈原丝技术,并与美国联合 碳化物公司交换碳化技术,开发高性能聚丙烯腈基碳纤维。1971年东丽公司将高性能聚丙烯腈基碳纤维产品(Torayca)投放市场。随后产品的性能、品种、产量不断发展,至今仍处于世界领先地位。此后,日本东邦、旭化成、三菱人造丝及住友公司等相继投入聚丙烯腈基碳纤维的生产行列。

1970年日本吴羽化学工业公司采用大谷杉郎的专利,首先建成年产120t普通型(GPCF)沥青基碳纤维的生产厂,1978年产量增到240t。该产品被用作水泥增强材料后,发现效果很好,1984年产量增至400 t,1986年再次增加到900 t。1976年美国联合碳化物公司生产高性能中间相沥青基碳纤维(HPCF)成功,年产量为113 t,1982年增至230 t,1985年增至311 t。

1982年起,日本东丽、东邦、日本碳公司、美国HerculesCelanese公司、英国Courtaulds公司等,先后生产出高强、超高强、高模量、超高模量、高强中模以及高强高模等类型高性能产品,碳纤维拉伸强度从3.5 GPa提高到5.5 GPa,小规模产品达7.0 GPa模量从230 GPa提高到600 GPa,这是碳纤维工艺技术的重大突破,使应用开发进入一个新的高水平阶段。

1981年起沥青科学取得重大进展,开发出几种调制中间相沥青的新工艺,如日本九州工业试验所的预中间相法,美国EXXON公司的新中间相法,日本群马大学开发的潜在中间相法,促进了高性能沥青基碳纤维的开发。随后日本三菱化成化学公司、大阪煤气公司、新日铁公司陆续建成一批不同规格的高性能碳纤维生产厂。其特点是模量增高的同时也增高强度。20世纪80年代是沥青基碳纤维的兴旺发展时期。

碳纤维粉也叫磨碎碳纤维是将高强高模碳纤维长丝经特殊技术表面处理、研磨、显微甄别、筛选、高温烘干后而获得的等长圆柱形微粒,它保留了碳纤维的众多优良性能,并且形状细小、表面纯净、比表面积大,易于被树脂润湿均匀分散,是性能优良的复合材料填料。可与树脂、塑料、金属、橡胶等材料进行复合,以增加材料的强度和耐磨,已被广泛用于镍氢和镍镉电池正负极材料导电添加剂、电子芯片、导电板、导电地板、电子机械、防静电行业(涂料、地坪、油漆、油墨)、防静电滤芯、国防军工、建筑保温、化工食品粗效过滤、摩托车消声器、油漆烘房空气过滤、聚四氟乙烯等领域。

来源:青岛世纳机械

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来源:碳纤维生产技术
HPC复合材料化学航空航天建筑电子芯片材料试验
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-07-18
最近编辑:4月前
碳纤维生产技术
助力国内碳纤维行业发展
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报告·2019全球碳纤维复合材料市场报告(二)

本文摘要:(由ai生成)本文概述了全球碳纤维供应及中国碳纤维市场情况。全球碳纤维运行产能微增,2020年有大量扩产计划。中国碳纤维需求快速增长,供不应求,风电叶片为主要驱动。国产碳纤维销量增长显著,预计未来将超进口。中国碳纤维应用以风电为主,体育休闲次之,航空航天军工较弱。江苏、山东等省份碳纤维用量大,广东消费金额最高。03全球碳纤维供应 3.1.全球碳纤维理论产能-制造商2019年,我们开始调整对产能的定义:之前,我们使用了“理论产能”的概念,只要有生产线,我们就认为具有理论产能,无论拥有这条生产线的企业是否僵尸、倒闭,或者这条生产线是否落后、淘汰。现在,我们对产能的定义为“运行产能”,首先拥有生产线的企业是处于生存状态的,另外,对于依然生存的企业,他的生产线不是落后与淘汰的线,具备生产的能力。由于上述统计的标准变化,我们消减了大量的、尤其是中国的“理论产能”,所以,2019年的运行产能为154,900,仅仅比2018年增加了100吨。在2019年,全世界增加的产能也确实非常少,之前的扩产计划,要么在2018年就达成,要么在2020年达成,比如ZOLTEK在匈牙利的5,000吨产能,在2020年才能达成。Hexcel的巨大扩产计划,在2020年也会达成5,000吨;精功碳纤维、韩国晓星公司的2,000吨也是在2020年达成。上述蓝色部分,注明了各家企业的扩产计划,到2020年,全球有大约11万吨的扩产计划。 3.2.全球碳纤维运行产能-区域总量:154,900吨世界碳纤维制造基地的竞争,充分反映了一个区域的综合投资水平,这其中,综合投资环境、生产要素,产业链生态是重点。 美国的综合投资环境很好,生产要素也具有全球优势,产业链生态完备(航空航天、汽车、风电等等方面的应用能力强),主要的问题是人工,尤其是熟悉纤维行业的操作工人,另外,工会也是一个外资头疼的问题。 欧洲的投资环境很好,产业链生态完备,在风电、汽车方面比美国的市场还庞大,主要的问题是生产要素中的能源与人工昂贵。所以,欧洲的碳纤维工厂只能生产高附加值的碳纤维。而处于匈牙利及土耳其的碳纤维企业,主要是因为腈纶工业基础的原因。 日本的投资环境、生产要素及产业链生态的优势都非常一般,所以,日本不是好的碳纤维投资地。他的超强的技术与融入全球产业生态的能力,全球寻求综合优势的区域建厂,让他保持了全球领导地位。 中国的投资环境,生产要素及产业生态链,总体上处于全球中等位置。无论是综合投资环境、生产要素,还是产业链生态,均还有大量的改革与提升的空间。04中国碳纤维市场 4.1. 中国碳纤维需求-年份2019年中国碳纤维的总需求为:37,840吨,对比2018年的31,000吨,同比增长了22%,其中,进口量为25,840吨(占总需求的68%,比2018增长了17.5%),国产纤维供应量为12,000吨(占总需求的31.7%,比2018年增长了33%),2019年的中国市场的总体情况是:供不应求,无论是进口还是国产纤维。 2015(13.4%),2016(16.5%),2017(20%),2018(32%),2019 (22%)……2019年的增长率少于2018,其重要原因是供不应求,这些年的市场发展相当喜人。 对于国产的12,000吨销量,对于2018年的9,000吨,增长率33%,连续两年超过30%的高速增长,说明国产碳纤维的巨大进步,我们预计,在2025年前后,国产碳纤维有望超过进口。 与2018年的特点类似,中国需求的超高增长的主要驱动者是风电叶片市场:2019年风电消耗13,800吨碳纤维,对比2108年的8,000吨,增长率72.5%。2019年用于风电的国产碳纤维大约有1,000吨,而2018年是全部进口。显然,这几年跳跃式增长的风电叶片用量(2017:3,060吨,2018:8,000吨,2019:13,800吨),给国内碳纤维企业带来了难得的发展机遇。 4.2. 中国碳纤维需求-应用总量:37,840吨从上图中国/全球碳纤维应用对比图上,我们可以清晰地看到我国碳纤维应用的优劣势。13,800吨的风电应用绝大部分是为VESTAS服务的;体育休闲产品的制造一直是中国大陆与台湾地区的强项;我们的航空航天军工依然弱小,对产业规模的推动效应极低。当然,从另一个角度,这些今天的劣势也可能转化为我们发展的巨大空间。 4.3. 中国碳纤维需求-省份总量:37,840吨上千吨用量的省份有6家,山东与江苏由于风电碳纤维的消耗,把长期排名第一的广东省推到第三名。江苏省首次突破万吨规模。总金额:822,421千美元从消费金额来看,广东依然保持第一,山东尽管碳纤维消耗量远大于上海,但主要是低成本风电纤维,与广东、上海一道进入亿美元俱乐部。 4.4. 中国碳纤维需求-来源总量:37,840吨中国国产碳纤维2019保持着进步,市场份额从2018年的22.8%攀升到2019年的31.7%,可喜可贺。站在产业角度,我们需要清晰地看到: 从小丝束(常规丝束)方面:日本及其韩国的分公司,依然有近万吨的规模。他们在经典的应用市场的地位依然很牢固。 大丝束市场方面:主要是ZOLTEK体系(美国大部分+墨西哥+匈牙利)有大约6,000吨规模,台塑的5,669吨中大约有4,000吨大丝束市场,1,669吨小丝束市场;土耳其的1,324吨基本是大丝束市场,尽管其产品还不算真正的大丝束;英国的1,509吨是SGL的大丝束产品。 国内的12,000中,有大约5,000吨,其典型代表是精功碳纤维的25K产品,是跨越大小丝束市场的,大小丝束的市场的界限正在模糊化。 2019年,中国的市场需求:小丝束市场容量大约有18,000吨,其中国产7,000吨,主要竞争对手日本企业;大丝束市场大约有14,000吨,其中国产1,000吨,主要竞争对手ZOLTEK,另外有5,000吨左右(全部国产)的产品跨越在大小丝束市场上。总金额:822,421千美元这是向中国销售碳纤维及中间制品(预浸料+织物)的各国的价格水平。我们可以看到,日资及其韩国工厂的价格依然是最高的,美国的价格,是由于出口高性能预浸料与织物而拉高,其主流的出口产品是ZOLTEK的大丝束,与墨西哥、匈牙利是类似的。中国的价格,从2018年的18美元调低到2019的17.5美元,这是兼顾了高价格的航空航天应用碳纤维。 2019年,由于国际大丝束的供应量的短缺及中国产业控制成本的水平提升,中国价格与国际价格处于一个均衡状态,中国碳纤维及其制品批量出口已有可能。国家相关部委已经调整了出口退税率到13%,各厂家可以开始加大海外市场的开拓。未完待续来源:赛奥碳纤维技术特别声明:公 众号部分文章和图片来源于网络,发布的目的在于传递更多信息及分享,并不代表本公 众号赞同其观点和对其真实性负责,也不构成任何其他建议。版权归原作者所有,任何组织或个人对文章版权或内容的准确性存在疑议,请第一时间联系我们,我们会及时修改或删除。广告免责声明:为了公 众号稳定发展,本公众 号会不定时承接行业广告、产品推广、会议培训推广等广告展示方式有文章前/中/后以图片形式展示、软文展示、产品链接展示等。本公 众号只提供发布平台,对广告内容的真实性或有效性不做评价,请自行判别。所有广告内容及相关事项与本公 众号无关,特此声明。来源:碳纤维生产技术

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