文献ℱ用于低成本碳纤维的聚丙烯腈/木质素磺酸盐混纺纤维

本文摘要：（由ai生成）碳纤维作为高性能材料，具有质轻、高强度等优良性能，广泛应用于多领域。国内外碳纤维产业发展迅速，但技术和市场仍被少数发达国家垄断。我国碳纤维产业虽有产能增长，但技术水平及销售情况与国际存在差距，需进一步提升。碳纤维(CarbonFiber，简称CF)是由聚丙烯腈(PAN)(或沥青、粘胶)等有机母体纤维，在高温环境下裂解碳化形成碳主链机构，含碳量在90%以上的无机高分子纤维。碳纤维具有出色的力学性能和化学稳定性，密度比铝低，强度比钢高，是目前已大量生产的高性能纤维中具有最高的比强度和最高的比模量的纤维，拥有质轻、高强度、高模量、导电、导热、耐高温、耐腐蚀、抗冲刷、可复合性等一系列其他材料所不可替代的优良性能。碳纤维除了应用于体育用品、汽车工业、能源装备、医疗器械、建筑及其结构补强等民用领域外，还广泛应用于国防军工领域，是火箭、卫星、导弹、战斗机和舰船等尖端武器装备必不可少的战略新兴材料、国民经济发展不可或缺的重要战略物资。▌碳纤维行业发展概况碳纤维作为一种生产工艺较为复杂，技术附加值高，政治敏感性强的战略新材料技术被国外长期封锁，产能主要集中在日本、欧美等少数发达国家。国际碳纤维发展概况国际上PAN基碳纤维的生产起步于20世纪50年代末，经过70~80年代的稳定发展，90年代的飞速发展，到21世纪初其生产工艺技术已逐步成熟。行业发展初期，碳纤维主要用于军工和宇航，经过50余年的发展，现正在向工业领域和普通民用领域延伸。国内碳纤维发展概况我国碳纤维工业的起步可以追溯到20世纪60年代，但在关键技术、产量和行业集中度方面与西方发达国家存在较大差距。总体而言，五十多年来，我国碳纤维产业经过长期自主研发，从无到有，从小到大，打破了国外技术装备封锁，碳纤维产业化取得初步成果。从20世纪60年代的中科院山西煤化所、长春应用化学研究所、化学研究所(北京)等科研机构为主体，发展到初步形成以江苏、山东和吉林等地为主的碳纤维产业聚集地。近年来，在国家的大力扶持下，国内碳纤维产业取得了重大突破，碳纤维及应用领域的技术水平和产业化程度出现了加速发展的势头，进入前所未有的新的发展阶段。▌碳纤维产业链完整的碳纤维产业链包含从原油到终端应用的完整制造过程:先从石油、煤炭、天然气等化石燃料中制得丙烯，并经氨氧化后得到丙烯腈;丙烯腈经聚合和纺丝之后得到聚丙烯腈(PAN)原丝;再经过预氧化、低温和高温碳化后得到碳纤维;碳纤维可制成碳纤维织物和碳纤维预浸料;碳纤维与树脂、陶瓷等材料结合，可形成碳纤维复合材料，最后由各种成型工艺得到下游应用需要的最终产品。碳纤维产业链涉及的核心环节很多，主要有上游原丝生产、中游碳化、下游复合材料编织成型等。▌碳纤维复材应用领域及其市场碳纤维复材具有高强度、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳等特性，广泛应用于航空航天、海洋工程、新能源装备、工程机械、交通设施等领域，是一种应用前景十分广阔的战略性新材料。近年来，我国在碳纤维产业有了长足的进步，但整体而言碳纤维产业仍基本被西方发达国家所垄断。世界碳纤维技术主要掌握在日本公司手中，日本生产的碳纤维无论质量还是数量上均处于世界领先地位，日本东丽更是世界上高性能碳纤维研究与生产的“领头羊”。美国是继日本之后掌握碳纤维生产技术的少数几个发达国家之一，同时是世界上最大的PAN基碳纤维消费国，HEXCEL和CYTEC公司依靠其庞大的航空航天需求在国际市场拥有较高的话语权。德国的SGL公司依靠德国强大工业创新体系在全球碳纤维市场也拥有一席之地。▌供给:国际巨头垄断，我国有产能无产量全球市场2017年全球碳纤维理论产能14.7万吨，其中美国产能3.86万吨占比27%，日本产能2.72万吨占比18%，两国几乎占据了碳纤维产能的半壁江山。碳纤维理论产能前五家公司Toray(东丽，日本)、Zoltek(卓尔泰克，2014年被东丽收购，日本)、SGLCarbon(西格里，德国)、MRC(三菱丽阳，日本)、Toho(东邦，日本)理论产能共8.52万吨，占全球碳纤维理论产能的57.92%，其中东丽公司约占全球产能的18.42%。国内市场“有产能，无产量”依旧是近期我国碳纤维产业存在的问题之一。据前瞻产业数据显示，2005年，我国碳纤维行业仅有10家企业，产能之和占全球总产能的1%。此后，我国碳纤维行业产能增长迅速，从2006年的1330吨，增长到2017年的2.6万吨理论产能，年均复合增速31.03%。2017年我国碳纤维理论产能占全球的17.68%，位居全球第三位。虽然产能增长迅速，但由于我国碳纤维行业技术水平较日美发达国家存在较大差距，销路不畅，受国外优质产品冲击较大，导致我国碳纤维产业出现有产能、无产量的状况。据赛奥碳纤维技术，我国碳纤维2017年销量约7400吨，销量/产能比为28.5%，远低于国际的销量/产能比57.2%(若除去中国数据，国际销量/产能比为63.4%)。据赛奥碳纤维技术，2017年我国碳纤维产能千吨以上企业有7家:中复神鹰、恒神股份、精功集团、光威复材、中安信、兰州蓝星、太钢钢科，共占据了我国碳纤维理论总产能的85%，产业集中度较高。▌需求:全球市场稳步提升，国内市场国产需求旺盛全球市场全球碳纤维需求整体上呈现稳步上升的态势，2017年全球碳纤维需求8.42万吨，2012年为4.6万吨，年均复合增长率12.7%。假设未来三年碳纤维需求复合增速为10%，则2020年碳纤维需求将达到11.21万吨。据《纤维技术》，从产品的角度，碳纤维需求最多的是标模的大丝束与小丝束碳纤维，分别占碳纤维总需求的41.45%与38.95%。其中，美国企业占据了多半大丝束市场，日本企业则占据了小丝束碳纤维领域的半壁江山。从应用领域的角度，风机叶片、航空航天、体育休闲与汽车是碳纤维应用最广的四个领域，分别占比23.52%、22.8%、15.68%和11.64%，合计占碳纤维总需求的73.63%。不同应用领域碳纤维价格差距明显，航空航天作为高性能碳纤维的主要应用领域，碳纤维平均单价明显高于其他应用领域。据赛奥碳纤维技术，2017年全球碳纤维需求23.44亿美元，其中航空航天领域需求金额11.52亿元，占比49.14%，而其用量占比仅22.8%。风机叶片碳纤维用量占比虽然最大，但由于其主要使用低成本大丝束，市场金额仅为2.77亿元，占比11.82%。国内市场需求提升明显，整体形势向好。据复合材料网，我国碳纤维需求总量从2014年的1.48万吨，增长到2017年的2.35万吨。2015-2017年我国碳纤维需求增长率分别为14.3%、15.7%、20.1%，呈加速增长趋势。若保守估计未来三年国内碳纤维需求增长率为12%，则2020年我国碳纤维需求量为3.3万吨。进口碳纤维仍占大头，国产碳纤维需求跃升。近年来，我国碳纤维制品需求中进口产品仍占多数，但国产产品需求已从2013年的1500吨，增长至2017年的7400吨，年均复合增速高达49.03%。国产占有率已从2013年的10.8%，提升至2017年的31.51%。而进口碳纤维需求增长相对稳定，2017年需求量为1.6万吨，同比去年仅增长0.8%，其中体育休闲与工业用碳纤维进口量最大。体育用品领域占据我国碳纤维应用的半壁江山。2017年，我国碳纤维需求中有1.2万吨应用于体育用品，占我国碳纤维总需求的51%，显示出了我国高端领域碳纤维应用相对薄弱。与全球碳纤维需求相比，我国在航空航天与汽车领域的碳纤维应用明显偏低。民用碳纤维全球化竞争激烈，国产化替代任重道远。我国碳纤维需求的半壁江山被体育用品占领，虽然体育用品对于碳纤维技术要求相对较低，但其所属行业对成本和供货稳定性敏感度较高。我国碳纤维企业在工艺适应性、可靠性和精细化控制水平等方面与发达国家相比还有差距，导致国产碳纤维在成本、连续性上处于劣势。加之民品不存在准入壁垒，全球化竞争充分，我国企业不具备竞争优势。未来，随着我国碳纤维企业在大丝束碳纤维领域生产工艺逐步稳定、品质提升、成本降低，国产碳纤维市占率有望在民品碳纤维领域显著提升。军用碳纤维是我国碳纤维生产企业的突破口。军工行业对外企存在天然壁垒，且以美国为首的西方国家长期以来对我国军用产品与技术实施出口限制。但碳纤维产品，特别是碳纤维上游原丝和中游纤维制品(织物、预浸料等)具有极强的军民两用属性，因此，我国军用高端碳纤维仍有部分依靠进口。近年来，以美国为首的西方国家愈发有针对性的遏制我国武器装备的发展，未来不排除会扩大限制出口范围至具有潜在军用价值的高端民用工业领域，高端碳纤维国产化需求迫切。另一方面，随着我国高强(T700)、高强中模(T800/T1000)和高强高模碳纤维的相关工艺装备自主设计制造能力提升，军用高端碳纤维实现全面国产化的条件愈发成熟。我们认为，未来我国军用高端碳纤维国产化率有望获得大幅提升。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