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碳纤维发展趋势专题丨碳纤维基本介绍 碳纤维发展历程 全球碳纤维产业布局

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碳纤维(carbon fiber,简称CF)是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。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。

1碳纤维基本介绍

1.1 碳纤维概述

碳纤维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。

1.2 碳纤维分类

碳纤维可从以下四个方面进行分类,图表1所示。

图表1 碳纤维分类

1.3 碳纤维制备

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。

1.4 碳纤维需求领域

碳纤维及其复合材料由于具有密度小、强度高、耐高低温等特点,最早应用于航空航天及国防领域,如大型飞机、军用飞机、无人战斗机及导弹、火箭、人造卫星等。

碳纤维及其复合材料既能作为结构材料又能作为功能材料,在工业领域具有广泛的应用,如:汽车、电缆、风能发电、海洋产业、电子器件、工业器材和土木建筑等。

碳纤维制成的体育休闲用品,质量更轻、硬度更强、吸收震荡和振动效果更好,同时延长了体育用品的使用寿命,其中最主要的应用是作为自行车、钓鱼杆、网球拍、高尔夫球杆和游艇等材料。

未来随着风力发电、汽车工业、飞机制造、高压容器等产业的需求的大幅增长,以及体育休闲领域的平稳发展,碳纤维市场需求增速将愈发显著。

2碳纤维发展历程

碳纤维生产技术(ID:carbonfiber8)小编搜集各方资料,汇总碳纤维发展历程如下图表2所示。



图表2 碳纤维发展历程

3全球碳纤维生产企业及产业布局

由于碳纤维生产工艺复杂、技术含量高,加之政治因素限制技术和设备等引进,目前全球碳纤维技术和生产仍主要控制在日本和美国手中。

3.1 国外碳纤维生产企业

图表3 国外碳纤维生产企业

3.2 国内碳纤维生产企业


图表4 国内碳纤维生产企业

3.3 全球碳纤维产量区域分布图

总体来说小丝束产能主要集中在日本企业,而大丝束产能则在欧美。2015年全球PAN基碳纤维的产能达到14.2万吨(小丝束占70%),排名前五的企业为东丽、美国Zoltek、德国SGL、帝人、三菱丽阳公司,约占全球总产能的60%。

小丝束碳纤维产量区域分布:日本的东丽(约28%)、东邦(约15%)、三菱(约11%),中国(大陆约16%、台塑约10%),美国的赫克赛尔(约9%)、氰特(约3%),土耳其的阿克萨(约4%),韩国的晓星(约2%)、泰光(约2%)。新兴国家碳纤维产业的崛起,日本三家企业在小丝束碳纤维市场的份额已由前几年的约70%下降至55%。

大丝束碳纤维产量区域分布:日本的东丽(日本东丽约1%、美国Zoltek约49%)、三菱(约7%),德国的SGL(约33%),中国(约10%)。

 

数据来源:前瞻产业研究院

图表5 全球碳纤维产量区域分布图(单位:%)

来源:碳纤维生产技术
振动疲劳复合材料航空航天汽车建筑电子材料DCS控制
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首次发布时间:2023-11-28
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