2012-4-11 來源:中國(guó)聚合物網(wǎng)
關(guān)鍵詞：碳纖維行業(yè) 應(yīng)用領(lǐng)域 需求
基于未來全球能源工業(yè)領(lǐng)域?qū)μ祭w維需求的持續(xù)爆發(fā)，以及碳纖維產(chǎn)能的快速擴(kuò)張，必然推動(dòng)全球碳纖維價(jià)格出現(xiàn)快速下滑，并將推動(dòng)下游需求的急速放量。而中國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)在未來一段時(shí)間，必將在中低端產(chǎn)品中異軍突起，利用成本優(yōu)勢(shì)快速催動(dòng)本國(guó)需求崛起，并將占領(lǐng)全球中低端市場(chǎng)主流。
碳纖維：先進(jìn)復(fù)合材料中最重要的增強(qiáng)材料
碳纖維是利用各種有機(jī)纖維在惰性氣體中、高溫狀態(tài)下，以碳化方法制得的含碳量90%以上的纖維狀碳素材料。碳纖維是高性能纖維中具有最高比強(qiáng)度和最高比模量的纖維(強(qiáng)度高于鋼鐵材料10倍，質(zhì)量?jī)H有鋁材的1/2)，除具有優(yōu)異的力學(xué)性能外，還兼具低密度、耐高溫、耐腐蝕、耐摩擦、抗疲勞、震動(dòng)衰減性高、電及熱傳導(dǎo)性高、熱膨脹系數(shù)低、光穿透性強(qiáng)、電磁屏蔽型好等諸多優(yōu)良性能，因而碳纖維成為先進(jìn)復(fù)合材料中最重要的增強(qiáng)材料，是國(guó)防軍工和國(guó)民經(jīng)濟(jì)中均具有舉足輕重地位的戰(zhàn)略原材料。
碳纖維產(chǎn)業(yè)是由原絲(PAN)生產(chǎn)再到預(yù)浸料再到具體的終端廠家這么一個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈。當(dāng)生產(chǎn)PAN基碳纖維的時(shí)候，被稱為“母體”的聚丙烯腈纖維首先要通過聚合和紡紗工藝加工聚丙烯腈而成。然后，將這些母體放入氧化爐中在200到300攝氏度進(jìn)行氧化。另外，還要在碳化爐中，在溫度為1000到2000攝氏度間進(jìn)行碳化制成碳纖維。
應(yīng)用領(lǐng)域深入拓展碳纖維需求爆發(fā)
自20世紀(jì)70年代，碳纖維在航天航空領(lǐng)域應(yīng)用以來，其應(yīng)用潛力日益受到各國(guó)高度重視。隨著碳纖維原絲工藝技術(shù)的逐漸成熟，干噴濕紡和射頻法新工藝正逐步取代傳統(tǒng)的干法和濕法紡絲，碳纖維品質(zhì)的提升節(jié)節(jié)攀升、價(jià)格顯著下降，極大的拓展了高性能碳纖維的應(yīng)用領(lǐng)域。在碳纖維品質(zhì)提升與價(jià)格下降的雙推動(dòng)下，能源工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用將進(jìn)一步深化發(fā)展。
能源和工業(yè)領(lǐng)域成就碳纖維需求快速爆發(fā)
2010年能源和工業(yè)用途的碳纖維需求總量已占到PAN-CF總需求量的50%以上，我們預(yù)計(jì)到2019年能源和工業(yè)領(lǐng)域的需求可望提高至75%，并長(zhǎng)期推動(dòng)碳纖維需求的急速前行。根據(jù)我們測(cè)算，由于風(fēng)電葉片、壓力容器、汽車等行業(yè)的需求快速釋放，能源和工業(yè)領(lǐng)域的碳纖維需求量將從2011年的2.96萬噸增長(zhǎng)至2019年為10.5萬噸，CAGR高達(dá)17%。
(1)CFRP在風(fēng)電葉片領(lǐng)域快速滲透，成碳纖維最大需求端。風(fēng)能是一種可以長(zhǎng)期利用的可再生自然資源。目前，風(fēng)電技術(shù)已很成熟，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的關(guān)鍵部件：葉片，現(xiàn)多使用玻璃纖維增強(qiáng)材料(GFRP)制造，但是GFRP難于滿足葉片尺寸加大對(duì)剛性的要求。碳纖維增強(qiáng)材料(CFRP)在葉片上的應(yīng)用，無疑將促進(jìn)風(fēng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。風(fēng)力發(fā)電機(jī)超過3MW、葉片長(zhǎng)度超過40m時(shí)，在葉片制造時(shí)采用CFRP已成必然的選擇。在大尺寸葉片生產(chǎn)中，由于材料用量、運(yùn)輸和安裝成本等的下降，CFRP葉片的成本反而比GFRP葉片低。另外，利用碳纖維的導(dǎo)電性能，通過特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可有效的避免雷擊對(duì)葉片造成的損傷。目前，就GFRP葉片的模量和強(qiáng)度來說，其臨界長(zhǎng)度大約是60m，而CFRP的比強(qiáng)度是GFRP的2倍，比模量約是GFRP的3倍，采用CFRP葉片能有效的增加臨界長(zhǎng)度。CFRP葉片大容量風(fēng)機(jī)已成為主導(dǎo)趨勢(shì)，這點(diǎn)在歐洲和亞洲非常明顯。
風(fēng)電葉片一直是PAN-CF的一大市場(chǎng)，2010年以來，全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展明顯減速，而我國(guó)的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)已失去國(guó)家的扶持和補(bǔ)貼，在激烈競(jìng)爭(zhēng)的環(huán)境下，風(fēng)電企業(yè)將更多的考慮經(jīng)營(yíng)成本和風(fēng)險(xiǎn)，不僅要考慮每千瓦的造價(jià)，更要重視度電成本，從風(fēng)電投資、風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本和發(fā)電量等綜合考慮，長(zhǎng)期來看，將有利于葉片的大型化和碳纖維化。隨著2011年全球風(fēng)電裝機(jī)增速有所下滑，但是預(yù)計(jì)2019年全球?qū)⑸a(chǎn)2.7萬臺(tái)風(fēng)機(jī)以及8.2萬片葉片，其中碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP)葉片將占全部葉片材料的7%左右，即需求量接近6.4萬噸/a.2010、2019年風(fēng)電所需碳纖維量分別為9990噸、64190噸，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到23%。
(2)碳纖維復(fù)合材料在CNG儲(chǔ)存的增長(zhǎng)動(dòng)能極大。壓縮天然氣(CNG)是一種較理想的能源，具有成本低、效益高、無污染、使用安全等特點(diǎn)，作為汽車動(dòng)力和生活燃料來源已有幾十年歷史。作為CNG儲(chǔ)存容器的氣瓶是CNG動(dòng)力的關(guān)鍵部件。由于CNG汽車的逐漸推廣，CNG氣瓶將具有十分廣闊的前景。
壓力容器是個(gè)具有較大增長(zhǎng)潛力的CFRP終端市場(chǎng)，特別是汽車的壓縮天然氣瓶(CNG)，2010年的需求量為1480t，根據(jù)我們測(cè)算到2019年有望增至11470t，將增長(zhǎng)8倍，約占碳纖維總量的10%，年復(fù)合增長(zhǎng)率27.4%。