根據(jù)原料及生產(chǎn)方式不同,碳纖維主要分為聚丙烯腈(PAN)基碳纖維、瀝青基碳纖維、粘膠基碳纖維等。但主要生產(chǎn)前兩種碳纖維。
據(jù)了解,目前全球碳纖維產(chǎn)能約3.5萬(wàn)t/a,預(yù)計(jì)到2015年, 其生產(chǎn)能力將達(dá)7.1萬(wàn)噸/年, 但需求增長(zhǎng)更快, 仍不能滿(mǎn)足需求。
我國(guó)市場(chǎng)年需求量6500t左右,屬于碳纖維消費(fèi)大國(guó)。但我國(guó)碳纖維2007年產(chǎn)能僅200t左右,而且主要是低性能產(chǎn)品,沒(méi)有形成規(guī);a(chǎn)業(yè),絕大部分依賴(lài)進(jìn)口,價(jià)格非常昂貴。比如標(biāo)準(zhǔn)型T300 市場(chǎng)價(jià)格曾高達(dá)4000~5000元/kg。由于缺少具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)支撐,國(guó)內(nèi)企業(yè)目前尚未掌握完整的碳纖維核心關(guān)鍵技術(shù)。我國(guó)碳纖維的質(zhì)量、技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模與國(guó)外差距很大,其中高性能碳纖維技術(shù)更是被西方國(guó)家壟斷和封鎖。
2008年我國(guó)全面啟動(dòng)和實(shí)施的大飛機(jī)重大專(zhuān)項(xiàng)整體配套項(xiàng)目中,包括了碳纖維在內(nèi)的諸多化工新材料項(xiàng)目。許多碳纖維研究項(xiàng)目或千噸級(jí)產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目紛紛啟動(dòng)。然而,由于我國(guó)碳纖維行業(yè)缺乏具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心產(chǎn)業(yè)化技術(shù),產(chǎn)業(yè)發(fā)展不會(huì)一蹴而就,但發(fā)展契機(jī)已到。
國(guó)家發(fā)展改革委于2008-2009 年組織實(shí)施高性能纖維復(fù)合材料高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化專(zhuān)項(xiàng),重點(diǎn)支持碳纖維、芳綸、高強(qiáng)聚乙烯纖維及其高性能復(fù)合材料的生產(chǎn)技術(shù)及關(guān)鍵裝備的產(chǎn)業(yè)化示范,以滿(mǎn)足國(guó)民經(jīng)濟(jì)以及航空航天等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求,培育一批具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的龍頭企業(yè)。
PAN基碳纖維
日本、美國(guó)的碳纖維生產(chǎn)商及我國(guó)臺(tái)灣的臺(tái)塑集團(tuán)均自行生產(chǎn)PAN原絲,保障了碳纖維的品質(zhì)及其穩(wěn)定性,并有效地控制了產(chǎn)品的制造成本。
據(jù)預(yù)測(cè),2008 — 2010年間,碳纖維小絲束(1K/3K/6K/12K/24K)的產(chǎn)能將增加1.9萬(wàn)t,2010年的理論產(chǎn)能將達(dá)到7.01萬(wàn)t。日本東麗公司作為碳纖維行業(yè)的先行者,為確保領(lǐng)先地位,計(jì)劃投資額約占全球碳纖維生產(chǎn)總投資額的33%;日本東邦Tenax公司在日本本土、歐洲和美國(guó)都投入了碳纖維工廠的建設(shè),約占全球產(chǎn)能總投資的20%。3家日本公司(東麗、東邦Tenax和三菱人造絲)的產(chǎn)能投資約占全球小絲束新產(chǎn)能的67%,而兩家美國(guó)公司(Hexcel公司和Cytec公司)僅占16%,我國(guó)臺(tái)灣的臺(tái)塑公司約占12%。
美國(guó)Zoltek公司近年來(lái)不斷創(chuàng)新,特別是在風(fēng)能葉片等產(chǎn)業(yè)用領(lǐng)域?qū)で笮掳l(fā)展。SGL公司也正在實(shí)施龐大的投資計(jì)劃。此外,2008年我國(guó)的大連興科碳纖維公司、土耳其AKSA公司的碳纖維新項(xiàng)目也正在建設(shè)中。
瀝青基碳纖維
1970年,日本吳羽化學(xué)通用級(jí)瀝青基碳纖維投入生產(chǎn),其商品名為Kreca®,大阪瓦斯化學(xué)公司的同類(lèi)瀝青基碳纖維的商品名為Donacarbo®,均系短纖維。其他已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)轉(zhuǎn)的瀝青基碳纖維生產(chǎn)商如表二所示:
2008年、2010年全球?yàn)r青基碳纖維的產(chǎn)能預(yù)測(cè) (t/a)
生產(chǎn)商 |
原料 |
產(chǎn)品類(lèi)型 |
纖維特征 |
商品名 |
2008年 |
2010年 |
日本三菱化學(xué) |
煤基 |
長(zhǎng)絲 |
中間相 |
Dialed |
180 |
600 |
日本石墨纖維 |
煤基 |
長(zhǎng)絲 |
通用級(jí)/中間相 |
Granoc |
1000 |
1250 |
Cytec公司 |
石油基 |
長(zhǎng)絲 |
中間相 |
Thornel |
400 |
400 |
總產(chǎn)能 |
|
|
|
|
1580 |
2250 |
由于具有較高的熱傳導(dǎo)性能,反向熱膨脹系數(shù)和超高的模量,瀝青基碳纖維適用于空間技術(shù)和人造衛(wèi)星領(lǐng)域;瀝青基碳纖維獨(dú)特的熱傳導(dǎo)性能,使其在高產(chǎn)出的電氣設(shè)備中顯示出良好的散熱效果;對(duì)有效載荷有嚴(yán)格限制的運(yùn)載火箭來(lái)說(shuō),瀝青基碳纖維增強(qiáng)材料在減輕重量上可起決定作用;瀝青基碳纖維的低密度、高熱導(dǎo)性能以及特殊的摩擦性能,對(duì)于其在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用十分有價(jià)值;而瀝青基碳纖維及其增強(qiáng)材料的穩(wěn)定性,也為設(shè)計(jì)制造出高性能與持久耐磨的制動(dòng)系統(tǒng)提供了理想材料;為了適應(yīng)開(kāi)發(fā)高模量制品的需要,碳纖維生產(chǎn)商的研發(fā)目標(biāo)已越來(lái)越多地轉(zhuǎn)向具有良好剛性和撓性的瀝青基碳纖維產(chǎn)品,因?yàn)樗軌蛱峁┮话憷w維材料難以達(dá)到的高性能。
在受到生態(tài)環(huán)境和能源雙制約的21世紀(jì),瀝青基碳纖維將會(huì)持續(xù)穩(wěn)定地增長(zhǎng),并成為在成本結(jié)構(gòu)上極具競(jìng)爭(zhēng)力的碳纖維品種,具有十分好的發(fā)展前景。
全球需求
2005 — 2008年間,全球用于碳纖維產(chǎn)能的投資已突破8億美元。生產(chǎn)能力從3.3萬(wàn)t上升到了5.7萬(wàn)t,預(yù)計(jì)2015年有望達(dá)到7.11萬(wàn)t。從1997 — 2007年,全球碳纖維產(chǎn)業(yè)以每年8%的速率增長(zhǎng)。目前,碳纖維國(guó)際市場(chǎng)的價(jià)格已在2004年的基礎(chǔ)上上升了65%左右。
全球碳纖維的需求將會(huì)成倍增長(zhǎng),估計(jì)2008年消費(fèi)量為3.89萬(wàn)t左右,2012年將達(dá)5.23萬(wàn)t,年均增長(zhǎng)率約為16%。
預(yù)計(jì)2012年大歐洲將消耗全球碳纖維的32%,北美約為32%,亞洲(除日本外)為22%,日本達(dá)14%。碳纖維的消費(fèi)趨勢(shì)十分清晰,運(yùn)動(dòng)和休閑制品是碳纖維的傳統(tǒng)應(yīng)用方面,但相對(duì)于其它蓬勃發(fā)展的領(lǐng)域,該領(lǐng)域已失去了先前的重要地位,預(yù)計(jì)2010年其消耗量將占總量的16%左右,年增長(zhǎng)速度保持在5%的適度水平。
碳纖維在航空航天工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)大幅增長(zhǎng),2010年將達(dá)22%左右,年增長(zhǎng)率約為20%。其中,波音公司和空中客車(chē)公司的巨大訂單是關(guān)鍵的影響因素。
2007 — 2012年產(chǎn)業(yè)用領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求狀況 t/a
應(yīng)用領(lǐng)域 |
2007 |
2008(預(yù)計(jì)) |
2009(預(yù)計(jì)) |
2010(預(yù)計(jì)) |
2011(預(yù)計(jì)) |
2012(預(yù)計(jì)) |
短切纖維 |
4700 |
5000 |
5400 |
5800 |
6100 |
6600 |
工業(yè)織物 |
700 |
800 |
800 |
900 |
1000 |
1100 |
海上船艦 |
1000 |
1200 |
1200 |
1200 |
1300 |
1300 |
土木工程 |
1200 |
1400 |
1600 |
1800 |
2000 |
2000 |
汽車(chē) |
1400 |
1800 |
2300 |
3000 |
3200 |
3400 |
壓力容器 |
2600 |
3300 |
4100 |
4700 |
5000 |
5300 |
風(fēng)能設(shè)備 |
3300 |
3600 |
3800 |
4100 |
4400 |
4600 |
其他 |
5100 |
6400 |
7100 |
7700 |
7600 |
8500 |
Carbon fibre capacities 2006 — 2014(t)(source:AJR Consulting LLC.)
|
2006 |
2007 |
2008 |
2009 |
2010 |
2011 |
2012 |
2013 |
2014 |
Small tow |
29750 |
37650 |
42950 |
49850 |
56200 |
5920 |
59700 |
60200 |
60700 |
Large tow |
9800 |
15800 |
20500 |
23750 |
23750 |
25750 |
31750 |
32250 |
32750 |
Total |
39550 |
53450 |
63450 |
73600 |
79950 |
84200 |
91450 |
92450 |
93450 |
Carbon fibre demand 2006 — 2014(tones).(source:AJR Consulting LLC.)
|
2006 |
2007 |
2008 |
2009 |
2010 |
2011 |
2012 |
2013 |
2014 |
CAGR |
Aerospace |
5210 |
5830 |
7250 |
9120 |
10700 |
11375 |
12230 |
12870 |
13580 |
13% |
Industrial |
15840 |
18285 |
21215 |
24255 |
27270 |
30690 |
34250 |
38405 |
42445 |
13% |
Sport |
6500 |
6750 |
7025 |
7485 |
7970 |
8285 |
8680 |
9015 |
9400 |
5% |
Total |
27550 |
30865 |
35490 |
40860 |
45940 |
50350 |
55160 |
60290 |
65425 |
11% |
碳纖維在產(chǎn)業(yè)用領(lǐng)域的應(yīng)用,在過(guò)去的5年間取得了明顯增長(zhǎng),2010年該領(lǐng)域的消耗量有望接近總消耗量的63%,年增長(zhǎng)速率在15%~18%之間。產(chǎn)業(yè)用的強(qiáng)勁增長(zhǎng)是基于全球大量有價(jià)值的工程項(xiàng)目的實(shí)施,如風(fēng)能建設(shè)、壓力容器、水面運(yùn)輸船具、土木工程、海上船只艦艇以及石油行業(yè)的工程開(kāi)發(fā)等。表三為2007 — 2012年間碳纖維在產(chǎn)業(yè)用領(lǐng)域的需求狀況。
注:本網(wǎng)轉(zhuǎn)載內(nèi)容均注明出處,轉(zhuǎn)載是出于傳遞更多信息之目的,并不意味著贊同其觀點(diǎn)或證實(shí)其內(nèi)容的真實(shí)性。