1000吨年碳纤维项目建议书

第一篇：1000吨年碳纤维项目建议书

1000吨/年碳纤维项目建议书

1项目背景

1.1 项目名称

碳纤维项目 1.2 项目建设规模

建设规模：1000吨/年 1.3 项目建设地址

黑龙江省七台河新兴煤化工循环经济产业园区 1.4 项目提出背景

2011年七台河市焦炭产能达到1000万吨，可以产生总量为25亿立方米的剩余煤气、45万吨煤焦油、12万吨粗苯。如果从黑龙江省范围考虑，按黑龙江省焦炭产量1500万吨计算，可以产生37.5亿立方米剩余煤气、67.5万吨煤焦油、18万吨粗苯。已经具备了向产品品种结构上深度开发的条件。目前生产的多数是化工的基础原料，是化工产品产业链的基础产品，是精细化工产品的“粮食”。要改变现有“只卖原粮”的局面，只有向精细化工领域迈进。

七台河市煤化工产业下步发展要继续以建立完善循环经济体系为重点，按照“稳煤、控焦、兴化”的总体发展思路，依托煤焦油、焦炉剩余煤气、粗苯这三条线，整合资源、集中优势，继续寻求延伸产业链条，搞好资源综合利用和延伸转化，实现资源循环利用、综合开发、高效增值，不断扩大煤化工产业的整体规模，形成全市工业经济加快发展新的增长极。

新兴煤化工产业园区位于七台河市新兴区辖区内，园区现有面积约4.7平方公里，一期增加2.9平方公里，达到7.6平方公里；二期将长兴乡马鞍村整村搬迁至长兴村，增加5.5平方公里，总体达到13.1平方公里；三期增加8.7平方公里，最终园区面积将达到21.8多平方公里，新兴煤化工产业园区是一个以煤焦化及下游产品为主体的产业园区。园区功能齐备，水、电、路等基础设施建设基本到位。

基于上述政策和资源条件，提出一系列煤焦油项目，1000吨/年碳纤维项目是其中之一。2产品性质与用途概述 2.1产品的理化特性 碳纤维是先进复合材料中最重要的增强材料，具有优良的耐腐蚀性能和耐久性能，高强高模，易于加工，是一种力学性能优异的新材料，它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性。与传统的玻璃纤维（GF）相比，杨氏模量是其3倍多；它与凯芙拉纤维（KF-49）相比，不仅杨氏模量是其2倍左右，而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃。

碳纤维微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构。它的比重不到钢的1/4，碳纤维单丝抗拉强度一般都在3500MPa以上，是钢的7～9倍，抗拉弹性模量为230～430GPa，亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000MPa/（g/cm3）以上，而A3钢的比强度仅为59MPa/（g/cm3）左右，其比模量也比钢高。材料的比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈高，则构件的刚度愈大。

沥青基碳纤维是指以沥青等富含稠环芳烃的物质为原料，通过聚合、纺丝、不熔化、碳化处理制备的一类碳纤维，按其性能的差异又分为通用级沥青碳纤维和高性能沥青碳纤维，前者由各向同性沥青制备，又称各向同性沥青级碳纤维，后者由中间相沥青出发制备，故又称为中间相沥青基碳纤维。沥青基碳纤维具有以下特性：

比重轻，密度小；超高强度与模量；耐磨耐疲劳减振性能等物理机械性能优异；耐酸、碱和盐腐蚀，可形成多孔、表面活性吸附性强的活性碳纤维；热膨胀系数小，导热率高，不出现蓄能和过热；高温下尺寸稳定性好，导电性、射线透过性及电磁波遮蔽性良好；具有润滑性，不沾润在熔融金属中，可使其复合材料磨损率降低，生物相容性好，生理适应性强。主要产品质量及技术性能指标如下表：

项 目

丝径 µm 拉伸强度 MPa 张力模量 GPa 电阻率 Ω·cm

密度 g/ml

含碳量 wt%

指 标 10~18 400~600 30~40 5~6.5 × 10-3 1.57 95

表1 沥青基碳纤维的主要性能指标

2.2产品的用途

在当前低碳经济的大环境下，汽车、风力涡轮叶片及压力容器等产品的新兴市场逐步兴起。尽管受到全球金融危机的影响，但高性能碳纤维的需求仍在不断升温，有机构统计表明，在全球航空航天、工业、文体休闲用品等领域中碳纤维的市场份额逐年递增。2.2.1 沥青基碳纤维在超高导热材料方面的应用 由于电子机器小型化、轻量化与高功能化，电子部件发热量增多。电子部件蓄热，使LSI（大规模集成电路）处理能力降低而导致电子部件损坏。因此，要求散热效率高的电子部件显得非常重要。

在现有的碳纤维中，沥青基碳纤维的导热系数超过900W/m·K，已被列入市场出售放热材料的最高类别。将该纤维加入树脂中加工成片材即可实现商业化，这种片材不仅具有高导热效率，同时实现优异的耐热性、柔软性和对凸凹状的适应性。这种导热材料在IC（集成电路）和CPU（电子计算机主机）等的发热体放出热量的散热部件中有广泛的应用。2.2.2 沥青基碳纤维在航空航天中的应用

碳纤维在航空航天装备的轻量化、小型化和高性能化上起着无可替代的作用。飞机通过使用碳纤维复合材料达到轻量化、节能化，使乘客数与飞行距离增加。据报道，波音777客机全机碳纤维耗用量达 7吨左右；A350超宽客机，其高性能轻质结构所占比例将达62%，成为空客公司第一架全复合材料机翼飞机。轻质“外衣”不仅能有效克服质量与安全之间固有的矛盾，还能大幅降低飞机能耗。A350的百千米油耗只有2.5L/人，几乎可以与现在的小汽车媲美。

在航天领域，高强碳纤维复合材料也是导弹、运载火箭、人造卫星、宇宙飞船等不可或缺的战略材料。采用碳纤维与高分子制成的复合材料制造的卫星火箭等宇宙飞行器，不仅推力大，噪音小，而且由于其质量较轻，所以动力消耗少，可节约大量燃料。据报道，航天飞行器的质量每减少1kg，就可使运载火箭减轻500kg。2.2.3 沥青基碳纤维在体育用品方面的应用

碳纤维复合材料可应用在高档文体休闲用品中，如高尔夫球杆网球拍和钓鱼杆等（碳纤维复合材料的高尔夫球杆要比金属杆轻近50%）；还可用于自行车、赛艇、赛车、弓箭、滑雪板、撑杆和乐器外壳等。

2009年7月，浙江一家企业开发生产的一体式碳纤维竞赛型自行车，在欧洲市场卖出了1万欧元一辆的天价，成为国内率先生产碳纤维自行车的企业。这种自行车复合材料的密度通常为1.6g/cm3，是钢的1/5，较铝材则减重40%左右，在自行车业界有这样的说法：自行车重量降低1克，卖价可提高1美元。2.2.4 沥青基碳纤维在汽车构件的应用

碳纤维材料是汽车制造的优质材料，在高级汽车关键部件中开始大量采用抗拉强度在3500MPa以上的碳纤维，使用碳纤维材料可以使汽车的轻量化取得突破性进展，并带来节省能源的效益。据悉，福特和保时捷生产的GT型赛车发动机机罩已全部采用碳纤维材料；奔驰轿车内装饰通用轿车底盘和内装饰材料全部采用碳纤维；宝马车的顶篷也采用碳纤维并进行技术处理，使其轻量化的同时保持金属材料的光泽。2.2.5 沥青基碳纤维在风力发电叶片中的应用

2010年碳纤维在风机叶片中的应用已成为继航空航天后的第二大应用。风电应用将推动大丝束（23K）碳纤维产量的增长。全球对清洁能源的需求还将促进终端产品制造商的持续投资，欧洲和亚洲在这一领域远远领先于美国，全球风机装机容量的增长速度正在加快，高碳纤维含量的长叶片制成的大容量风机将成为主要趋势。2.2.6 沥青基碳纤维其他方面的应用

目前，缠绕成型的高强轻质耐腐蚀碳纤维油套管已应用于海洋和深井钻采，国外已经形成成熟的系列配套技术。

碳纤维在抗震修补和增强措施中主要应用于工业与民用建筑物、铁路、公路、桥梁、隧道、烟囱塔结构等结构体的加固补强，以及结构中梁、板柱墙等构件的加固补强。碳纤维自重轻，强度高，耐久性好，抗腐蚀能力强，可耐酸、碱等化学品腐蚀，柔韧性佳，应变能力强，是桥梁加固和建筑物抗震补强的理想材料。

3国内外碳纤维的生产状况、市场简要分析

3.1碳纤维的国内外生产状况

世界工业化生产沥青基炭纤维共三家。日本吴羽900t/年、日本大阪瓦斯500t/年和美国阿什兰德200t/年，总产能不足2000t/年。据国外预测，每年需要3000～5000吨沥青基炭纤维，像美国福特公司决定刹车片全部使用炭纤维复合材料，以求改善其卡车刹车性能，一年就需要300吨。美国阿什兰德200吨/年生产石油系炭纤维装置转让给鞍山东亚炭纤维有限公司，产品全部售往国外。从原来的20～30t/年到目前每年300多吨销往国外，可见市场需求量在不断扩大。

我国从上世纪70年代中期开始研发高性能碳纤维，经过近40年的发展，已取得了长足的进展，并在航天主导产品上得到了广泛应用。20世纪60年代，由中科院长春应用化学研究所率先开始PAN基碳纤维的研究，70年代初完成了连续化中试装置。其后上海合成纤维研究所、中科院山西煤化所、北京化工大学、山东工业大学等也开始研究工作，并于80年代中期通过了中试，进入产业化试生产阶段，先后建成了从年产几百千克到几吨的小试装置和年产几十吨的中试装置。进入21世纪以来，国内碳纤维产业发展较快，安徽华皖碳纤维公司率先引进了年产500t原丝、200t PAN-CF生产装置，成功地填补我国碳纤维及原丝工业产业化生产空白。该公司还计划5年内在自主研发的前提下，将碳纤维的年生产规模发展到1000t，同时配套年产2500t原丝，其中一部分碳纤维用于军工领域，一部分通过制成下游产品预浸布后投放市场。从2000年开始，我国碳纤维向技术多元化发展，放弃了原来的硝酸法原丝制造技术，采用以二甲基亚砜为溶剂的一步法湿法纺丝技术获得成功。

近年来，国家有关部委已将碳纤维技术的产业化进程作为我国的一项战略任务。随后，一些企业相继加入碳纤维生产行列。目前，我国已有吉林神舟碳纤维公司、山东天泰新材料股份有限公司、浙江嘉兴中宝碳纤维有限公司、保定天鹅化纤集团、大连兴科碳纤维有限公司、山西恒天纺织新纤维科技有限公司等生产规模大小不一的碳纤维生产厂家，合计年生产能力为2310t。据不完全统计，目前拟建和在建的碳纤维生产企业有11家，合计生产能力为原丝年产量7100t、碳纤维1560t，其中在建企业为4家，合计生产能力为原丝年产量1100 t、碳纤维470t。

我国属于碳纤维消费大国，但我国2008年碳纤维产能仅2000t左右，而且主要是低性能产品，没有形成规模化产业，绝大部分依赖进口，由于缺少具有自主知识产权的技术支撑，国内企业目前尚未掌握完整的碳纤维核心关键技术。我国碳纤维的质量、技术和生产规模与国外差距很大，其中高性能碳纤维技术更是被西方国家垄断和封锁。

据杭城摩擦材料有限公司介绍，每年需要200吨沥青基炭纤维用于摩擦材料，该厂刹车片产量占全国20～25%，预测全国刹车片年用沥青基炭纤维800～1000吨。从冶金系统来看，仅闸瓦和轴瓦两种产品就需求炭纤维300～500吨。预测2012年以后炭纤维用量将达1000～1500吨。因此开发通用级沥青炭纤维及复合材料就国内市场而言，前景广阔，对炭素行业的技术进步和促进发展有着深远的意义。3.2碳纤维市场简要分析

尽管我国碳纤维生产发展较为缓慢，而消费量却一直呈逐年增加的趋势，市场需求旺盛。据有关部门统计，2008年我国碳纤维的年需求量已超过7000t，2010年超过8500t。主要应用领域为：成熟市场有航空航天及国防领域（飞机、火箭、导弹、卫星、雷达等）和体育休闲用品（高尔夫球杆、渔具、网球拍、羽毛球拍、箭杆、自行车、赛艇等），新兴市场有增强塑料、压力容器、建筑加固、风力发电、摩擦材料、钻井平台等，待开发市场有汽车、医疗器械、新能源等。近年来，中国航空航天技术的快速发展急需高性能碳纤维及其复合材料，我国体育休闲用品及压力容器等领域对碳纤维的需求也迅速增长，体育休闲用品的使用量最大，占消费量的约80%～90%。我国正处于经济快速增长时期，随着西部大开发、中部崛起、东北振兴等战略的不断深入，碳纤维将会越来越多地被用于建筑工程和结构制品中。同时，随着我国汽车业的不断发展，碳纤维有可能在我国被大范围的应用到工业领域中。另一方面人们物质文化生活水平的不断提高，会有越来越多的人参与各种运动休闲活动。考虑到我国对碳纤维的应用还在不断发展，许多用途还有待开发，碳纤维在我国将会有极为广阔的市场前景。此外，全球碳纤维市场发展迅速，需求量的不断增长对我国碳纤维行业的发展提供了难得的机遇。

现在，我国碳纤维复合材料已经具有一定的研究和应用水平，并形成了一支从设计、材料到制造配套的研发队伍。各大主机厂均已建立了较完善的复合材料生产手段和车间，完成了相应的技术改造，碳纤维复合材料在各种军、民机型号上已获得应用。不过，我们在应用规模与水平、设计的理念方法和手段、材料的基础和配套制造的工艺、设备等方面均与国外先进水平有一定差距，尤其是实际应用方面。如我国军用战斗机上碳纤维复合材料最大用量尚不足10%，世界军机的机翼自上世纪80年代后就早已复合材料化了，我国至今尚无批生产的复合材料机翼问世；最新研制的ARJ21支线客机复合材料用量不足2%。

碳纤维复合材料作为世界先进复合材料的代表，应用领域正不断拓宽，尤其是近年来其应用发展的多元化，使碳纤维年需求增长率达20%，2009年已达19.2亿美元，2013年将达23亿美元，未来5年其年均复合增长率将达5.02%，由此可见，全球碳纤维的市场需求将出现新的跃升趋向。沥青基碳纤维因生产成本低，市场价格低廉，再加上新用途的不断开发和扩大，需求量将会进一步增加，市场将进一步扩大，发展前景十分乐观。

4工艺技术方案简介

4.1碳纤维制备工艺简介

沥青基碳纤维原料主要是石油沥青和煤沥青，而煤沥青又有两种：一种是从煤焦油中提取的煤沥青；另一种是从煤中直接提取的煤沥青。沥青基碳纤维生产程序包括：原料预处理、调质改性（得到各向同性沥青或各向异性沥青）熔融纺丝、不熔化预氧化处理、惰性气氛下高温炭化或石墨化处理。

由各向同性沥青制得的碳纤维是低能级碳纤维即通用级（GPCF），而由各向异性沥青（中间相沥青）制得的是高能级碳纤维（HPCF）。如何把各向同性的普通沥青转变成各向异性的中间相沥青，这是生产高性能级沥青碳纤维的关键。同时，由于纺出的沥青碳纤维不熔化处理是通过化学反应来实现的，因此还要求原料具有一定的化学反应性。且炭化和石墨化时，要考虑碳的收率和石墨化性能，故沥青原料在纺成纤维之前要进行适当的调质改性处理，以调整其化学组成和结构。4.1.1 沥青原料的前处理

无论是通用级沥青基碳纤维还是中间相沥青基碳纤维，原料沥青都必须精制以脱除其中的一次QI，方法主要采用物理手段，如热溶过滤，离心分离，静置沉降分离，减压蒸馏，溶剂抽提等。用苯或甲苯等溶剂抽提除去轻组分，改变原料的相对分子质量分布，密集生成中间相的组份，利于中间相的转化；超临界抽提和旋转刮膜蒸发法是最近发展起来的两种新的沥青处理方法，具有高效、快速、使馏分分子量分布狭窄等特点。也有采用高温热处理使沥青中劣质活性组份优先形成中间相小球，并吸附沥青熔融相中的游离炭等固体杂质，然后采用热过滤或沉降等方法将其剔除，得到相对分子量分布较为均匀的原料沥青的化学处理方法。4.1.2 通用级沥青碳纤维的调制

为提高沥青的软化点及可纺性，须对原料沥青进行热处理，常用的方法包括：直接热缩聚法、氧化热缩聚法、与高聚物共聚合方法等。原料沥青经芳烃溶剂分离除去溶剂不溶物及其中的热反应组分后，再在减压条件下，通入氮气进行热处理，便可得到适合纺丝的原料；大阪煤气公司开发了空气吹扫氧化热缩聚法，即用空气或含低浓度氧的气体在100～400℃进行热处理，由于氧分子的交联，沥青缩聚成三维结构的高分子，它们为各向同性的QI，具良好可纺性。煤焦油沥青中添加质量分数0.2～2%的PVC树脂，氧气搅拌加热处理，可在沥青中引入烷基，从而使之具有更高的氧化反应性，促进不熔化处理，同时相对分子质量更大，软化点相应提高，由此制备的碳纤维与未加PVC的原料沥青相比，强度有相当幅度的提高。

4.1.3 高性能沥青碳纤维的调制

对于一般沥青而言，需要进行进一步的调制。针对不同原料的分子组成和结构，合理地进行碳化反应分子设计，有目的地对某些分子群加以修饰和改性，控制原料芳香分子以一个较为缓慢的中等速度缩聚成大尺寸的平面芳香分子，然后在碳化体系的较低粘度下逐渐达到平行堆积形成大尺寸的中间相球体，最后形成大域融并体。其主要方法包括直接热缩聚法、加氢还原法、共碳化法和催化改质法。4.1.4 沥青的纺丝

制备沥青基碳纤维时，首先要将沥青进行熔融纺丝。熔融纺丝可用喷吹、离心或挤压等方法。喷吹法在熔体流入喷丝头出口处时，喷吹热空气使之与纤维成一定的角度进行牵伸，可制得短沥青纤维。离心法是将熔体落在高速旋转的离心机内，利用离心力的作用使熔体分散牵伸成沥青短纤维。挤压法是将沥青熔体用泵或氮气压力送入纺丝主体，通过剪切力和牵伸力的作用使沥青的稠环芳烃片层大分子沿纤维轴向取向排列。纺丝工艺参数根据沥青的流变性能及要求而定，通常纺丝温度高于软化点30～100℃，纺丝压力最高达几个兆帕，卷绕速度为几十到1000m/min。

4.1.5 沥青基纤维的不熔化、碳化和石墨化处理

由于纺丝沥青是热塑性体，为了在碳化过程中保持其形态和择优取向。必须采用合适的氧化处理方法使之不熔化。不熔化方法主要有气相氧化法（空气、盐酸气、臭氧、NO2、SO2等）和液相氧化法（硝酸、硫酸、高锰酸钾、过氧化氢等）。通常，不熔化沥青纤维是在空气之类的氧化性气氛中于高温下完成，其起始温度在软化点以下，随热氧化反应的进行，组成沥青纤维的复杂有机分子相互交联，生成不熔不溶体。为提高纤维的力学性能，不熔化沥青纤维应在惰性气氛中进行碳化或石墨化。通常碳化是指1700℃以下进行热处理，而石墨化则是指在接近3000℃进行热处理。不熔化纤维在低碳化温度时，其含氧官能团以CO2和CO脱离，分子间产生进一步缩聚。在600℃以上伴随脱甲烷脱氢生成焦油状物质的热分解反应进行缩合反应，此时碳平面增长，碳的固有特性得到发展。随碳化温度的升高，单丝的拉伸强度从500℃开始很快增加，而模量直至600℃几乎不变，600℃以上才快速反应。随温度的升，中间相沥青纤维的抗拉强度和模量迅速提高。

4.2建议工艺流程

主要工艺过程

图1煤系沥青基碳纤维工艺流程示意图

煤沥青经溶剂沉降得到精制软沥青，精制软沥青计量进入薄膜蒸发器，载热剂夹套加热，轻沸点产品经过蛇管冷却后回收外销，高软化点沥青即为纺丝沥青，经静态混合器，齿轮泵，过滤器进入喷丝头，同时于喷丝头周边喷入定量定温的热空气，夹带沥青丝进入斜料斗，落入稳定化（即预氧化）金属输送网带上，送入氧化炉，进行预氧化处理。预氧化了的沥青丝，经传送带进入碳化炉，对流通入氮气，进行碳化，生产出合格的煤系沥青基碳纤维。

5项目实施的经济效益和社会效益简要分析

5.1项目实施的经济效益

本项目建成后，年生产沥青基碳纤维1000吨，目前市场沥青基碳纤维售价156元/kg，合15.6万元/吨左右，预计年销售收入15.6亿元，生产成本约7.6亿（详见表2），年销售收入税金及附加2.4亿元，预计可实现利润5.6亿元。

经估算，本项目总投资12亿元，投资回收期2.1年（不含建设期）。1000吨/年沥青碳纤维项目主要生产成本估算如下： 序号 1 1.1 1.2 2 3 4 5 6 项目名称 原材料 煤沥青 溶剂 燃料及动力 人员工资 管理费 设备折旧 年总成本

单位

吨 吨

人

年耗

10000 4000

150

单价（元）

2500 30000

30000

成本（万元）

14500 2500 12000 50000 450 1000 10000 75950

表2 生产成本估算表

5.2项目实施的社会效益

从目前情况看，该项目的社会效益，主要体现在如下方面：

1、本项目符合国家产业政策，有利于优化地区产业结构，带动周边地区经济发展，增加人民收入。

2、带动相关产业发展。该项目所需建材、原料、包装及服务均可在当地解决，有利于促进建材、机械、建筑、包装、运输、服务等多种产业的发展，激活相关产品生产和服务企业，加快当地经济发展和社会进步。

3、增加就业机会。在项目的建设过程中，可直接为建筑、安装部门提供就业机会，并间接为相关产业提供就业机会；项目建成后，所需工人从当地招聘，分流了当地农村剩余劳动力，缓解社会就业压力，一定程度上维护了社会和谐稳定。

4、促进当地经济发展。项目正常生产后，预计年上缴税金2.4亿元，对当地经济发展将发挥重要作用。

5、该项目的建设，可为建设单位带来可观的经济效益。能够提高煤焦油的利用价值，大大减少环境污染，是典型的煤焦油综合利用工程、节能工程，同时也是可降低区域环境污染的环保工程。是符合当前全球大力提倡的绿色环保能源要求的项目。推动我国精细化工产业的更新换代，为振兴东北老工业基地做出贡献。

第二篇：高性能碳纤维材料项目建议书

高性能碳纤维材料

项

目

建

议

书

第一章研究背景

一、定义

碳纤维是先进复合材料最常用的也是最重要的增强体。碳纤维是由不完全石墨结晶沿纤维轴向排列的一种多晶的新型无机非金属材料。化学组成中碳元素含量达95%以上。

碳纤维可分别用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得；按状态分为长丝、短纤维和短切纤维；按力学性能分为通用型和高性能型。通用型碳纤维强度为1000兆帕（MPa）、模量为100GPa左右。高性能型碳纤维又分为高强型（强度2000MPa、模量250GPa）和高模型（模量300GPa以上）。强度大于4000MPa的又称为超高强型；模量大于450GPa的称为超高模型。碳纤维制造工艺分为有机先驱体纤维法和气相生长法。有机先驱体纤维法制得的碳纤维是由有机纤维经高温固相反应转变而成。应用的有机纤维主要有聚丙烯（PAN）纤维、人造丝和沥青纤维等。将有机母体纤维（例如粘胶丝、聚丙烯腈或沥青）采用高温分解法在1000～3000度高温的惰性气体下制成的，其结果是除碳以外的所有元素都予以去除。气相生长法制得的碳纤维称气相生长碳纤维。

二、行业形势

虽然当前世界经济发展面临重重危机，但碳纤维的需求仍在升温。除了传统的航空航天领域外，汽车、风力涡轮叶片及压力容器等碳纤维新市场正在兴起。据相关部门预测，世界碳纤维需求每年将以大约13％的速度飞速增长，预期2012年聚丙烯腈(PAN)基碳纤维全球需求量将达6万吨，到2018年需求量将达到10万吨。7大碳纤维制造商——东丽、东邦、三菱丽阳、SGL、Hexcel、Cytec和Zoltek，已宣布计划在未来3～5年扩产78%，总投资额为87970万欧元(13亿美元)，短期看来碳纤维会供不应求。国际碳纤维市场发展迅速，需求量不断增长给我国碳纤维行业，提供了难得进一步发展的机遇。但我国碳纤维行业基础薄弱，产业发展需要技术、人才和资金的持续投入，而且其应用领域对产品品质的要求非常严格。客观地说生产企业应量力而行，整个行业也应发出明确的信息、引导企业正确投资，使我国碳纤维产业快速健康地发展。

第二章研究内容

一、碳纤维性质

碳纤维是一种力学性能优异的新材料，是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构。它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为230~430Gpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。材料的比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈高，则构件的刚度愈大，从这个意义上已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景。

综观多种新兴的复合材料（如高分子复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料)的优异性能，不少人预料，人类在材料应用上正从钢铁时代进入到一个复合材料广泛应用的时代。

二、碳纤维的产品形式及制造工艺

碳纤维有四种产品形式：纤维，布料，预浸料坯和切短纤维。布料指的是由碳纤维制成的织品。预浸料坯是一种产品，是将碳纤维按照一个方向一致排列，并将碳纤维或布料刚树脂浸泡使其转化成片状。切短纤维指的是短丝。按照不同的配比，这些产品和树脂一起应用将形成碳纤维强化塑料(CFRP)。将树脂附在纤维上可以制成压力容器和轧滚，将它们缠绕在一个芯儿上，然后进行塑化或硬化处理。这种方法被称为“缠绕成型法”。将布料放入一个模型中，然后用树脂浸泡，这就是所说的“树脂转注成型法(RTM)”。飞机元件的制造是通过在高压釜中给预浸料坯加热，加压和塑化成型而成的。将预浸料坯缠绕在一个芯儿上，然后将其加热和塑化，这就是所说的“薄片缠绕法”，用这种方法可以用来制成高尔夫球棒和钓鱼杆。

三、产品种类

1、聚丙烯腈基碳纤维

聚丙烯腈纤维制备碳纤维属于有机先驱体纤维法。即将有机纤维在200℃——400℃氧化介质（如空气、氧、臭氧、一氧化氮、二氧化氮、三氧化硫等）气氛中进行低温处理，纤维内部发生交联、环化、氧化脱氢、脱水、脱二氧化硫以及热分解等复杂的化学反应，使其变为热稳定型结构，能承受进一步高温处理，并保持现状而不熔融。此阶段是形成纤维的稳定化过程，也称预氧化。将这种纤维再在1000℃——1500℃的惰性气氛（高纯氮）中进行高温处理，此时纤维内部产生交联、环化、缩聚、芳构化等一系列化学反应。排除其中非碳原子，使碳含量达90%～96%，并形成石墨的乱层结构，即获得碳纤维。

PAN纤维分子易于沿纤维轴向取向，碳化收率（1000～1500℃）为50～55%，在脱除碳以外的杂原子时其骨架结构很少破坏，此外在180℃附件存在塑性，便于纺丝后的改性处理和经受高温碳化处理，这些特点使其成为迄今发展高性能碳纤维最受人注目的先驱体。先驱体纤维的质量和性质是生产高性能碳纤维的前提。优质的原丝具备高纯度、高强度、高取向度、细旦化、致密化、结晶度、原丝圆形截面形状，变导系数等性能。有了制造PAN基碳纤维的方法，也有了制造技术，所以制造高性能PAN基碳纤维原丝质量又成为一个技术焦点。事实证明谁掌握了制造高质量的PAN基原丝谁就掌握了主动权。

聚丙烯腈基碳纤维的生产主要包括原丝生产和原丝碳化两个过程。原丝生产过程主要包括聚合、脱泡、计量、喷丝、牵引、水洗、上油、烘干收丝等工序。碳化过程主要包括放丝、预氧化、低温碳化、高温碳化、表面处理、上浆烘干、收丝卷绕等工序。

2、沥青基碳纤维

沥青基碳纤维成为目前碳纤维领域中仅次于PAN基的第二大原料路线。沥青基碳纤维分为两大类：一类是通用级，由各向同性沥青制造；另一类是高性能级，由各向异性中间相沥青制造纤维。

3、粘胶基碳纤维 木材棉籽绒或甘蔗渣等天然纤维素与NaOH和CS2反应生成纤维素磺酸钠，提纯后采用一步或两步法制得粘胶，再经湿法纺丝成型和后处理等工序而制成碳纤维。

从粘胶纤维开发成碳纤维有三个主要步骤：a、低温分解过程（小于400℃）；b、炭化过程（小于1500℃）；c、石墨化过程（大于2500℃）。

由粘胶纤维热解制得的碳纤维的得率通常在10～30%，由粘胶纤维制得的碳纤维，横截面形状大多不规则，一般呈树叶状。粘胶基碳纤维主要用于耐烧蚀材料和隔热材料。到目前为止粘胶碳纤维仍占据着其他碳纤维不可取代的地位，仍是重要的战略物资。

粘胶基碳纤维产量不足世界碳纤维总产量的1%。它虽然不会有大的发展，但也不会被彻底淘汰出局。在碳纤维领域仍会占有一席之地。

4、活性碳纤维

活性碳纤维是随着碳纤维工业发展而开发的新一代多孔吸附材料，也是传统吸附材料粉状活性炭的更新换代产品，我国有许多生产厂，如山西东绿活性碳纤维厂、山西省长治市郊区霍家工业总司活性碳纤维厂、鞍山市化学碳纤维公司、辽源化工新材料厂、秦皇岛山海关金龙环保材料厂、安徽佳力奇碳纤维有限公司河北中环环保设备有限公司以及XX市活性碳纤维厂等。

生产活性特性及其制品的原料主要有粘胶丝、PAN基纤维、沥青纤维和酚醛纤维等。原料虽然不同，但生产工艺基本相似，需经前处理或稳定化、炭化和活化工序。生产原理完全不同于碳纤维。生产活性碳纤维的过程尽可能造孔，使其具有多孔结构，而生产碳纤维则不同，尽可能消除孔隙裂纹或孔洞。

5、气相生长碳纤维

气相生长碳纤维（VGCF）和螺旋形碳纤维(CCF)属于功能型碳纤维。

气相生长碳纤维（VGCF）以低碳烃类为碳源，过渡金属铁、钴、镍等及其他们的合金、化合物等超细离子为催化剂，在氢气还原性气氛中使其烃类热解（1100℃左右）成碳而制得纤维状产物。

螺旋形碳纤维(CCF)的生成过程中，催化剂是基础，助催化剂是必备条件，如果没有助催化剂的存在，则生成VGCF。催化剂是过渡金属等，助催化剂为S/P等，他们生成共晶体；助催化剂的存在可降低共晶体的熔点，有利于CCF的生成。

第三章研究方法

碳纤维可分别用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得；按状态分为长丝、短纤维和短切纤维；按力学性能分为通用型和高性能型。通用型碳纤维强度为1000兆帕（MPa）、模量为100GPa左右。高性能型碳纤维又分为高强型（强度2000MPa、模量250GPa）和高模型（模量300GPa以上）。强度大于4000MPa的又称为超高强型；模量大于450GPa的称为超高模型。随着航天和航空工业的发展，还出现了高强高伸型碳纤维，其延伸率大于2%。用量最大的是聚丙烯腈PAN基碳纤维。目前应用较普遍的碳纤维主要是聚丙烯腈碳纤维和沥青碳纤维。碳纤维的制造包括：纤维纺丝、热稳定化（预氧化）、碳化、石墨化等4个过程。其间伴随的化学变化包括：脱氢、环化、预氧化、氧化及脱氧等。

第四章测试研究数据来源

一、测试与标准

1、碳纤维的拉伸性能测试分单丝法和复丝法。

下面首先对于单丝法拉伸予以描述：碳纤维分离成为单纤维以后非常脆弱，剪切强度很低，稍有不慎就会断裂，因此在每次试验过程中，需要细心、耐心，不要对试样造成损伤。国际标准ISO11566《碳纤维单纤试样的测定》和日标JISR7601《碳纤维试验方法》指出了采用纸框法固定试样，当然也不排除其他方法。中国的方法标准正在制定中，但是，检测方面的论述已经有很多：苏州经贸职业技术学院、曲阜师范大学的张小英、张斌在2007年《纺织标准与质量》发表了《碳纤维拉伸性能的测试方法》，《纺织实验技术》（中国纺织出版社）《实验十五碳纤维强伸性能测试》等文章。单纤维强伸性能试验要采用能测试碳纤维的高强高模纤维强力仪，如CRE型碳纤维强力机（LLY-06E型电子碳纤维强力仪外观如图所示）。

2、试样制备

纸框法固定试样，剪取适当长度的该碳纤维试验样品，用钢针沿着纤维方向将其分离，使试验样品蓬松便于抽取。用取样盘来盛取试样，为保证测得结果的准确性，不能对碳纤维造成任何损伤。采用国外标准制作衬纸很麻烦，在试验过程中有人用电脑制图找到一个简单易行的方法。取0.1mm左右厚的打印纸做基片；按图1尺寸用Word制图，划出一个尺寸合适的框，复制满A4纸打印（图2是25mm隔距拉伸尺寸。若50mm隔距拉伸时，裁切线的长度应增加一倍）；直尺放与裁切线吻合后用刀片沿裁切线将实线部分裁除，然后两端贴上5mm宽的双面胶纸；抽取分离的单根碳纤维试验样品，沿中心虚线放上，并用双面胶纸固定。也可以用融化后的松香，将单根碳纤维“焊接”在纸框上，其“焊点”起到固定单根碳纤维的作用（试验证明：采用“焊接”方式没有双面胶纸固定方式好用，而且夹持试样时要离开“焊点”）；再用8～10mm宽的纸条，沿着裁切线宽度方向覆盖双面胶纸和试验样品端头，沿剪切线剪切分离成固定在单个纸框上的待测试样。注意碳纤维的取样比较困难，尤其处理后的碳纤维，很细，也很难分辨是一根还是两根，根据实验中曲线对比进行判断如果记录下的曲线斜率明显大于其他试样的很有可能是两根纤维，必要时可以用放大镜配合取样。

3、测试：

测试程序与仪器型号有关系。不同仪器型号其测试过程不同。下面分别用两种LLY-06E、LLY-06型单纤维强力仪的操作过程加以说明。打开仪器电源开关，设定操作程序，根据试验要求设定所需隔距，例如：25mm、50mm。

按试验要求设定试验拉伸速度（1～5）mm/min，本实验取：2mm/min，如果采用松香固定试样时，上、下夹持器夹持试样时要离开“焊点”，以免试样脱落和断裂。被测试样的一端夹持在电子式碳纤维强力仪的上夹持器上，试样另一端夹持在下夹持器上。采用恒定的拉伸速度拉伸试样，直至试样断裂。记录单次值的断裂强力和断裂伸长等技术指标，试验结束后仪器自动给出所有技术指标的统计值。和PC机联机可获得实时曲线，便于分析技术数据。

3.1、气动夹紧的拉伸试验（LLY-06E型）

将上述准备好的待测试样一端沿着裁切线宽度边缘，用上夹持器夹紧，另一端沿着裁切线宽度边缘被下夹持器夹紧，并将夹紧的待测试样两侧剪断，按“拉伸”，使下夹持器下行，试样断裂后，下夹持器自动返回。重复测试过程，做完设定次数。仪器会在试验过程中自动打印试验记录。由于夹持器没有直接夹持试样，减少了试样断裂在钳口的概率。该测试适用于气动夹紧夹持器的仪器。

如需联机，应在开启电源前接好PC接口，开启电脑、启动程序，根据要求设定数据，然后点击“实验”进入试验状态。

3.2、手动夹持器夹紧的直接拉伸试验（LLY-06型）由于社会上手动夹持、通用的单纤维强力仪较多，有人曾经在上面做过大量试验。这一类单纤维强力仪的夹持器不适合衬纸固定试样，只有用传统方式夹持拉伸，实践证明：只要仪器技术达标，虽然未曾拉伸断试样的概率比较高，细心一些也可以作，但是手法很重要。

将上夹持器取下平放在衬垫上，把一束碳纤维试验样品放在夹持器左前方；右手向右抽取一根碳纤维，左手推动夹持器（注：右手不动），配合碳纤维导入夹持器钳口内适当的长度，右手脱开试样，左手旋紧夹持器。

左手把夹持器挂在传感器的吊钩上，这时试样呈自然悬垂状态，右手轻轻将碳纤维导入下夹持器内，左手将下夹持器旋紧；按“拉伸”键下夹持器开始下行，试样断裂后下夹持器自动返回。重复此过程以完成设定次数，仪器会在试验过程中自动打印试验记录。在实验中，如果试样经常断裂在钳口，可以考虑在钳口包覆一层衬垫。需要指出的是：属于不加预张力的拉伸，预张力夹会使试样未曾拉伸先断裂，致使夹持试样失败。

4、结论:从测得数据来看出了单根碳纤维的特性：断裂强力比较小，断裂伸长率很小，拉伸曲线呈线性，屈服点和断裂点几乎吻合，如图则是碳纤维单丝拉伸曲线。

第五章市场研究

一、市场规模

我国碳纤维现阶段绝大部分依赖进口。2004年全国碳纤维用量为4000吨，2005年用量在5000吨，年增长率在20%以上，到2009年将达到7500吨/年，而国内现有生产设计能力为90吨／年，且由于国内原丝质量、生产技术及设备等原因，实际年产量仅为40多吨，无论是质量和规模与国外相比差距都很大。

我国PAN基碳纤维的研究与开发始于20世纪60年代初，“九五”以来，我国碳纤维的发展经历了规模不大的技术引进及碳纤维民用制品领域的拓展，在生产规模及产品应用方面取得了一定的进步。一些高等院校，如北京化工大学、安徽大学、中山大学等也相继开展了CF研究。但就碳纤维行业来说，还存在着很多问题，如原丝品质低下，CF性能指标与国外差距大且不稳定，小型试验性生产及CF制造成本高昂，技术上还不具备规模化生产水平等。

我国碳纤维的生产和使用尚处于起步阶段,国内碳纤维生产能力仅占世界高性能碳纤维总产量的0.4％左右,国内用量的90％以上靠进口。而PAN原丝质量一直是制约我国碳纤维工业规模化生产的瓶颈。另外,碳纤维长期以来被视为战略物资,发达国家一直对外实行封锁。因此,有关专家认为,强化基础研究是创新之本,是发展国内碳纤维工业的根本出路。

二、竞争态势

1、国外碳纤维形势分析

世界碳纤维的主要生产商为日本的东丽、东邦人造丝、三菱人造丝三大集团和美国的卓尔泰克（ZOLTEK）、阿克苏（AKZO）、阿尔迪拉（ALDILI）和德车的SGL公司等。其中日本三大集团占世界生产能力的75%。当前世界上PAN基炭纤维正处于迅速增长的发展期：产品性能趋向于高性能化，T700S加快取代T300作通用级炭纤维；产量增加较快，1996~2000增长48.1%；航天航空和体育用品用量增加稳定，民用工业用量增幅较大，已超过前两者，特别是随着大丝束炭纤维的大规模生产，价格的降低，民用工业需求增加迅猛。世界著名的碳纤维生产企业，它们都在积极扩展碳纤维生产，继续加强其在世界市场上的主导地位，并纷纷实现从原丝到下游复合材料一体化的配套生产体制，碳纤维及其下游产品己成为这些公司的支柱产业和新的经济增长点。美国是碳纤维生产大国，更是消费大国，世界碳纤维40%以上的市场在美国。美国1996年碳纤维生产能力约为4500ｔ，其中卓尔泰克（ZOLTEK）公司1997年在美国德克萨斯州的亚平伦城和匈亚利的布达佩斯附近建了5条碳纤维生产线，1997年的总生产能力达3000ｔ左右，一跃成为世界上生产碳纤维的最大集团之一。目前，美国正在开发碳纤维复合材料的五大新市场，即清洁能源车辆、土木建筑工程、近海油田勘探和生产、风力发电机大型叶片、高尔夫球杆和球拍。这是推动美国和世界碳纤维复合材料大发展的动力。随着碳纤维生产规模的扩大和生产成本的下降，在增强木材、机械和电器零部件、新型电极材料乃至日常生活用品中的应用必将迅速扩大。除日美之外，德国、英国和韩国也具有一定碳纤维复合材料生产能力。据预测，今后十年世界碳纤维及复合材料需求量将稳定高速增长。国外碳纤维及复合材料业已步入良性循环，而我国目前尚不具备国际竞争能力。

2、国内生产厂家

目前，国内研究开发以及生产碳纤维的呼声很高，发展趋势令人鼓舞。下面分别对各地区的开发情况作一简介。

(1)上海地区。最近上海石化公司召开了碳纤维原丝发展研讨会，该公司准备投资过亿元，采用NaSCN一步法生产数千吨PAN基原丝，真正形成工业规模生产。上海星楼实业有限公司也制定了一套碳纤维产业化发展计划，拟建立400t／a大丝束碳纤维生产线，总投资也超亿元(包括下游产品)。此外，上海市合纤所采用亚砜两步法研制和小批量生产PAN基原丝以及碳纤维；上海碳素厂也有小型碳化线及碳纤维下游产品。

(2)安徽地区。“十五”期间，国家已批准在安徽蚌埠建立500t／aPAN原丝和TR 200t／a碳纤维生产线，总投资过亿元。PAN原丝采用亚砜一步法，技术由国外引进；产品以12K的T300级碳纤维为主，并准备引进成熟的预浸料生产线。华皖集团(原蚌埠灯芯绒集团公司)二期建设规模将使碳纤维产量翻一番，达到400t／a。下游产品的开发也列入发展规划。

(3)浙江地区。中宝碳纤维责任有限公司在浙江嘉兴拟建400t／a大丝束碳纤维生产线，技术和设备引进，投资数亿元，并配套300万m2预浸料。该项目国家已批准，并积极开展了前期论证和考查工作。根据国内外市场动向及投资与回报等问题，暂缓建立碳纤维生产线，而集中力量开发预浸料等下游产品。同时，还成立了浙江省碳纤维工程技术研究开发中心，全面推进碳纤维事业。

(4)广西地区。桂林市化纤总厂拟建200t／a碳纤维生产线，产品为3—12K的小8-RD丝束碳纤维，投资也过亿元。

(5)山东地区。山东省已把碳纤维列入全省十大高技术产品开发工程首位项目。

有以下几个单位从事碳纤维及其制品的研究与生产，或准备介入碳纤维事业。

●山东天泰碳纤维有限责任公司。作为国家计委示范工程将建立400t/a生产线，碳纤维性能为T300级水平，产品以12K为主。计划400t/a投产后，再翻一番到800t/a，投资超亿元。技术协作单位是山东工业大学等。同时该公司积极开发和生产多种下游产品。

●青岛将建立50t/a左右的碳纤维生产线，青岛化工学院高分子工程材料研究所(恒晨公司)的介入，引起国内同行们的极大关注。

●山东威海光威渔具集团有限公司主要从事钓竿生产，碳纤维预浸布的规格有30余种。根据发展趋势，有可能向上游即PAN基原丝和碳纤维发展。此外，山东省东营生产力促进中心也在考虑招商引资建立碳纤维生产线，认为石油等工业是碳纤维的潜在市场。

(6)北京化工大学与吉化公司树脂厂，将依靠自己的技术建立500t/a原丝和200t/a碳纤维生产线。放弃硝酸法，采用亚砜一步法技术路线生产原丝。目前，正在进行中试实验。

(7)兰化集团化纤厂已有100t/a原丝生产线和预氧化生产装置，计划配套碳化装置生产碳纤维。原丝采用NaSCN一步法。该单位的晴纶生产线是我国从国外首次引进的，有丰富的生产经验和技术积累。

(8)吉林碳素厂是我国小丝束碳纤维生产基地，已向用户提供50余吨小丝束碳纤维，为国家作出了积极贡献。目前，该厂正在建立新的小丝束碳纤维生产线，扩大产量，以满足市场需求。

(9)中科院山西煤化所研制碳纤维已有30多年历史。在70年代中期，建成我国第一条纤维中试生产线；在90年代末期，又建成我国第一条吨级粘胶基碳纤维生产线。目前该所与扬州聚酯责任有限公司共建碳材料联合实验室，研制高性能PAN基碳纤维，并准备在扬州建立产业化基地。此外，山西榆次化纤厂是我国唯一用亚砜一步法生产PAN基原丝达数十年的单位，目前仍在生产。

三、行业投资的热点

碳纤维的生产工艺短、成本构成比较简单，根据实地调研、碳纤维相关行业资料及工艺参数，可以大体测算出碳纤维原丝、碳纤维的生产成本。

根据目前丙烯腈1.3万元/吨的销售价格，我们可以大体测算出碳纤维原丝及碳纤维的生产成本，碳纤维原丝及碳纤维的生产成本分别为4.4万元/吨、18万元/吨。

目前军工级碳纤维（3-6K）的售价为200万元/吨（这一点可以从吉林东方神舟碳纤维（*ST吉碳（000928）持股100%）年产10吨碳纤维，05年实现销售收入2295万元进一步得到验证），民用碳纤维（12K）的售价为55万元/吨，而碳纤维的生产成本为18万元/吨，如以民用碳纤维为例，其毛利为37万元/吨，即便加上3万吨的营业费用和33%的所得税率，民用碳纤维的净利润也用25万元/吨，如果考虑军品售价200万元/吨和33%的所得税减免，则其吨碳纤维的净利将会达到170万元/吨。由于巨额利润的驱使，将会导至碳纤维的快速增长。且碳纤维产业是由原丝（PAN）生产再到预浸料再到具体的终端产家这么一个产业链。每一级的深加工都有高幅度的增值。

四、行业项目投资的经济性

据美国市场调研公司Lucintel统计，2008年碳纤维的产值为15亿美元，其中体育用品和休闲设备约占整个碳纤维市场的18%～20%，其余则主要用于航空航天、商业以及工业等领域。

Lucintel公司表示，全球碳纤维市值在2004～2008年的5年中一直以两位数的速度增长，预计至2014年，产值有望达到24亿美元。不过，体育用品和休闲设备在2007到2014年间的年均增长率将保持在3%左右。

据相关部门预测，世界碳纤维需求每年将以大约13%的速度飞速增长，2010年，聚丙烯腈（PAN）基碳纤维的全球需求量将达5万t，到2012年将达6万t，预计到2018年需求量将达到10万t。虽然2008年第3季度后世界经济发展面临重重危机，但碳纤维的需求仍在升温。有关专家预计，未来几年全球碳纤维需求仍将以年均两位数的增幅保持快速增长，市场供应短缺至少将延续到2010年。短期看来，碳纤维会供不应求，但到2015年，供应可能会超过需求。

第六章预算

1、一期投入10亿，其中试生产投入5亿，研究投入5亿，另外可从国家、当地政府部门申请专项技术研究院财政补贴预计1亿元。

2、二期投入20亿，其中生产投入10亿，技术研究投入5亿，新品开发研究投入5亿。

第三篇：碳纤维

碳纤维——是由有机母体纤维（例如粘胶丝、聚丙烯腈或沥青）采用高温分解法在1000～3000度高温的惰性气体下制成的。其结果是除碳以外的所有元素都 予以去除。碳纤维呈黑色，坚硬，具有强度高、重量轻等特点，是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在 3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为23000~43000Mpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到 2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。材料的比强度愈高，则构件自重愈小，比模 量愈高，则构件的刚度愈大，从这个意义上已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景，综观多种新兴的复合材料(如高分子复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材 料)的优异性能，不少人预料，人类在材料应用上正从钢铁时代进入到一个复合材料广泛应用的时代。

碳纤维的用途主要是利用其“轻而强”和“轻而硬”的力学特性，广泛应用于航空、航天、军工、体育休闲等结构材料；利用其尺寸稳定性，应用于宇宙机 械、电波望远镜和各种成型品；利用其耐疲劳性，应用于直升飞机的叶片；利用其振动衰减性，应用于音响器材；利用其耐高温性，应用于飞机刹车片和绝热材料； 利用其耐药品性，应用于密封填料和滤材；利用其电气特性，应用于电极材料、电磁波屏蔽材料、防静电材料；利用其生体适应性，应用于人工骨、韧带；利用其 X-光透过性，应用于 X-光床板等。

此外，还可以活化成活性碳纤维，应用于各种吸附领域。具体应用例如：①钓鱼杆现年产量约1200万只，年碳纤维用量1200t；②高尔夫球杆随着轻量 化和长尺寸化的要求，现已占碳纤维体育用品用途的50％，年碳纤维用量为2000t；③网球拍的年市场规模约为450万只，年碳纤维用量约500t；④飞 机方面，小型商务机和直升飞机的复合材料用量已占70％一80％，军用机30％一40％，大型客机15％一20％；⑥人造卫星结构体、太阳能电池板和天线 要用高模碳纤维，先进的运载火箭和导弹壳体、发射筒等要用800H和 T300碳纤维等；⑥土木建筑领域，已用于补修加工用片材、建筑部件、代钢筋材料、屋顶构架材料等；⑦能源领域，已用于汽车的压缩天然气罐和风车叶片(长 达30-40m)、海底油田管道、升降机等；⑧交通运输方面，已应用于赛车、汽车传动轴、大型卡车车体等；⑨电子电器领域，已应用于增强热塑性树脂的挤出 成型品，如抗静电 IC盘、笔记本电脑的筐体，具有电磁波屏蔽效果；⑩其它，还有X-射线盒、医用床板、印刷、制膜、造纸等用的各种滚轴、空气或氧气呼吸用压力容器等等。

碳纤维产业是由原丝（PAN）生产再到预浸料再到具体的终端产家这么一个产业链。目前, 原丝的售价是40元～50元/公斤,碳纤维为200元/公斤,预浸料为500元/公斤,每一级的深加工都有高幅度的增值。

我国碳纤维的生产和使用尚处于起步阶段, 国内碳纤维生产能力仅占世界高性能碳纤维总产量的0.4％左右,国内用量的90％以上靠进口。而PAN 原丝质量一直是制约我国碳纤维工业规模化生产的瓶颈。另外,碳纤维长期以来被视为战略物资,发达国家一直对外实行封锁。因此,有关专家认为,强化基础研究 是创新之本, 是发展国内碳纤维工业的根本出路。美国联合碳化物公司（UCC）于1959年开始最早生产粘胶基碳纤维，五六十年代是粘胶基碳纤维的鼎盛时期，虽然时期已开始衰退，但是它作为耐烧蚀材料至 今仍占有一席之地。1959年，日本研究人员发明了用聚丙烯腈（PAN）原丝制造碳纤维的新方法。在此基础上，英国皇家航空研究院研制出了制造高性能 PAN基碳纤维的技术流程，使其发展驶入了快车道，PAN基碳纤维成为当前碳纤维工业的主流，产量占世界总产量的90%左右。1974年，美国联合碳化物 公司开妈了高性能中间相沥青基碳纤维Thornel-35的研制，并取得成功。目前Thornel-P系列高性能沥青碳纤维仍是最好的产品，这样就形成了 PAN基、沥青基和粘胶基碳纤维的三大原料体系。

世界碳纤维的主要生产商为日本的东丽、东邦人造丝、三菱人造丝三大集团和美国的卓

尔泰克（ZOLTEK）、阿克苏（AKZO）、阿尔迪拉（ALDILI）和德车的SGL公司等。其中日本三大集团占世界生产能力的75%。世界CT型碳纤维总生产能力为22100吨/年，LT型碳纤维总生产能力为9550吨 /年；实际生产量约为7000吨/年。

在20世纪90年代中期以前，军事工业、航天与航空工业与体育休闲业一直是CT型碳纤维的主要市场。自1996年美国成功地将LT型碳纤维工为化以后，CT型碳纤维与LT型碳纤维竞争十分激烈。

当前世界上PAN基炭纤维正处于迅速增长的发展期：产品性能趋向于高性能化，T700S加快取代T300作通用级炭纤维；产量增加较 快，1996~2000增长48.1%；航天航空和体育用品用量增加稳定，民用工业用量增幅较大，已超过前两者，特别是随着大丝束炭纤维的大规模生产，价 格的降低，民用工业需求增加迅猛。

目前，国内研究开发以及生产碳纤维的呼声很高，发展趋势令人鼓舞。下面分别对各地区的开发情况作一简介。

(1)上海地区。最近上海石化公司召开了碳纤维原丝发展研讨会，该公司准备投资过亿元，采用NaSCN一步法生产数千吨PAN基原丝，真正形成工业规模生产。上海星楼实业有限公司也制定了一套碳纤维产业化发展计划，拟 建立400t／a 大丝束碳纤维生产线，总投资也超亿元(包括下游产品)。此外，上海市合纤所采用亚砜两步法研制和小批量生产PAN基原丝以及碳纤维； 上海碳素厂也有小型碳化线及碳纤维下游产品。

(2)安徽地区。“十五”期间，国家已批准在安徽蚌埠建立500t／aPAN 原丝和200t／a碳纤维生产线，总投资过亿元。PAN原丝采用亚砜一步法，技术由国外引进； 产品以12K的T300级碳纤维为主，并准备引进成熟的预浸料生产线。华皖集团(原蚌埠灯芯绒集团公司)二期建设规模将使碳纤维产量翻一番，达到 400t／a。下游产品的开发也列入发展规划。

(3)浙江地区。中宝碳纤维责任有限公司在浙江嘉兴拟建400t／a大丝束碳纤维生产线，技术和设备引进，投资数亿元，并配套300万m2预浸料。该项目国家已批准，并积极开展了前期论证和考查工作。根据国内外市场动向及投资与回报等问题，暂缓建立碳纤维生产线，而集中力量开发预浸料等下游产品。同 时，还成立了浙江省碳纤维工程技术研究开发中心，全面推进碳纤维事业。

(4)广西地区。桂林市化纤总厂拟建200t／a碳纤维生产线，产品为3—12K的小丝束碳纤维，投资也过亿元。

(5)山东地区。山东省已把碳纤维列入全省十大高技术产品开发工程首位项目。有以下几个单位从事碳纤维及其制品的研究与生产，或准备介入碳纤维事业。

●山东天泰碳纤维有限责任公司。作为国家计委示范工程将建立400t/a生产线，碳纤维性能为T300级水平，产品以12K 为主。计划 400t/a 投产后，再翻一番到800t/a，投资超亿元。技术协作单位是山东工业大学等。同时该公司积极开发和生产多种下游产品。●青岛将建立50t/a左右的碳纤维生产线，青岛化工学院高分子工程材料研究所(恒晨公司)的介入，引起国内同行们的极大关注。

●山东威海光威渔具集团有限公司主要从事钓竿生产，碳纤维预浸布的规格有30余种。根据发展趋势，有可能向上游即PAN基原丝和碳纤维发展。此外，山东省东营生产力促进中心也在考虑招商引资建立碳纤维生产线，认为石油等工业是碳纤维的潜在市场。

(6)北京化工大学与吉化公司树脂厂，将依靠自己的技术建立 500t/a 原丝和200t/a碳纤维生产线。放弃硝酸法，采用亚砜一步法技术路线生产原丝。目前，正在进行中试实验。

(7)兰化集团化纤厂已有100t/a原丝生产线和预氧化生产装置，计划配套碳化装置生产碳纤维。原丝采用NaSCN一步法。该单位的晴纶生产线是我国从国外首次引进的，有丰富的生产经验和技术积累。

(8)吉林碳素厂是我国小丝束碳纤维生产基地，已向用户提供50 余吨小丝束碳纤维，为

国家作出了积极贡献。目前，该厂正在建立新的小丝束碳纤维生产线，扩大产量，以满足市场需求。

(9)中科院山西煤化所研制碳纤维已有30多年历史。在70年代中期，建成我国第一条纤维中试生产线；在90年代末期，又建成我国第一条吨级粘胶基碳纤维生产线。目前该所与扬州聚酯责任有限公司共建碳材料联合实验室，研制高 性能PAN 基碳纤维，并准备在扬州建立产业化基地。此外，山西榆次化纤厂是我国唯一用亚砜一步法生产PAN基原丝达数十年的单位，目前仍在生产。

从以上信息可以看出，当前发展态势有以下几个特点：①投入力度大；②规模大；③参与单位多，特别是大企业的参与；④起点高，采用多项新技术、新工艺；⑤自动化程度高，工控、程控在线配套使用；⑥逐步建立起质量控制和质量检测方法，特别是在线检测。

三、重视基础研究，建立自己的知识产权

当前，除极个别单位外，大多数准备引进项目的技术和设备水平属国际中下等，产品碳纤维也是这个档次，引进后的消化、吸收与创新是面临的重大课题。因 此，在引进的同时应该组织自己的技术队伍，在消化吸收的基础上求创新。如果只是沿着别人的脚印前进，就永远是跟在别人后面，不会占据制高点。从大量国外资 料可以清楚地看出，即使他们生产的碳纤维质量和产量占据世界榜首，但其新思维、新方法、新设备、新成果仍不断涌现，而不是墨守成规。日本东丽、东邦人造丝 和三菱人造丝公司的小丝束碳纤维产量占世界总产量的74％左右(表1)，而这3个公司发表的专利也相当多。例如：东丽公司目前生产的碳纤维T1000，抗 拉强度最高(7.02GPa)、单丝直径最细(5.3um)，可代表世界先进水平，但公司最新专利报道，其实验室已研制出新一代碳纤维，抗拉强度已达到 9.03GPa，比T1000提高了28.6％；单丝直径降到3.2um，比T1000细了39.6％。同时，该公司还开发截面形状为三叶形的PAN原丝 及碳纤维，以拓宽其用途。

基础研究是创新之源，已引起各级领导和有关单位的重视，上下认识一致，有的已开始实施，这是提高我国碳纤维工业技术水平的关键之一。目前国家“863 计划”以及有关部委都在关心我国碳纤维工业的发展及其产业化步伐，并给予强有力的支持。许多材料专家也扎扎实实的做了许多工作。无疑，“十五”将是我国碳 纤维工业产业化的黄金时代。

为了充实G大元的资产质量，大股东大连实德将旗下的中宝碳纤维公司部分股权以8.6折出售给上市公司。在此之前，G大元所持中宝碳纤维公司49%股权是全价受让所得。5月10日，G大元和大连实德下属的北京实德签署受让中宝碳纤维公司17.74%股权协议，受让金额约为984万元。相对中宝碳纤维公司的股本，等于 说G大元是以8.6折价格受让这部分股权的。在此次受让之前，G大元已经持有中宝碳纤维公司49%股权，但那是股权分置改革前全价受让所得。

G大元的公告说，此次重大资产购买的目的，是为了优化公司主营业务结构，增强核心竞争力和持续经营能力，改善公司的资产状况、提高盈利能力，以实现公司价值的最大化，从根本上保证长期健康发展，最大限度地保证广大中小投资者的利益。

中宝碳纤维公司于2004年1月正式投产，当年实现主营业务收入3010万元，2005年实现主营业务收入6600万元，净利润444万元。

碳纤维的发展在20世纪80年代表现为碳纤维的性能不断提高，新品种的不断问世；到了20世纪90年代，碳纤维的性能没有多大发展，市场需求主要是成本的降低，表现在商用大丝束的发展和碳纤维复合材料在建筑，交通运输等领域的扩大应用。

⑪产品性能不断提高

老品种性能不断提高，以日本东丽公司T300为例：T300在20世纪70年代初的拉伸强度为2450MPa；到20世纪80年代初，拉伸强度提高到 2940～3140MPa；在20世纪80年底中期拉伸强度为3300～3430MPa；从1988年起，拉伸强度稳定在3530MPa上下。

象东丽公司T300这样的标准模量级的高强度碳纤维占世界高性能碳纤维的90％；类似的品种还有Amoco的ThornelT300,Hercules的 AS4和BASF的CelionG30~500等，其性能为拉伸模量为207～235GPa，拉伸强度3450～3800MPa.⑫中模高强型碳纤维的开发复合材料的力学性能主要取决于增强碳纤维的力学性能。因此，提高纤维的性能对改善复合材料的性能起着关键的作用。对航空工业中广 泛使用的碳纤维，提高其性能尤为重要。事实上，随着飞机性能的提高以及复合材料在飞机上的应用部位的扩大，复合材料的设计师很快发现典型的T-300一级 碳纤维的性能偏低（主要表现在拉伸强度和断裂应变偏低），不能满足新的设计思想对减轻飞机结构质量，提高飞机性能，降低成本，节省能源等方面的要求，尤其 是对机翼，机身等主承力结构更是如此，因此开发性能优于T300的中模量高强度的碳纤维就显得极为重要。

⑬高强高模MJ系列碳纤维

1989年东丽公司在原高模量碳纤维M系列的基础上，开发了相应的高强高模MJ系列碳纤维新产品，使高模量碳纤维的强度得到较大的提高。开发使基于碳纤维微晶取向的最佳化从而得到高模量，使纤维缺陷降到最少得到高强度。

⑭高模量沥青基碳纤维

在开发高模量碳纤维过程中，要达到同样的模量，PAN基要比沥青基的处理温度高数百度。美国联碳公司开发的沥青基P系列碳纤维，碳纤维的模量已接近理论模量。

第四篇：碳纤维

碳纤维的应用

纤维复合材料的性能日臻完善，应用领域逐步拓宽。它不仅应用于航天航空和军事工业领域，而且在能源交通、信息通汛和建材领域等方面的应用与日俱增。新材料是新技术发展的物质基础，市场的需求促进了新材料的发展，加快了材料的更新换代。

一、碳纤维复合材料在高科技领域中的应用

1.在宇宙航天及战略武器方面的应用 随着科学技术的进步，人类活动范围已进入太空，各种宇宙飞行器、探测器、空间站和人造卫星等在太空轨道中飞行，航天飞机和战略武器重返大气层需经苛刻的高温环境，在这些恶劣的环境中飞行，碳纤维复合材料以它具有密度小；高温下具有较高的比强度和比模量；而且在高温下不熔不燃，仅仅是烧蚀；巳热膨胀系数小，尺寸稳定；抗热冲击力强；热导率高，耐磨抗磨抗辐射；使用寿命长的特点，起到了不可代替的特点。

（1）.运用碳纤维混杂增强树脂基复合材料，可以用来制造航天飞机的舱门、机械臂和压力容器等，还可以混杂些硼纤维来增强铝或钛基金属复合材料用来制造机体、推力支撑件。由于碳纤维的密度小，还实现了航天飞机自身减重的目的。

（2）.战略导弹弹头的材料采用的是一种耐热、耐腐蚀的酚醛树脂材料，用碳纤维参杂其中合成后，可以用来制造导弹头部大面积放热层。

（3）.人造卫星大量采用以碳纤维复合材料为主体的先进复合材料。它们具备轻、刚和减振吸能的性质以及热膨胀系数小、热导率大的特性，以满足发热时的振动、入轨后在温度恶劣的环境中得以工作。

2.在高新技术方面的应用

（1）.正负电子对撞机配套的CFRP构件

采用碳纤维来增强环氧树脂复合材料的湿式缠绕工艺制得束流管漂移室内、外筒构件，不仅满足设计要求，还大大提高了功效。

（2）.在核聚变方面的应用 在核聚变过程中，氢（H）原子同位素氘（D）和氚（T）形成燃料生成氦（He），除了释放大量能量之外，还释放出高能中子（n），用碳纤维来替代石墨作为第一内壁的热内衬，可以在失控或者运行不当时作为原液的紧靠件。

（3）.铀的分离与浓缩

由于碳纤维材料强度高、密度低，可以用来作为分离铀旋转体的材料之一，使得分离效果倍增。

3.航空领域中的应用

在保证飞行安全的前提下，飞机自重愈轻，飞得愈快、愈高，就可以增加航程或增加净载质量。这就要求使用的材料具有轻质、耐磨擦的特点，而碳纤维复合材料在这一领域中也展露出头角。

（1）.先进飞机的制造

过去，铝合金和钛合金是制造飞机的主要材料之一，而现在一些先进飞机采用的则是一种比铝合金还轻的碳纤维增强复合材料（CFRP），CFRP的比强度、比模量优于金属材料，特别是线膨胀系数大大低于金属材料，使得CFRP在飞机上的应用变得逐渐广泛。

（2）战斗机

战斗机结构材料轻量化，可以减少油耗，延长作战时间，而且能飞得更高更快，机动性变得灵活，大大提高了战斗机的生存和作战能力。例如隐形轰炸机B-2采用的是一种异性截面碳纤维，其雷达散射面积降到0.1~0.3㎡，大大提高作战能力。

（3）.制动刹车材料

飞机着陆依靠刹车制动装置才能在有效长度的跑道上停下来。采用碳纤维复合材料制造的刹车片可以减重降耗，可以使在制动刹车过程中产生的摩擦热能够较快的散逸，从而减少刹车片的磨损量，以提高刹车片的使用寿命。

二、碳纤维复合材料在民用领域中的应用

1.汽车及其交通运输领域中的应用（1）.汽车工业

在汽车轻量化汽车工业大量采用新材料使其轻量化，可显著提高汽车的整体性能并节省燃油，减小行驶阻力和提高机械效率都能降低汽车的耗油，最有效的措施就是减轻车的质量和改善发动机的有效功率。采用碳纤维复合材料制造汽车构件不仅可以使汽车轻量化，还可以是其具有许多功能特性。例如用CFRP制造的发动机挺杆，里哦那个其阻尼减振性能，可以降低振动和噪声，行驶有舒适感。又如用CFRP制造的传动轴，不仅具有阻尼特性，而且由于CFRP高的比模量可以提高转速，使得行驶速度加快。同样，用CFRP制造的板簧性能也优越于钢制板簧。此外，碳纤维制造的非石棉刹车片不仅使用寿命长还无污染；碳纤维增强橡胶制造制造轮胎的胎面胶，可以延长轮胎的使用寿命；利用碳纤维的导电性能，制造座位的坐垫和靠枕，冬季行车舒适；用活性炭纤维制造空气净化器，可以消除车内的污染空气。

（2）.铁路交通

磁悬浮高速列车由无接触的电磁悬浮、导向和驱动工系统组成。电流通过线言圈在周围产生浮动磁场，并受到安装在高速列车下方的些悬浮磁铁的吸引或激发而推动列车前进。磁铁的核心部分是超导线圈，并以液氦(4．2K)冷却。该线圈在大气温度(300K)下的磁铁外槽内由负载支撑体支撑，支撑体除要求刚性和强度外，还应具备隔热性能。这可采用纤维复合材料。在室温(300K)附近GFRP的热导率最低；在液氦(4．2K)低温下，CFRP的热导率较低；在较宽温度范围内，AFRP的热导率都比较低。就综合力学和热性能而言，可采用CFRP制造支撑体。

铁路机车由钢材料制造→铝合金材制造→铝合金与不锈钢混杂制造不断的演变成现在的用耐火性优异的酚醛树脂为基体的CFRP，不仅实现了车辆轻量化，而且防火，运行中的噪声低。

2.新能源

（1）.质子交换膜燃料电池

采用超薄石墨纤维布或者碳纤维纸来制造质子交换膜，不仅具有气体扩散层作用，又具有传递电子的功能。

（2）.锂电池

以低结晶性碳纤维材料作为锂电池的负极材料，低温热处理碳材料的结晶较低，尤其是难石墨碳化，不同于石墨插层化合物(GIC)的结构。在这种低取向的乱层结构中，锂离子可以插层到局部微晶碳层中，也可嵌入到它们之间的开孔中。酚醛树脂、糠醛树脂等在1100℃炭化后属于难石墨化碳，呈现出较大的充放电容量。特殊结构的有机化合物，经热解处理后，大多属于这类难石墨化碳，同样呈现出较大的充放电容量。它们作为二次锂离子电池的负极材料具有优良的性能价格比，是当前开发的重要实用性课题，有着广阔的市场前景。

（3）.双层电容器近年来，双垫层电容器与二次电池配合使用，通过其平衡或抵消所需短时间的高负荷，可作为电动汽车的电源等。双层电容器的正极和负极采用超级表面活性炭或活性碳纤维布；电解质采用水溶性电解质或有机溶液系电解质，前者耐压低，在1．2V以下；后者耐压高，在2．8—3V之间。但前者的导电率是后者的10倍左右，充放电的电流较大。电容量C与电极比表面积S成正比，因此所用电极材料的比表面积应在2000~3000㎡/g之间，同时，离子半径一般以A为单位，要求有纳米尺寸的孔径，也就是说，要求活性炭或活性碳纤维布为中孔发达的材料，2nm以下的孔要尽可能少。而酚醛基活性炭微球或酚醛基活性碳纤维布在制造过程中可调控比表面积和孔径尺寸，易制得大比表面积的中孔型制品，是较理想的双层电容器的电极材料。

此外，碳纤维还可以改善传统铅酸蓄电池的性能，在铅粉活性物质中加入短碳纤维(2mm长)和聚乙烯粉末(熔点为120℃)，混匀，热熔，加入硫酸水溶液调制成糊状铅膏，涂糊到板栅上，可防止活性物质的脱落和膨胀，提高其放电容量

3.在太阳能领域中的应用

太阳能领域中的应用衬板太阳能是取之不尽、用之不竭的无污染再生能源。太阳能的开发利用已是当今社会获取洁净能源的一条有效途径

（1）.航天器的太阳能电池

充分利用碳纤维复合材料的比强度、比模量高，热膨胀系数小和抗辐射的特性，用来制造蜂窝结构与碳纤维或石墨纤维蒙皮复合而成的轻型太阳能电池板已广泛的适用于各种韦新及宇宙航天器上。

（2）.太阳能电池

在设计和制造半导体太阳能电池时，基板的热性能要与半导体相近，而且要求电阻率比半导体层低，碳纤维复合材料完全满足这一条件，它具有的导电性好、热膨胀系数小和耐热性好使得它成为制造半导体太阳能基板和电池的首选。

（3）.太阳能暖屋

太阳能暖屋太阳能暖屋是目前开发的零能源住宅。核心部分是碳纤维薄板集热器、碳纤维薄板和嵌入式碳纤维薄板集热器。它们吸收太阳光的光能后与室内冷空气通过热交换器进行热交换，另一部分热能则贮存在蓄热材料中；如果冷水与热交换器进行热交换，则可得到热水而贮存在热水贮罐中。如果将嵌入式碳纤维薄板集热器与碳纤维薄板集热器联用并与屋壁、屋顶组装一体化，则既可暖屋，又有热水可用。

4.土木建筑和基础设施（1）.建筑及住宅材料

短切碳纤维增强水泥（CFRC）可以制造各种幕墙版，实现现代材料的轻量化。特别是沿海建显示出来的耐腐蚀性。利用碳纤维的导电性可以用来制造发热元件为碳纤维制的面状发热体，从而制造暖地板。

（2）.维修加固材料

碳纤维复合材料在维修加固土木建筑和基础设施方面的应用已取得长足发展，成为碳纤维市场的新增长点。现在，年久失修的桥梁、旧码头都采用CFRP维修加固的。此外，CFRP也是维修加固文物建筑的优良材料。

（3）.电磁屏蔽材料

在信息化高度发展的今天，信息通讯遍布全球，电磁波干扰和机密泄露等新问题需要解决，解决方法之一就是建造电磁波屏蔽室，可以用碳纤维增强水泥（CFRC）和增强木材（CFRW）来制造建筑材料的屏蔽室。此外，可以用短切碳纤维增强热塑性树脂（CFRTP）来制造电子设备的屏蔽壳体。

5.医疗器械和医用器材（1）.高性能医疗器械

在为患者使用X射线机检查是，使用CFRP床板，大大减轻了X射线对患者的危害，而且可以得到清晰的诊断信息。CFRP还广泛的应用在超声波诊断仪、CT扫描、手术台、放射用床板、轮椅、担架上。

（2）.生物体用材料

碳纤维与生物具有良好的组织相容性和血液相容性，可作为生体植人材料；同时发现，碳纤维具有诱发组织再生功能，促进新生组织的再生并在植入碳纤维周围形成。例如人造器官、人造关节以及人造牙根牙床等，都在医疗上得到了充分的利用。

（3）.医用材料

碳纤维还广泛的用于外伤包扎带、医用电热毯和防毒衣服和口罩的生产上，具有一定的拉伸强度和柔软性、透气性和杀菌功能。

6.体育娱乐器材

世界碳纤维总量的三分之一用来制造体育娱乐器材。高档的羽毛球拍、网球拍、钓竿、高尔夫球棒和赛车等几乎都是以碳纤维复合材料制造的

（1）.钓竿

CFRP钓竿轻而强、刚而挺勃，不仅大大降低了垂钓者的操作强度，而且钓竿微妙的振动可快速地传递给垂钓者，大大增加了垂钓的概率。

（2）.高尔夫球棒

为提高球棒击出后飞行的距离和把握方向性，球棒的长柄要轻棒头要重而且不能扭曲，采用具有高强大的拉伸作用的CFRP制造的球棒是最佳选择。

（3）.网球、羽毛球球拍

为保证接球之后球拍的弦线紧绷而不断，球拍框的几何形状不变，采用高比强度、比模量和具有减振阻尼左右的CFRP制造的球拍能好好的保证这一效果。

7.碳纤维密封材料

碳纤维增强聚四氟乙烯(PTFE)等复合材料是优异的密封填料，也是石棉密封填料的更新换代产品。这种新型密封填料具有耐高温、耐高压、耐磨损、耐腐蚀、热膨胀系数小、自润滑和使用寿命长等一系列优异性能，广泛用于化学化肥、石油化工、发电能源、轻工造纸和轻纺机械等许多领域。

8.耐热织物

以预氧化纤维制造耐燃织物及特种服装的工艺流程如图13．49所示。由预氧丝经纺纱织布制得的布柔软性、服用性好，形状不易变形，尺寸稳定，适于制造各种特殊服装。同时，由预氧丝布可以进一步深加工成碳纤维布、活性碳纤维布和石墨纤维布。在生产过程中，牵切制条和粗纺、细纺有一定的技术难度，预氧丝不同于一般的纺织纤维，因为预氧丝有一定刚性，不易卷曲，抱合力差，制成均匀的条很不容易。这个技术难点已被突破，已经进行了批量生产。

9.环保方面的应用

（1）.净化气体和回收溶剂

用活性炭纤维毡或者活性炭纤维布制成的具有瓦楞结构的ACF纸，不仅能大大减少同气阻力，还能提供很大的接触面积，提高了吸附速度和吸附容量，在净化空气和回收溶剂上的道理实际的应用。

（2）.净化水 传统的净化水机中使用颗粒状的活性炭作为吸附器里的吸附物质，而用纤维状活性炭比颗粒状活性炭对水中残留氯的分解速度快得多，对引饮用水的净化更为有效。

（3）.脱硫及回收硫酸

发电厂及一些冶炼厂排废气时需要进行脱硫，并以硫酸的行驶回收。含硫化物废气进入活性炭吸附塔，二氧化硫被吸附，在加热的再生塔中脱附出二氧化硫，进入活性炭纤维层时，被ACF表面活性点吸附，二氧化硫被氧化成三氧化硫，再与体系中的水反应生成硫酸。

参考文献：

周玉娟．美国载人宇宙飞船再人热防护系统发展概况．材料工艺，1973，3：76—97 韩红硕．航天飞机轨道器结构材料的热防护材料．材料工艺，1980，5：24—49 贺福，王茂章．碳纤维及其复合材料．北京：科学出版社，1995 霍肖旭．碳纤维复合材料在固体火箭上的应用．高科技纤维与应用，2000，25(3)：1一7

第五篇：5万吨年苯加氢项目建议书

5万吨/年苯加氢项目建议书

1项目背景

1.1 项目名称

粗苯加氢精制项目 1.2 项目建设规模

建设规模：5万吨/年 1.3 项目建设地址

黑龙江省七台河新兴煤化工循环经济产业园区 1.4 项目提出背景

2011年七台河市焦炭产能达到1000万吨，可以产生总量为25亿立方米的剩余煤气、45万吨煤焦油、12万吨粗苯。如果从黑龙江省范围考虑，按黑龙江省焦炭产量1500万吨计算，可以产生37.5亿立方米剩余煤气、67.5万吨煤焦油、18万吨粗苯。已经具备了向产品品种结构上深度开发的条件。目前生产的多数是化工的基础原料，是化工产品产业链的基础产品，是精细化工产品的“粮食”。要改变现有“只卖原粮”的局面，向精细化工领域迈进。

七台河市煤化工产业下步发展要继续以建立完善循环经济体系为重点，按照“稳煤、控焦、兴化”的总体发展思路，依托煤焦油、焦炉剩余煤气、粗苯这三条线，整合资源、集中优势，继续寻求延伸产业链条，搞好资源综合利用和延伸转化，实现资源循环利用、综合开发、高效增值，不断扩大煤化工产业的整体规模，形成全市工业经济加快发展新的增长极。

新兴煤化工产业园区位于七台河市新兴区辖区内，园区现有面积约4.7平方公里，一期增加2.9平方公里，达到7.6平方公里；二期将长兴乡马鞍村整村搬迁至长兴村，增加5.5平方公里，总体达到13.1平方公里；三期增加8.7平方公里，最终园区面积将达到21.8多平方公里，新兴煤化工产业园区是一个以煤焦化及下游产品为主体的产业园区。园区功能齐备，水、电、路等基础设施建设基本到位。

基于上述政策和资源条件，提出一系列煤焦油项目，5万吨/年苯加氢项目是其中之一。2产品性质与用途概述

2.1产品的理化特性 2.1.1 苯的理化性质

纯苯在常温常压下为具有芳香气味的无色透明挥发性液体。沸点80.1℃，能放出有毒蒸气。苯是一种不易分解的化合物，与其它化学物质发生反应时，其基本结构不变，仅仅是苯环中的氢原子被其它基团取代而已。苯的蒸气能与空气形成爆炸性的混合物。液态苯比水轻，但其蒸气比空气重，遇到高热或明火极容易引起燃烧和爆炸。苯蒸气能扩散很远，遇到火源就燃烧，并能把火焰沿气流引回来。苯容易产生和积聚静电。苯与氧化剂接触反应激烈。苯难溶于水，但易溶于酒精、乙醚、丙酮、氯仿、汽油、二硫化碳等有机溶剂。

焦化苯的质量标准GB/T 2283-2008如表1：

项目

外观

颜色（铂-钴）不限于 密度（20℃）/（g/cm3）

苯的含量（质量分数）/% 不小于 甲苯的含量（质量分数）/% 不大于 非芳烃的含量（质量分数）/% 不大于

馏程[大气压101.325Pa，（包括80.1℃）]/℃

不大于

优等品

一等品

合格品

透明液体，无可见杂质 0.878~0.881 99.90 0.05 0.1

---

20#

0.876~0.881 99.60------------------

0.9

表1 焦化苯质量标准

2.1.2 甲苯的理化性质

甲苯为无色有折射力的易挥发的液体，气味似苯。相对密度0.866(20/4℃)。熔点-95～-94.5℃，沸点110.4℃，自燃点480℃。蒸气与空气混合物的爆炸极限1.27～7%。几乎不溶于水，与乙醇、氯仿、乙醚、丙酮、冰醋酸、二硫化碳混溶，遇热、明火或氧化剂易着火。遇明火或与下列物质反应：(硫酸+硝酸)、四氧化二氮、高氯酸银、三氟化溴、六氟化铀，引起爆炸。流速过快(超过3米/秒)有产生和积聚静电危险。

焦化甲苯的质量标准GB/T 2284-2009如下表：

项目

外观

优等品

一等品

合格品

透明液体，无沉淀物及悬浮物 颜色（铂-钴）不大于 密度（20℃）/（g/cm3）

酸洗比色（按标准比色液）不深于 苯的含量（质量分数）/% 不大于 非芳烃的含量（质量分数）/% 不大于 C8芳烃（质量分数）/% 不大于 总硫/（mg/kg）

溴价（g/100ml）不大于 水分

馏程[大气压101.325Pa，（包括80.1℃）]/℃ 不大于

20#

0.864~0.868 0.861~0.870

0.15 0.20 0.25 0.10------1.2------0.10------2 150---------0.2

室温（18~25℃）下目测无可见不溶解水

---

1.0

2.0

表2 焦化甲苯质量标准

2.2产品的用途 2.2.1 纯苯的用途

我国纯苯消费结构如下：27.25%用于合成苯乙烯，聚酰胺树脂（环己烷）约占12.65%，苯酚约占11.37%，氯化苯约占10.98%，硝基苯约占9.8%，烷基苯约占7.84%，农用化学品约占5.65%，顺酐约占4.71%，其它医药、轻工及橡胶制品业等约占9.84%。苯乙烯是纯苯最主要的消费用途，生产能力约70～100万吨/年。环已烷是仅次于苯乙烯的纯苯消费产品，主要用于生产尼龙6和尼龙66等产品，国内产能达到30～45万吨/年。苯酚是消耗纯苯较多的化工产品之一，我国苯酚的需求增长较快，氯化苯的产量约为20万吨/年，对纯苯的需求量将以年均3%的速度增长。硝基苯产量约为25万吨/年，预计近期内对纯苯的需求将以每年5%的速度增长。烷基苯的产量约35万吨/年，预计近几年对纯苯的需求会以年均5%的速度增长。顺酐的产量增长很快，1990年顺酐产量仅为1.98万吨，目前产量约为7.8万吨/年，其对纯苯的年需求增长率估计将达到7%。蜡、树脂、油的溶剂：合成化学制品和制药的中间体。86%的苯用于制造苯乙烯、苯酚、环乙烷和其他有机物。剩余部分主要用于制造洗涤剂、杀虫剂和油漆清除剂。苯可作为汽油一种成份，含量<2%。2.2.2甲苯的用途

甲苯大量用作溶剂和高辛烷值汽油添加剂，也是有机化工的重要原料，但与同时从煤和石油得到的苯和二甲苯相比，目前的产量相对过剩，因此相当数量的甲苯用于脱烷基制苯或歧化制二甲苯。甲苯衍生的一系列中间体，广泛用于染料、医药、农药、火炸药、助剂、香料等精细化学品的生产，也用于合成材料工业。甲苯进行侧链氯化得到的一氯苄、二氯苄和三氯苄，包括它们的衍生物苯甲醇、苯甲醛和苯甲酰氯（一般也从苯甲酸光气化得到），在医药、农药、染料，特别是香料合成中应用广泛。甲苯的环氯化产物是农药、医药、染料的中间体。甲苯氧化得到苯甲酸，是重要的食品防腐剂（主要使用其钠盐），也用作有机合成的中间体。甲苯及苯衍生物经磺化制得的中间体，包括对甲苯磺酸及其钠盐、CLT酸、甲苯-2,4-二磺酸、苯甲醛-2,4-二磺酸、甲苯磺酰氯等，用于洗涤剂添加剂、化肥防结块添加剂、有机颜料、医药、染料的生产。甲苯硝化制得大量的中间体，可衍生得到很多最终产品，其中在聚氨酯制品、染料和有机颜料、橡胶助剂、医药、炸药等方面最为重要。

3国内纯苯生产状况、市场简要分析

3.1焦化纯苯国内生产状况 3.1.1酸洗法生产纯苯现状

目前酸洗法生产的纯苯主要用于医药、农药、合成橡胶、树脂、染料、溶剂等等，由于酸洗法生产苯工艺落后而且对环境污染比较严重，目前大城市已逐步的取缔和搬迁。国家考虑到人们健康的要求，早已限制酸洗苯在某些领域的使用，国家发改委也将酸洗法工艺列入了淘汰技术目录予以限制，这样导致了酸洗苯产量的增幅下降。据有关资料显示2003年、2004年、2005年酸洗苯产量分别为47万吨、52万吨、55万吨，2004年比2003年同比增长了10%，2005年比2004年同比增长了6%，增幅明显下降。但是，酸洗苯在价格方面有很大的优势，下游生产企业仍在不断的加大需求以降低生产成本，因此，酸洗苯受下游产品需求的支撑，预计产量将保持一段平稳后，逐步进入下降通道。

2005年我国酸洗工艺产能较大，累计生产能力在88.5万吨左右，消耗粗苯126万吨左右。由于酸洗苯销路不畅导致产量下降，大部分企业以销定产，装置负荷平均不足65%，尤其是山西厂家装置负荷更低，平均不足50%，经市场实际调查2005年酸洗苯产量在55万吨左右，按照工艺计算消耗粗苯在70万吨左右。上述酸洗苯生产主要集中在全国年产上万吨的38家加工企业。实地考察和各种信息显示2005年国内酸洗苯产地分布见下表：

国内主要酸洗法焦化纯苯生产区域产能及产量如表3所示。主要区域 建成产能（万吨/年）产量（万吨/年）山西 河北 河南 山东 东北 江苏

湖南、湖北、四川 内蒙 其他（四个大钢厂和部分小企业）合计 10 5 14 6 14.5 6 2 2 8 88.5 7 3 9 5 9 3.5 1.5 1.5 6 55.5

表3 国内主要酸洗法纯苯生产区域能及产量 从上表可以看出酸洗苯生产能力达到88.5万吨，而实际产量仅有55.5万吨，能力明显过剩。今后几年除在建的陆续投产和民间小规模投资外，不可能有大的装置投建。另外，酸洗苯2005年消耗粗苯70万吨左右，占粗苯产量的60%，无论从产量和消耗都占据着焦化纯苯的主导市场。3.1.2加氢法生产纯苯现状

近年来国际石油价格居高不下，带动了下游产品石油苯价格的不断攀升，价格由2004年初的5000元/吨左右，上升到最高10500元/吨左右，目前价格在7000元/吨左右。苯加氢工艺生产的纯苯，在质量上不仅完全达到了石油苯的技术指标要求，而且价格上也有很大的优势，目前以粗苯为原料的加氢苯生产成本与以石油为原料的石油苯生产成本相比低1600元左右，最高时生产成本相差3500元，高利润导致了苯加氢工艺的迅猛发展。而且苯加氢工艺能实现甲苯、二甲苯等化学品的有效分离，代表了粗苯精制的发展方向。加氢苯产能、产量，在建项目分布情况见下表：

厂家 山东振兴 山东潍焦 上海宝钢 河北旭阳 山东钢铁 太化宝源 菏泽德润 腾州 盘锦和运 湖北黄石泰华 万昌焦化 山西诚宏 山西三维 鞍山 巨达化工 合计

产能（万吨/年）10 26 10 10 20 5 10 10 5 5 10 20 20 5 115

产量（万吨/年）10 26 10 10 20 5 10 6.5 5 5 10 20 20 5 115

表4 国内主要加氢纯苯生产区域产能及产量

从上表可以看出，加氢苯装置都在满负荷运行，2005年、2006年产能同比增长了38%。2007年新建项目投产后加上原有和2006年投产项目，加氢苯工艺产能达到60万吨，与2006年同比增长幅度为155%，按照理论计算2007年仅苯加氢工艺一项消耗粗苯就达85万吨，占2007年粗苯产量的48%，截止日前，据不完全统计建成产能115万吨，同时重庆佐能10万吨苯加氢项目、河南顺成8万吨/年苯加氢项目、天津天铁10万吨/年苯加氢项目、宁夏亿能公司5万吨/年苯加氢项目目前在建，建成后产能将突破400万吨。苯加氢工艺的发展迅速，必将快速挤占酸洗工艺的焦化纯苯市场。2011年，全国粗苯产量增加到250万吨，原料严重不足，导致企业之间竞争更加激烈，但七台河市粗苯产量18万吨，原料供给有绝对优势。3.2焦化纯苯市场简要分析

从纯苯的市场需求来看，酸洗纯苯的主要用于生产顺酐、氯化苯、苯酚、溶剂等等。考虑到酸洗纯苯的质量和价格，大部分下游生产厂在满足产品质量的情况下和加氢苯、石油苯掺和使用，因此酸洗纯苯的产量取决于下游生产厂的产量，因酸洗纯苯和加氢纯苯、石油苯在价格上相差1000多元以上，最高时相差2500元，这样的价格优势和使用范围使酸洗纯苯存在一定的市场空间。加氢纯苯由于质量与石油苯相同，产量仅占石油苯产量的5%，再加上加氢纯苯的价格优势，从目前来看市场前景非常好。另外，从我们所掌握的信息测算，加工一吨酸洗纯苯可获利500元左右，而加工一吨加氢纯苯可获利在1500元以上。因此，价格上的优势和良好的市场前景决定了苯加氢工艺的发展势头。

作为占据消费纯苯50%左右的苯乙烯市场，近年来国内消费量年增长率一直在20%以上，虽然产能和产量不断增加，但仍不能满足国内市场需求。2009年我国苯乙烯生产能力达到401.4万吨/年，产量约235.9万吨，进口量364.5万吨，出口量0.78万吨，对外依存度高达43%。近期保持一个中期盘整的格局，但需求较为稳定，因此给纯苯市场以稳定支撑。另外几大消费品种如苯胺、苯酚、硝基氯苯、顺酐等，各产品环比涨幅在4%～10%，市场向好趋势明显，对纯苯需求量明显增长。

焦化纯苯市场价格呈现逐年上涨趋势。在上世纪末，市场供需平衡，纯苯走势不温不火。进入21世纪后，随着石油价格的上升，纯苯价格也在缓慢上涨。从2004年开始，随着化工行业新一轮的上升周期，国际石油价格猛涨，国内能源价格不断攀升，纯苯价格走出了一轮快速飚升的行情。酸洗纯苯价格2004年一年间就由4000元上升到了8700元。加氢纯苯价格2004年一年间就由5000元上升到了10100元。一年时间就成倍上涨。从2005年4月份以后，纯苯的价格经过反复振荡之后，已有所回落，2005年末和2006年初酸洗纯苯价格稳定在4800元以上，加氢纯苯价格稳定在6100元以上。纵观近年来酸洗纯苯价格走势，从4000元左右到目前的5500元左右，加氢纯苯从5000元上升到目前的7000元，其间虽有涨有跌，但总体上走的是一条逐年上涨的趋势.在未来的三到五年，国际国内将迎来一个能源高价格时代，煤炭、石油这些不可再生的能源价格都上涨到一个较高的价位，将直接导致焦化纯苯的成本升高；产量虽然增长，需求也将同步增大，很难出现供应过剩；另外，石油苯价格将随着石油价格在高位运行，也牵引焦化纯苯价格不会大幅走低。

4工艺技术方案简介

4.1粗苯加氢技术方案简介

焦化粗苯的精制最早是采用酸洗法，由于该工艺存在脱硫效率低、芳烃损失高、产率低、产品质量差、生产成本高、副产酸焦油和残渣处理难度大等问题，造成了不可避免的环境污染。随着我国有机化工高端产品的迅速发展，对原料质量的要求也越来越高，酸洗法所得的芳烃产品质量已无法满足高端化工产品生产的需求，在发达国家早已被淘汰。我国一些企业相继开发了粗苯催化加氢精制工艺，所得焦化苯的品质已经有了很大提高，已能完全替代石油苯。目前，国外采用的粗苯加氢精制工艺按反应温度区分有高温法（600～630℃）和低温法（320～380℃）两种。低温法主要以美国的Axens低温气液两相加氢技术和德国的Uhde低温气相加氢技术为代表。高温法主要以胡德利开发、日本旭化成应用于粗苯加氢的高温热裂解法生产纯苯的Litol法技术为代表。

我国从20世纪70年代就开始从事焦化粗苯加氢精制工艺的研究与开发，并开发成功了中温加氢法和低温加氢法。90年代后，宝钢一期及河南神马先后引进了日本的Litol法高温加氢技术，石家庄焦化厂等企业引进了德国Uhde低温催化加氢、N-甲酰吗啉溶剂萃取法（KK法）工艺技术。目前，浙江美阳国际石化医药工程设计有限公司在吸收国外先进技术的基础上，结合国内的实际经验，开发成功的气相加氢技术已在山西太化投产。4.2建议工艺方案流程 4.2.1低温法粗苯催化加氢

低温加氢精制工艺是在低温（反应温度280～350℃）、低压（2.4MPa）、催化剂（Co-Mo和Ni-Mo）作用下进行的催化加氢过程，将经脱重装置后轻苯中的烯烃、环烷烃、硫化物、氮化物转化为相应的饱和烃，通过萃取蒸馏法将芳烃和非芳烃分离, 再经精馏可得到高质量的苯、甲苯、二甲苯等产品。其工艺流程见图1。

图1 低温苯加氢工艺流程图

4.2.1高温法粗苯催化加氢

高温加氢精制工艺是在高温（620℃）、高压（5.5 MPa）、催化剂（Co-Mo和Cr2O3-Al2O3）作用下进行的气相催化两段加氢技术，可将轻苯中的烯烃、环烷烃、硫化物、氮化物转化为相应的饱和烃，苯的同系物进行加氢和脱烷基反应，经精馏提取高纯度的苯产品，苯的回收率可高达114%。值得说明的是由于高温催化加氢脱除的烷基可制氢作为氢源，故不需要外界提供氢气，其工艺流程见图2。

图2 高温加氢工艺流程图

5项目实施的经济效益和社会效益简要分析

5.1项目实施的经济效益

粗苯加氢所得的焦化苯要比石油苯成本低1500元/吨左右，所以焦化粗苯精制的利润空间大大的提升，焦化粗苯精制已具有极大的竞争力。

本项目建成后，年处理粗苯5万吨，按目前市场高纯苯、甲苯、二甲苯及加氢项目副产品的价格计算，预计年销售收入3.32亿元（详见表5），生产成本约2.57亿（详见表6），年销售收入税金及附加2660万元，预计可实现利润4683万元。

经估算，本项目总投资1.7亿元，按上述年利润计算，投资回收期为3.6年。苯加氢项目预计年销售收入如下： 产品 高纯苯 高纯甲苯 二甲苯 非芳烃 C8-C9+馏分 重苯 合计

产量（吨/年）

35400 7560 1940 1060 1000 3000

单价（元/吨）

7000 7200 7000 4500 3400 2700

销售收入（万元）

24780 5443 1358 477 340 810 33208

表5 5万吨/年苯加氢项目年销售收入估算

5万吨/年苯加氢项目主要生产成本估算如下：

序号 项目名称

单位

年耗

单价（元）

成本（万元）1 1.1 2 3 4 5 6 原材料 粗苯 燃料及动力 人员工资 管理费 设备折旧 年总成本

吨

人

50000

4300

30000

21500 21500 2500 120 29 1536 25685

表6 成本估算表

5.2项目实施的社会效益

从目前情况看，该项目的社会效益，主要体现在如下方面：

1、本项目符合国家产业政策，有利于优化地区产业结构，带动周边地区经济发展，增加人民收入。

2、带动相关产业发展。该项目所需建材、原料、包装及服务均可在当地解决，有利于促进建材、机械、建筑、包装、运输、服务等多种产业的发展，激活相关产品生产和服务企业，加快当地经济发展和社会进步。

3、增加就业机会。在项目的建设过程中，可直接为建筑、安装部门提供就业机会，并间接为相关产业提供就业机会；项目建成后，所需工人从当地招聘，分流了当地农村剩余劳动力，缓解社会就业压力，一定程度上维护了社会和谐稳定。

4、促进当地经济发展。项目正常生产后，预计年上缴税金2660万元，对当地经济发展将发挥重要作用。

5、该项目的建设，可为建设单位带来可观的经济效益。装置建成后，可以促进粗苯处理工艺由酸洗法为主向加氢精制法转化的总趋势，集中处理粗苯资源，具有显着的社会环保意义。