高性能碳纤维复合材料项目可行性研究报告

高性能碳纤维材料项目可行性研究报告目录第一章研究背景 (4)一、定义 (4)二、行业形势 (4)第二章研究内容 (5)一、碳纤维性质 (5)二、碳纤维的产品形式及制造工艺 (6)三、产品种类 (6)1. 聚丙烯腈基碳纤维 (6)2、沥青基碳纤维 (7)3 、粘胶基碳纤维 (8)4 、活性碳纤维 (9)5 、气相生长碳纤维 (10)第三章研究方法 (10)第四章测试研究数据来源 (11)一、测试与标准 (11)1、碳纤维的拉伸性能测试分单丝法和复丝法。

(11)2、试样制备 (13)3、测试： (14)第五章市场研究 (16)一、市场规模 (16)2二、竞争态势 (17)1、国外碳纤维形势分析 (17)2、国内生产厂家 (18)三、行业投资的热点 (21)四、行业项目投资的经济性 (22)第六章建设周期与预算 (22)一、建设周期 (22)二、投入预算 (23)成都XX新能源有限公司编制3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）大于4000MPa的又称为超高强型；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。

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。

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投资XX科技产业园碳纤维材料可行性研究报告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。

成都XX新能源有限公司编制5投资XX科技产业园碳纤维材料可行性研究报告第二章研究内容一、碳纤维性质碳纤维是一种力学性能优异的新材料，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，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，成都XX新能源有限公司编制6投资XX科技产业园碳纤维材料可行性研究报告芯儿上，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)”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”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、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，其变为热稳定型结构，此阶段是形成纤维的稳定化过程，℃——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，PAN纤维分子易于沿纤维轴向取向，碳化收率（1000～1500℃）为50～55%，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。

体纤维的质量和性质是生产高性能碳纤维的前提。

成都XX新能源有限公司编制7投资XX科技产业园碳纤维材料可行性研究报告纯度、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。

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、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。

沥青基碳纤维的制造工艺流程如下：石油渣油、煤沥青、煤液化油精制或调制各向同性碳纤维各向同性沥青熔融纺丝各向同性沥青纤维不溶化处理氧化气氛（200～300℃）各向同性不融化纤维炭化惰性气氛（800～1200℃）（热调制）各向异性沥青（中间相）熔融纺丝各向异性沥青纤维不溶化处理氧化气氛（200～300℃）各向异性不融化纤维炭化 惰性气氛（1000～1400℃）各向异性碳纤维成都XX 新能源有限公司编制8投资XX科技产业园碳纤维材料可行性研究报告石墨化惰性气氛（2000～3000℃）石墨化惰性气氛（2000～3000℃）各向同性石墨纤维通用级石墨纤维3 、粘胶基碳纤维各向异性石墨纤维高性能石墨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：、于400℃）b、炭化过程（小于1500℃）c、石墨化过程（大于2500℃）工艺流程如下：粘胶丝水洗酸洗干燥炭化表面处理浸渍催化剂干燥干燥上浆预氧化收丝由粘胶纤维热解制得的碳纤维的得率通常在10～30%，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。

着其他碳纤维不可取代的地位，仍是重要的战略物资。

成都XX新能源有限公司编制9投资XX科技产业园碳纤维材料可行性研究报告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、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，在氢气还原性气成都XX新能源有限公司编制10投资XX科技产业园碳纤维材料可行性研究报告氛中使其烃类热解（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）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）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）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。

成都XX新能源有限公司编制11投资XX科技产业园碳纤维材料可行性研究报告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：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JIS R7601《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，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》《实验十五碳纤维强伸性能测试》等文章。