碳纤维科普.pdf

期待期待“黑金黑金”炼成炼成张风翻张风翻北京航空材料研究院总工程师北京航空材料研究院总工程师中宝碳纤维公司总工程师中宝碳纤维公司总工程师期待期待“黑金黑金”炼成炼成1、碳纤维的制备1、碳纤维的制备2、碳纤维的性能2、碳纤维的性能3、碳纤维的用途3、碳纤维的用途?航空航天航空航天?体育休闲用品体育休闲用品?通用工业通用工业4、国外碳纤维的发展4、国外碳纤维的发展5、碳纤维的重要性5、碳纤维的重要性6、国内碳纤维的研发和生产6、国内碳纤维的研发和生产1、碳纤维的制备1、碳纤维的制备丙烯腈共聚单体溶剂聚合纺丝漂洗干燥后处理PAN原丝PAN原丝预氧化（200300空气中）碳化(1000-2000惰性气中)聚丙烯腈纤维预氧化纤维表面处理碳化(2500-3000惰性气中)上浆碳纤维（碳含量94%）表面处理上浆高模量碳纤维（碳含量99%）2、碳纤维的性能2、碳纤维的性能2、碳纤维的性能2、碳纤维的性能不同增强纤维的性能比较不同增强纤维的性能比较密度不同增强纤维的性能比较密度g/cm3拉伸强度拉伸强度Mpa拉伸弹性模量拉伸弹性模量Gpa断裂伸长率断裂伸长率%直径直径m比强度比强度106cm比模量比模量108cm最高工作温度E玻璃2.5-2.61700-350069-7235-2513.42.8350S玻璃2.484800855.35-1519.43.4300T1000碳纤维1.8270602942.4538.816500M40石墨纤维1.8127403920.61521.6600M60J碳纤维1.9439205880.720.230.3600T300碳纤维1.7635302301.572013500钢纤维7.828002001.43.62.6最高工作温度E玻璃2.5-2.61700-350069-7235-2513.42.8350S玻璃2.484800855.35-1519.43.4300T1000碳纤维1.8270602942.4538.816500M40石墨纤维1.8127403920.61521.6600M60J碳纤维1.9439205880.720.230.3600T300碳纤维1.7635302301.572013500钢纤维7.828002001.43.62.6碳纤维复合材料的应用碳纤维复合材料的应用?航空航天方面的应用航空航天方面的应用?运动器材方面的应用运动器材方面的应用?工业领域的应用工业领域的应用3、碳纤维的用途3、碳纤维的用途航空航天应用领域利用碳纤维的性能主承力结构：机翼、机身、尾翼轻量化、耐疲劳、耐热飞机次承力结构：辅翼、方向舵、升降舵轻量化、耐疲劳、耐热内装饰：梁、座椅、地板、行李架轻量化、耐疲劳、耐热火箭喷管、发动机壳轻量化、耐疲劳、耐热人造卫星天线、太阳电池控电盘、卫星支架轻量化、尺寸稳定性刚性航空航天应用领域利用碳纤维的性能主承力结构：机翼、机身、尾翼轻量化、耐疲劳、耐热飞机次承力结构：辅翼、方向舵、升降舵轻量化、耐疲劳、耐热内装饰：梁、座椅、地板、行李架轻量化、耐疲劳、耐热火箭喷管、发动机壳轻量化、耐疲劳、耐热人造卫星天线、太阳电池控电盘、卫星支架轻量化、尺寸稳定性刚性3、碳纤维的用途3、碳纤维的用途2005年2005年2010年欧美投入使用的运输机复合材料应用情况2010年欧美投入使用的运输机复合材料应用情况机型首飞复合材料结构重量比单机复合材料用量（机型首飞复合材料结构重量比单机复合材料用量（KG）乘员（人）订货数（架）复合材料主要使用部位）乘员（人）订货数（架）复合材料主要使用部位A3802005.42536000555-800154机尾机尾A400M2008.134-403人，有效载荷人，有效载荷37吨吨190机身、机翼机身、机翼A350-800 245A35020103917000A350-900 285125155机翼机翼B7872007中中5035000220-290266-329机身、机翼机身、机翼B747-82009-3、碳纤维的用途3、碳纤维的用途3、碳纤维的用途3、碳纤维的用途运动器材运动器材应用领域利用碳纤维的性能应用领域利用碳纤维的性能钓具钓杆、绕线架轻量化、刚性、灵敏性钓具钓杆、绕线架轻量化、刚性、灵敏性高尔夫球杆、球头、面板轻量化、刚性、灵敏性高尔夫球杆、球头、面板轻量化、刚性、灵敏性球拍网球拍、羽毛球拍、乒乓拍轻量化、刚性、灵敏性球拍网球拍、羽毛球拍、乒乓拍轻量化、刚性、灵敏性赛车轻量化、刚性、灵敏性赛车轻量化、刚性、灵敏性海洋运动游艇、比赛用小艇、桅杆轻量化、刚性、灵敏性海洋运动游艇、比赛用小艇、桅杆轻量化、刚性、灵敏性其他棒球球棒、滑雪板、滑雪手杖轻量化、刚性、震动衰减性其他棒球球棒、滑雪板、滑雪手杖轻量化、刚性、震动衰减性杨声器、台球、弓箭和箭杆杨声器、台球、弓箭和箭杆3、碳纤维的用途3、碳纤维的用途3、碳纤维的用途3、碳纤维的用途工业用途应用领域利用碳纤维的性能汽车传动轴、天然气罐轻量化、高速化、耐疲劳性自动两轮车 发动机壳轻量化、耐热性自行车车架、车轮、手把轻量化、高强度车辆火车车厢、宽体电动车、坐席轻量化、刚性机械零件机械零件、板弹簧、机器人臂轻量化、高速化、震动衰减性高速回转体 离心分离机料桶、铀浓缩桶、飞轮耐疲劳、刚性、耐腐蚀工业用滚轮、旋转轮轻量化、高速化电机零件扩音器、音响、抛物面反射天线轻量化、刚性、震动衰减性压力容器油压气缸、圆桶性容器轻量化、高强度化学装置搅拌叶片、导管、槽耐腐蚀、高强度医疗器械工业用途应用领域利用碳纤维的性能汽车传动轴、天然气罐轻量化、高速化、耐疲劳性自动两轮车 发动机壳轻量化、耐热性自行车车架、车轮、手把轻量化、高强度车辆火车车厢、宽体电动车、坐席轻量化、刚性机械零件机械零件、板弹簧、机器人臂轻量化、高速化、震动衰减性高速回转体 离心分离机料桶、铀浓缩桶、飞轮耐疲劳、刚性、耐腐蚀工业用滚轮、旋转轮轻量化、高速化电机零件扩音器、音响、抛物面反射天线轻量化、刚性、震动衰减性压力容器油压气缸、圆桶性容器轻量化、高强度化学装置搅拌叶片、导管、槽耐腐蚀、高强度医疗器械x光床板、光床板、CT床板、轮椅轻量化、床板、轮椅轻量化、X线透国性土木建筑电缆、混凝土增强、结构修补、替代钢筋 轻量化、强度高、耐腐蚀其他伞、面状发热体、机罩、模具轻量化、尺寸稳定、导电性线透国性土木建筑电缆、混凝土增强、结构修补、替代钢筋 轻量化、强度高、耐腐蚀其他伞、面状发热体、机罩、模具轻量化、尺寸稳定、导电性3、碳纤维的用途3、碳纤维的用途3、碳纤维的用途3、碳纤维的用途抽油杆下井装置：1、油井，2、抽油杆，3、抽油杆缠绕装置，抽油泵，5、抽油机抽油杆下井装置：1、油井，2、抽油杆，3、抽油杆缠绕装置，抽油泵，5、抽油机3、碳纤维的用途3、碳纤维的用途3、碳纤维的用途3、碳纤维的用途3、碳纤维的用途3、碳纤维的用途1999-2010年期间风能计划单元规模的发展年期间风能计划单元规模的发展来自来自Climtech Programme.VTT四.国外碳纤维的发展四.国外碳纤维的发展（吨）小丝束小丝束19500大丝束大丝束4500总计总计24000小丝束小丝束23700大丝束大丝束6200总计总计29900小丝束小丝束27700大丝束大丝束9380总计总计37000小丝束小丝束28300大丝束大丝束9380总计总计376802008年年2007年年2006年年2005年年碳纤维的成本和价格碳纤维的成本和价格碳纤维规格年代3K12K1980T300801990T30020冷战结束，市场萧条1996T30032飞机生产恢复2000T30017市场不景气2004T30011-12亏本经营T300100（自由市场）三架飞机：B787，A380，A400M和能源工业M60JB22000-25000人民币M60JB（6k)15000-18000人民币2006价格美元/kg备注碳纤维规格年代3K12K1980T300801990T30020冷战结束，市场萧条1996T30032飞机生产恢复2000T30017市场不景气2004T30011-12亏本经营T300100（自由市场）三架飞机：B787，A380，A400M和能源工业M60JB22000-25000人民币M60JB（6k)15000-18000人民币2006价格美元/kg备注1、碳纤维的正常价格：1、碳纤维的正常价格：T300T30012K 售价：1812K 售价：1824美元24美元2、碳纤维价格的演变2、碳纤维价格的演变五.碳纤维的重要性五.碳纤维的重要性在国外：在国外：1 1、美国国家关键技术报告确定的六大跨世纪关键技术中把复合材料列为、美国国家关键技术报告确定的六大跨世纪关键技术中把复合材料列为关键技术之一。关键技术之一。2、美国国防部曾确定8项重大技术对共产党国家封锁，碳纤维是重点项目。2、美国国防部曾确定8项重大技术对共产党国家封锁，碳纤维是重点项目。3、美国国防部下令：军用复合材料所用碳纤维必需自给，日本生产的碳纤3、美国国防部下令：军用复合材料所用碳纤维必需自给，日本生产的碳纤维可以用在美国民用工业和民用飞机及体育休闲用品上。军事工业用的维可以用在美国民用工业和民用飞机及体育休闲用品上。军事工业用的全是美国hexcel公司生产的AS4和IM7等。全是美国hexcel公司生产的AS4和IM7等。在国内：在国内：1、碳纤维是我国国防工业中不可缺少的材料。1、碳纤维是我国国防工业中不可缺少的材料。2、碳纤维是战略物资，先进的复合材料是战略性关键技术。2、碳纤维是战略物资，先进的复合材料是战略性关键技术。3、军用碳纤维是资本主义对华禁运物资，一旦国际风云突变，国防所需的3、军用碳纤维是资本主义对华禁运物资，一旦国际风云突变，国防所需的碳纤维将为无米之炊。碳纤维将为无米之炊。碳纤维复合材料在国防工业中的作用：碳纤维复合材料在国防工业中的作用：1、武器小型化、轻量化、高速度、多功能、长寿命、1、武器小型化、轻量化、高速度、多功能、长寿命、耐环境。耐环境。2、战斗机重量每轻1kg，可节约1760美元。2、战斗机重量每轻1kg，可节约1760美元。3、打坦克的飞弹因使用复合材料：发射筒1.3kg，火箭3、打坦克的飞弹因使用复合材料：发射筒1.3kg，火箭重0.95kg。单兵可携带。重0.95kg。单兵可携带。4、发射1kg重的物体离开地球引力范围需要4、发射1kg重的物体离开地球引力范围需要大约10大约109 9kg-mkg-m2 2/rec/rec2 2国家领导多次对碳纤维工作作出重要指示！国家领导多次对碳纤维工作作出重要指示！六、六、国内碳纤维的研发和生产碳纤维行业状况（一）国内碳纤维的研发和生产碳纤维行业状况（一）?60年代开始研究，现有生产能力约90吨/年，实际年产量约40吨60年代开始研究，现有生产能力约90吨/年，实际年产量约40吨?国产碳纤维性能不稳定，尚不能工业化生产国产碳纤维性能不稳定，尚不能工业化生产?科研体制因素导致人才分散、力量不集中，技术关键点始终无法突破科研体制因素导致人才分散、力量不集中，技术关键点始终无法突破?过于依赖进口产品阻碍国产化进程过于依赖进口产品阻碍国产化进程国内碳纤维行业状况（二）国内碳纤维行业状况（二）?05年需求约5000吨，占全球20，年增长率20，95以上依赖进口05年需求约5000吨，占全球20，年增长率20，95以上依赖进口?碳纤维属战略物资，国外对华只出口部分工业级产品，高性能碳纤维严格限制碳纤维属战略物资，国外对华只出口部分工业级产品，高性能碳纤维严格限制?国内供应明显减少，下游预浸料企业纷纷减产或停产国内供应明显减少，下游预浸料企业纷纷减产或停产碳纤维研究和开发情况碳纤维研究和开发情况1、吉林碳素厂：年产能20吨以下1、吉林碳素厂：年产能20吨以下2、兰州碳素厂：年产能20吨以下2、兰州碳素厂：年产能20吨以下3、大连兴科碳纤维有限责任公司：270-360吨碳化生产装置（无原丝）3、大连兴科碳纤维有限责任公司：270-360吨碳化生产装置（无原丝）4、威海拓展纤维有限公司：4、威海拓展纤维有限公司：30T/年生产线1K，3K30T/年生产线1K，3K100T/年生产线建设中100T/年生产线建设中1000T/年生产线 国家发改委支持项目，建设中1000T/年生产线 国家发改委支持项目，建设中5、安徽华皖碳纤维有限责任公司5、安徽华皖碳纤维有限责任公司引进：200T/年 碳纤维生产线引进：200T/年 碳纤维生产线6、扬州脱惠晨化工有限公司6、扬州脱惠晨化工有限公司100T/年碳纤维生产线 3K、12K100T/年碳纤维生产线 3K、12K已出原丝：3K 200kg/日12k/KG/日已出原丝：3K 200kg/日12k/KG/日7、吉林石化公司研究院碳纤维工程技术中心7、吉林石化公司研究院碳纤维工程技术中心500T/年碳纤维工程正在进行中500T/年碳纤维工程正在进行中碳纤维研究和开发情况碳纤维研究和开发情况8、连云港鹰游纺机集团公司8、连云港鹰游纺机集团公司12K碳纤维 200T/年生产12K碳纤维 200T/年生产2007年底1000T/年原丝，400T/年碳纤维生产线2007年底1000T/年原丝，400T/年碳纤维生产线9、中国化工 兰新纤维英国有限公司9、中国化工 兰新纤维英国有限公司48K 1500T/年生产线48K 1500T/年生产线10、航天43所碳纤维生产线10、航天43所碳纤维生产线50T/年 T600，T700，3K，12K碳纤维50T/年 T600，T700，3K，12K碳纤维2007年底完成原丝生产线2007年底完成原丝生产线11、邯郸河北硅谷化工研究院11、邯郸河北硅谷化工研究院2000T/年T700碳纤维生产线2000T/年T700碳纤维生产线12、青岛科技大学12、青岛科技大学引外资建碳纤维线引外资建碳纤维线13、其他：邢台、唐山、宁波、抚顺13、其他：邢台、唐山、宁波、抚顺碳纤维研究和开发情况碳纤维研究和开发情况安徽华皖-华源股份（600094）控股90安徽华皖-华源股份（600094）控股90聚合物分子量已达到10万CP，分子量分布较窄聚合物分子量已达到10万CP，分子量分布较窄已和日本进口的湿法原丝相当已和日本进口的湿法原丝相当从吉林请来刘树甫副总协助工作从吉林请来刘树甫副总协助工作目前有多套方案解决聚合和纺丝问题，预计6月份目前有多套方案解决聚合和纺丝问题，预计6月份技术问题应该可以解决技术问题应该可以解决