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未来栋梁——碳纤维

来源：新材料在线|

发表时间：2018-12-28

点击：24796

本文包括8个部分：

『 碳纤维发展史

碳纤维产业全景图

全球以及中国碳纤维主要企业名录

碳纤维重点要点

碳纤维的市场

行业专家/研究机构/单位

2018年十五大热点大事纪

全国碳纤维园区宝典 』

【引言】

人类的发展史，就是一部毛猴利用材料，材料改造毛猴的发展史……

可以说，我们的祖先就是通过这些材料的不断演变，才逐渐脱离非洲大草原

从“毛猴”到“智人”再到此刻阅读的『你』……

【碳纤维发展史】

人类的发展是在众多偶然现象之中发展起来的，犹如“盘古开天辟地”打开光明。碳纤维亦是如此！

开篇是这样的……

Long long ago……

从1860年英国人约瑟夫·威尔森·斯旺（Joseph Wilson Swan）追求光明，发明制作碳丝灯泡，到1882年碳丝电灯实用化；

从美国Wright-Patterson空军基地研制黏胶基碳纤维，到日本碳公司开始生产低模量PAN基碳纤维……

从美国UCC，到日本东丽……

追溯碳纤维的百年发展历史，从星火研究到燎原之势，碳纤维发展历经坎坷一路走来：

我从头到尾确实都看完了，眼睛都快看xia了……

我们在哪里？

没错，确实没看到！

碳纤维的发明/发现过程中，由于各种历史原因，我们在比赛的『前半场』缺席了！

回顾下历史，其实我们也不是完全缺席，只是跑的有点慢，头部第一梯队的玩家里看不到我们（只是慢了那么一diudiu）。

Source：http://www.tuxi.com.cn/

中国对碳纤维的研究始于1962年，那时候碳纤维是非常高科技的材料，只在国防军工中使用，代表国家最高科技，对外都是保密的。当时的中国因为历史科技原因，长期未取得实质性的进展。

20世纪70年代初，成立了碳纤维研究所，并展开了相关专题的讨论。

20世纪80年代，我国设法从国外引进碳纤维技术，经过多次努力，英国的RK公司终于同意出售碳纤维生产设备以及相应测试仪，国内的碳纤维行业开始发展，但是与国外的差距越来越大，陷入低潮。

进入21世纪，国内碳纤维进入新的发展阶段，开始出现相关。

到现在，中国的碳纤维企业已经有很多了，大型、中型、小型的都有。产品也从原来简单的碳纤维布、碳纤维板、碳纤维管等简单部件到各类加工件。

Source：

http://www.tanxw.com/news/xgzx/626.html

http://www.360doc.com/content/16/0531/15/26166517_563815182.shtml

碳纤维平台、中国复合材料学会

起步固然很重要，然而比赛，精彩的片段和决定结局的，往往是下半场，于是我们登场了。

先看一下这场游戏的玩家版图：（如下）

【碳纤维产业全景图】

【全球以及中国主要碳纤维企业名录】

为便于有个整体的把握

我们把中国的部分主要玩家放在一起：

部分中国碳纤维及相关企业：（排名不分先后）

安徽佳航碳纤维有限公司

安徽佳力奇碳纤维科技股份公司

安徽首文高新材料有限公司

保定天鹅新型纤维制造有限公司

大连兴科碳纤维有限公司

德州晶华宝利来碳纤维布制造有限公司

方大江城碳纤维有限公司

甘肃都氏汉纤维有限公司

广州金发科技股份有限公司

广州金发纤维新材料发展有限公司

河北硅谷化工有限公司

河南永煤碳纤维有限公司

湖南博云新材料有限公司

吉林奇峰化纤股份有限公司

吉林市吉研高科技纤维有限责任公

吉林市神舟炭纤维有限责任公司

吉林碳谷碳纤维有限公司

济宁科能新型碳材料科技有限公司

嘉兴中宝碳纤维有限责任公司

江苏澳盛复合材料科技有限公司

江苏航科复合材料科技有限公司

江苏恒神股份有限公司

江苏苏通碳纤维有限公司

江苏天鸟高新技术股份有限公司

康得新复合材料集团股份有限公司

兰州蓝星纤维有限公司

辽宁百盈碳纤维有限公司

鲁晨新材料科技有限公司

南通森友炭纤维有限公司

山东江山纤维科技有限公司

山东英特力新材料有限公司

山西钢科碳材料有限公司

深圳市领航碳纤维科技有限公司

深圳市泰格尔碳纤维材料科技有限公司

四川省新万兴碳纤维复合材料有限公司

威海光威复合材料有限股份公司

威海拓展纤维有限公司

无锡威盛新材料科技有限公司

西安康本材料有限公司

宜兴市恒通碳纤维织造有限公司

宜兴市瑞邦高性能纤维制品有限公司

浙江精功科技股份有限公司

浙江精业新兴材料有限公司

浙江联洋新材料股份有限公司

中安信科技有限公司

中奥碳纤科技（苏州）有限公司

中复神鹰碳纤维有限责任公司

中国恒瑞有限公司

中国石化上海石油化工股份有限公

中简科技股份有限公司

……

Source：

http://www.sohu.com/a/234906123_119960

http://baijiahao.baidu.com/s?id=1604483319483113800&wfr=spider&for=pc

仅仅看名单/名字，略微肤浅

我们来点『干货』

看下碳纤维关注的重点性能/技术/工艺！

【碳纤维相关重点性能/技术/工艺】

参数	含义
K数（丝束）	不加捻的连续丝束中所含单丝的数量，早期可能将单丝数控制在1000-12000根，后期为了降低碳纤维的生产成本将单丝数扩大到32000-48000，单丝丝束大的碳纤维成为大丝束碳纤维，主要应用于民用领域；单丝束掉的小丝束碳纤维主要应用与军用领域。
单丝直径	单丝断面的直径大小，由PAN冤死纤维的大小及热处理条件决定，一般原丝的直径为13-14μm时，碳纤维单丝直径7μm。单丝直径越细、缺陷越小，碳纤维的强度越高，理论强度大于20GPa、模量1000GPa。
碳纤维产品形态	长丝、短切纤。

得到高质量的碳纤维，需要注意以下技术要点：
（1）实现原丝高纯化、高强化、致密化以及表面光洁无暇。	这是制备高性能碳纤维的首要任务。碳纤维系统工程需从原丝的聚合单体开始。原丝质量既决定了碳纤维的性质，又制约其生产成本。优质PAN原丝是制造高性能碳纤维的首要必备条件。
（2）杂质缺陷最少化。	这是提高碳纤维拉伸强度的根本措施，也是科技工作者研究的热门课题。在某种意义上说，提高强度的过程实质上就是减少、减小缺陷的过程。
（3）在预氧化过程中，保证均质化的前提下，尽可能缩短预氧化时间。	这是降低生产成本的方向性课题。
（4）研究高温技术和高温设备以及相关的重要构件。	高温炭化温度一般在1300到1800℃，石墨化一般在2500到3000℃。在如此高的温度下操作，既要连续运行、又要提高设备的使用寿命，所以研究新一代高温技术和高温设备就显得格外重要。如在惰性气体保护、无氧状态下进行的微波、等离子和感应加热等技术。

我们再来点比较直观一点的市场数据……

【碳纤维市场】

市场情况：

就全球碳纤维产能来看，前5大碳纤维生产企业市场占有率达到60%以上，其中Toray（日本东丽）产能占比18%。

全球前5大碳纤维生产企业产能占比61%

Source：华泰证券研究所

全球小丝束碳纤维行业集中度

Source：复材在线，上市公司年报

目前碳纤维高端应用领域国产化门槛较高，例如航天航空领域已经被较早进入的恒神股份、威海拓展等企业占领市场，而在体育用品、工业应用等领域国内企业已经与外企形成相对稳定的供求关系，国内企业要打破这种格局除非有明显的性价比优势。“国内碳纤维生产企业需要向下游拓展，开拓新的应用市场。”

全球不同细分领域碳纤维需求占比

Source：新材料在线整理

从2009-2015年，碳纤维市场年增长率超过15%，这种具有明显快速增长的特征，在2009年全球金融危机爆发后有所收敛。自那以后，增长率一直保持在9%以上，并且从2015年的9.4%上升到2016年的9.8%。未来几年的前景被看好，目前的预期是年增长率将在两位数，介于10-13%之间，在此情况下，可以预计到2020年底，碳纤维需求量将突破100kt。

2010-2020年碳纤维全球需求量

Source: https://www.sohu.com/a/234503577_99931651

全球碳纤维增强复合材料的发展，全球2016年CFRP需求量约10.1万吨，而今年，10万吨CFRP需求量的基准已经明显被超越。这相当在前一年（91kt）的基础上增长了约10.99%。这导致了在年增长率（CAGR）方面，从2010年到现在，每年增长约11.98 %。预计未来几年，CFRP还会有介于10%-13%之间的，两位数的增长。

全球CFRP需求量估计

（按吨数计算，从2010年到2022年）

Source: https://www.sohu.com/a/234503577_99931651

碳纤维的发展，靠的是背后无数专家和科研工作者的呕心沥血！

向他们致敬！！！

【碳纤维行业部分专家/研究机构/单位】

（不分先后）

姓名	单位	主要研究方向
杜善义	哈尔滨工业大学教授中国工程院院士飞行器结构力学和复合材料专家。中国力学学会副理事长、中国复合材料学会名誉理事长，国航天科技集团公司高级技术顾问等。	长期致力于断裂力学、飞行器结构力学和复合材料的教学和研究工作。解决了热防护材料与结构设计中的若干关键技术，发展了航天器典型复合材料与结构的性能表征与评价等方面的理论体系与研究方法。将细观力学理论推广到复合材料。
李仲平	中国工程院院士中国运载火箭技术研究院航天材料及工艺研究所所长，研究员，功能性碳纤维复合材料国家工程中心实验室主任，国家重大科技专项材料分中心主任，总装备部先进材料技术专业组副组长等。	极端服役环境功能复合材料的应用基础研究和工程应用研究，负责并带领团队探明功能复合材料热力电行为规律，实现航天用功能复合材料体系及制备技术创新，研制出系列新材料与防热结构，成功应用于新一代航天型号，解决“热障”与“热透波”问题，支撑再入机动、精确制导和小型化等型号关键技术突破。
俞建勇	东华大学教授中国工程院院士	长期从事纺织材料领域的科研与教学，包括纺织材料、纺织加工技术、纺织复合材料。天然纤维资源开发、化学纤维创新应用、新型结构纱线和功能纺织材料等方面开展系列研究工作。研发特种纺织复合结构及其成形关键技术，成功应用于新型战略武器系统发展并起到重要作用……
余木火	东华大学教授	纤维增强复合材料的应用基础研究和产品的开发研究，特别是纤维与树脂界面的设计与表征；纤维及织物的表面科学及其应用开发；无机纳米粉末与高分子复合材料的纺丝成型及应用开发等。
徐樑华	北京化工大学国家碳纤维工程技术研究中心主任碳纤维及功能高分子教育部重点实验室副主任碳纤维及复合材料研究所所长	发明出特殊工艺的T700级碳纤维制备技术及产品，支撑了我国重大型号的研制；率先实现T800级高强中模碳纤维的技术突破，填补了国内空白；研发成功M40J、M55J等高性能碳纤维国产化技术，2014年获国家科技进步二等奖。
益小苏	航空工业制造院科技委副主任、教授、博导	高性能结构复合材料(热塑性/热固性树脂基，连续/非连续增强金属基，混杂增强，叠层胶粘复合，原位复合，纳米复合等)；功能复合材料(导电复合，敏感与传感复合材料，智能复合材料等)；材料工艺与工程(纤维编织、针织、纺织，纤维混编，纺丝，RTM，RFI，固化控制，熔/溶法浸渍，混合与分散，材料增韧，智能制造等，包括设备研制制造)等。
吕春祥	中科院山西煤化所研究员、博导、碳纤维制备技术国家工程实验室主任，《新型炭材料》主编等职务。	碳纤维及其复合材料。聚丙烯腈碳纤维及其复合材料的项目负责人承担和完成了国家重点军工项目、国家863项目、中国科学院院地合作项目和中国科学院重要创新方向性项目、系列高性能碳纤维产业等项目30余项，在国内外核心期刊上共发表研究论文100余篇，申请国家发明专利40余项，已指导毕业和在培养的硕博士研究生共30余名。
朱波	山东大学教授	高性能碳纤维用PAN原丝的聚合、纺丝、组织结构与性能研究，原丝产业化及其配套工程研究；高性能碳纤维的制备技术、组织结构、表面改性等研究，碳纤维产业化装备及其工艺研究；碳纤维复合材料的制备、产品开发、工艺开发、界面特性等研究。
李贺军	西北工业大学教授	致力于碳/碳复合材料研究。在新型致密化工艺研究方面开发出多种成形新工艺；在国内外首次将人工神经网络应用于碳/碳复合材料涂层制备的专家系统，可以预测各种影响因素对涂层厚度及均匀性的影响；在国内首次提出对CVI成形工艺进行计算机模拟和仿真；发现了界面感应相，首次提出了两种沉积机理。
张佐光	北京航空航天大学教授	先进树脂基复合材料成型工艺理论与制造质量控制、混杂与高抗冲击复合材料、纤维及复合材料微结构与性能、新型轻质夹芯结构复合材料、特种功能复合材料等方向。
徐坚	中科院化学所副所长、研究员	首次提出了一种简便易行的直接成膜法，制备具有与荷叶表面微结构相似的聚合物仿生表面，对于开发新一代的仿生表面和涂料具有重要的指导意义。建立了通过折光指数法原位在线检测凝胶化过程及凝胶内分子扩散过程的新方法。研究宽频低耗梯度渐变型聚合物光纤的结构性能关系。
沈真	恒神股份技术顾问	复合材料力学与复合材料结构的设计等方面的研究。
李书乡	光威复材首席科学家	高性能碳纤维及复合材料，研究加工制造；设备研发。
陈秋飞	中复神鹰副总经理	碳纤维原丝纺丝、碳纤维及其复合材料制造、工程研究。
……	……	……

注：以上信息仅供参考，因时间和单位的项目研究方向/职位可能有变化，详细方向等信息以实际为准。

【2018年十五大热点大事纪】

2018年碳纤维大事纪
1	中国精工集团研发的有效幅宽1米碳纤维微波石墨化生产线喜获重大突破，经该生产线微波石墨化处理后，常规T300/T400碳丝的模量和强度均可提升10%-15%之高，对国内航空航天、建筑风电以及保障国防安全等方面意义非凡！
2	《大国之材 · 碳纤维》发布上映
3	上海石化，成功开发出48K大丝束碳纤维的额聚合、纺丝、氧化碳化成套工艺技术，所生产的碳纤维具有优异的表面结构和界面性能，并能实现低成本化。我国在该领域一直以来仰人鼻息的历史宣告结束。
4	2018年1月8日，在北京召开的 2017 年度国家科学技术奖励大会上，中复神鹰碳纤维有限责任公司牵头完成的"干喷湿纺千吨级高强/百吨级中模碳纤维产业化关键技术及应用"项目荣获国家科技进步一等奖。
5	2018年3月，中国科学院宁波材料技术与工程研究所成功制备出拉伸强度5.24GPa、拉伸模量593GPa的高强高模碳纤维，实现了国产M60J超高强度高模量碳纤维关键制备技术的全新突破。至此，中国完成了对碳纤维材料三个核心方向（高强高模量、高强度、高模量）上重要战略性产品的全部攻关，今后在主要军用级别和航天级别碳纤维领域已经没有哪个国家能封锁中国。
6	2018年1月，吉林化纤宣布该集团8000吨大丝束碳纤维碳化项目一期2000吨生产线试车成功。该条生产线是全球唯一的大丝束碳纤维碳化生产线，其装备水平、生产能力全球领先。大丝束碳纤维制备技术是碳纤维行业低成本化的关键技术之一，也是碳纤维在工业领域大面积应用的主要技术路径，但此前较长一段时期，中国生产的碳纤维全是小丝束。大丝束碳纤维生产效率高，生产成本比小丝束低30%以上，在复合材料制备过程中铺层效率高。
7	大连理工大学教授贾振元为首的科研团队凭借“高性能碳纤维复合材料构件高质高效加工技术与装备”项目荣获国家技术发明奖一等奖。
8	2018年7月8日，中国光威复材公司发布消息称，由公司研制的 T700 级碳纤维产品通过航天火箭发动机应用验证，打破国外高性能碳纤维长期垄断。
9	光威复材其全资子公司威海拓展纤维有限公司参与研制的科技部863项目“聚丙烯腈碳纤维石墨化关键技术研究”项目通过验收。
10	2018年，中国运载火箭技术研究院研发中心与哈尔滨工业大学共同研制出“石墨烯纳米增强新型复合材料”，这个材料在传统碳纤维复合材料的基础上，力学性能提升了10%以上，开启了碳纤维复合材料新革命。
11	2018年初，中国中车发布消息，我国在轨道交通领域再获重大突破，研制出具有完全自主知识产权的世界首辆全碳纤维复合材料地铁车体。此次全复合材料车体的成功研发，不仅带来车体减重、节能减排降耗、提高安全性、舒适性和使用寿命等优越性能，更重要的是探索了碳纤维复合材料在轨道交通大批量工业化生产应用的方向和实施路径。这辆车体的摇篮在江苏恒神复材园，钱云宝一手打造的碳纤维全产业链终于结出了硕果。
12	2018年初，中国建材集团所属中复神鹰传来喜讯，T1000级碳纤维工程化取得突破性进展，完全自主研发的百吨级T1000碳纤维生产线实现投产且运行平稳。这一消息对于中国而言无疑是特大喜讯，之前只有美日可以制造的T1000，被我国掌握，所谓的封锁就在一瞬间被打破。
13	江苏澳盛经过长期攻关研究，对大丝束碳纤维的展纱、树脂基体、纤维表面处理技术、稳定化的拉挤板材成型工艺及设备、在线检测和反馈、生产及检测辅助工装和治具等核心技术进行研究，形成了相应的知识产权。其产品基于高效率工艺的风电用碳纤维复合材料拉挤板材被中国复合材料学会评估认定为4A级成果。打破国外垄断。
14	中复神鹰碳纤维有限责任公司正式推出M40级碳纤维产品。其拉升强度达到4500兆帕，弹性模量更是达到了380000兆帕的程度，完全达到了日本东丽公司研制的M40高模型碳纤维的水平，打破了日本企业在这一领域的垄断。
15	在德国柏林举行的2018国际轨道交通技术展上，中国中车正式发布新一代碳纤维地铁车辆“CETROVO”。