纺织导报-国际碳纤维产能持续增长及其市场现状.pdf
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1、市场的强劲需求和碳纤维价格的上涨,使P A N 基碳纤维的生产能力呈连续增长态势。面对能源和生 态环境的制约,沥青基碳纤维的开发和应用也将引起人们关注。研究国内外碳纤维的市场需求结 构,提高碳纤维供需平衡的预测能力,将对我国碳纤维行业的健康发展起到一定的作用。 稳定强劲的市场需求与价格的攀升,促使碳纤维产能 的建设投资连续增长。2 0 0 5 2 0 0 8 年间,全球用于碳纤维 产能的投资已突破8 亿美元。生产能力从3 3 万t 上升到r 5 7 万t ,预计2 0 1 5 年有望达到7 1 l7 j t 。 从1 9 9 7 2 0 0 7 年,全球碳纤维产业以每年8 的速率 增长。目前,
2、碳纤维国际市场的价格已在2 0 0 4 年的基础上上 升了6 5 左右。 1 碳纤维的市场及潜力 全球碳纤维的需求将会成倍增长,估计2 0 0 8 年消费 量为3 8 9Y j t 左右,2 0 12 年将达5 2 3 万t ,年均增长率约为 1 6 。 预计2 0 1 2 年大欧洲将消耗全球碳纤维的3 2 ,北美约 为3 2 ,亚洲( 除E t 本外) 为2 2 ,日本达1 4 。碳纤维的消 费趋势十分清晰,运动和休闲制品是碳纤维的传统应用方 面,但相对于其它蓬勃发展的领域,该领域已失去r 先前的 重要地位,预计2 0 1 0 年其消耗量将占总量的1 6 左右,年 增长速度保持在5 的适度水
3、平。 碳纤维在航空航天工业领域的应用将会大幅增长, 2 0 1 0 年将达2 2 左右,年增长率约为2 0 。其中,波音公 司和空中客车公司的巨大订单是关键的影响凶素。两家公司 目前已经垄断了座位超过1 0 0 座的客机市场,其产品交货 量如图1 所示。目前,波音7 8 7 使用的碳纤维增强复合材料 ( C F R P ) 已超过5 0 ,空中客车A 3 8 0 以及体积相对较小的 A 3 5 0 ,也计划在2 0 1 0 年大幅增) J N C F R P 的使用比例。 根据空中客车公司的预测,2 0 2 3 年大型客运飞机的数 量将是2 0 0 3 年的2 倍,即将从1 08 3 8 架增
4、加到2 17 5 9 架。 全球航线期望交付的大型客机和货机在1 73 2 8 架左右,即 l 作者简介:芦长椿,男,1 9 4 1 年生,全国化纤新技术开发推广中心 _ 总工程师,北京,1 0 0 0 2 0 。 文芦长椿 图1 波音公司和空中客车公司的飞机交货量( 1 9 9 0 2 0 0 8 年) 平均每年交付8 6 6 架。 碳纤维在产业用领域的应用,在过去的5 年I 口J 取得 了明显增长,2 0 1 0 年该领域的消耗量有望接近总消耗量的 6 3 ,年增长速率在1 5 1 8 之间。产业用的强劲增长 是基于全球大量有价f 直的工程项目的实施,如风能建设、压 力容器、水面运输船具、
5、土木工程、海上船只舰艇以及石油 行业的工程开发等。表1 为2 0 0 7 2 0 1 2 年间碳纤维在产业 用领域的需求状况。 表1 吒用领域 短切纤维 工业织物 海上船舰 土木工程 汽车 压力容器 风能设备 其他 2 0 0 7 2 0 1 2 年产业用领域对碳纤维的需求状况t 2 0 0 7 2 0 0 8 年。2 0 0 9 年 2 0 1 0 年2 0 1 1 年 萄1 2 甥 l 预计) ( 预计 ( 预计)I 预计) ( 预计增 47 0 050 0 0 5 似) 58 0 0 61 0 066 0 0 7 0 0 8 0 08 0 09 0 0l0 0 0l1 0 0 10 0
6、012 0 0l2 0 012 0 013 0 013 0 0 12 0 014 0 0l6 0 018 0 02 0 0 02 0 0 0 l4 0 0l8 0 0 23 0 0 30 0 0 32 0 034 0 0 2 6 0 033 0 0 41 0 0 47 0 0 5 0 0 053 0 0 3 3 1 3 036 0 038 0 041 0 044 0 046 0 0 5 1 0 06 4 0 07 1 0 077 0 076 0 085 0 0 近年来,碳纤维在军工领域的应用也取得了进展。美国 F 一2 2 战机选用C F R P 配件已达3 5 0 余种,军用战机与一些 装备
7、的C F R P 的使用量已占其总重量的2 5 3 0 ,如黑 纺织导报C h i n aT e x t i l eL e a d e r 2 0 0 9N o 3 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 大丝束 4 8 K 8 0 K 3 2 0 K 日本东丽公司 表22 0 0 7 2 0 10 年全球P A N 基碳纤维的生产商及产能预测 妇 1 ”m 一 生产厂家商品名 东丽( 日本) S o f i c a r ( 美国) T o r a y c
8、 a 。 C F A 法国) 7 产能或产量 。“一 4 键 丽而吾) 1 丽丽丽广丽而丽矿j 73 0 083 0 01 33 0 0 52 0 052 0 052 0 0 54 0 0 54 0 054 0 0 产量总计 大小丝束 总产量 注:产量总计= 产能总计0 7 ( 系数) 。 鹰直升飞机、无人靶机、装甲防护体、头盔、防护帽以及军 用器械支架等。 随着能源消费形势的F 1 益严峻,有理由相信,燃料效率 和安全性凶素将迫使汽车生产厂商更多地从铝材转向使用 C F R P , 以替代车体或其关键部件。 2 全球碳纤维生产能力扫描 2 1 P A N 基碳纤维 E l 本、美国的碳纤维牛
9、产商及我国台湾的台塑集团均自 行生产P A N 原丝,保障了碳纤维的品质及其稳定性,并有效 地控制了产品的制造成本。 据预测,2 0 0 8 2 0 1 0 年间,碳纤维小丝束( I K 3 K 6 K 1 2 K 2 4 K ) 的产能将增加1 97 i t ,2 0 1 0 年的理论产能将达到 7 0 17 Y t 。日本东丽公司作为碳纤维行业的先行者,为确保领 先地位,计划投资额约占全球碳纤维生产总投资额的3 3 ; E t 本东邦T e n a x 公司在日本本士、欧洲和美国都投入了碳纤 维工厂的建设,约占全球产能总投资的2 0 。3 家日本公司 ( 东丽、东邦T e n a x 和三
10、菱人造丝) 的产能投资约占全球小 丝束新产能的6 7 ,而两家美国公司( H e x c e l 公司和C y t e c 公司) 仅占1 6 ,我国台湾的台塑公司约占1 2 。表2 为 2 0 0 7 2 0 1 0 年全球P A N 基碳纤维的生产商及产能预测。 3 K 与6 K 丝束适宜一般用途,也能用于航宅级制品中。 92 4 0 3 66 8 3 l l6 9 0 4 68 3 7 1 33 0 0 5 3 0 3 2 1 57 5 0 6 48 2 7 从技术角度考虑,它们不可能完全替代12 K 幺乏束,因此,不 少碳纤维生产商非常重视改造专门的生产线以适应此类 产品的生产,如日本
11、东邦公司将位于美国牛产基地( 美国 F o r t a f i l 公司) 的8 0 K 重旦丝束生产线改造成了生产2 4 K 规格 的丝束。 美国Z o l t e k 公司近年来不断创新,特别是在风能叶片 等产业用领域寻求新发展。S G L 公司也正在实施庞人的投 资计划。此外,2 0 0 8 年我国的大连兴科碳纤维公司、土耳其 A K S A 公司的碳纤维新项目也正在建设中。 2 2 沥青基碳纤维 2 2 1 市场发展 1 9 7 0 年,日本吴羽化学通用级沥青菜碳纤维投入生产, 其商品名为K r e c a ,大阪瓦斯化学公司的f _ 】类沥青基碳纤 维的商品名为D o n a c a
12、 r b o ,均系短纤维。其他已实现商业化 运转的沥青基碳纤维生产商如表3 所示。 表32 0 0 8 年2 0 1 0 年全球沥青基碳纤维的产能预测 妇 饕4 、”2 。4 一一。”产能3 淫 生产商原料产品类型纤维特征商品名五菇F 磊i 石F l 预计J ( 预计I ; 日本三菱化学煤基长丝中间相D i a l e d 1 8 1 ) 6 0 0 日本石墨纤维煤基长丝通用级伸间相G r a n o c 10 0 012 5 0 C y t e c 公司 石油基长丝中间相T h o m e l 4 0 04 0 0 总产能15 8 02 2 5 0 纺织导报C h i n aT e x t
13、 i l eL e a d e r 2 0 0 9N o 3 :| 唧咖枷啪 2 6 3 3 黼警美蒙 爹,& 鼯 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 2 2 2 技术特征 沥青基碳纤维及其制品具有一系列技术特征,主要体 现在以阿L 个方面。 ( 1 ) 成本低廉 沥青基碳纤维以石油基和煤基沥青为原料,成本低 廉。与P A N 基碳纤维和粘胶纤维相比具有较高的碳化得 率,通常在7 5 以上。 ( 2 ) 热传导性能高 中问相沥青基碳纤维的热传导性能是同
14、类犁P A N 基碳 纤维的4 5 倍,达6 0 0 8 0 0W M k ,其增强复合材料的 热传导性能几乎与金属铜相当。 ( 3 ) 稳定性好 该纤维对温度变化及恶劣环境下的侵蚀表现出十分好 的稳定性。 ( 4 ) 热膨胀系数( C T E ) 呈负值变化 沥青基碳纤维在受热状态下,沿纤维轴向,纤维的C T E 呈负值变化。利用该性能,可将沥青基碳纤维与金属或聚合 物制成复合材料,这种材料在使用中表现出良好的尺寸稳定 性,并I S 据设定的热膨胀率制得所需产品。 ( 5 ) 产品种类多样 沥青基碳纤维可被加工成多种形式的产品,以适应市 场的多样化需求,如u D 产品、平衡织物、预浸料、纤维
15、垫、 短切纤维和研磨纤维等。 2 2 3 应用 由于具有较高的热传导性能,反向热膨胀系数和超高 的模量,因此沥青基碳纤维适用于空问技术和人造卫星领 域。 沥青基碳纤维独特的热传导性能,使其在高产出的电 气设备中显示出良好的散热效果。对有效载荷有严格限制 的运载火箭来说,沥青基碳纤维增强材料在减轻重量上H 丁 起决定作用。 沥青基碳纤维的低密度、高热导性能以及特殊的摩擦 性能,对于其在军事领域的应用十分有价值。而沥青基碳纤 维及其增强材料的稳定性,也为设计制造出高性能与持久 耐磨的制动系统提供了理想材料。 为了适应开发高模量制品的需要,碳纤维生产商的研 发目标已越来越多地转向具有良好刚性和挠性的
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