年产12.5万吨PAN基碳纤维原丝生产建设项目可行性研究报告 122页

'12．5万t/aPAN基碳纤维原丝新建项目可行性研究报告5 目录一、总　　论11.1项目概况11.2项目承办单位概况11.2.1公司基本概况11.2.2碳纤维原丝项目实施状况21.3项目提出的背景及投资的必要性41.4建设规模与目标61.5主要建设条件61.5.1公司项目实施的硬件条件61.5.2实施碳纤维原丝产业化项目有独特的优势71.6主要技术经济指标91.7结论性意见10二、市场预测122.1国内外市场供应现状122.2　市场需求分析预测122.2.1碳纤维的物理性能122.2.2碳纤维用途132.2.3市场前景分析预测152.3市场竞争力分析19三、建设规模与产品方案203.1建设方案203.2建设规模203.3产品方案203.4产品主要技术指标205 四、工艺技术路线及设备选型224.1技术特点224.2工艺流程概述234.3主要工艺设备选型25五、厂址概况275.1建设地点与地理位置275.2地形地貌、地震情况275.3气候条件27六、工程技术方案286.1土建工程286.1.1工程内容286.1.2主要建、构物286.2供电工程296.3给水排水296.4供热306.5空压站306.6制冷306.7空调及通风306.8污水处理站31七、主要原材料、辅料供应327.1主要原辅材料需求量327.2公用工程规格及消耗327.3主要原料运输及贮存32八、环境影响评价348.1场址环境条件348.1.1社会环境345 8.1.2生态环境358.2项目建设和生产对环境的影响358.2.1项目建设对环境的影响358.2.2项目生产过程产生的污染物对环境的影响368.3环境保护措施方案378.3.1设计依据378.3.2环境保护措施378.4绿化39九、劳动安全卫生与消防409.1　劳动安全卫生409.1.1生产过程中出现的有毒有害物409.1.2采取的防范措施409.2消防419.2.1建筑防火419.2.2消防设施41十、节　能4210.1概述4210.2节能措施42十一、管理体制、劳动定员及人员培训4411.1管理体制4411.1.1项目法人组建方案4411.1.2管理机构体系图4411.2工作制度及定员4511.2.1工作制度4511.2.2劳动定员4511.3员工来源及培训465 11.3.1员工来源4611.3.2员工培训4711.3.3安全机构和教育47十二、项目实施计划4812.1　项目实施内容4812.2项目实施计划48十三、投资估算4913.1项目投资估算编制依据4913.2项目投资估算及编制说明492、总投资估算4913.3融资方案5013.4资金使用计划50十四、财务评价5114.1评价依据5114.2基础数据5114.3财务评价52十五　经济社会效益分析56十六、项目风险分析57附表1、表B1建设投资估算表…………………………………………………582、表B4流动资金估算表…………………………………………………593、表B5项目总投资使用计划与资金筹措表……………………………604、表B6营业收入、税金及附加和增值税估算表………………………615、表B6-附1营业收入、营业税金及附加和增值税估算表……………626、表B6-附2营业收入、营业税金及附加和增值税估算表……………637、表B7总成本费用估算表………………………………………………645 8、表B7-基1外购原材料费估算表………………………………………659、表B7-基1-附1外购原材料费估算表…………………………………6610、表B7-基1-附2外购原材料费估算表………………………………6711、表B7-基2外购燃料和动力费估算表………………………………6812、表B7-基2-附表燃料动力消耗附表…………………………………6913、表B7-基3固定资产折旧费估算表…………………………………7014、表B7-基4无形资产和其他资产摊销估算表………………………7115、表B7-基5工资及福利费估算表……………………………………7216、表B9项目投资现金流量表…………………………………………7317、表B11借款偿还表……………………………………………………7418、表B12利润及利润分配表……………………………………………7519、表22敏感性分析表…………………………………………………765 XX目录一、总　　论1.1项目概况1．项目名称：年产12.5万吨PAN基碳纤维原丝建设项目2．项目内容：现有的碳纤维原丝生产关键技术，产品水平已达到或接近日本东丽T300碳纤维，完全能满足民用产品的要求，小丝束碳纤维正与军工产品接轨，并在国家某型号地面试车成功，已具备规模化发展条件。实施该项目就是要在现产业技术基础上系统改进全面提升品质，全面达到日本东丽T300碳纤维产品水平，并扩大产能，达到12.5万吨/年产量。3．承办单位：****技术有限公司4．法人代表：5．项目性质：新建6．项目建设地址：****省市临邑县碳纤维产业园区1.2项目承办单位概况1.2.1公司基本概况16 XX目录****技术有限公司是2010年1月正式注册成立的民营高科技股份制企业，主要从事特种纤维的研究、开发、生产和经营，目前的主攻方向是碳纤维原丝工程化、产业化。项目位于****省市临邑县碳纤维产业园区，公司拟建设试验车间、科研楼、办公楼及配套的公用工程等。1.2.2碳纤维原丝项目实施状况1、自主创新，半年实现碳纤维原丝工程化公司2009年12月决策上马碳纤维原丝生产线，在系统调研、分析核心技术和关键设备、制定总体规划的过程基础上，采取了并行工程，边组织技术人员在小试线进行试验，边组织生产线建设。重点总结分析原化纤厂几十年的腈纶生产和近十多年的碳纤维原丝研发情况。应用现代化工技术、纺机技术、控制技术，深入研究了聚合、纺丝、回收等主要工序的工艺和关键技术，形成了具有自主知识产权的的碳纤维原丝生产工程和工艺方案，只用了半年时间就完成了工程化12.5万吨生产线的设计。2、PAN基碳纤维主要指标达到或接近日本东丽T300碳纤维附：PAN基碳纤维主要指标对比表　公司旭化成三菱工艺方法亚砜一步法硝酸两步法二甲基乙酰胺两步法线密度dtex1.201.341.18强度CN/dtex5.04.55.59强力CV值%131212伸长%1213.61116 XX目录伸长CV%109.19每米重mg/m141016061398沸水收缩%444回潮%0.980.990.95含油率%0.750.570.56附：碳纤维碳化后的指标对比公司1K日本T300（1K）抗拉强度（Gpa）3.53≥3.5强度CV（%）7.4≤6模量（Gpa）245220-230模量CV（%）2.5≤3伸长（%）1.441.50-1.65伸长CV（%）7.8≤6试验线的1K碳纤维由航天工业总公司检测分析中心检测。3、与中钢吉碳等碳化企业建立了战略性合作关系。中钢吉碳神舟碳纤维有限公司是国内碳化水平最好的厂家，是军工产品定点生产单位，通过高层互访，公司与中钢吉碳确立了技术互通、利益共享、同步发展的紧密型战略合作关系，并与航天43所形成了原丝碳化制品应用的一体化协作体系。经过十多次的批量试验，小丝束碳纤维基本品质达到航天43所使用要求，并在国家某型号实地试车成功，将进入批生产阶段。附：计划在试验线上的碳纤维原丝供货表企业名称接轨时间产品规格供应总量(吨)原丝品质大连兴科06年6月26日12K100优中钢吉碳06年7月24日1K0.4优3K1.5优6K1.2优16 XX目录12K3.5优浙江国泰06年7月25日6K3.0优12K6.0优吉林吉研06年8月1日3K1.0优6K6.0优12K1.0优企业名称接轨时间产品规格供应总量(吨)原丝品质滨州齐东碳素06年8月10日6K1.2优12K6.6优12K8合格兰州碳素06年10月29日3K2.25优6K0.5优12K13.9优公司发展碳纤维原丝在国内同类碳纤维企业中具有独特的优势，主要体现为：一是原丝工程化研究较深入，基本掌握了腈纶基碳纤维原丝的形成机理和工程化关键技术，形成了具有自主知识产权的生产工艺和工程化方案；二是生产线建设成效显著，投资少、见效快，拟建成12.5万吨/年生产线，目前以销售碳纤维原丝客户已确定，主要性能指标基本达到日本东丽T300碳纤维水平；三是社会化合作思路正确，选择解决碳纤维原丝的关键瓶颈，与十几家碳化企业建立战略性合作关系，并与中钢吉碳神舟碳纤维有限公司和航天43所搭建了从原丝、碳化到制品的一体化协作体系；四是长远发展目标明确，制定的的碳纤维原丝发展规划，目标明确、措施有力，公司将持续投入扩大产能，根据市场扩展情况增加16 XX目录产业化生产线。1.3项目提出的背景及投资的必要性1、碳纤维是关系国防安全和新型产业发展的战略物资。碳纤维以质轻、高强、高模、耐高温、耐腐蚀等特殊性能，在航空航天领域具有重要作用，并广泛应用于尖端武器装备的制造，是涉及国家与民族安全的重要物资。据了解，2008年前我国对碳纤维的年需求量约为8000吨，而且还在急剧增长，发展空间和潜力巨大，是一个新型的产业，可增加就业，形成新的经济增长点。2、世界发达国家十分重视碳纤维产业的提升与拓展。世界碳纤维产业发展迅猛，产能已达7万吨/年以上，拥有该产业技术的国家有日本、美国、英国、俄罗斯等，其中日本产能占世界总产能的90%以上，产业化水平已达T700，极大的促进了航空航天、武器装备等国防高技术产业和整体经济的发展。3、我国碳纤维产业进展缓慢，严重影响了国防建设和民用产品的发展。我国对碳纤维的研究起步较早，也投入了数亿元的经费，取得了不少科研成果，但由于核心技术和工程技术没能突破，至今碳纤维没能实现产业化。据了解，前几年我国碳纤维年需求量在8000吨以上，国家已确定研制生产16 XX目录飞机，航天及武器装备等军事领域急需国产碳纤维，国家领导人也十分重视碳纤维的国产化，碳纤维成为影响我国国防建设和国民经济发展的瓶颈。为此，公司的决策层先后调研了北京化工大学、中科院煤化所、上海合纤所、威海拓展公司、蚌埠华皖公司、大连兴科、中钢吉碳、吉林吉研等碳纤维的研究生产单位。目前，国内碳化技术趋于成熟，利用进口原丝，碳化后产品完全能达到日本T300水平，但原丝的生产确不尽如人意，无论是产量还是质量均无法满足后续碳化的需要。因此，影响高性能碳纤维发展的瓶颈是原丝的品质。从总体上看，国内碳纤维的研制与生产水平仅相当于国外20世纪70年代中、末期水平。产量低，性能低且稳定性差，远不能满足军民需要。严重制约着国家尖端武器的更新换代，对国家安全构成严重威胁，对高附加产值的国民经济支柱产业的发展也影响极大。4、公司正在实施碳纤维原丝产业化。公司于2009年底决策T300级原丝产业化，现基建及公用工程已全部进入实施筹建阶段，进入主体设备订购和安装阶段，总体项目实施2010年三季度完成，四季度进入试生产阶段，实行专线专用，6K、12K两条线，1K、3K两条线，总体产能达五万吨/年。1.4建设规模与目标****技术有限公司新建12.5万吨/年生产线，最终达到可生产12.5万吨/年碳纤维生产规模，产品质量达到T300水平16 XX目录，部分产品达到T700以上水平。1.5主要建设条件1.5.1公司项目实施的硬件条件公司于2007年初实施本项目的研制计划，当年底现已完成基建及总体的辅助工程设计，拟建设主厂房车间、水处理车间、锅炉房、产品原料库、成品库、配电间等基本生产配套工程设施，同时配备综合楼、职工食堂、职工澡堂等基本办公生活设施，拟建设该项目的基础条件，并从长远发展考虑，预征地520亩，为规模化发展打下了基础。1.5.2实施碳纤维原丝产业化项目有独特的优势1、公司是国内唯一一家能够规模化生产碳纤维原丝的厂家。目前我公司已掌握生产碳纤维原丝的规模化生产能力，是国内唯一一家能够批量生产碳纤维原丝的厂家，拥有独立知识产权，产品性能达到或接近T300。我公司已与国家军品指定单位中钢吉碳和国内最早实现碳纤维产业化的大连兴科公司形成上下游战略合作伙伴，并与航天四院43所形成了原丝—碳化—制品应用的一体化协作体系，极大地促进了项目的发展。2、公司拥有一支专业结构合理的复合型人才队伍，为碳纤维原丝产业化提供了有力保障。16 XX目录公司人才来源于次化纤厂、经纬纺机厂和山西锦纶厂的科技带头人及生产技术骨干，专业结构包含高分子、化工、化纤机械、自动化、工业分析等，公司已经形成了一支复合型的碳纤维原丝工程化实践团队，这支团队积累了丰富的纺织机械设计生产、新型纤维研发生产、整体工程实施与管理的经验。公司聚集了一批优秀的领导决策层、技术研发和生产管理骨干。萧忠渊董事长、行业专家是领头人，他不仅具有前瞻的视野、敏锐的判断力和无私的奉献精神，而且还是纺织机械方面的专家，拥有多项国家发明专利，他创办的贝斯特机械制造有限公司（公司的投资和控股企业），主营纺织机械，为碳纤维原丝生产提供了设备和资金保障，公司原丝生产线的设备国产化率达到90%以上,这些成为公司快速发展的重要因素；XXX总工程师具有40多年的腈纶研发和十几年碳纤维原丝生产经验，曾获得多项部级和国家级科技进步奖，被评为首批享受国务院特殊津贴的有突出贡献的专家，是本领域的国家级专家；萧忠渊先生理具有近20年的化纤机械产品设计开发经验，获得多项部级科学技术进步奖，主持开发的碳纤维生产线获得国家专利，目前专门负责腈纶基碳纤维工艺技术和设备；同时值得强调的是，公司还拥有一支具有多年从事腈纶和碳纤维原丝生产经验的一线生产骨干。公司的这个团队既有管理人才又有技术人才，既有理论人才又有实践人才，既有纺丝专家又有精通装备设计的专家。这与其他企业的人才结构比较具有其独特的优势。16 XX目录3、公司积累了较丰富的新型纤维研发经验，为碳纤维原丝产业化奠定了坚实的产业技术基础。公司整体研制开发出的化纤厂的设备、及人才和开发腈纶基碳纤维原丝的经验，是我国从事特种腈纶生产最早能实现规模化生产的企业，是国内唯一采用亚砜一步法生产腈纶的厂家，为公司的碳纤维原丝产业化奠定了很好的基础。4、公司具有良好的发展环境，为实现碳纤维原丝产业化提供了重要支撑。公司的投资和控股企业XXX有限公司，主营____为碳纤维原丝产业化提供了资金保障。碳纤维原丝项目已列入__________重点项目。公司具有很好的纺织机械配套能力和人力协作资源，具有煤、电价格低的优势，可显著降低生产成本（煤、电成及人工成本占原丝直接生产成本1/3以上），当地的科研单位和大专院校可以形成很好的技术协作优势，公司的发展碳纤维原丝具有得天独厚的地域优势。总之，公司实施碳纤维原丝改扩建项目有独特的优势，于中钢吉碳战略合作，能够迅速完成T300级碳纤维的国产化，满足国家航天军工之急需，将成为国内最早完成碳纤维产业化的厂家之一。1.6主要技术经济指标主要技术经济指标汇总表16 XX目录序号技术经济指标单　位数　量备　　　注1生产能力碳纤维原丝吨/年125000新建15条线2原料消耗丙烯腈吨/年1500004建筑面积平方米2000005定　　员人40006公用工程用水量M3/d65835用电负荷KWh/t412513用汽量（冬季最大）t/h18757投资估算建设投资万元348662.2其中：建设期贷款利息万元10530流动资金万元51053总投资额万元4102458经济效益总成本费用万元519467销售收入万元635000营业税金及附加万元4153.05(不包括增值税)利润总额万元90923.29技术经济指标内部收益率%21.26税后投资回收期(含建设期)年6.08含建设期2年贷款偿还期(含建设期)年5.15含建设期2年投资利润率%27税后16 XX目录投资利税率%75盈亏平衡点%491.7结论性意见本项目工艺技术成熟可靠，投产后可生产国家急需的高性能碳纤维原丝，解决制约我国碳纤维发展的主要瓶颈问题。打破国外该产品对我国的封锁，以满足国防、军事、航天、航空等工业及民用各领域的需要，符合国家产业政策。XXX有限公司既有管理人才又有技术人才，既有理论人才又有实践人才，既有纺丝专家又有精通装备设计的专家，还拥有一支具有多年腈纶生产经验的一线生产骨干，他们紧密配合，相互协作,并很好地承接了原化纤厂的生产和研发经验，应用现代化工技术、纺机技术、控制技术和管理方法，深入研究了聚合、纺丝、回收等主要工序的工艺和关键技术，突破了碳纤维原丝的工程化难题，是该项目实施的重要基础和优势。本项目经济益较好，总投资41.02亿元的投入，每年即可获得利润90923.2万元，全部投资内部收益率21.26%（税后），因此可以在不影响按期还贷的前提下，在碳纤维原丝稳定生产T300基础上，利用企业积累的资金来发展更高性能的碳纤维原丝，尽快16 XX目录试制T700逐步实现产品的更新换代，提升我国碳纤维的整体水平，缩短与世界先进水平的差距。综上所述，本项目符合国家产业政策，采用的技术路线先进，其产品在国内市场需求量很大，从主要技术经济指标看，项目抗风险能力很强，经济效益和社会效益也十分明显。因此，我们认为实施本项目不仅是必要的，也是切实可行的。但鉴于碳纤维是国家急需的国防战略物资，而该行业又是一种高投入、高风险、高能耗的产业，仅靠企业自身的实力来实现产业化的目标显然是困难的，建议政府先可重点扶持几个基础好、有实力的原丝生产及后续碳化企业，加大资金投入力度，实行税收与信贷倾斜政策，使其尽快做大做强，从而带动更多的碳纤维生产企业、原料生产企业在碳纤维产业上下功夫，使我国碳纤维的生产迈上一个新台阶，早日实现规模化、产业化的宏伟目标。16 XX目录二、市场预测2.1国内外市场供应现状目前，工业化生产碳纤维按原料路线可分为聚丙烯腈基(PAN)碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维三大类。其中聚丙烯腈(PAN)基碳纤维产品的力学性能优良，已经成为当今碳纤维工业生产的主流（约占全球碳纤维总产量的90%）。世界碳纤维的主要生产商有日本的东丽、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）、HEXCEL、Cytec和德国的SGL等公司。其中日本一直处于领先地位，世界生产能力中日本三大集团占75%，美国占15%左右。　　我国PAN基碳纤维的开发研制已有30多年历史。1960年代初，长春应用化学研究所已着手于PAN基碳纤维的研究，1970年代初已完成连续化中试装置。其后，上海合成纤维研究所、中国科学院山西煤化所与榆次化纤厂合作开展研制工作，并于1980年代中期通过了中试。进入产业化试生产阶段，先后建成了从几百kg/a到几t/a的小试装置和几十t/a的中试生产装置。总之，我国碳纤维研发生产起步不晚，但发展缓慢，总生产能力还不及发达国家或地区的一家公司。专家认为，制约我国碳纤维发展的主要瓶颈是聚丙烯腈原丝质量不过关。2.2　市场需求分析预测2.2.1碳纤维的物理性能1、比重轻，约为1.7-2.0g/cm3,仅有钢铁的四分之一；16 XX目录2、抗拉强度高，一般在3.0-7.0GPa；3、高温下具有高的比强度和比模量，且在高温下不熔不燃，仅仅是烧蚀；4、断裂伸长在1.5-2.2%之间，柔软可编，深加工性能好；5、耐疲劳，减振性优异，耐磨性能好；6、热膨胀系数小，制品尺寸稳定，导热率高，不会出现蓄热和过热，在惰性气氛中，耐热性能优异，强度不下降；7、生物相容性好，生理适应性强；8、有良好的导电性、非磁性、电波屏蔽性及优异的X射线穿透性。2.2.2碳纤维用途由于碳纤维兼有金属、陶瓷、纺织纤维、有机高分子材料的优异特性，因此在国民经济的众多领域中得到了广泛应用。例如：1、国防军事工业方面的应用这是碳纤维的传统应用领域，主要用于军用飞机、潜艇、导弹、火箭发动机、防弹衣、防暴盾牌、稽私艇、碳纤维炸弹（美国在南联盟和伊拉克战争中都使用了这类炸弹，用来破坏对方的电力设施）及军用装备的防护层。2、宇宙航天及战略武器方面的应用16 XX目录涉及宇宙飞船、航天飞机、人造卫星、火箭与导弹复合增强材料、飞机刹车片等，主要利用了碳纤维质轻可减重及可耐上千度高温而强度不变的特性。3、高新技术方面的应用正负电了对撞机，采用碳纤维强化朔料制成的束流管主漂移室内、外筒构件，使其工效提到大幅度提高。在核聚变方面的应用，充分利用了碳纤维复合材料的耐热冲击和耐中子辐照及耐冲刷等优异的热特性以防中了辐照。铀的分离与浓缩：使用碳纤维强化塑料制成的旋转体可获得高速度VC，取得较好的分离效果。4、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，可增加航程或增加净载质量，如果说飞机的重量为100%，飞机自身约占50%，其中，飞机结构质量约占自身的30%左右，如果结构质量减轻1kg，总质量减轻2－5kg，增加因子为2－5，这就是飞机大量采用轻质碳纤维复合材料的原因之一。战斗机结构材料轻量化，可减少油耗，延长作战时间，且可飞得更高、更快，更加机动灵活，从而提高了战斗机的生存和作战能力。5、汽车及交通运输领域中的应用采用碳纤维复合材料制造汽车、火车的零部件，不仅使自身轻量化，还可以使其有许多功能特性。可降低振动和噪声，行驶有舒适感，可提高行车速度。16 XX目录6、土木建筑桥梁、地铁、工业民用建筑、水塔、水池、烟囱等土木工程各个领域的钢筋混凝土结构的修复补强（特别是发生阪神、淡路、tolco和台湾省大地震后，海外的需求量大增）。具有施工便捷、不需大型机具、固定设施，没有湿作业，施工效率高，耐腐蚀、耐酸、耐碱、耐盐，能抗各种恶劣环境等特点。同时，碳纤维作为电热体有着金属电热体所不可比拟的诸多的优异性能：如质量轻，化学性能稳定（耐腐蚀，不易被氧化），升温快、电热转换效率高达98%、柔软耐折叠（曲弯测试达50000次）、断线不起弧，可有效杜绝火灾的发生。7、工业应用主要利用碳纤维复合材料所具有的高强度、高钢度、重量轻、耐高温、耐腐蚀等优异性能，广泛应用于化学、冶金、石油（海底油田上的油管、输送管平台支架、钻井套管）、机械、纺织、医疗、电子等行业。最引人注目的是美国的压缩天然气（cng）压力容器和消防车的氧气压力容器。8、体育领域16 XX目录主要用于高档的文体用具，如：高尔夫球杆、羽毛球拍、网球拍、高档运动鞋、滑雪板、赛艇、赛车等。2.2.3市场前景分析预测　随着碳纤维用途日益多样化、核心化，全球航天航空、体育休闲和工业生产中广泛采用应用碳纤维复合材料，其需求量快速增长。据日本（碳纤维产量占世界总产量的75％）东邦特纳克斯公司的专家分析说，随着航空航天、体育休闲和工业应用对碳纤维的需求大幅度增加，全球碳纤维市场正以平均每年两位数的速度快速增长,而从2005年开始，全球碳纤维的供给与需求已出现紧张局面,2006年全球碳纤维需求量已达到2.5万吨／年，预计2010年全球碳纤维需求量则达到31910吨／年。不包括新增的年需求量数万吨的风力发电、飞机、复合材料电缆、桥梁补强等项目……随着我国改革开放的深入发展，国内碳纤维的消耗量在逐年增长。据统计，1996年为580吨，1997年为700吨左右，2000年为五万吨，2001年为1500吨，2002年已超过2235吨，2005年将突破4000吨。2009年达到9000吨以上。而目前国际上主要应用于三大部分：航天航空、体育运动器械和工业，分别占需求量的比例为20%、30%、50%。在国际上，碳纤维在航天航空及产业用量所占比例比我国大得多。主要应用领域及增长率应用领域应用实例增长率%平均增长率%16 XX目录一般企业高压容器CNG、医用氧气瓶30-3520-25土木建设桥梁增强、建筑材料25-30交通运输船舶、卡车、轿车、火车20-25能　　源飞轮、风力发电15-20机　　械辊、管、集装箱15-20其　　它复杂成形件、医疗器械15-20文体器材高尔夫棒高尔夫碳竿（60-90%）5-74-6球拍类美日市场成熟、亚洲等国扩大3-5钓　竿美日市场成熟、亚洲等国扩大5-7航空航天飞　机大型客机15-2015-20卫　星卫星及飞船我国政府最近正式批准把大型飞机工程列入国家中长期科学和技术发展规划和“十一五”规划纲要，并定下目标在2010年前完成设计，并自行生产飞机引擎，2020年前开始制造大型飞机。而在大飞机制造中需要大量碳纤维。近几年碳纤维复合材料（CFRP）在宇航和航空工业领域的应用得到迅速发展。运输飞机、风能叶片和深海油田对碳纤维的大量需求，基础设施、汽车工业、压缩气瓶等对碳纤维用量的增加，最终引发碳纤维短缺、导致其供不应求的局面飞机碳纤维强化塑料（CFRP）用量急增，波音公司积10余年在B-777机尾段使用复合材料的经验，在新一代B-78716 XX目录机型上，将复合材料的用量从过去占全机结构质量的大约10％一下子提高到50%。使用部位从尾部上升到主要承力结构的机身和机翼。欧洲空中客车公司A380超大型客机的复合材料结构用量达到25%，随后研制的军用运输机A400M和空客A350复合材料用量也达到大约40%。2005年是商用飞机CFRP用量增长最快的一年。开始了两个大量使用CFRP的飞机项目，2005年波音公司飞机合同650架，空中客车公司417架，2005年底两大飞机公司交付飞机620架，复合材料用量约1700t，其中CFRP约1020t。2005～2010年航空航天工业复合材料市场将以每年>10%的速度增长。据称2004～2009年全球宇航工业使用的碳纤维将从碳纤维使用总量的26%增加到30%。2007年随着新型空中客车A350和波音787客机Dreamliner（也被称之为7E7）投产给碳纤维工业产生显著的推进作用。碳纤维复合材料由于质轻，大约是钢的重量的20%，根据纤维等级和方向性，甚至也可以达到钢材类似的强度。此外，碳纤维还不生锈。由于使用碳纤维材料可以大幅降低结构重量。因而可显著提高燃料效率。空中客车A350中复合材料用量已接近总重量40%。波音787的机翼和机身上使用复合材料超过了50%。波音787机型由于减少重量，在燃料费用方面节约了大约20%，加上腐蚀等方面的费用节省更为惊人。根据市场情况，波音和空中客车公司每年交付使用客机大约250到350架。可以预计，未来碳纤维市场需求潜力非常巨大。欧洲空中客车公司研制的世界最大民用货机A380F于2005年4月投入生产，生产过程中更多地采用了碳纤维材料。A380F16 XX目录的中央翼盒采用了碳纤维增强塑料，这种材料质量轻，强度高。专家认为，采用用新型材料和高技术将使这种飞机在性能上比老一代大型飞机更具优势。A380F翼展79.8m，长73m，高24.1m，相当于8层楼房，是世界上正在制造的最大货机。A380F设计商用载重量可达150吨，航程1.04万km。空中客车公司认为，全球货运市场在未来20年内将有快速发展，但目前承运商面临着收益减少和货物密度下降的压力。因此承运商希望货机容量更大，以降低单位成本，A380F正是这一需求而设计的。预计首架A380F将于2008年投入运营。碳纤维材料现在已成为汽车制造商青睐的材料，在汽车内外装置中开始大量采用。碳纤维作为汽车材料，最大的优点是质量轻、强度大，重量仅相当于钢材的20%～30%，硬度却是钢材的10倍以上。所以汽车制造采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。业界认为，碳纤维在汽车制造领域今后的使用量会越来越大。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；奔驰的57S型轿车原来内装饰全部是木质材料，现在则以碳纤维替代；通用的雪弗莱轿车车底盘的内装饰材料也采用碳纤维；宝马公司将M6型轿车的顶篷全部采用碳纤维，并进行技术处理，使其保持金属材料的光泽。16 XX目录在工业领域，碳纤维应用也相当广泛，作为材料，它们正在替代金属和混凝土来满足环境、安全和能源要求，在工业领域对碳纤维的需求量正在呈上升趋势。在土木工程和建筑领域，应用碳纤维的抗震修复和加强是一项主要突破，使碳纤维在此领域正在得到更加广泛的推广。在铁路建筑中，碳纤维将在大型的顶部系统和隔音墙方面会有很好的应用，这些也将是很有前景的应用。压力容器主要用在汽车的压缩天然气（CNG）箱上，而且还用在救火队员的固定式呼吸器（SCBA）上。CNG罐源于美国和欧洲国家，现在日本和其他的亚洲国家也对这项应用表现出了极大的兴趣。2.3市场竞争力分析公司发展碳纤维原丝项目拥有自主知识产权，拥有一支专业结构合理的研发队伍，产业技术提升发展快，属自主创新，具备核心竞争力。公司工程技术设备技术自有，主体设备（除卷绕外）全部自行设计外委制造，同时公司地处****省晋中市是中国最大纺机生产基地，纺机生产配套能力强，因而项目总投入低。原丝及碳化产业属耗能大户，用煤，用电量大，公司地处****发展该项目，有得天独厚之优势，可极大地降低生产成本。工艺的先进性和生产的稳定为产品的高质量和生产效率的提高奠定基础。同时碳纤维原丝是碳纤维产生的瓶颈，是国家发展之急需，该项目的发展受到了省、地、市的大力支持，国家有关部门也非常关注，有着良好的社会环境，极大地提高了企业参与市场竞争的能力。16 XX目录三、建设规模与产品方案3.1建设方案在现有的碳原丝车间改造现有的生产线，形成年产12.5万吨/年1K、3K、6K、12K和48K碳纤维原丝的15条生产线。3.2建设规模碳纤维原丝12.5万吨/年3.3产品方案产品规格：单丝纤度1.22dtex产品品种及产量：1K、1000吨3K、4000吨6K、10000吨12K、30000吨48K、80000吨3.4产品主要技术指标碳纤维原丝主要技术指标序号项　目单　位现企业标准建成后标准备　注1线密度dtex1.151.19-1.25按用户要求2断裂强度CN/dtex≥4.0≥4.63断裂伸长率%16±216±2按用户要求4含砜%＜0.03＜0.025含油%0.5-0.10.5-0.16断头率%＜3＜37回潮率%≤1≤116 XX目录8外观无毛丝、并丝及张力不均16 XX目录四、工艺技术路线及设备选型4.1技术特点１、用二甲基亚砜一步法工艺生产聚丙烯腈基碳纤维原丝，是该公司在国内独创，国内外专家一致认可为生产碳纤维原丝的首选方法。２、走连续聚合方式，多釜连续高转化聚合工艺，聚合是原丝生产的核心，公司连续聚合工艺有如下特点：①分子量易于控制丙烯腈聚合是放热反应，走连续聚合单位时间放热量一定，因而易于控制反应温度（在其它条件一定的情况下）也就控制了分子量。②转化率易于控制且保证了分子量的尖峰分布。③单线能力高，本项目采用两套聚合装置，1K、3K车间一套，6K、12K、48K车间一套，6K、12K、48K聚合装置总聚合容积21m3，各单线能力达800-1000吨/年。④聚合生产过程稳定，是产品质量的基本保证。3、实现专线专用，四条纺丝生产线中两条用于生产1K、3K碳纤维原丝，另两条纺丝生产线生产6K、12K、48K碳纤维原丝，可最大限度优化工艺，提高产品质量。1K、3K专用纺丝机特征：立式纺丝，单根单位；提高专件水平（长丝专件、控制偏差）；去除被动分丝点（减少毛丝）；斜八字排列，合理利用空间，提高整机效率。6K、12K纺丝机特征：由瓦型组件，改为组合式组件,提高喷丝头精度；单位单泵独立传动,16 XX目录提高计量泵精度；泵制作，放弃名义流量精度，提高一致性。4、采用低温高浓凝固工艺，成形过程易于控制，成品品质稳定、均匀。5、自行研制干燥热拉伸设备，热场精度高，湿度均匀并易于控制，有利于纤维的致密化和细晶化。6、卷绕设备全部进口，达到横张力卷绕，卷装大，利于后道加工和提高后道生产效率，降低成本（1K、3K：25kg/轴，6K、12K：120kg/轴）。7、公用工程：生产用水采用高纯处理，亚砜回收自创工艺，回收精度达99.5%以上，为连续稳定生产提供了保障。8、整体工程控制水平高，过程温度、速度、流量、压力等实行自动化控制，保证了工艺的柔性化和生产过程的稳定性，是产业品质提升的基础。4.2工艺流程概述聚丙烯腈基碳纤维原丝的生产，根据生产过程中所使用的溶剂不同，生产方法分为氯化锌法、硫氰酸钠法、硝酸法、二甲基亚砜法、二甲基甲酰胺法、二甲基乙酰胺法等。国际上碳纤维生产规模最大、技术最先进的是日本东丽公司，该公司即是采用亚砜一步法生产高强度聚丙烯腈基碳纤维，2006年末生产能力达到10600吨/年，凭借原丝质量的优势，东丽生产出T300牌号的碳纤维强度达3.6Gpa，现在正向T700S换代，强度达到了4.9Gpa,16 XX目录东丽又开发了T800、T1000，T1000的强度达到7.2Gpa，可见亚砜一步法的优越性。本项目采用二甲基亚砜一步法工艺，即采用二甲基亚砜为溶剂，丙烯腈为第一单体，丙烯酸甲酯为第二单体，衣康酸为第三单体，偶氮二异丁腈为引发剂的三元共聚、中转化连续聚合、湿法纺丝的工艺路线，工艺过程主要由以下部分组成：原料精制、原料配制、聚合、脱单体、纺丝、牵伸、水洗、上油、干燥牵伸、热处理、收丝、包装及溶剂回收。聚丙烯腈原丝的生产过程为：经过精制的丙烯腈与丙烯酸甲酯、二甲基亚砜、衣康酸、引发剂偶氮二异丁腈通过计量进入配制釜中，经充分搅拌，形成的混合液经化验合格后由计量泵通过转化率控制器和精密过滤器送入第一聚合釜，达到一定聚合度后的料液，随后进入第二聚合釜进一步聚合，达到工艺要求的聚合度后的原液送入薄膜蒸发器脱除单体，经过两道板框过滤机过滤、脱泡后即为纺丝原液。16 XX目录纺丝原液经精密过滤器过滤后通过喷丝头喷出，在一定温度和浓度的二甲基亚砜水溶液中凝固成丝束。丝束经导丝辊进入再凝浴、一牵伸、二牵伸，然后进入水洗槽用纯水洗涤。洗涤丝束后的水和凝固浴排出的浓二甲基亚砜溶液混合在一起，一部分流入凝固浴调配槽继续使用，一部分送至溶剂回收车间回收。水洗后的丝束，引入油槽上油，进入干燥机烘干，通过热板牵伸和热处理，由以上处理后的丝束在精密交叉卷绕机上卷绕成一定规格重量的卷装，由成品丝车运送至检验车间，经检验分级后包装入库。碳纤维原丝工艺流程框图如下：原料精制—→原辅料配制—→聚合—→一次过滤—→脱单体—→混批中和—→二次过滤—→脱泡—→三次过滤—→纺丝—→牵伸—→水洗—→柔软处理—→干燥、热牵伸—→热处理—→抗静电处理—→收丝—→检验包装—→碳纤维原丝入库4.3主要工艺设备选型该项目所选设备除碳纤维原丝的卷绕机和喷丝板进口外，其主要设备如聚合釜、纺丝机、计量泵、牵伸及热定型等设备大部分为自行设计委托机械厂加工，部分通用设备、自控仪表及物检化验仪器在国内购置。卷绕机、喷丝板等关键设备拟从国外引进，主要工艺设备配置及选型如下表：（下表为单条线生产设备数量，本次实施新建三条线，改造一条线，实际数量按项目栏计。）16 XX目录一条生产线碳纤维原丝工艺设备一览表序号设备名称单位数量项目来源备注1丙烯腈提纯装置套12国内部分自制2计量槽套24国内自制3配制釜台48国内自制4进料泵台24国内自制5聚合釜台48国内自制6脱泡釜台24国内自制7板框过滤机台510国内外购10隔膜泵台48国内外购11纺丝泵台40120国内外购12纺丝机台13国内自制13喷丝板（1K、3K）块1648进口喷丝板（6K、12K）块2060进口14牵伸机套13国内自制15水洗机套13国内自制16上油机台13国内自制17干燥定型机套13进口自制18卷绕机（1K、3K）位1632进口德国卷绕机（6K、12K）位2040进口德国19包装机台12国内自制20溶剂回收装置套12国内部分外购21控制仪表套23国内外购22物检、化验仪器套4646国内外购合计台.套41616 XX目录16 XX目录五、厂址概况5.1建设地点与地理位置本项目建在****省市临邑县高新技术园区内。临邑县位于****省市东部，南与济南毗邻，北与北京、天津相连。南北长58.5公里，东西宽30千米，面积1016平方千米。临邑镇地理位置优越，交通发达，是鲁西北重要的交通枢纽。县政府驻地南距省会济南60公里，北距天津240公里，104国道与四条省级公里干线交汇于此。规划中的—烟台铁路、北京—上海高速铁路在境内穿过。生产区厂址东西长约800米，南北宽约625米，其中建筑占地面积约20万平方米，容积率为2.5,总占地面积为50万平方米。5.2地形地貌、地震情况项目用地位于****省市临邑县东部，临邑县地形平坦，地势自西南向东北略有倾斜，为黄河沉积平原地貌。项目用地地势平坦，相对高差不大。本地区抗震设防烈度为8度。5.3气候条件16 XX目录季风气候影响显著,四季分明、冷热干湿界限明显，春季干旱多风回暖快，夏季炎热多雨，秋季凉爽多晴天，冬季寒冷少雪多干燥，具有显著的大陆性气候特征。光照资源丰富。日照时数长，光照强度大，年平均日照时数2592小时，日照率为60%，太阳总辐射量为124.8千卡／平方厘米，均处全国、全省的较高值区。年平均气温12.9℃，年平均降水量为611毫米，且有明显的“春季雨少多干旱，秋季雨少多晴天，夏季雨多常有涝，冬季少雪多干燥”的季节分配特点。16 XX目录六、工程技术方案6.1土建工程6.1.1工程内容土建工程包括在公司厂区内新建碳纤维原丝车间、回收车间、检测中心2、锅炉房、无离子水站、空调及空气净化、职工倒班宿舍等(详见下面主要建、构物工程一览表)。6.1.2主要建、构物碳纤维原丝生产车间总体上按甲类二级建筑物考虑，包括聚合、纺丝、回收三个生产工序，其中聚合部分依据生产工艺的要求，按二级防爆措施处理。建筑物的主体一般为二层，局部为三层，全部采用钢筋混凝土框架结构。主车间的土建设计除考虑到本企业的特点并满足工艺要求外，还要做到结构合理，造型美观大方。主要建、构物工程一览表序号建筑物名称结构形式建筑面积(m2）备注1碳原丝生产车间框　架150000二层局部三层2回收车间框　架15000四层3锅炉房框　架5000一层局部二层4空调及空气净化框　架3000一层5中心化验室砖　混7000二层6无离子水站框　架2000一层7职工倒班宿舍砖　混16000四层污水处理站砖　混2000一层16 XX目录合计6800污水处理池钢筋砼结构50036.2供电工程拟建变配电室，配置15台4500KVA变压器及相应配套设备，经测算本项目的用电量约50000KVA，实际耗电量仅49500KVA，故本拟建设备可满足用电要求。6.3给水排水1．给水a、用水负荷本项目工程的生产、生活及消防日用水量总计约210万吨，其中生产用2087500吨，生活及其它为12500吨。(详看表B7-基2-附表)b、水质要求：项　　目一般生产生活用水软　　水无离子水SiO2﹤15PPM﹤0.03PPMPH7±0.57±0.57±0.5总硬度﹤2﹤1PPM电导率2μΩ/cmCI含量﹤35PPM﹤35PPM﹤10PPMFe﹤0.2PPM﹤0.2PPMMn﹤5PPM﹤0.3PPMc、给水方案拟建深井8眼，出水量400-500t/h，可满足项目用水量。16 XX目录现有脱盐水站一座设有一套水处理装置，经测算本项目需新增二套水处理设备(利用锅炉回水生产蒸馏水)。锅炉房所需软水由自带软水处理系统处理。2、排水生产区生产车间的排水主要是生产废水和少量的生活污水，生产废水排至污水处理站，经处理后达标排放；雨水及办公区的生活污水可直接通过城区总管网排至城市污水处理站进行处理。6.4供热拟建锅炉房8座，设有两台6吨/小时蒸汽锅炉及配套设施，本项目最大用汽量约1800吨/小时，为保证达到环保大气排放要求，配套高效麻石水膜除尘器。6.5空压站拟建4台1.7Nm3/min自动空压机，本项目需新增4台3.2Nm3/min自动空压机，一用一备满足工艺要求。6.6制冷该项目工艺需用1℃16 XX目录的冷冻盐水，选用2台活塞式制冷机，1备1用供工艺用冷盐水。6.7空调及通风1、空调为了生产出高质量的碳纤维原丝，纺丝生产线要求洁净度为十万级，局部达千级，经初步测算需选用四套净化空调系统和冷冻水系统。净化空调的过滤部分采用三级过滤，粗、中效过滤设在机组内，高效过滤设在系统末端，为保证在丝束裸露部分空气的洁净度达到千级，在上述部位设置高层流带。冷冻水系统采用闭式压力回水系统，选用水冷式冷水机组提供7—12℃的冷冻水供给空调机组使用。空调机组的热媒由锅炉房提供。2、通风根据工艺条件，碳原丝生产区在生产过程中会有少量的丙烯腈等有害物散发，针对不同的工段设置通风系统，在聚合工段整体密闭运行，设立通风点，保证生产环境及生产安全；纺丝工段在纺丝成型过程中，因是湿法纺丝，有湿热气体散发出来，并挥发出丙烯腈及少量的氢腈酸气体，所以在纺丝机上应设置排气罩，将有毒气体及湿热气体排至废气吸收塔，经吸收后将空气排放，吸收后有害物质进入废水，统一处理。6.8污水处理站16 XX目录碳纤维原丝车间、回收车间的生产废水主要含有少量丙烯腈、丙烯酸甲酯、二甲基亚砜，纺丝油剂及抗静电剂；此外还有生活及其它废水，主要含有CODcr、盐类化合物、悬浮物及油类等。公司现有一个日处理量1000吨污水处理站，有一部分余量，本项目污水总排放量约为400/d，考虑部分预留，需新增1000吨/日处理能力的污水处理设备和水池。16 XX目录七、主要原材料、辅料供应7.1主要原辅材料需求量生产碳纤维原丝的主要原料为丙烯腈、丙烯酸甲酯、衣康酸、二甲基亚砜和偶氮二异丁腈。年需要量如下表：主要原材料消耗表序号名　称消耗t/t原丝年耗量来　源1丙烯腈1.20150000国内2丙烯酸甲酯0.022500国内3衣康酸0.011250国内4二甲基亚砜0.1316250本省5偶氮二异丁腈0.0081000国内6油　剂0.011250国内7.2公用工程规格及消耗公用工程的消耗量按平均值估算，消耗量看B7-基2及附表：7.3主要原料运输及贮存1、丙烯腈丙烯腈属一级易燃液体，需用专用化学罐车运输，并贮存在专用的贮罐内，贮罐集中设于贮罐区。罐车运输和装卸时应注意如下事项：16 XX目录防止泄漏，装卸孔应在罐车的上部，不得设在罐车的底部。从罐车中放出丙烯腈时，需用氮气压送，不得靠空气压力或用压缩空气压送；装卸使用的管道、泵、车体等均应接地线，以消除静电；丙烯腈不得与苛性钠接触，否则丙烯腈由于迅速自聚合而引起爆炸。为防止丙烯腈自聚合，必须加入适量的阻聚剂；贮罐区必须设有防火堤隔绝火种，并设避雷装置，以防雷击。贮罐应避免光线直射，罐顶夏季用冷水喷淋。2、丙烯酸甲酯丙烯酸甲酯属于一级易燃液体，需用专用铝桶包装运输，装卸时避免碰撞。贮存仓库应单独存放，贮存温度低于15℃。因会自聚，若贮存时间长，应加入阻聚剂。3、其它原材料运输和贮存按常规方法进行。16 XX目录八、环境影响评价8.1场址环境条件8.1.1社会环境临邑县隶属****省市,地处鲁西北平原，市东部，南与济南毗邻，北与北京、天津相连。现管辖3个街道、6个镇、3个乡。总面积1016平方公里，人口52万。临邑县矿产资源丰富，尤其是石油天然气资源，现已探明石油地质储量2.92亿吨，天然气储量40亿立方米。境内驻有三家大型石油企业，现有油气井1300余口，年开采量达230万吨。目前，临邑县已经形成了石油化工、造纸、轻纺、机械、白酒、啤酒、食品、蔬菜加工等为重点的工业体系，并涌现出一批规模大、效益好、产品竞争力强、发展潜力大的骨干企业。2008年，实现GDP141亿元，增长18.5%；地方财政收入5.4亿元，新口径增长17%；全社会固定资产投资92.8亿元，增长27%；城乡居民储蓄余额46.9亿元，增长25%，在岗职工平均工资17500元，增长19%；农民人均纯收入5873元，增长17%。在全国第八届县域经济基本竞争力排名中居163位。临邑境内拥有大专院校1处，省级规范化重点中学2处、市级规范化中学16处，职业教育学校及各类专业培训机构15处，在校生规模达到6万多人。拥有各类科技人员9000人，16 XX目录共取得市（地）级以上各类重要科技成果6项，专利申请10项。艺术表演场所2个，公共图书馆1个，文化馆1个，档案馆1个，体育馆1座。拥有卫生机构16所，其中，医院、卫生院13所，卫生防疫防治机构2所，妇幼保健机构1所。各类卫生机构拥有床位1030张，卫生技术人员1317人，其中医生781人。8.1.2生态环境临邑属暖温带半湿润大陆性季风气候，年平均气温12.6度，年平均降水611毫米。临邑城区绿化覆盖率达到36%，绿地率达23%，人均公共绿地面积达到8.2平方米。临邑造林面积达4075公顷，主要林木有杨、刺槐、柳树、枣树等。速生丰产林面积1239公顷，其中速生杨种植面积20万亩,主要品种为欧美杨107、108。8.2项目建设和生产对环境的影响8.2.1项目建设对环境的影响1、对自然环境的影响本项目为改扩建工程，不需新征土地，将不会改变区域内现有的地表、地形及土地利用结构。但在建设施工过程和生产运营期将会对厂区周围和自然环境产生一定的不利影响。2、对社会环境的影响16 XX目录项目建成后，可生产军工和民用急需的碳纤维的原料碳纤维原丝，替代进口，并打破国外对我国军工用碳纤维的封锁。可为公司带来较高的利润，提高公司整体效益，并可增加地方财政收入，解决劳动就业机会，促进区域的经济发展。3、对经济环境的影响本项目建成后，可增加公司的经济效益，并可为地方财政上缴一定的利税，因此对地方经济发展产生好的影响。8.2.2项目生产过程产生的污染物对环境的影响在碳纤维原丝生产过程中以及锅炉将会产生废气、废水、废渣、噪声等，主要污染物产生源如下表项目排污环节分析表污染类别污染源名称产生原因主要污染物废气碳纤维原丝脱泡真空排气抽真空时产生丙烯腈碳纤维原丝牵伸排气原丝牵伸时产生丙烯腈碳纤维原丝溶剂回收排气原丝溶剂回收排气丙烯腈、二甲基亚砜丙烯腈储罐排气丙烯腈储罐“呼吸”排气丙烯腈锅炉废气锅炉燃烧过程中产生SO2、烟尘等废水碳纤维原丝脱泡溢流水真空泵的循环溢流水丙烯腈碳纤维原丝纺丝溢流水水洗液不断加入产生的溢流水丙烯腈碳纤维原丝水洗废液在水洗丝束时产生丙烯腈、二甲基亚砜碳纤维原丝溶剂回收冷凝水溶剂回收时产生的冷凝水丙烯腈软水站废水软水站的树脂再生时产生酸、碱锅炉排污水锅炉运行一定时间后外排污水盐类、悬浮物循环排污水循环水系统排污盐类、悬浮物冲洗地面水对生产区清洁时产生悬浮物16 XX目录生活污水厂内员工用水产生悬浮物、油类、COD、BOD等固体废物碳纤维原丝废丝、料块生产中产生的废丝、块料聚丙烯腈滤布生产中过滤时产生滤布、聚丙烯腈锅炉废渣燃煤锅炉产生灰、渣噪声各工段噪声生产中鼓风机、空压机、泵类8.3环境保护措施方案8.3.1设计依据1)《大气污染物综合排放标准》(GB16297—1996)二级排放标准；2)《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2001）燃煤锅炉标准；3)《污水综合排放标准》(GB8978—96)二级排放标准，4)《工业企业厂界噪声标准》(GB12348—90)5)国家现行的其他有关标准和规范等。8.3.2环境保护措施1、废气碳纤维原丝生产时对于纺丝原液中所含有的溶解性气体必须去除，生产中采用抽真空方式去除，这时溶解在原液中的气体会挥发出来，其中含有一定量的丙烯腈，在抽真空中也会挥发出来，由于本工艺的聚合度比较高，因此反应剩余的丙烯腈单体很少，设计中将其经吸收塔吸收后进入水中，然后进行统一处理。16 XX目录碳纤维原丝牵伸时由于其温度约为100℃，因此，会是溶液中的丙烯腈挥发出来，生产中使用排风罩抽吸出来经过吸收塔吸收后进入水中，然后进行统一处理。。丙烯腈为主要原料，用量较大，因此设有贮罐进行贮存，该罐在进出料以及日常贮存中会有“呼吸”排气排入大气中，需严格操作规程，并在罐体进行相应处理，以减少“呼吸”排放。本项目生产过程中需要一定量的蒸汽，经测算需设两台10t/h燃煤锅炉，其燃烧过程中产生一定量烟尘、SO2，采用湿式脱硫除尘后经45m烟囱达标排入大气。2、废水碳纤维原丝在脱泡时采用的水环真空泵脱除聚合原液中溶解的气体，循环水槽中的循环水不断增加，最后通过溢流槽流出，该水中吸收有丙烯腈，将其送到污水处理站进行处理。碳纤维原丝纺丝过程中凝固浴产生溢流水，含有较多二甲基亚砜及少量的丙烯腈，将其送至回收工段进行蒸馏，使浓缩的二甲基亚砜返回到原系统。锅炉用软水站采用阴阳树脂对锅炉用水进行软化处理，树脂在使用一段时间后需进行酸碱再生处理，，其酸、碱在中和池中和后送污水处理站。16 XX目录锅炉在运行一段时间后需定期排污，以保证锅炉的正常进行，该污水中含有少量的盐类，送至污水处理站。冲洗地面水中会含有少量的丙烯腈、油类等，生活污水中含有一定量的污染物，送至污水处理站进行处理。对于生产过程中产生的含有丙烯腈废水及生活污水，全部送到污水处理站进行处理，达标后排放。3、固体废物在碳纤维原丝生产过程将会产生少量的废丝及废料块，其主要成分为聚丙烯腈，设计中将其分别返回聚合工段重新溶解后再利用，不外排。过滤器在使用一段时间后，需进行更换滤布，其上粘有丙烯腈等凝固物，经水泡清洗后外售。燃煤锅炉产生的灰、渣送渣场堆存，可应用于建筑或筑路材料。4、噪声在设备选型时尽可能选用低噪声的设备，对于空压机、鼓风机噪声高的设备设消音器或隔音操作间，对于泵类设减振措施以降低对环境的影响。8.4绿化办公区和生产区利用有效面积进行绿化，其中厂前区利用了较大空地进行了重点绿化，其他建筑物周围均有一定的绿化面积，还可利用厂区围墙进行绿化，种植能适应山西气候和抗污染力强的绿色植物，最大限度的提高绿化率，绿化系数为20%以上。16 XX目录九、劳动安全卫生与消防9.1　劳动安全卫生9.1.1生产过程中出现的有毒有害物丙烯腈：无色液体，属高毒类，侵入途径为吸入，食入和经皮肤吸收。急性中毒表现为关节痛、恶心、呕吐、呼吸困难等症状，严重中毒表现为极度呼吸困难、意识丧失等症状。车间空气中丙烯腈的最高容许浓度不得超过2mg/m3。丙烯酸甲酯：无色透明液体，属有毒物质，侵入途径为吸入，食入和经皮肤吸收，高浓度接触，引起流涎、眼皮及上呼吸道的刺激症状，严重者可因肺水肿而死亡，长期接触可致皮肤损害，亦可致肺、肝、肾的病变。车间空气中丙烯酸甲酯的最高允许浓度不得超过20mg/m3。偶氮二异丁腈：白色透明结晶，有毒物，侵入途径有吸入、经皮肤吸收，大量接触本品者出现头痛、头胀、易疲劳和呼吸困难，长期接触可引起神经衰弱综合症和呼吸道刺激症状。二甲基亚砜：低毒性化合物，经常接触皮肤，可致变红，并引起鳞片状脱屑，有时引起恶心、呕吐和视力减退等反应。9.1.2采取的防范措施全厂的总图布置执行《建筑设计防火规范》GBJ16-87（2001年版）；和其它安全卫生规范的规定，并充分考虑风向因素，安全防护距离，消防和疏散通道以及人货分流等问题，有利于安全生产。16 XX目录设备管道尽可能露天布置，厂房设置良好的通风设备，在生产过程上，对各密封点进行经常检查，防止有毒有害物的泄漏。散发有毒有害物质的工段，设有害气体检测装置，并配备氧气呼吸器、防毒面具等气体防护器材。为了生产操作人员的工作和健康需要，在生产车间内均设置了办公室、操作室、更衣室、厕所等。各种辅房设施标准均按《工业企业设计卫生标准》（2001年版）执行。同时还设有职工倒班宿舍、食堂、澡堂等生活福利设施。9.2消防9.2.1建筑防火根据国家聚合工段属甲类二级防火建筑，其余各单项工程的火灾危险性不丙类和丁类，车间设安全出口，当发生事故时，便于车间内职工安全疏散。为防止可能发生的火灾事故，并及时扑救，生产区设有完善的火灾报警系统及通讯联络消防设施。9.2.2消防设施按《建筑设计防火规范》（GBJ16-87）（2001年版）的规定，设置室内外消火栓和灭火器等急救消防器材。按同一时间火灾次一次，火灾延续时间两小时设计，室外消防用水量30升/秒，室内消防用水量20升/秒，消防供水采用临时高压制，与生产用水共用管网。16 XX目录16 XX目录十、节　能10.1概述能源是影响一个国家国民经济发展的重要因素之一，能耗的大小则是反映了一个国家、一个企业科学技术水平高低的主要标志之一，能源是国民经济发展的命脉，节能降耗是落实科学发展观和可持续发展战略国策，重视节约能源，推动节能技术进步，合理利用能源是实施本项目的基本原则，力求达到节能降耗，降低成本，提高经济效益的目的。本项目的设计中应按国家颁发的《节约能源管理暂行办法》规定的要特别注意节约能源，以其提高企业的经济效益。能源的消耗在很大程度上直接影响产品成本的高低，产品质量和成本的高低，直接关系到企业的生存，因此节约能源意义重大。本项目尽量选用节能设备，最大程度考虑能源的回收利用，采取节能措施，节约能源。10.2节能措施1．该项目的主要工艺通用设备及公用工程设备选用国内外技术先进、产品质量稳定、能耗较低的设备。自制的设备在设计过程中尽最大可能考虑节能，以降低能源消耗。2．车间各部门的用水、电、汽全部装置计量仪表监测，实行以车间为单位的经济核算。16 XX目录3．设备、管道、阀门全部选用国家定点生产企业的产品，杜绝跑、冒、滴、漏现象。4．各类加热设备均采用密闭型，减少加热过程中热能的损耗，供热管道采用保温材料包覆，以减少热能输送过程中的损耗。5．供热系统均加装凝结水回收装置，冷凝软水回收后返回锅炉房再次利用。6．供配电设备尽可能设置在生产负荷中心，以减少配电线路的距离，降低电能损耗。动力供电和照明供电分路由变压器供给，以提高电的功率因素；7．照明采用合理的设计方案、使用效率高、利用系数，高配光合理、保质率高的灯具，光源主要采用高效细管径荧光灯。8．本项目工艺所用的无离子水，是利用蒸汽加热设备的回水（80－90℃）进行蒸发、冷却制得,可节约大量的热能。9．生产中的丝束洗涤水循环使用，减少排放量，一方面节约大量的水源，另一方面也可减少污染。16 XX目录十一、管理体制、劳动定员及人员培训11.1管理体制11.1.1项目法人组建方案该项目法人机构和管理体制:实行董事会领导下的总经理负责制，下设生产部、研发部、设备部、经营部、财务部及办公室等。11.1.2管理机构体系图董事会董事长及总经理总会计师副总经理总工程师办公室经营部生产部研发部设备部财务部16 XX目录11.2工作制度及定员11.2.1工作制度生产车间采用四班三运转生产，辅助部门按生产需要配备班次，经营管理机构为常日班。全年工作天数为333天，每班工作8小时，全年工作8000小时。11.2.2劳动定员该项目科研、技术和管理人员由公司从现有人员中进行调整，本定员只考虑直接生产人员，总定员编制为4000人。每个车间定员表序号工种名称日常班四班制合　计备　注男女男女男女一、碳纤维原丝车间１车间管理人员66２聚合工段工段长1111操作工62248３纺丝工段工段长3333纺丝863212后处理1686432油剂调配2121组件清洗3162运输工2816 XX目录4回收22885保全保养4212小　计16673二检测中心组长1213物检、化验员243218小　计321四、动力车间主任22空调运转、保全3419空压运转129冷冻运转28空压、冷冻保全317脱盐水处理2288锅炉运转、维修5837污水处理12194管道工66小　计10512五电气电气维修412121仪表维修3211小　计231六机修6262小计62七仓管、运输管理人员3333消防2210搬运工6262小　计195总计30111411.3员工来源及培训11.3.1员工来源16 XX目录生产车间及管理人员总定员为4000人，可由当地劳动部门推荐，首先安排原化纤厂、锦纶厂和相关化工化纤企业下岗职工，并可招收部分大、中专院校毕业生。11.3.2员工培训对新招收的人员，企业培训部门应制定出培训计划，教育内容，考核办法和录用标准，并聘请本公司有经验的技术人员讲课；生产车间人员，可在现有的生产线上实习、培训。除技术培训外，上岗前必须对上岗人员进行安全教育，保证将合格人员送到工作岗位上，确保安全生产。11.3.3安全机构和教育公司设有专职的安全技术部门，对生产、用电、设备检修等方面制定必要的安全操作规程，严格管理制度，对职工进行三级安全教育后，方可上岗，确保安全生产。16 XX目录十二、项目实施计划12.1　项目实施内容新建1K、3K、6K、12K及48K纺丝生产线为800-1000吨/年及配套的辅助工程。12.2项目实施计划该项目工程建设工期为2年（以可行性研究报告批复为基准），工作内容及项目实施进度如下表：项　目　实　施　进　度　表工作内容时间(月)工　　　　　　　　　期2010年2011年345678910111212初步设计1初步设计审批1施工图设计3设备订货2土建施工10员工培训2设备安装调试4试运转1投产考核516 XX目录十三、投资估算13.1项目投资估算编制依据1、1993年中国纺织总会颁发的《纺织工业工程建设概预算编制办法及规定》；2、2000年《****省建筑工程预算定额》；3、引进设备按报价计算，并包含了其它全部费用，以人民币计算4、国内设备按现行市场价估算。并根据本项目实际情况酌情取值；5、2002年《****省建设工程其它费用标准》。6、建设单位提供的有关数据。13.2项目投资估算及编制说明1、项目投资估算范围本项目投资估算的范围主要包括碳纤维原丝生产车间、锅炉房、软水站、污水处理、检测中心、空气调节及净化、职工倒班宿舍、水池构筑物等，建筑面积、工艺设备、辅助设备购置及安装、在投资估算中，基本预备费取10%；长期借款利率按5.4%计；建设单位管理费按规定率的50%计取；价差预备费、投资方向调节税根据国家规定不计。2、总投资估算16 XX目录本项目总投资估算为410245万元，其中：建设投资为348662万元，设备及工器具购置费289945万元，安装工程费14497.25万元，其它费用12547.5万元，基本预备费10155.21万元，建设期利息10530万元，流动资金51053万元。流动资金按分类估算法估算，原材料均属化工材料，不属于紧俏商品，储存期较短，正常年生产所需流动资金为51053万元。详见表B4。13.3融资方案1．企业资本金104512万元；2．银行贷款305733万元，利率5.4%；13.4资金使用计划该项目建设期拟定为一年，第一年投入资金为184050万元，其中：贷款150000万元，企业自筹34050万元,投产期为一年，生产负荷为50%，投产第一年投入流动资金26585万元，企业自筹解决，投产第二年生产负荷达75%，增加流动资金12234万元,企业自筹解决，详见表B4。16 XX目录十四、财务评价14.1评价依据1、国家计委、建设部编发的《建设项目经济评价方法与参数》（第三版）；2、原辅材料及产品价格根据市场情况并结合建设单位提供的数据酌情预测取值。3、建设单位提供的财务数据。14.2基础数据1、生产规模及产品品种：项目生产规模为：12.5万吨/年碳纤维原丝，其中：1K碳纤维原丝1000吨3K碳纤维原丝4000吨6K碳纤维原丝10000吨12K碳纤维原丝30000吨350K碳纤维原丝80000吨2、项目实施进度项目建设期拟定1年，第2年生产负荷达到50%，第3年生产负荷达到75%，生产期按10年计算，整个计算期为11年。3、总投资估算及资金来源16 XX目录项目全部投资410245万元，(含全部流动资金),资金来源如下：a.企业自筹104512万元b.银行贷款305733万元4、工资及福利估算本项目新增定员为4000人，工资及福利按每人每年3.1万元计算。全年工资及福利总额共计为11833.2万元。14.3财务评价1、年销售收入销售税金及附加费的估算产品销售价格按照财务评价的定价要求确定为:1K碳纤维原丝60万元/吨3K碳纤维原丝15万元/吨6K碳纤维原丝10万元/吨12K碳纤维原丝4.5万元/吨350K碳纤维原丝3.5万元/吨该项目达产年销售收入总额估算为635000万元(不含税)，年销售税金及附加按国家现行税率计取，增值税税率17%，应纳税额为37755.04万元，城市维护建设税按7%计算为2642.853万元，教育费附加按3%计算为1510.202万元，年销售税金及附加计算为4153.054万元。详见表B6。16 XX目录2、产品成本估算a、与销售价格相一致，外购辅料价格也均以市场价格为基础取值，主要原材料丙烯腈按1.7万元/吨计算，平均单耗按1.2吨丙烯腈/吨原丝计，每年共需丙烯腈共15000吨；燃料及动力费中水、煤、电的价格均按项目所在地区价格计算。b、固定资产折旧计算该项目固定资产按10年折旧计算，残值率取5%，建设期利息进入原值。固定资产原值共计336114.8万元，年折旧额为30426.46万元,递延资产12547.5万元,按5年摊销，摊消费每年为2509.5万元。详见表B7-基4、基3。c、修理费计算年修理费按折旧额的30%计算为9128万元。d、借款利息计算固定资产投资借款投产期利息均计入成本，共计10530万元。e、其他费用计算其他费用是在制造费用、销售费用、管理费用中扣除了工资及福利费用、折旧费、修理费后的费用，主要包括应进入成本的各项税费及旅差费、办公费、广告费、招待费、科研费等，共计为43387.3万元。达产年总成本费用估算为512126万元，其中可变成本为412912万元，固定成本为96704.5万元、经营成本为总成本费用去除折旧16 XX目录、摊销和利息的费用，年平均经营成本计算为477260万元。详见表B7总成本费用估算表。3、利润总额及分配年平均利润总额估算为121231万元，年所得税额(25%)为30307.7万元，税后利润90923.2万元，盈余公积金、公益金按税后利润的15%计算，年平均提取额为13638.5万元。详见表B12。4、财务盈利能力分析由现金流量表计算得，所得税后财务内部收益率为21.26%，财务净现值在折现系数i=12%时为174557万元，投资回收期为6.08年（含建设期）。详见表B9。指标计算：投资利润率=（年利润总额/总投资）×100%=（121231/410245）×100%=29.55%5、清偿能力分析项目银行贷款305733万元,按每年的未分配利润进行偿还。详见表B11。6、不确定性分析a．盈亏平衡分析16 XX目录以生产能力利用率表示的线性盈亏平衡点(ＢＥＰ)的计算。该项目盈亏平衡点为49%，说明保本点产量不到设计生产能力的生产能力二分之一，可见该项目是一个抗风险能力强且经济效益好的项目。b．敏感性分析该项目基本方案内部收益率为21.26%，投资回收期为6.08年(含建设期)，远高于行业基准值的要求。就该指标本身已具有较强的抗风险能力,但考虑到项目在实际运作过程中,一些不确定因素的变化会影响到项目的经济效益，故在此对固定资产投资、销售价格、经营成本进行±10%的单因素变化对内部收益率影响的敏感性分析。财务敏感性分析表变化因素变化率（%）内部收益率（%）基本方案21.26销售价格+524.30-517.88经营成本+519.48-523.06建设投资+520.2116 XX目录-522.37从敏感性分析表上看，各因素的变化都影响着项目的经济效益。最敏感的是销售价格、其次是经营成本，固定资产投资影响不大。通过上述分析，该项目抗风险能力很强，可以经受一定因素变化的考验。7.财务评价结论通过上述分析计算认为，该项目是一个投入少、产出高，经济效益可观的项目。其内部收益率为21.26%，投资回收期6.08年(含建设期)，投资利润率和投资利税率也远远高于行业基准值，因此认为本项目是可行的。16 XX目录十五　经济社会效益分析碳纤维原丝项目完成后，首先解决了国内碳纤维行业发展的瓶颈问题，一方面解决了依靠进口的现状，另一方面对我国的国防建设及碳纤维行业的产业化工业发展起积极的促进作用。其次，对我国产业结构的调整和传统材料的更新换代起到一定的促进作用，也将对我国的国民经济整体素质的提高发挥重要的作用。该项目完成后，年实现利润121231万元，销售税金及附加4153.05万元，增值税37755.04万元,同时可解决下岗职工4000人，因此该项目的实施具有良好的经济和社会效益。16 XX目录十六、项目风险分析碳纤维是国家历年来重点扶持和发展的高科技产品。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。“十一·五”国家对化纤工业发展提出的主要任务中明确指出,要从以增加化纤数量为主，转向大力发展高新技术纤维，要结合市场需求，研发有自主知识产权的新技术，特别是把事关国家产业安全高新技术纤维材料作为发展的重中之重，力争在高性能碳纤维等高科技纤维品种实现产业化生产技术的突破。《国家中长期科学和技术发展规划纲要》、《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南（2007年度）》中把碳纤维的生产确定为当前应优先发展高技术产业化重点领域。因此，大力发展碳纤维原丝及碳纤维，完全符合国家产业政策和我省产业结构调整的要求。碳纤维原丝项目是已列入****省发展改革委员会“1311”规划项目。属于政策优先扶持发展的高新技术产品，故该项目不存在政策风险。亚砜一步法生产聚丙烯腈基碳纤维原丝技术通过公司专家和技术人员进一步深入研究，基本掌握了聚丙烯腈基碳纤维原丝的形成机理和工程化关键技术，形成了具有自主知识产权的生产工艺和工程化方案。因此，技术风险很小。碳纤维原丝是国家急需及优先发展的产品，市前景好，因此，国内市场风险很小。16 XX目录碳纤维产业属于能源消耗大户,煤炭和电力的消耗占碳纤维总成本1/3以上,****是能源大省，煤、电价格低，项目的生产成本低，与国内其它企业相比具有很大的优势，因此抗风险能力强。16 XX目录中国碳纤维产业调研报告目录目录I第1章碳纤维介绍-1-1.1国外碳纤维产业发展概况-1-1.2碳纤维的物理性能-2-1.3碳纤维的生产工艺-2-1.4碳纤维的产品形式-3-1.4.1碳纤维编织材料-3-1.4.2碳纤维增强复合材料-4-1.5碳纤维技术进展及发展趋势-5-1.5.1技术进展-5-1.5.2最新碳纤维技术动向-6-1.5.3发展趋势-7-第2章世界碳纤维供需分析-8-2.1世界碳纤维生产能力-8-2.1.1世界小丝束碳纤维生产能力-9-2.1.2世界大丝束碳纤维生产能力-10-2.1.3世界碳纤维生产能力主要企业分布-11-2.1.4世界碳纤维生产能力按地区分布-17-2.2世界碳纤维消费状况及结构-17-2.3世界碳纤维需求分析-20-2.4碳纤维生产分析-24-2.5重点应用领域状况分析-26-2.5.1航天航空-27-2.5.2体育休闲用品-30-2.5.3汽车工业-31-2.5.4一般工业应用-32-第3章中国碳纤维行业分析-34-3.1中国PAN基碳纤维生产现状及趋势-34-3.1.1中国PAN基碳纤维生产状况-34-3.1.2中国碳纤维行业发展趋势-36-16 XX目录3.1.3国产碳纤维存在的主要问题-38-3.1.4对我国碳纤维发展的建议-38-3.2中国碳纤维生产技术开发及应用-39-3.3中国碳纤维消费结构分析-40-3.4中国碳纤维需求状况-41-3.5价格分析-44-3.6我国碳纤维行业未来走向-45-3.6.1碳纤维制备技术方面-45-3.6.2碳纤维应用方面-45-16XX目录16 中国碳纤维产业调研报告第1章碳纤维介绍第1章碳纤维介绍1.1国外碳纤维产业发展概况目前世界各国发展的主要是PAN基碳纤维和沥青基碳纤维。世界PAN基碳纤维生产厂商主要有日本Toray(东丽)、Toho(东邦)、MitsubishiRayon(三菱人造丝)，美国Hexcel(赫克塞尔)、Amoco(阿莫科)和Zoltek(卓尔泰克)等公司。沥青基碳纤维主要生产厂商有日本MitsubishiChem(三菱化学)、Kureha(吴羽)、Donac与美国Amoco公司。PAN基碳纤维是当今世界碳纤维发展的主流，占世界碳纤维市场的90%以上。国际上PAN基碳纤维的生产，从20世纪60年代起步，经过70～80年代的稳定，90年代的飞速发展，到21世纪初其生产工艺技术已经成熟。起初，碳纤维主要用于军工和宇航，经过40余年的发展，其应用领域正在向工业领域和普通民用领域扩大。现已发展成为大丝束碳纤维和小丝束碳纤维两大种类。大丝束碳纤维对前驱体要求较低，产品成本低，较适合于一般民用产品T-700及以下系列产品开发。小丝束碳纤维追求高性能，代表着国际碳纤维发展的先进水平。对于高性能PAN基碳纤维，美、日等发达国家均极为重视，在研发、生产方面给予经费、人力上的大力支持，并获得成功。特别是在日本，碳纤维工业已成为该国十大高技术产业之一。日本东丽、东邦及三菱人造丝三家公司是PAN基碳纤维(小丝束)的著名生产厂家。这三家公司依靠其多年来对纺丝工艺理论的精通和纺丝新技术的基础研究、应用研究和开发研究方面的丰硕成果，大量生产出高性能碳纤维，使日本迅速成为世界碳纤维强国，无论质量还是数量上均处于世界领先地位。东丽公司更是世界上高性能碳纤维研究、生产的“领头羊”。美国是继日本之后掌握碳纤维生产技术的少数几个发达国家之一，其碳纤维主要厂商为Hexcel、Amoco公司，它们与日本东丽、东邦及三菱人造丝公司为当今世界碳纤维的5大生产商。PAN基大丝束碳纤维由美国Fortail和美国Zoltek公司商品化。世界主要生产大丝束(LT)碳纤维的厂家是美国阿克苏(AKZ0)、卓尔泰克(ZOLTEK)和阿尔笛拉(ALDILA)三大公司，其大K束的产量之和占世界LT总量的73.7%。值得注意的是日本东丽公司、三菱公司也开始大量生产24K及以上级别大丝束碳纤维。促使大丝束碳纤维迅猛发展的原因可能如下：(1)市场的需求。九十年代前，航天航空需要高性能小丝束碳纤维，即使价格高也可用轻量化效果来解决。但九十年代以后对于航天航空工业来说，高价碳纤维限制它的应用，需开发价格较低的大K束碳纤维。同时，12K以上碳纤维的性能也可满足航天航空工业的需求，性能与价格比占有一定优势。16 中国碳纤维产业调研报告第1章碳纤维介绍(2)可大量生产，碳纤维原料成本较低。PAN原丝K数愈大，价格愈低。以国产小丝束PAN原丝为例，1K、3K、6K原丝比12K原丝的价格分别高316%、100%和38%左右。对于PAN基碳纤维生产线来说，原丝占成本价格的56—65%左右，原丝价格低必然使碳纤维价格随之而下降。(3)大K数碳纤维制造加工成本较低。对于同一条碳纤维生产设备来说K数大的原丝，产量愈高，越有利于碳纤维价格的下降。如对1条100t/a碳纤维生产线而言(以12K计算)，如果生产1K、3K和6K碳纤维，年产量分别是15t、35t和62t。1.2碳纤维的物理性能由于碳纤维具有出色的力学性能和化学稳定性，是目前已大量生产的高性能纤维中具有最高的比强度和最高的比模量的纤维，特别是在2000℃以上的高温惰性环境中，碳材料是唯一强度不下降的物质，是其它主要结构材料(金属及其合金)所无法比拟的。此外，碳纤维还兼有其它多种优良性能，如低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、电及热导性高、热膨胀系数低、X光穿透性高，非磁体但有电磁屏蔽性等。1.3碳纤维的生产工艺聚丙烯腈基碳纤维是目前碳纤维发展的主流，占据主要市场份额，世界上几条著名的PAN基碳纤维生产线大多是从原丝开始，直到碳纤维以及中、下游产品开发。例如：日本东丽、东邦、三菱人造丝公司，美国的赫克利公司和阿莫科公司，以及中国台湾地区的台塑都是从聚合、纺丝开始，国外原丝主要生产工艺路线见表1-1。目前PAN基碳纤维的主要生产方法有硝酸法、硫氰酸钠法、DMF法和二甲基亚砜(DMSO)法等。硝酸法操作不易控制，规模难以放大，安全性差，污染严重等，不具备工程化的条件。硫氰酸钠法由于反应介质中含有大量的碱金属离子，对碳纤维原丝的质量影响较大，难以做出T300以上的更高强度的碳纤维产品。DMF法可以做出很好的碳纤维产品，日本、台湾的企业，都有采用该工艺的成功经验，但由于DMF毒性较大，已经被限制使用。二甲基亚砜(DMSO)法是目前国内外公认的最先进的工艺，DMSO腐蚀性小，可以靠简单的减压蒸馏提纯，日本东丽公司采用了该工艺。16 中国碳纤维产业调研报告第1章碳纤维介绍表1-1国外PAN基碳纤维原丝生产工艺研制单位溶剂工艺路线纺丝方法日本东丽日本东邦美国BASF日本三菱人造丝二甲基亚砜氯化锌水溶液二甲基乙酰胺二甲基甲酰胺一步法一步法二步法一步法湿纺湿纺熔纺湿纺湿纺日本爱克纶英国考特尔兹日本旭化成NaSCN二甲基甲酰胺NaSCN二甲基压砜二步法二步法一步法二步法湿纺湿纺湿纺干喷湿纺1.4碳纤维的产品形式1.4.1碳纤维编织材料表1-2碳纤维和深加工制品及其应用概况碳纤维长丝预浸料单项预浸料(无纬布)双向预浸料(带、布)束丝预浸料织物二维织物三维织物多维织物短切纤维碳纤维纸粒料微纤(研磨)镀、喷金属各种浸渍物短切复合纤维 包覆塑料导线电缆碳纤维主要有四种产品形式：纤维、布料、预浸料坯和短切纤维。布料是指由碳纤维制成的织品；预浸料坯是将碳纤维按照一个方向一致排列，并将碳纤维或布料经树脂浸泡使其转化成片状；短切纤维指的是短丝。碳纤维产品形式及加工制品如上表1-2所示。16 中国碳纤维产业调研报告第1章碳纤维介绍1.4.2碳纤维增强复合材料碳纤维增强复合材料主要包括：碳纤维增强陶瓷基复合材料，C/C复合材料，碳纤维增强金属基复合材料，碳纤维增强树脂基复合材料等，它们的主要用途见表1-3。(1)碳纤维增强陶瓷基复合材料用碳纤维增强陶瓷可有效改善韧性，改变陶瓷脆性断裂形态，同时阻止裂纹在陶瓷基体中的迅速传播、扩展。目前国内外比较成熟的碳纤维增强陶瓷材料是碳纤维增强碳化硅材料，在航空发动机、可重复使用航天飞行器等领域广泛应用。(2)C/C复合材料它是由碳纤维或织物、编织物等增强碳基复合材料构成，主要由各类碳组成，即纤维碳、树脂碳和沉积碳。这种材料除具备高强度、高刚性、尺寸稳定、抗氧化和耐磨损等特性外，还具有较高的断裂韧性和假塑性。在高温环境中，强度高、不熔不燃，广泛应用于导弹弹头，固体火箭发动机喷管以及飞机刹车盘等领域。表1-3碳纤维的主要用途及应用形态、种类种类用途有关产业丝束高温隔热材料电子、汽车、飞机、原子能复合材料CFRCF增强树脂(CFRP)密封材料化学、石油工业、石油、汽车功能材料(滑动、导电、耐腐蚀材料等)电子、电工、机械、宇航、飞机、化学CF增强碳(CFRC)结构材料(重要较高模量的一次，二次结构用才)运动器材、飞机、宇航、电工、医疗烧蚀材料宇航CF增强金属(CFRM)摩擦材料汽车、铁道、飞机、机械炭、石墨材料钢铁、电工CF增强水泥(CFRC)有关电池的基材电力、汽车建筑、土木材料船舶、住宅建设(3)碳纤维增强金属基复合材料碳纤维增强金属基复合材料具有高的比强度和比模量，高的韧性和耐冲击性能。目前碳纤维增强铝、镁基复合材料的制备技术比较成熟。(4)碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)16 中国碳纤维产业调研报告第1章碳纤维介绍它具有轻质、高强、耐高温、抗腐蚀、热力学性能优良等特点，被广泛应用作结构材料及耐高温烧蚀材料。碳纤维增强树脂复合材料所用树脂基体主要分为两类，一类是热固性树脂，另一类是热塑性树脂。碳纤维增强热塑性塑料是指碳纤维为分散质，热塑性塑料为基体的纤维增强塑料。用碳纤维增强热塑性塑料近年来发展较快，其特点是：强度与刚性高，蠕变小，热稳定性高，线膨胀系数小：减摩耐磨，不损伤磨件，阻尼特性优良。碳纤维增强热固性塑料是以热固性塑料为基体，以碳纤维及其织物为分散质的纤维增强塑料。碳纤维及其织物与环氧、酚醛等树脂制成的复合材料具有强度高、模量高、密度小、减摩耐磨、自润滑、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、热膨胀系数小、导热率大，耐水性好等特点。1.5碳纤维技术进展及发展趋势1.5.1技术进展当前，PAN基碳纤维向两个方面发展：一是提高，二是普及。提高是指小丝束碳纤维(1～24K)的质量提高，普及是指大丝束碳纤维(48~540K)的产量大幅度增加，价格日趋下降。随着航空航天飞行器各项性能的不断提高，对结构件用材料的性能要求也越来越高。国外碳纤维主要生产商都在积极地开发超高强度、超高模量的碳纤维。日本东丽公司已开发出高强型T1000系列碳纤维，其抗拉模量为295GPa，拉伸强度达7.05GPa，而高强高模MSJ型抗拉模量达640GPa，抗拉强度为3.62GPa。在新工艺和新技术方面，日本三大公司和韩国cheil合成工业公司继承发明了PAN原丝至碳化等系统的新技术，其中三菱人造丝公司提出相当于T700性能水平碳纤维的PAN原丝指标。美国wilkinson公司也在研制PAN原丝，而英国国防安全部在研制中空碳纤维原丝及碳纤维。在预氧化、碳化方面，东丽最近发表了30K-100KPAN基大丝束的烧成方法，可以使长度较短的大丝束进行连续碳化。三菱人造丝发明的新型碳化炉，可抑制碳化反应生产的分解物附着和堆积于炉壁和纤维上，从而稳定高效地生产高强度高模量的碳纤维。东丽公司则研制一种三叶形断面的PAN原丝及碳纤维，可改进与树脂的粘合性、压缩强度和抗弯强度。今后日本先进复合材料的发展方向是：在增强材料方面，进一步提高碳纤维的强度和16 中国碳纤维产业调研报告第1章碳纤维介绍模量，降低成本；在树脂基体方面，主要提高树脂的冲击后压缩强度和耐湿热性；在复合材料成型技术方面，进一步实现整体成型技术，固化监控、自动化技术及三维复合材料技术，同时提高复合材料性能和降低制造成本。总的来讲，制备碳纤维的新技术可归纳为三大方面：(1)研究发展廉价原丝。在高性能碳纤维成本中原丝所占比例约为40-60%，国外从两方面降低原丝的成本，一是试探采用聚丙烯腈外的其它材料作为制备高性能碳纤维的原丝，包括低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和聚丙烯等其它聚烯类高分子材料以及木质素等；二是改进现有工艺聚丙烯腈原丝的技术，达到降低成本的目的，包括采用纺织用的聚丙烯腈、化学改性、辐照稳定化处理等。(2)研究发展新的预氧化技术。预氧化工序在高性能碳纤维成本中所占的比例约为15-20%，而且预氧化工序的时间也比较长。缩短生产周期，降低成本有重大现实意义。目前在预氧化方面的新思路是采用等离子技术。(3)研究发展新的碳化和石墨化技术。碳化和石墨化是制备高性能碳纤维的关键工序，在成本中所占比例约为25-30%，对产品的最终性能影响极大。在碳化和石墨化方面的新思路是采用微波技术。1.5.2最新碳纤维技术动向PAN基碳纤维技术开发新方向包括：碳纤维性能的提高；基体树脂技术；成型技术三个方面。(1)碳纤维性能的提高为了适应用途方面的性能提高，谋求强度、弹性模量及成本的平衡：PAN基碳纤维的抗压缩强度提高—通过把硼离子在高电压下进行加速照射，使结晶结构微细化，抗压缩强度可提高1.3-2.0倍；高弹性模量化—PAN基碳纤维弹性模量达到690GPa，抗拉强度达到3.4GPa；碳纤维的界面控制—为了提高耐冲击性，使碳纤维和基体树脂的粘接平衡，对碳纤维界面进行表面处理；碳纤维价格降低。(2)基体树脂技术低温固化的耐热性树脂；热熔融树脂；不燃树脂；碳纳米纤维配合碳纤维树脂预浸料，提高层间抗剥离强度和耐压缩强度。(3)成型技术努力开发成型的高速化、低价格化、适应批量生产的成型技术及中间体材料。这些技术包括：高速成型技术：树脂灌注成型、树脂膜灌注成型(RFI)、RTM成型、挤拉成型、高速缠绕(FW)成型、SMC/BMC成型等技术并进行积累。16 中国碳纤维产业调研报告第1章碳纤维介绍带有数字控制(NC)的自动铺层法：在航空飞机部件的高压釜成型中，为了优先使曲面形预浸料铺层合理化和高速化，引入了带NC的自动铺层机。全自动纤维分布：复合材料的成型材料(窄幅预浸料)被开发出自动铺层的先进装置。非加热成型技术：由于电子射线和光固化为非加热成型技术，是低成本、高性能的大型结构复合材料的制造方法。RTM成型技术的进化：把批量生产、低压、低温、强化纤维体积分数、方向、位置设定自由等特征为研发的意向。另外，因为补强材料、夹层芯材和嵌件一体成型的可行性，使船身等大型构件的成型成为可能。ACM热成型体系：由连续纤维增强热塑性树脂基体的ACM片材的成型法。1.5.3发展趋势当今世界碳纤维有如下发展趋势：产品性能趋向于高性能化；低成本化，价格将从2006年约40美元/公斤大幅度降低；航天航空和文体用品领域用量稳定增加，民用工业用量增幅较大，已超过前两者。特别是随着大丝束碳纤维的大规模生产，其价格将不断降低，民用工业用量将继续保持大幅度增加的趋势。目前，碳纤维的市场需求在北美、欧洲、亚洲基本上呈鼎足之势。按应用领域划分，世界聚丙烯腈基碳纤维主要用于宇航、文体休闲用品、其它工业等领域，其总体消费比例分别为25.2%，31.4%，43.4%，不同地区各有侧重。文体用品方面，目前碳纤维材料已从钓鱼竿和高尔夫球棒推广到网球拍、羽毛球拍、高尔夫球杆、冰雪运动器材、水上运动器材等方面，需求量稳步、较快增长。其中高尔夫球杆、网球拍和钓鱼竿是体育用品用碳纤维复合材料的三大支柱产品、约占该类产品的80%。一般产业对碳纤维材料的应用发展比较迅速，包括基础设施的修复、更新和加固；新能源开发如沿海油气田、深海油田的钻井平台、管道和缆绳等，以及风力发电机的螺旋桨和风叶；汽车的刹车系统、转动轴、车身以及环保汽车用的压缩天然气气瓶；电子领域的应用主要有通信、广播、地球观测、空间探测以及各种飞行器的高精度天线。一般产业的需求增长较快，将成为碳纤维新的主要应用领域。16 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析第2章世界碳纤维供需分析2.1世界碳纤维生产能力目前，世界PAN基碳纤维占各种碳纤维材料的80%以上，日本东丽公司、东邦人造丝公司和三菱人造丝公司作为世界碳纤维生产的龙头企业，三者的总产能占了世界总产能的78%，其余由美国hexcel、英美的bpamoco和中国台湾的台塑三家分担。1998-1999年底，世界小丝束和大丝束PAN基碳纤维的生产能力均有一定程度的提升，其增幅分别为8%和32.1%。由于日本三菱人造丝公司和东丽公司的扩能计划，2002-2005年，世界PAN基碳纤维总产能从1996年的15.0kt/a增加到35.6-37.40kt/a。2005年以后，随着欧洲空中客车A380及波音公司787客机大量使用碳纤维增强复合材料，世界碳纤维制造商再度实施扩产计划，世界碳纤维总产能急剧膨胀。碳纤维市场供应短缺的状况至少将延续到2009年，甚至可能延续到2012年。2005-2008年世界碳纤维总生产能力统计及预测见表2-1，由表可知2005年后三年内世界碳纤维生产能力将大幅增加，与2005年产能相比分别增长了23.4%，57.6%和83.7%。表2-12005-2008年世界碳纤维总生产能力统计及预测(t/a)年份2005200620072008生产能力33700416005310061900对2005年的增幅/%023.457.683.7从2008年开始全球碳纤维行业将加快发展，碳纤维生产将加大力度，不少生产线会上马，碳纤维的生产能力将以空前的速度增长。资深金融专家安东尼·罗伯茨(AnthonyRoberts)表示，全球小丝束碳纤维的实际生产能力为名义生产能力的50%～65%，估计当今这一比例为65%，实际生产能力是24500吨；到2014年，会增加到40000吨。由于新的生产线上马，更专注于生产单一的产品，生产效率会更高，实际生产能力会进一步提高，可能达到45500吨左右。他还表示，目前全球大丝束碳纤维实际生产能力为14500吨，到2014年，会增长到30000吨左右。2014年，这两种纤维的名义生产能力达93450吨，比1998年增长7倍。2008-2014年全球碳纤维生产能力预测数据见表2-2。16 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析表2-2 全球碳纤维生产能力预测 (单位：吨) 2008年2009年2010年2011年2012年2013年2014年小丝束纤维宣布的产能42950498505620059200592005970060700小丝束纤维实际产能27958363904215044400444754515045525大丝束纤维宣布的产能20500237502575025750317503225032750大丝束纤维实际产能18860218502085023690292102967010130宣布的总产能63450736007995084200914509245093450实际产能力46818582406400068090736857482075655上述数字包括新组建公司的产品数量，如中国、加拿大、印度和沙特阿拉伯的一些新成立公司的产品数量。2.1.1世界小丝束碳纤维生产能力世界小丝束碳纤维生产基本上被日本碳纤维生产厂家控制，主要是东丽(Toray)集团、东邦(Toho)集团和三菱(Mitsubishi)集团三大碳纤维生产企业。2005年，三家生产能力分别为9100t/a，6300t/a和4700t/a，分别占世界总产能的35.1%，24.2%和18.1%，三家小丝束碳纤维生产能力占世界小丝束碳纤维总生产能力的77.5%。以2005年世界小丝束碳纤维生产能力为基准，2005-2008年世界小丝束碳纤维生产能力变化见表2-3，日本东丽、东邦和三菱三家碳纤维生产集团2005年小丝束碳纤维生产能力及在世界小丝束碳纤维总生产能力中所占比例见表2-4。表2-32005-2008年世界小丝束碳纤维生产能力(t/a)年份2005200620072008生产能力25900306003750046300对2005年的增幅/%018.144.878.8表2-42005年日本三家碳纤维生产集团小丝束生产能力(t/a)企业小丝束生产能力所占比例/%Toray910035.1Toho630024.2Mitsubishi470018.1合计2010077.616 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析综合表2-1和表2-3可知，2006-2008年世界碳纤维产能确实大幅增长，但是增长幅度小于预测值。这是由于部分新建碳纤维项目没有顺利达产。2005年后的增长是由于飞机制造和风电行业对碳纤维需求的增加。按地区生产能力来看，2005年以前世界PAN基碳纤维小丝束碳纤维生产主要集中在亚洲地区，2006年以后美洲和欧洲的小丝束碳纤维生产能力大幅度提升，成为新的小丝束碳纤维生产中心。近似地说，目前世界PAN基小丝束碳纤维按地区的生产能力亚洲约占5/10，美洲约占3/10，欧洲则占2/10。2004-2008年世界小丝束碳纤维生产能力按地区的比例分布情况见表2-5。表2-52004-2008年世界小丝束碳纤维生产能力的比例分布/%(按地区)地区20042005200620072008亚洲54.052.544.451.247.3美洲28.230.134.029.132.8欧洲17.817.421.619.719.92.1.2世界大丝束碳纤维生产能力世界大丝束碳纤维生产主要集中在美国、德国和日本，其产量大约是小丝束碳纤维产量的33%。2002年，AKZO-Fortafil、Aldila和Zoltek三家美国公司的大丝束碳纤维产能占世界总产能的74.1%。世界大丝束碳纤维主要生产企业产能分布情况见表2-6。美国卓尔泰克(ZOLTEK)公司是全球大丝束碳纤维著名生产企业。ZOLTEK公司2005-2008年大丝束碳纤维生产能力统计及预测见表2-7。表2-62002世界大丝束碳纤维产能情况(按企业)t/a 生产商产能比例/%美国AKZO-Fortafil(阿克苏-福坦菲尔)350041.2Zoltek180021.2Aldila(阿尔迪拉)100011.8德国SGL(爱斯奇爱尔)190022.4日本Toray3003.5总计 8500100表2-7ZOLTEK公司2005-2008年大丝束碳纤维生产能力统计及预测t/a年份200520072008大丝束生产能力3300650011600所占比例/%42.359.170.316 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析由于碳纤维在民用客机领域和风电领域的大规模应用，从2005年开始，世界大丝束碳纤维生产能力呈快速增长趋势，2005-2008年世界大丝束碳纤维生产能力见表2-8：表2-82005-2008年世界大丝束碳纤维生产能力统计及预测t/a年份2005200620072008大丝束生产能力7800110001560015600对2005年的增幅/%041100100综合表2-7和2-8的数据可以发现，2005年以后，世界大丝束碳纤维生产能力大幅提升，到2008年时，世界大丝束碳纤维生产能力比2005年增长了近1倍。预计随着碳纤维低成本化趋势和向民用领域和一般工业领域的发展，大丝束的生产能力还将继续呈增长趋势。2.1.3世界碳纤维生产能力主要企业分布表2-91997-2000年世界碳纤维生产能力分布(按企业)(t/a)企业1997年1998年1999年2000年东丽集团(日)3700550073007300东邦集团(日)3700510051005100三菱人造丝集团1900340034003400阿莫科(Amoco，美)1200190019001900海克塞尔(Hexcel，美)1700180018001800台湾塑料集团1000200034003400卓尔泰尔(Zoltek，美)*360086001460018500阿克苏(Akzo，荷)*2100210035003500SGL(德)*2400270027002700Alidla(美)*040010001000合计8100138002180025700*用大丝束PAN原丝世界碳纤维的生产主要集中在日本、英国、美国、法国、韩国等少数发达国家和我国的台湾省，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的卓尔泰克(ZOLTEK)、阿克苏(AKZO)、阿尔迪拉(ALDILI)和德车的SGL公司等。日本的三家企业：东丽公司、东邦公司和三菱人造丝就占据了世界78%左右的产量，我国台湾省也有3000吨左右的产能。PAN16 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析基碳纤维产品主要有以美国为代表的大丝束碳纤维(LT:48K～480K)和以日本为代表的小丝束碳纤维(CT:1K～24K)两大类。据2003年统计，1997-2000年世界碳纤维生产能力按企业分布如上表2-9所示。从表2-9可以发现，1997-2000这段时期世界小丝束生产企业除了东丽集团产能增长比较快外，增加了近1倍，其它企业扩产比较缓慢；在大丝束生产方面，美国Zoltek公司大幅增加大丝束PAN原丝的产能，2000年原丝产能相当于1997年的5倍多。2002年，聚丙烯腈基碳纤维产量约占全球碳纤维总产量的90%，生产能力约为31565t/a，其中小丝束碳纤维约为23165t/a，占73.4%，大丝束碳纤维约为8400t/a，占26.6%(如表2-10)。由表2-10可知，日本东丽、东邦和三菱三家公司的高性能小丝束碳纤维生产能力合计为17500t/a，占世界高性能小丝束碳纤维总能力的75.5%，基本控制了世界高性能小丝束碳纤维的生产。表2-102002年世界聚丙烯腈基碳纤维主要生产商　t/a生产商生产能力小丝束东丽(Toray)7300东邦(Toho)5500三菱(MRC)4700赫克赛尔(Hexcel)1980阿莫科(Amoco)1890台塑1750其它45合计23165大丝束福塔菲尔(Fortafil)3500卓尔泰克(Zoltek)1800阿尔迪拉(Aldila)1000爱斯奇爱尔(Sgl)1800东丽(Toray)300合计8400总计315652003年，国外PAN基碳纤维的生产能力约为30250t/a，其中小丝束18800t/a，大丝束碳纤维1145016 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析t/a。国外PAN基碳纤维主要生产厂商生产能力分布见表2-11。由表可知，2003年世界小丝束碳纤维生产主要集中在日本，而大丝束碳纤维生产则集中在美国和西欧的公司。表2-112003年国外主要PAN基碳纤维厂商生产能力t/a生产厂商小丝束大丝束日本11300300Toray4400300Toho3700MitsubishiRayon3200美国75006890Ballard90Aldila1000Cytec1900Fortafil3500Grafil1500Hexcel2300Zoltek2300Toray(美国分公司)1800西欧4260Soficar850TenaxFibers1810SGL1600总计1880011450表2-12世界各大PAN基碳纤维公司2002-2004年的产能 t/a 生产公司生产能力日本Toray9100(小丝束)日本Toho5600(小丝束)日本Mitsubishirayon4700(小丝束)美国Hexcel2000(小丝束)英国Amoco1900(小丝束)中国台湾台湾工程塑料公司1750(小丝束)美国AKZO-Fortafil3500(大丝束)美国Zoltek1800(大丝束)美国Aldila1000(大丝束)德国SGL1900(大丝束)表2-132002—2004年世界沥青基碳纤维的生产厂家及产能品种国家或公司产能/(t·a-1)强度/MPa模量/GPa16 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析通用型碳纤维中国45068641Donac30068634Kureha900590~98030~33Niffobo开发中657~98040~49Noppon开发中784~98039~49高性能碳纤维Amoco140~2301300~2400170~960MitsubishiChem5001800~3300176~735NipponSekiyu503230~3300392~686Donac开发中1800~3000140~600Kureha开发中1800~4000150~400综合表2-12和表2-13可以得出结论，到2004年为止，世界PAN基碳纤维生产企业在大丝束和小丝束碳纤维生产上技术已经十分成熟，生产规模逐步壮大，已经形成了相当大的产业规模；而世界沥青基碳纤维生产企业还处在技术开发和储备的阶段，只有少数几家公司有一定的沥青基碳纤维生产能力，但是生产能力都较小，没有形成一定的产业规模。 表2-142005-2006年世界碳纤维生产能力t生产厂家2005年2006年宇航级工业级宇航级工业级东丽900030010800300东邦6260130077401300三菱46404640赫克塞尔19801980苏泰克18001800卓尔泰克44604460爱思奇爱尔19001900阿尔迪拉10001000台塑18001800总计2548089602876089602005-2006年期间，世界碳纤维产业进入一段稳定发展时期，从表2-14。可以发现世界各大碳纤维生产企业大丝束和小丝束碳纤维生产能力变化不大，仅东丽公司小丝束碳纤维产能有较大的增长，其它企业处于稳定生产之中。表2-15 2007/08年度全球PAN-CF生产厂家及产能分布(t)生产能力2007年2008年16 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析新增产能原产能总产能新增产能原产能总产能小丝束正规丝束1K3K6K12K24K东丽Toray本土2200690013900400730017900法Soficar800340018005200美CFA0360018005400东邦Toho本土0370091002700640011800德0340003400美0200002000三菱本土220054007900054007900美Grafil0200002000欧洲SGL5005000500 台塑     台湾地区110029502950220051505150美Hexcel美65032503250032503900西班牙00650650美Cytec 019001900019001900小计 7450 390009500 48550×产量系数0.727300 33985大丝束48K80K320K   美Zoltek欧洲2000600085002000800010500美0250002500美CarbonFiberTechAldila/SGL.J.V010001000010001000欧洲SGL020002000400060006000小计 2000 115006000 17500×产量系数0.78050 12250小丝束﹢大丝束总计×产量系数0.735350 462352007-2008年，世界碳纤维行业获得新的黄金发展时期。随着碳纤维复合材料的应用扩展到航天航空，体育用品和一般工业领域的各个方面。特别是空中客车公司的A380和波音公司的B787客机对碳纤维的巨大需求。另外，碳纤维在一般工业领域新兴用途的开发，如基础设施的修复、更新和加固；新能源开发如沿海油气田、深海油田的钻井平台、管道和缆绳等，世界碳纤维市场趋于紧张。为了满足巨大的市场需求，世界各大碳纤维生产企业纷纷扩大碳纤维生产能力，见上表2-15。16 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析表2-16世界PAN基碳纤维生产能力t类别单位工厂所在国年份20042005200620072008小丝束碳纤维东丽集团日本47004700470069006900美国18001800360036005400法国26002600260034005200小计91009100109001390017500东邦集团日本37003700370037006400德国19001900340034003400美国0700700700700小计560063007800780010500三菱集团日本32003200320054005400美国15001500200020002000欧洲00600600600小计47004700580080008000CYTEC美国18001800180018003800HEXCEL美国20002000230028003300台塑中国台湾20002000200032003200小计580058006100780010300共计2520025900306003750046300大丝束碳纤维Fotafil-TOHO美国/日本35001300130013001300ZOLTEK美国/匈牙利2500330065001110011100SGL德国/英国19001900190019001900CFTechnology美国10001000100010001000Toray日本300300300300300共计92007800110001560015600PAN基碳纤维总计3440033700416005310061900表2-16综合了2004-2008年世界主要碳纤维生产厂家生产能力的变化情况，数据表明，在2004-2005年世界碳纤维生产能力仅小丝束碳纤维有小幅度的增长，从25200t/a增加到25900t/a，增长了2.8%；大丝束产能反而下降了2.0%，这可能是由于航空航天领域对高性能碳纤维需求的增加的缘故。2006年以后，碳纤维应用扩展到民用领域，大丝束的需求迅速增加，从而带动了碳纤维生产企业扩大大丝束碳纤维生产能力。2007年和2008年，世界大丝束碳纤维生产能力分别达到53100t/a和61900t/a，与2006年的41600t/a分别增长了27.7%和48.8%。2.1.4世界碳纤维生产能力按地区分布从地区16 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析分布上看，世界碳纤维生产主要集中在亚洲、欧洲和美洲，亚洲是最大的PAN基小丝束碳纤维生产地，美洲是最大的PAN基大丝束碳纤维生产地。表2-17总结了2004-2008年PAN基碳纤维生产能力在三大生产地的分布情况。从表中可以看出，亚洲小丝束碳纤维生产在2006年后出现增长趋势，较2004年分别增长了41.2%和61.0%；而亚洲大丝束碳纤维生产没有明显的变化。美洲小丝束碳纤维的产能保持持续增长的趋势，增长主要出现在2006、2007和2008年，较2004年分别增长了46.5%，53.5%和114%；大丝束碳纤维产能的增长出现在06和07年，较04年分别增长了25.7%和91.4%。欧洲碳纤维生产能力的增长主要体现在小丝束碳纤维上，2006-2007年分别较2004年增长了46.7%，64.4%和104%。表2-17世界PAN基碳纤维按地区的生产能力t碳纤维种类地区年份20042005200620072008PAN基小丝束碳纤维亚洲1360013600136001920021900美洲71007800104001090015200欧洲45004500660074009200小计2520025900306003750046300PAN基大丝束碳纤维亚洲300300300300300美洲7000560088001340013400欧洲19001900190019001900小计92007800110001560015600PAN基碳纤维亚洲1390013900139001950022200美洲1410013400192002430028600欧洲640064008500930011100总计34400337004160053100619002.2世界碳纤维消费状况及结构美国、欧洲和日本是碳纤维复合材料的主要消费地区，未来几年亚洲地区的需求将快速增长。2006年全球CF市场需求在2.8万t左右，世界碳纤维的消费结构仍然集中在工业应用、航天航空和体育休闲三个方面，工业应用约占总消费量的58%；航空航天方面应用约占23%，体育运动器材应用约占19%。日本东邦特纳克斯公司对2003年所做的调查报告作了全面修正，按其新的统计和预测修正数据，2004年约达17.4kt，2005年约达20.0kt，2006年约达21.7kt。该数据与碳纤维的总用量相比偏低很多。有专家分析认为，东邦的数据是指12K以下小丝束数据(详见表2-18)。2002年国外PAN基碳纤维的消费结构见表2-19。表2-18日本东邦tenax对世界碳纤维总用量的统计(按用途)(t/a)用途年代航空航天体育休闲工业产业合计20003830371041701171020013100471059501376020023040456066901429016 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析20033220458075701537020043550464092001739020053950468011140199702006442047001259021710注：上表数据来自日本东邦特纳克斯公司的统计数据；另据报道，该公司称2006年全球碳纤维的需求量达2.5万吨。表2-192002年国外PAN基碳纤维的消费结构%国家或地区航空航天体育器材一般工业美国40.029.630.4西欧32.913.353.8日本3.317.679.1由表2-20可知，在1997-2002五年之间全球碳纤维的消耗量年均增长达到5.8%，2002～2007年碳纤维用量的年均增长率约8%。2006年全球碳纤维产能约3.75万吨，其中小丝束(1K～24K)约2.87万吨，约占总量的76.5%；大丝束约0.88万吨，约占总量的23.5%。美国是世界碳纤维的最大用户，紧跟其后的是西欧。2002年美国的碳纤维消费量占全球总供应量的30%，其中包括美国自己生产的亦有一部份进口。而在2002年日本、台湾省、韩国、中国大陆总的使用碳纤维的量大约占全球总供应量的29%。西欧则占27%。剩下的14%大部分为其它亚洲国家用于不同的最终用途。2003年初步估计碳纤维的生产量和消费量比2002年的水平提高4-5%，由于碳纤维消费量继续快速增长，会造成2004年供应紧张。估计碳纤维在今后5年中需求将年均增长7-8%，西欧和部份亚洲国家(特别是中国)，其消费量要超过上述年均增长率。2006年，世界碳纤维消费量按地区分布为：欧洲30%、北美35%、日本15%、世界其他地区20%。表2-201993～2007年世界PAN基碳纤维的消费量(吨)(按地区)年份国家1993199720022007平均年增长率(%)1997-20022002-2007美国3646626256707952-2.07西欧122022605200866018.110.7日本19742582286235502.14.1中国14501800270042008.49.2其它129113832513326612.75.416 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析总计95811428718945275775.87.8表2-21世界碳纤维生产与消耗t/a年份产量消耗备注19981700016900供略大于求20031990019900供求平衡20082510030900供不应求1998-2003增长率/%3.63.82003-2008增长率/%4.78.2表2-22世界碳纤维按应用领域的消耗%年份各领域碳纤维消耗占总消耗的百分比总的碳纤维消耗工业应用航空航天体育用品1998312544200342233520085123261998-2003增长率/%10.81.1-0.83.72003-2008增长率/%12.58.42.78.5综合表2-21和表2-22的数据，我们可以得出结论：1998-2008年，碳纤维在工业应用领域的消耗是持续增长的，航空航天领域基本保持平衡，而体育用品在碳纤维应用的比例将持续下降。从世界范围看，1998年碳纤维是生产大于消耗，亦即供过于求。2003年生产和消耗达到平衡，而预测到2008年消耗将大于生产，世界范围内碳纤维将面临供不应求。2.3世界碳纤维需求分析从2004年起，碳纤维市场突然紧缺，出现了供不应求局面，价格随之急剧上涨。北美及欧洲是碳纤维的主要需求地，两地的需求量约占全球总需求量的2/3。碳纤维需求扩大的背景包括两个方面：一是越来越的民用飞机制造商将碳纤维作为机体材料；二是碳纤维在风力发电、液化气罐、自行车、体育用品等领域的用途正在逐渐扩大。 随着航空航天、体育休闲和工业应用对碳纤维的需求大幅度增加，全球碳纤维市场正以平均每年两位数的速度快速增长。16 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析综合产能和需求变化，全球碳纤维行业在未来几年中仍可维持两位数的增长，且供小于求。图4为21世纪前十年碳纤维需求量的统计预测情况，图7为世界碳纤维供需对比情况。根据2004年东丽集团法国Soficar公司报告对21世纪前十年世界碳纤维需求统计数据表明，碳纤维需求量呈逐年增长趋势。表2-23为2001-2010年世界碳纤维按地区的需求和预测，表2-24为2001-2010年世界碳纤维按应用领域的需求和预测。表2-23数据表明，世界碳纤维的主要消费地在2001-2010年这十年来，对碳纤维的需求呈增长趋势，北美的需求最大，次之是欧洲。以2001年的需求量为基准，北美年需求平均增长率为7.7%，欧洲年需求平均增长率为6.7%，亚洲年需求平均增长率为6.0%，日本年需求平均增长率为12.5%。到2010年，世界碳纤维总需求量增长到31910t/a，相对于2001年的17900t/a增长了78.2%。表2-23世界碳纤维按地区需求的统计和预测t年份按地区对碳纤维的需求北美欧洲亚洲日本总计20016430510035702800179002002608052303960303018300200362305430407034801921020046550626042803590206802005665068004500397021920200675807380478044702419016 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析20078350790050804940262702008900081005190545027740200998508300541059502951020101139085005720630031910表2-24世界碳纤维按应用领域需求的统计和预测t年份按应用领域对碳纤维的需求航空航天运动休闲工业应用总计2001269046901052017900200221404670114901830020032457501211741192102004274150811285820680200532155101136042192020063775513515280241902007417050971700326270200847415107178922774020095201510419205295102010538951182140831910(“2004碳纤维前景会议”会议资料：东丽集团法国Soficar公司报告)表2-24表明在2001-2010年期间，工业应用领域的需求为首位，次之是航天航空领域，最后是运动休闲领域。以2001年的需求量为基准，航天航空领域年需求平均增长率为10%，运动休闲领域年需求平均增长率为0.9%，工业应用领域年需求平均增长率为10.3%。根据表2-23得到表2-25和表2-26，进步直观地观察世界碳纤维需求量的变化及各个地区所占的需求比例。表2-25世界碳纤维需求量的变化情况t年份20012005200620082010需求量1790021920241902774031910相对于2001年增幅%022.535.155.078.2表2-26世界碳纤维需求量按地区的变化情况t地区2001200520062008201016 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析需求量比例%需求量比例%需求量比例%需求量比例%需求量比例%北美643035.9665030.3758031.3900032.41139035.7增幅%03.4117.9140.0177.1欧洲610028.5680031.0738030.5810029.2850026.6增幅%011.5121.1132.8139.3亚洲(含日本)637035.6848038.7923038.21064038.41202037.7增幅%033.144.967.088.71998-2008年世界碳纤维产能与需求对比如下图所示，从图中可以看出：从2003年开始，世界碳纤维的需求量将大于供给量，全球碳纤维市场出现紧张局面。2006年，世界碳纤维主要生产厂家东丽、东邦和中国台湾台塑及美国复合材料市场报告主编ChrisRed对未来几年全球碳纤维的供/需情况进行多方面的预测，结果见表2-27。通常认为小丝束碳纤维生产线的实际产量较产能低20%-35%，大丝束碳纤维实际产量比产能低大约10%。表2-27世界PAN基碳纤维的供/需预测t年份世界碳纤维产能预测(供)世界碳纤维需求预测名义产能实际产能ChirsRed预测1按75%名义产能2按65%名义产能需求按实际产能1供/需差额按实际产能2供/需差额东丽预测东邦预测2004340502553722132219003637232220002005340502553722132240761461-1944250002082020064135031012268772650245103752405016 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析20075275039562342872920710355508030000267802008615004612539975322241390177513400030390200934510201037720根据表2-27对碳纤维产能和需求的预测分析可看出，2005年全球碳纤维供小于求，按ChrisRed的预测缺口为2000t，Toray预测缺口近3000t，这就是2005年碳纤维紧张的说明。克律丝·兰德等几大世界著名碳纤维生产企业也对2003年后世界碳纤维市场需求量进行了预测(见表2-28)，结果表明2004-2010年世界碳纤维市场持续保持供不应求的局面，市场潜力巨大。2003年之后，航空航天，风力发电等领域对碳纤维的需求快速增长，全球碳纤维市场出现供给紧张局面。表2-28克律丝·兰德等公司对世界碳纤维需求的预测(t/a)年份世界碳纤维需求量克律丝·兰德日本东丽公司日本东邦公司法国索费卡公司200421900220002068020052407625000208202192020062650224050241902007292073000026780262702008322243400030390277402009345102951020103772031910罗伯茨广泛研究了碳纤维生产问题，包括聚丙烯腈(PAN)的前体供应，小丝束纤维，大丝束纤维等，然后得到了一组数据。罗伯茨对现有的和宣布的碳纤维生产计划、终端市场生产趋势加以分析。如果他的预期属实，那么未来7年碳纤维生产扩张将满足需求。他的数字涵盖风力发电、汽车、航空航天、压力容器、海洋、体育设备等。不过，碳纤维的主要应用领域为航空、工业和体育行业。罗伯茨对这些行业碳纤维需求的预测是乐观的(见表2-29)。                 表2-29 全球碳纤维需求预测   (单位：吨) 2008年2009年2010年2011年2012年2013年2014年航空725091201070011375122301287013580工业21275242552727030690342503840542445体育7025748579708085868090159400合计35490408604594050350551606029065425      16 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析据爱尔兰都柏林消息，有研究报告《2004～2010年全球碳纤维市场增长机会》称，预计2010年全球碳纤维市场将增至9亿美元，碳纤维加强复合材料部件市场将增至99亿美元；预计到2010年碳纤维的总需求量将达到32000吨。显然，罗伯茨的预测比该研究报告乐观。2.4碳纤维生产分析日本是全球最大的碳纤维生产国，2002年日本东丽(Toray)公司碳纤维生产能力达7300吨/年，东邦公司(TohoTenax)拥有5600吨/年的生产能力，三菱人造丝(Rayon)有4700吨的年产量，这3家公司碳纤维的总销售份额约占全球小丝束市场的75%。美国碳纤维总产量居于世界第二(以大丝束为主)，年产量超过1万吨，主要制造商有卓尔塔克(ZOLTEK)、阿克苏(AKZO)、阿尔迪力(ALDILA)等公司。在聚丙烯腈基大丝束碳纤维的生产方面，世界总生产能力为8400t/a，福塔菲尔(Fort-afil)、卓尔泰克(Zohek)、阿尔迪拉(Aldila)、爱斯奇爱尔(SGL)等四家公司垄断了世界聚丙烯腈基大丝束碳纤维的生产。其中福塔菲尔公司为3500t/a，占世界聚丙烯腈基大丝束碳纤维总生产能力的41.7%，居世界的首位。在24K以上大丝束CF的产能中，美国占66%，欧洲占34%。(1)日本东丽公司是碳纤维市场领先的生产商，拥有7400吨/年能力，包括soficar公司(东丽工业公司和阿托菲纳公司70/30的合资企业)中的份额。soficar公司正在使法国亚毕达斯的碳纤维生产线增加2000吨/年能力，使其能力增加三倍，项目投资4500万欧元(3940万美元)，2006年完成。日本东丽公司计划投资550亿日元，在日本、美国和法国扩大碳纤维生产能力，使PAN基碳纤维从目前的13.90kt/a提高到17.90kt/a，以满足世界的需求增长。在国内的爱媛县新建一套0.40kt/a碳纤维装置，2008年1月使该基地的生产能力增加到7.30kt/a；2008年12月使在美国的东丽碳纤维美洲公司的生产能力从3.60kt/a增加到5.40kt/a；在法国亚毕达斯的碳纤维扩能工作，正在新建一条4000吨/年的聚丙烯腈(PAN)生产线。2007年8月在法国的碳纤维合资公司生产能力从2.60kt/a增加到3.40kt/a，到2008年12月进一步提高到5.20kt/a。公司预计整个碳纤维和PAN扩能项目将投资7730万美元，项目建成后，东丽工业公司的碳纤维生产能力将达到9200吨/年，继续保持全球领先地位。表2-30东丽集团碳纤维扩产计划t/a地区20042005200620072008日本(Ehime)4700470047004700+22006900法国(Saficar)2600260026002600+8003400+180016 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析美国(CFA)180018001800+180036003600+1800总计91009100109001390017500(2)东邦合成纤维公司是全球第二大碳纤维生产商，东邦公司目前碳纤维生产能力为5600吨/年。关于24K以上大丝束CF的生产，日本东邦Tenax公司将两条80K的生产线改造后用于生产24K小丝束；TohoTenax计划在德国Wup鄄pertal新建一条1700吨/年碳纤维生产线，预计在2009年8月建成投产。该项目投资额为5100万欧元，届时TohoTenax公司在德国的碳纤维年产能将达到5100吨。此外，TohoTenax目前正在日本新建一条2700吨/年碳纤维生产线，预计2008年4月建成投产，届时公司在三岛的碳纤维年产能将达到6400吨。新的生产线建成投产后，可新增产能1.50kt/a，TohoTenax公司碳纤维总的生产能力提高到9.10kt/a。其中小丝束7.80kt/a，大丝束1.30kt/a。表2-31东邦集团碳纤维扩产计划t/a地区20042005200620072008日本RT3700RT3700RT3700RT37003700+2700德国RT1900RT1900RT1900+1500RT3400RT3400美国LT3500RT700RT700RT700RT700LT1300LT1300RT1300RT1300总计910076009100910011800RT5600RT6300RT7800RT7800RT10500LT3500LT1300LT1300LT1300LT1300(3)三菱合成纤维公司在日本丰桥拥有3200吨/年的生产能力，在美国加利福尼亚州的全资子公司Crafil拥有1500吨/年的生产能力。日本三菱人造丝SGL公司与具有PAN生产经验的奥地利Lenzing公司合作，计划建设3条碳纤维生产线。日本三菱人造丝公司与欧洲的SGL公司合作，在2005年扩大0.50kt/a的产量，并于同年扩大其美国Grafil子公司的产量0.50kt/a，使其总产量达5.70-5.90kt/a。表2-32三菱集团碳纤维扩产计划t/a地区20042005200620072008日本3200320032003200+22005400美国(Grafil)150015001500+50020002000欧洲(SGL)500-700500-700500-700总计470047005500-57007900-81007900-810016 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析(4)美国Hexcel公司拥有2000t/a的生产能力，公司计划在2007-2009年间花费1.8亿美元扩大碳纤维产能，项目建成后约增产70%，碳纤维总产量将达到7270t/a。日本三大碳纤维生产公司2006年碳纤维业务销售情况及2007年的市场销售目标如下表所示：表2-332006年碳纤维销售情况及2007年市场预测(亿日元)20062007企业销售额增幅/%销售利润增幅/%销售额销售利润东丽公司68630.118153900205三菱丽阳40033.810446.5450120东邦纺织34017.65940.5393652.5重点应用领域状况分析碳纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热等特性，属典型的高新技术产品，表2-34是几种碳纤维材料的性能比较。主要用于制备先进复合材料(ACM)，已广泛应用于宇航、体育用品领域、工业领域、交通运输领域及土木建筑领域。鉴于近年军事工业上应用的萎缩、碳纤维成本的降低及先进低成本制造复合材料技术的突破，碳纤维复合材料在建筑、工业、交通运输等方面的应用便成为研究开发的热点，并取得了一定的突破性进展。表2-34几种碳纤维材料性能比较 拉伸强度拉伸模量密度比模量比强度产地/MPa/GPa/(g·cm-3)/(109·cm)/(107·cm)IM652002761.701.623.06美国IM753792761.801.533.00美国IM854473031.701.783.20美国IM963432902.001.453.17美国P3040002101.761.192.27日本T70048002301.801.282.67日本T80054902941.801.623.03日本T10007060    日本16 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析2.5.1航天航空在宇航领域，由于碳纤维重量轻，刚性、尺寸稳定性和导热性好，高模量碳纤维很早便应用于人造卫星中。碳纤维在宇航上的应用主要在固体火箭发动机壳体和喷管上。2002年，在宇航领域中碳纤维的需求量大约是4000t，其应用分布：北美为2500t，高达62.5%；欧洲和亚洲分别为1260t和240t，分别占26.1%和4.2%。据报道，全球碳纤维在航空航天领域中需求增长速度最快，2003-2006年其年均增长率为85%，至2009年以后3年中，仍可保持每年73%的增长速率。在飞机制造方面，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%。碳纤维在飞机上的比例已从原来的10%-20%上升至50%-80%。(1)在民用大型客机方面，波音和空中客车公司两大飞机制造商大量采用复合材料。A380客机使用复合材料达25-30t/架，其中85%是碳纤维增强复合材料(CFRP)。中等尺寸规格的A350飞机中占总质量52%的结构组件将采用复合材料来制造，主要是碳纤维增强塑料材料，B787每架需碳纤维23t。据市场称，波音和空中客车每年交付使用客机大约250-350架。2005年波音公司飞机合同650架，空中客车公司417架，2005年底两大飞机公司交付飞机620架，复合材料用量约1700t，CFRP约1020t。据悉，波音公司近十年将有10000架次的市场，未来20年全球将需要25000架大型飞机，总价值约2万亿美元。波音公司还报导，到2020年中国需要1764架商用飞机，是美国本土以外最大的市场。中国航空公司要增加1459架新飞机，仅仅是满足国内航线。表2-35为东丽公司用于大型客机的CF性能。表2-35日本东丽公司航空用CF技术特征CF型号规格抗拉强力(Mpa)抗拉摸量(Gpa)类别T3001K3K6K12K3530230标准抗拉摸量T300T3K6K12K4210230T400H3K6K4410250T700G12K24K4900240T800H6K12K5490294中等抗拉摸量T800S24K5880294T1000G12K637029416 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析自2005年碳纤维复合材料在B-777飞机上的成功应用以来，全球范围掀起碳纤维复合材料热潮，欧美大型飞机加快了使用复合材料的步伐，新设计、生产或投入使用的飞机，大量使用碳纤维复合材料。据2006年联合证券研究所调研数据表明，2005-2010年大型运输机碳纤维使用情况见表2-36:表2-362005～2010年欧美投入使用运输机复合材料应用情况机型首飞复合材料结构重量比(%)单机碳纤维用量(KG)乘员/人订货数(架)碳纤维年用量(T)复合材料主要应用部位A3802005.42536000555-80001541000机尾A400M2008.134-40—3人有效载荷37t190—机身、机翼A35020103917000245(A350-800)285(A350-900)125-155—机翼B7872007中5035000220-290266-3291500机身、机翼B747-82009—————波音公司和空中客车公司为了抢占世界飞机制造市场，投入大量人力和资金开发新型客运飞机，大量使用高性能复合材料。目前两大飞机公司飞机使用复合材料增长情况见下图。由图可知，新型飞机中复合材料材料的比例逐年增加，波音787客机达到全机结构质量比的50%，空中客车A350客机也达到了全机机构质量比的40%。波音、空中客车公司民航机和运输机复合材料使用情况16 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析(2)除了民用大型客机方面，另一大领域就是碳纤维在军用飞机制造方面的应用。根据2001-2005年总的统计，美国国防空军对碳纤维需求量详细见表2-37。除了美国外，中国人大会议最近批准了400亿美元的军费开支，军机数量在上升。洛克希德马丁公司战胜波音被选为联合战斗机的制造商，3000架战斗机总值为2000亿美元。因此，可以预计中、长期碳纤维在航天航空领域仍会有一定增长。表2-372001-2005年美国空军对碳纤维的需求量机型碳纤维需求量/kg合计200020012002200320042005B-12252252252252252251350B-22252252252252252251350C-1792,00092,00099,000106,00071,00057,000517,000JASSM008,72011,48028,69041,31090,200UCAV002,45003,6703,6709,790F-16(US)530530007907902,640F-16(FMS)3,1603,1606,3206,3205,5205,52030,000F-2221,42030,60039,78070,38082,62097,920342,720F-117454545454545270合计117,605126,785156,765194,675192,785206,705995,320据统计，2001年航空航天领域对碳纤维的需求为2690t，200年和2003年对碳纤维的需求量有所减少，2002年约减少20%，2003年则减少约9%。2003年以后航空航天领域对碳纤维的需求出现快速增长，2006年与2001年相比将增长约40%，2008年将增长约76%，到2010年和2001年相比预计增长超过100%。(见表2-38)表2-382001-2010年世界碳纤维在航空航天领域的需求与预测t年份2001200220032004200520062007200820092010需求量2690214024572741321537754170474152015389增幅/%0-20.4-8.71.919.540.355.076.293.3100.32.5.2体育休闲用品16 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析文体用品领域对碳纤维的需求，2003-2006年的年均增长率为42%，至2009年以后三年中，预计年均增速为46%。2003年和2004年世界碳纤维总消耗量分别为19210t和20680t，而用于体育休闲用品的碳纤维都超过5000t，占世界碳纤维总消耗量的25%左右。体育用品使用碳纤维绝对数量仍在增加，根据美国体育用品制造商协会的最新统计数据，美国市场体育用品设备销售在2006年总额约250亿美元，这还不包括鞋子、机动车辆和举重器材。大量使用碳纤维复合材料的产品是高尔夫球槽、球拍、雪橇、滑雪板、曲棍球棒、钓鱼竿和自行车。生产上述7种产品，制造商在2006年的复合产品消费量估计为6710吨左右。按此计算，2006年体育用品制造业所用的碳纤维占全球消费量的24%左右。但是，同过去相比，体育用品的碳纤维使用量占全球使用量的比例在逐渐降低，2004年体育用品碳纤维用量占了大约31%。不过，体育用品使用碳纤维的绝对数仍在增加，在未来几年内，每年的增长预计平均为4.3%，到2009年或2010年，使用量将有可能超过唱片业的水平。据估计，全球每年的高尔夫球棒的产量为3400万付，主要产自美国、中国、日本和中国台湾省；全球碳纤维钓鱼竿的产量每年约2000万付；网球拍框架的市场容量约为每年600万付。碳纤维在其他体育项目的应用还包括冰球棍、划船、赛艇、冲浪器械等。(1)自行车自行车是人们日常生活的必须用品。目前，全球的自行车中，高级自行车和特别用途登山车约占5%，成为CFRP民用的一个重要方面。高级自行车的车构架、前叉部件、车轮、曲轴、以及座位支架等均可使用CFRP材料，比例可达30%～40%。CFRP赋予了车体良好的刚性和减震性能，同时可实现轻质化。Trek公司的一款SSL型自行车采用克重为55g/m2的碳纤维制品制成的车架重量仅为950g；法国SalomenSA采用100%CFRP材料加工自行车轮，生产周期短，制造成本低。表2-39为全球不同领域对碳纤维需求的统计和预测，到2010年全球在自行车领域对碳纤维的需求量推测为1183吨。表2-39日本东丽(TORAYCA)对全球自行车领域的碳纤维用量统计与预测年份20062007200820092010201120122015预测用量(吨)75585996610771183129714081686实际用量(吨)691819------------------该公司用量(吨)113869---------------(2)游艇CFRP材料已进入商用船只制造业，在救生艇、巡逻艇及休闲游艇等方面吸引了众多消费者的注意。使用CFRP16 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析可降低艇体重量，延长使用寿命，节约能源，降低游艇的运营成本。一艘用铝作为结构材料、质量为18吨的游艇，改用碳纤维复合材料可减轻9吨，再加上动力系统质量的减轻，与铝材相比整体可减重11吨，这可大大提高航海项目的安全性和可操作性。大型港口内的业务运营中，选择使用CFRP巡逻艇可降低船体重量，提高船的可操作性，在挪威港口运营中CFRP客运船已投入商业化运作。德国CENTAAntriebekirschey公司采用由碳纤维管材料制成的轴系联轴器驱动轴驱动轴，能够轻而易举地达到减轻传动部件重量的目的，其主要优点：明显地减轻了驱动轴的重量—与坚硬的钢质轴相比较，碳纤维轴的重量明显地减轻了约70%，这其中包括复合管端部必要的金属部件，其实仅碳纤维管本身的重量的确很轻；临界速度高，由于转速是设定的，故使用碳纤维轴的优点体现在长的推进轴系上。长轴系上通常不需要布置轴承，至少减少了轴承的数量，这样就降低了成本，减轻了轴系，减少了部件，而且还节省了轴承支撑件的成本以及减轻了重量；长寿命、低噪声、无腐蚀、无磨擦、免维修、不导电、无磁性。自1996年以来，已经交付了近100根碳纤维轴用于船舶推进系统，绝大多数都用在高速渡轮上，但有些也用于军船、巡逻艇、豪华游艇、赛艇、挖泥船和泵站上。2.5.3汽车工业汽车零部件轻量化，小型化已成为未来汽车工业发展的重要课题。汽车轻量化使得汽车油耗降低，大大降低了汽车的使用成本，也使总的能耗大大降低了。据资料介绍，汽车自重减轻100公斤，行驶100公里，可节省油0.3公斤。自重减轻10%，燃油经济性可提高10%。目前在汽车工业中应用复合材料的有：驱动轴，车身，车门，横梁，油箱，悬臂梁，钢板弹簧，减速器，变速器支架，座位架，行李箱板和方向盘等。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；奔驰的57S型轿车原来内装饰全部以碳纤维替代；通用的雪佛莱轿车底盘的内装饰材料也采用碳纤维；宝马公司将M6型轿车的顶篷全部采用碳纤维等。1992年通用汽车公司的超轻概念车车身采用碳纤维复合材料由手铺碳纤维预浸料工艺制造，整体车身质量仅为191公斤，车身刚度优于钢制车身，密度仅为钢制车身的1/4。英国先进复合材料集团生产BPS240车身板系统和MTM57零件预浸料被选用于IFR汽车公司的Aspid豪华赛车上，碳纤维的主导地位使车减重700kg。英国材料系统实验室(MSL)就各种材料对车身轻量化的效果进行研究，结果表明，碳纤维增强复合材料的车身质量仅为172公斤，而钢制车身为367.9公斤，轻量化效果达53%以上。16 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析各种材料车身质量对比设计表明，一辆典型小车的碳纤维用量可以超过113kg。仅仅为了满足北美的需求，碳纤维的需求量就达现有世界碳纤维总生产能力的100倍。洛克希德马丁研究所的瓦伦统计过，如每辆北美的汽车用2.2kg碳纤维，那北美1800万辆小车的碳纤维总量就超过当前全球大丝束碳纤维总产能的4倍。制约碳纤维在汽车工业的应用的关键在于碳纤维价格过高。2.5.4一般工业应用近几年，一般工业应用领域对碳纤维的需求不断增长。在能源和贮能方面，如在风力发电叶片、飞轮、电池、油气开采、压力容器等领域上的应用不断扩大。据报导，制备注射和模压用的粒料消耗的碳纤维高达2700t，主要用于生产手机、计算机、办公设施等。碳纤维还可以应用于供温室吸附与分离气体用的新型碳基装置，在环保领域具有广阔的发展前景。除了以上用途，一些新兴用途，如土木建筑的补强加固材料，航海构件，电磁屏蔽材料和静电消散材料等方面的应用也在增加。(1)海上油气开采用于平台锚固到海底的绳索(tether)和连接油井口到平台的管子(Riser)。碳纤维复合材料绳索和管子因其优异的性能在海上油田的市场潜力巨大。2005-2010年复合材料生产管子和绳索的潜在市场见下图。16 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析2005-2010年复合材料生产管子的潜在市场2005-2010年复合材料生产绳索的潜在市场(2)风力发电据GEC预测，2004年风电装机容量约40000MV，2008年预计达到95000MV，假定增加部分一半用碳纤维叶片，需要34000个叶片，11000个2MV的涡轮机，每个叶片大约需要碳纤维1500-2000公斤，2004-2008年共需要碳纤维59000吨，年平均需求量15000吨/年，相当于06年全球碳纤维产能的50%。据估计，到2008年用于叶片的碳纤维可达4536t，其用量可占世界年碳纤维产量的1/4-1/5。16 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析第3章中国碳纤维行业分析3.1中国PAN基碳纤维生产现状及趋势3.1.1中国PAN基碳纤维生产状况“十五”期间，国家已批准在安徽蚌埠建立年产500吨PAN原丝和年产200吨/年PAN基碳纤维(T300)生产线，总投资过亿元，华皖碳纤维公司二期建设规模将使碳纤维产量翻一番达到400t/a，使我国碳纤维工业进入了产业化。目前该项目一期工程正在进行设备安装，将于2005年初建成投产。随后，一些厂家相继加入碳纤维生产行列。还有扬州汇通碳纤维公司采用国产技术新建100吨原丝、40吨T-300PAN碳纤维，山东威海光威集团在目前的基础上计划新建2500吨原丝、1000吨碳纤维生产线，还有山东天泰碳纤维有限责任公司作为国家计委示范工程，引进全套国外先进碳纤维生产设备，自动化程度较高，年产可达400吨，产品以12K的T300级碳纤维为主。依据中石化吉化研究院的信息，2006年我国主要PAN基碳纤维生产厂家约12家(5～800吨/年)，合计产能约1310t/年，产品规格为1K、3K、6K、12K，但设备运转率很低，国内实际总产量只有40余吨/年(1K～12K)，而且产品质量不太稳定，大多数达不到T300水平。最大生产企业为吉化公司，生产能力100t/a；现有装置生产总能力号称300t/a，实际年产量不足100t。可喜的是从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。目前利用自主技术研制的国产T300、T700碳纤维产品已经达到国际同类产品水平。大连兴科碳纤维有限公司2003年形成年产800t碳纤维的生产能力。这标志着我国碳纤维生产开始实现产业化和国产化，已可以替代同类进口产品。兴科公司拥有的年产量800t的生产能力，已是当年我国最大的碳纤维生产企业，产品各项技术指标已达到国外同类产品(T300)先进水平。随着全球CF市场及需求量的普遍看涨，国内还有十几家在建或拟建的CF项目，产能在1400～1600t/年左右。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7100吨/年、碳纤维1560吨/年，其中在建企业为4家，合计生产能力为原丝1100吨/年、碳纤维470吨/年。目前从事碳纤维行业的规模公司主要有华皖碳纤维公司、山西恒天纺织公司，现国内原丝生产规模约875吨/年，碳纤维生产规模约410吨/年。2006年我国PAN基碳纤维主要生产厂家见表3-1。16 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析表3-12006年我国(大陆)PAN基碳纤维主要生产厂一览表(t/a)公司产能产量生产方法规格上海合成纤维研究所50DMSO二步法1K、3K上海碳素厂101国外原丝1K、3K吉林炭素厂2510美国、榆次DMSO原丝1K、3K兰州碳素纤维厂6014NaSCN法原丝3K、6K山东天泰股份有限公司404国外原丝6K、12K兰州中凯工贸有限责任公司1001NaSCN法原丝3K、6K大连兴科碳纤维有限公司80010国外原丝6K、12K山西煤化工研究所101DMSO法原丝1K、3K威海拓展纤维有限公司4010DMSO法原丝1K、3K安徽华皖集团2000DMSO法原丝12K吉研高科技纤维有限公司104国外原丝12K吉林石化公司研究院105DMSO法原丝1K、3K合计131040随着我国经济的快速发展，碳纤维需求与日俱增，虽然国际上一些公司开始向我国出售T300级原丝，但数量有限而且价格昂贵，极大地制约我国碳纤维及其复合材料在国防建设中高科技技术的应用。因此，自主研制生产高性能、高质量的PAN基碳纤维，以满足军工和民用产品的需求，是我国碳纤维工业产业化发展亟待解决的问题。目前，碳纤维已被列为国家产业化纤行业重点扶植的新产品，国内已有多家企业拟建或正在建设碳纤维生产装置，具体情况见表3-2。2006年安徽华皖集团的PAN基碳纤维项目的建成投产，填补了我国PAN基碳纤维工业化生产的空白。表3-2国内拟建或在建PAN原丝及PAN基碳纤维生产装置一览表(t/a)种类规格PAN原丝产能生产方法PAN基碳纤维产能备注大庆石化腈纶厂6K、12K5000DMSO法意向上海金山石化320K1000NaSCN法意向青岛科技大学6K、12K50意向威海拓展纤维有限公司6K、12K250DMSO法100在建上海星宇实业有限公司大丝束400意向16 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析嘉兴中宝碳纤维责任有限公司大丝束400缓建桂林市化纤总厂3-12K200意向连云港鹰游纺机公司6K、12K500DMSO法250在建山东天泰股份有限公司6K、12K40意向扬州惠通公司1K、3K100DMSO法20在建吉林市航源碳纤维有限公司1-12K250100在建安徽华皖集团12K5001800DMSO法原丝200800在建意向威海光威集团有限公司3K25意向吉化公司500200意向兰化集团化纤厂100在建丹阳市经济开发区75003000意向大连国瑞炭材料有限公司2×2001000意向意向江阴德福碳纤维有限公司1000意向华拓实业发展股份有限公司3K100005000意向中复神鹰碳纤维有限责任公司250030001000在建意向奥莱特腈纶有限公司25001000意向金发科技股份有限公司200在建吉研高科技纤维有限责任公司12K160在建淄博新天特种纤维有限公司3000500意向徐州经济开发区12K20001000意向鑫丰碳纤维项目30意向山东新天华科技发展有限公司60001000意向新泰市碳纤维项目120004800意向合计55525257503.1.2中国碳纤维行业发展趋势  尽管我国碳纤维生产发展缓慢，但消费量却与日俱增，市场需求旺盛，主要集中在文体用品和航空航天方面，一般产业需求增长也比较迅速。近年来，随着市场需求的增加，特别是国防、军工、航天航空、体育用品方面的需求增加，每年主要依靠从国外进口碳纤维以满足要求，据统计1996-2002年国内碳纤维消费年均增长率超过16 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析20%，2007年国内的市场需求量约为3500t/a，主要依靠进口。国内碳纤维主要应用领域见表3-3。表3-3 国内碳纤维主要应用领域类别应用领域成熟市场航空、航天及国防领域：飞机、卫星、火箭、导弹、雷达等 体育休闲品：高尔夫球、渔具、网球拍、羽毛球拍、箭杆、自行车、赛艇等新兴市场碳纤维基增强工程塑料、压力容器、建筑补强、风力发电叶片、摩擦材料、深海油田的钻进平台等待开发市场汽车零部件、医疗机械等 根据2005年对1998-2008年世界各地区碳纤维的生产与消耗的统计和预测(见表3-4，3-5)，结果表明除了欧洲、美国和日本三大碳纤维消费地之外，其它国家(包括中国在内)的碳纤维消耗量大于生产量，差额从2003年的4400t/a扩大到2008年的6800t/a，主要依靠从日本、美国和欧洲进口来解决消耗和生产间的差额。这些国家的体育休闲用品消耗量占首位，工业应用居第二位。但2003-2008年在工业应用领域有一定上升，且航空航天领域的比例也在不断上升，到2008年航空航天领域碳纤维消耗比例将从1998年的2%增加到12%。表3-4其它国家碳纤维生产与消耗t/a年份产量消耗备注19985004500供不应求200310005400供不应求200812008000供不应求1998-2003增长率/%14.93.82003-2008增长率/%4.18.2表3-5其它国家碳纤维按应用领域的消耗%年份各领域碳纤维消耗占总消耗的百分比工业应用航空航天体育用品19982027820032047616 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析20082912591998-2003增长率/%5.214.93.02003-2008增长率/%12.138.03.0综上所述，中国位于欧洲、美国和日本之外的其它国家之列，国内PAN基碳纤维的消耗量远大于生产量，碳纤维的生产远远不能满足市场需求，需大量进口。通过对国内市场需求进行广泛深入的调研发现，近几年体育和休闲用品及压力容器等领域对碳纤维的年需求量迅速增长，从我国航空航天技术的发展来看，也急需高性能碳纤维及其复合材料。国内碳纤维生产消耗状况与国际预测的情形基本一致。此外，考虑到我国碳纤维的应用还在不断发展，许多用途还有待开发，如碳纤维在工程修补增强方面、飞机和汽车刹车片、汽车和其他机械零部件的应用以及电子设备套壳、集装箱、医疗器械、深海勘探和新能源的开发等方面都将是我国碳纤维未来的潜在消费市场，对碳纤维的需求量将更大。因此，必须加快我国碳纤维制备技术的开发和规模化工业化生产的步伐，以缓解我国国防和工业对碳纤维需求紧缺和依靠进口的现状。3.1.3国产碳纤维存在的主要问题我国我国研制生产高性能碳纤维的技术有3项关键技术没有很好过关：一是聚丙烯腈原丝；二是碳化工程化技术；三是表面处理技术。虽然经过了一段时期的发展，但是与国外的技术水平还存在一定的差距。     (1)PAN原丝质量不过关，规格低。国产PAN碳纤维原丝在生产过程中大部分采用民用腈纶原液，杂质含量较高，质量稳定性差，变异系数大，毛丝断头多，分纤性差以及油剂等问题，不能制得高质量的原丝。     (2)大部分国产碳纤维未经过表面处理，制成复合材料层间剪切强度偏低。没有经过表面处理的国产碳纤维不能用作高性能要求的先进复合材料增强体，也不能在航空、航天等国防部门中用来制作主承力构件。     (3)尚未形成经济规模，价格太贵，成本组成不合理。国产碳纤维目前售价太高，远比国外进口的价格要高。我国碳纤维之所以价格昂贵，有很多不合理因素。如成本结构存在问题，据我国某碳纤维厂对碳纤维成本的粗略统计，原丝费用约占碳纤维成本的25%，而车间费用约占碳纤维成本的44%。      (4)16 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析品种单一、规格单一，碳纤维来源大部分依赖于进口。根据不同行业、不同产品、不同零部件的不同需求，希望能采用不同类别、不同品种、不同规格的碳纤维。除了供结构材料使用的碳纤维，还希望有供功能材料使用的碳纤维，而我国目前碳纤维只有相当于T300的一个品种。(5)PAN基碳纤维质量低。国产PAN基碳纤维性能指标仅能达到或接近T300的水平，而国外T300以逐渐为强度高达4900MPa、模量高达320GPa的T700所取代，还发展了高强高模量的M-J系列碳纤维产品。3.1.4对我国碳纤维发展的建议(1)提高PAN原丝质量PAN原丝不仅影响碳纤维的质量，而且影响其产量和生产成本。如原丝质量低劣、彼此性能差异较大，在生产过程中易产生毛丝缠结，甚至发生断丝。对于质量好的PAN原丝，用2.2kg左右的原丝可生产出1kg碳纤维；而质量差的原丝，则需2.5kg，这必然加大生产成本。(2)研制高纯度原丝国产PAN原丝和碳纤维中所含碱、碱土金属和铁的含量比国外大得多，它们的存在不仅影响聚合和纺丝的稳定性，而且在高温碳化过程中逸走而残留下孔隙，所以聚合所用原料要纯，纺丝空间应洁净化，设备应耐腐蚀。(3)扩大生产线规模除PAN原丝质量外，扩大生产规模也是降低成本的有效途径。我国至今没有一条百吨级碳纤维生产线，而且国内目前还没有正式的大丝束PAN原丝生产厂家，也就没有大丝束碳纤维生产装置与技术。(4)增强拉伸强度碳纤维的拉伸强度等性能受控于各类缺陷，要提高碳纤维的拉伸强度等性能就是采取技术措施减少缺陷数目、减小缺陷尺寸。从碳纤维的缺陷产生大致可分为两类：一是先天性缺陷，由PAN原丝“遗传”给碳纤维；二是后天性缺陷，在预氧化、碳化等一系列后处理过程中产生。从缺陷所处的位置分为表面缺陷和内部缺陷，表面缺陷占总缺陷数的90%左右，对拉伸强度的影响要比内部缺陷大得多。控制缺陷是提高碳纤维拉伸强度的主要途径之一。3.2中国碳纤维生产技术开发及应用我国从事碳纤维生产技术研究的单位主要有中科院山西煤化所、上海合纤所、北京化工大学、山东工业大学、东华大学、安徽大学、浙江大学、长春工业大学等。国家863项目带动了国产碳纤维产业化的发展，在PAN16 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析基碳纤维原丝技术上，进行了重点攻关，国内目前大多采用的技术是以DMSO为溶剂的间歇式溶液聚合、湿法(或干湿法)纺丝，产品以1K、3K为主，生产的原丝经氧化、碳化后强度、模量可以达到日本T300的水平，但是在纤维指标的离散性上差距还很大，特别是在12K纤维方面还没有产业化批量生产的装置。完全成熟的成套千吨/年(12K计)T300碳纤维的12K原丝、碳纤维生产技术国内目前尚不具备。国内在预氧化碳化工艺技术、工艺保障性控制方法、关键技术与装备方面亟待完善。高性能原丝制备技术的开发可彻底改变我国碳纤维制备技术落后的不利局面，中科院长春应化所2002年初承担了吉林省科技发展计划重大项目—高性能T700聚丙烯腈碳纤维原丝的研制，经过3年多的努力取得突破性进展：制得的聚丙烯腈共聚物结构新颖，已申报中国发明专利2项；确立了高性能碳纤维溶液的制备方法，且拥有自主知识产权，可获得以开发T700碳纤维原丝为目标的专业纺丝溶液；应用的干喷-湿纺技术和高温蒸汽牵伸技术适合于高强度碳纤维原丝的制备，可用于指导规模化生产。T300碳纤维及原丝实现自主生产：吉林石化公司和长春工业大学共同承担吉林省重点高科技攻关项目“T300碳纤维及原丝的稳定生产关键技术”研究任务，采用连续溶液聚合加一步湿法纺丝技术，不断优化工艺条件，获得圆形截面而且结构致密的PAN原丝产品，并在碳纤维的截面形态控制上取得了关键性技术创新。该技术已在吉林石化公司实现了PAN原丝的小规模连续稳定性生产。东华大学先后攻克了原丝关、工艺关、强度关、排废关，在原丝质量指标确定、稀纬带碳化技术，在有机和无机混合型催化体系、连续纯化工艺、空气介质低温热处理和两段排焦等工艺技术和装置方面取得了一系列原创性成果，成功研制出性能稳定，质量合格的航天级高纯粘胶基碳纤维。该纤维具有高强度、低密度、高断裂应变、低热导率和耐烧蚀等优良特性，是特种防热层材料，广泛用于导弹防热层材料。山东大学碳纤维工程技术研究中心承担的碳纤维增强橡胶复合材料及其应用研究和碳纤维复合发热体开发及其应用项目取得新进展。该碳纤维增强橡胶复合材料已在管材、耐磨衬轮和特殊密封件等领域推广应用。该新型加热体具有优良的热辐射性能和电热转换性能，电热元件寿命长，节能效果显著。上海纺织科学院研制的碳纤维加固补强织物具有高强高效、耐久耐腐、质量轻等特点，可用于梁、柱、板、墙等补强，也可用于桥梁、隧道水坝等其他土木工程的加固。江苏远东集团和美国一家高科技公司联合开发的新型碳纤维复合芯导线具有质量轻、强度大、耐高温、耐腐蚀、线损低、弛度小、与环境亲和等优点，可提高传输容量1倍，减少20%杆塔数，减少有色金属消耗，降低传输损耗。16 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析3.3中国碳纤维消费结构分析我国碳纤维的主要用途包括体育器材、一般工业应用和少量军工产品(导弹和火箭等)，其中体育器材用量最大，约占总消费量的80-90%。2002年我PAN基碳纤维总消费量约为2235t，消费结构见表3-6。由表可知，2002年我国碳纤维消费结构中体育用品居首位，其次是一般工业，航空航天排第三。体育用品主要包括网球拍、钓鱼竿、高尔夫球杆、羽毛球拍等，它们占国内碳纤维消费总量的87%。一般工业碳纤维消费量占国内总消费量的11%，航天航空领域仅占2%。表3-62002年中国PAN基碳纤维消费结构(t/a)应用领域消费量比例/%体育用品网球拍95543钓鱼竿40018高尔夫球杆32014羽毛球拍等26012一般工业建筑补强1507其他1004军工产品航天航空502合计223510016 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析据统计，2004年国内碳纤维及其相关复合材料折算成碳纤维，总消耗量约4600吨，而总产量才几十吨，严重依赖进口。其中90%以上为24K以下小丝束碳纤维，少量大丝束碳纤维主要用于拉挤成型，做管材及片材。与国外碳纤维产业结构不同的是，国内碳纤维以进口原丝后加工成制品为主，制品的加工者也以民营为主，且规模都较小。生产厂主要分布在广东、山东、浙江宁波、江苏宜兴等地。在消费领域，仅有约100吨为军工用，包括各种型号的武器、军用飞机、卫星等；超过1000吨为运动娱乐领域用，主要用于制做渔竿、高尔夫球竿、网球拍等；约300吨左右用于建筑补强领域；其余主要用于压力容器(天然气罐、氧气罐)、碳纤自行车、碳纤轴、碳纤维盘根等。3.4中国碳纤维需求状况2003年以前，我国碳纤维的需求主要集中在文体用品领域，数据显示2003年中国碳纤维市场需求量约2500t，其中体育用品约占87%，一般工业约占11%，航空航天约占2%。近年来，随着碳纤维在国防、军工、航天航空、体育用品等方面的需求增加，2005年中国碳纤维市场需求量增加到3000t以上。另外一般工业领域，如碳纤维工程补强、汽车刹车片、汽车零部件、电子和新能源等方面的需求将逐渐增大，预计2008年我国碳纤维市场需求可达5000t/a左右，2010年可达到6000t以上，每年须进口约5000t碳纤维产品，市场缺口进一步拉大。据统计，1996-2002年国内碳纤维消费年均增长超过20%。1996-2010年中国PAN基碳纤维需求量统计及预测数据见表3-7。由表可知，2002年中国碳纤维需求量增幅最大，与2001年相比增加了75.7%，需求量增加了964t。中国碳纤维需求自2002后呈现快速增长趋势。表3-7中国PAN基碳纤维市场需求(t/a)年份需求量年增长率/%年增量1996580199764010.36019987009.460199994535.02452000108715.01422001127217.01852002223575.796316 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析2005250011.92652006300020.0500201058002005年国内碳纤维的有效产能约600吨/年，表3-7预测的相应需求达到2500吨/年，但碳纤维产量不足200吨，还存在着产品质量和价高等问题，存在2300多吨的市场缺口，主要依靠进口平衡。据统计，2000～2006年国内碳纤维的净进口量见表3-8。由表3-8可知，从2000年到2006年，中国碳纤维净进口量持续上升。2006年中国碳纤维的净进口量为5850t/a，与2000年的2121t/a相比增长了175.8%。表3-82000～2006年国内碳纤维的净进口量单位：t/a年份2000200120022003200420052006净进口量2121222129353776500356355850增幅/%04.738.478.0135.9165.7175.8根据表3-9和表3-10的数据，2003-2004年中国对碳纤维的需求为4500t，其中>24K的大丝束碳纤维为2500t，<24K的小丝束碳纤维为2000t。从应用领域看，60%以上是工业应用，33%是体育休闲用品，航空航天不足5%。从碳纤维的类别看，航空航天领域全部是<24K的小丝束碳纤维；体育休闲用品67%是大丝束碳纤维，33%是小丝束碳纤维；工业应用领域约55%是大丝束碳纤维，45%是小丝束碳纤维。估计中国的碳纤维需求量将以每年9%-11%的速率递增，到2009年中国碳纤维需求的预测将增长到7500t，小丝束碳纤维的需求量会大于大丝束碳纤维，>24K的大丝束碳纤维为3500t，<24K的小丝束碳纤维为4000t。工业应用仍占第一位约3500t，占46.7%；体育休闲用品3000t，占40%；航空航天应用碳纤维将达到1000t，占13.3%。在2005-2009年期间，中国的碳纤维主要还是依赖从国外进口来解决。表3-92003-2004年中国对碳纤维的需求t/a市场领域>24K<24K共计航空航天0250250体育用品10005001500工业应用150012502750共计25002000450016 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析表3-102009年中国对碳纤维的需求预测t/a市场领域>24K<24K共计航空航天010001000体育用品175012503000工业应用175017503500共计350040007500据统计，2003-2010年期间中国碳纤维按领域需求的分布情况见表3-11。由表可知，体育休闲领域碳纤维的需求仍占据中国碳纤维需求的首位，但其年增长率呈下降趋势，表明2005年后体育休闲对碳纤维的需求基本上达到饱和。工业应用领域对碳纤维的需求呈现了较快的增长趋势，2010年对碳纤维的需求量达到1900t/a，是2003年需求量的9.5倍。航空航天领域对碳纤维的需求也较快，2010年对碳纤维的需求量达250t/a，是2003年需求量的4.2倍。2003-2010年中国碳纤维需求总量呈持续增长趋势。表3-11中国碳纤维按应用领域需求的统计与预测t/a年份航空航天体育休闲工业应用总计200360300020032602004903600340403020051203800500442020102504000190061503.5价格分析在2003年之后全球碳纤维供给紧张的背景下，碳纤维的售价逐年上升，以民用碳纤维(T300、12K)为例，2003年之前的最低价格为10万元/吨，截至2005年，民用碳纤维(T300、12K)的销售价格上涨到了60万元/吨，个别公司的销售价格达到了80万元/吨。自2004年以来，国际市场碳纤维价格已上涨超过100%。而国内由于进口受限，加上关税，碳纤维价格比国际市场高出一倍以上，个别品种价格已涨到离谱的程度，如日本东丽的T300－3K碳纤维，国内正常时价格为800－900元/公斤，现在收购价格甚至达到4000－5000元/公斤，涨幅达400%。据分析，在未来碳纤维供给难以满足需求的背景下，碳纤维的销售价格将保持景气上升，生产碳纤维的企业必将获得高额利润率。16 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析碳纤维的生产工艺短、成本构成比较简单，根据我们的实地调研、碳纤维相关行业资料及工艺参数，我们可以大体测算出碳纤维原丝、碳纤维的生产成本，详见图。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。目前国内军工级碳纤维(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。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。3.6我国碳纤维行业未来走向3.6.1碳纤维制备技术方面在技术方面，制约我国碳纤维发展的主要原因是PAN原丝质量不过关，还有生产技术及设备等问题导致碳纤维产品收率低下，生产成本较高。根据我国碳纤维工业现状，首先要提高原丝质量，研制高纯原丝，同时加强预氧化、碳化、石墨化设备及表面处理工程技术研究开发，尽快实现规模化工业生产。3.6.2碳纤维应用方面(1)航天航空领域16 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析近年来，我国航空航天产业发展迅速，特别是2007年我国全面启动和实施的大飞机重大专项整体配套项目，预计2020年国内航线需新增干线大型飞机1600架，价值约1500亿～1800亿美元；到2050年将更新干线大型飞机3000架，总价值约3500亿～4000亿美元。2007年，中航公司预测：未来10年内，国内支线客机还有900架的市场。大型民用飞机国产化需要大量的碳纤维增强复合材料(CFRP)，这给我国碳纤维及其增强材料的发展提供了机遇。另据波音公司报导，到2020年中国需要1764架商用飞机，是美国本土以外最大的市场。中国空公司要增加1459架新飞机，仅仅为了满足国内航线。中国人大会议最近批准了400亿美元军费开支，军机数量在上升。因此可以预计，未来几年中国飞机制造行业对碳纤维的需求将迅速增长。另外，中国现在可在发展太空探索科技，对高性能的碳纤维复合材料的需求也在增加。(2)光伏产业热场材料近年来，由于能源危机的阴影日益增大，资源性矿产价格日益上扬，因此世界各国均在探索新的清洁能源的开发。在这样的大背景下，光伏产业得以迅猛发展。自1990年以来，世界总的光伏模块的产量增长了50倍。中国国内光伏产业2000年开始起步，经过近年来的几何极数的增长，迅速在世界光伏产业市场上占据了重要地位。近年来光伏模块产量增长曲线如下图。16 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析1990-2006世界光伏模块产量(数据来源：PVNews[PVN2007])目前，全世界光伏产能约为8500MW，其中中国约占38%，即3235MW；至2010年，全世界光伏产能将达到22800MW，与目前相比增长168%；其中中国将达到7500MW，与目前相比增长了132%。2006-2010世界光伏产能及预测见下图。2006-2010世界光伏产能及预测(数据来源：PVNews[PVN2007])高纯硅是太阳能光伏产业和信息产业的基础材料。生产高纯硅的反应炉、氢化炉、多晶硅浇铸炉、单晶硅生长炉等要使用大量的高纯、高性能热场材料。碳纤维增强碳基体复合材料坩埚与石墨坩埚相比具有更优异的性能(如表3-12)，其寿命为石墨坩埚的10倍左右，而其价格仅为石墨坩埚的6-8倍左右。因此。它可以作为石墨坩埚的良好替代品，应用于多晶硅生产设备中。表3-12石墨坩埚和碳纤维复合材料坩埚的性能比较16 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析相关指标高纯等静压石墨坩埚碳纤维复合材料坩埚结构形式三瓣或多瓣,刚性差整体结构,刚性好力学强度(MPa)10-15120-200使用寿命(炉)15-25100-130纯度(ppm)≤200≤200密度g/cm31.6-1.81.5-1.7热性能随使用时间长而变差稳定拉晶成晶率不稳定稳定,高坩埚使用状态外壁吸硅外壁不吸硅坩埚纯化过程需氯气和氟里昂无需氯气和氟里昂表3-13PV与IT硅材料生产配套热场材料市场需求分析设备名称设备拥有量(台)台年需求量(kg)合计需求量(kg)合计价值(万元)备注单晶硅炉25001303,250,00065,000多晶硅浇铸炉5002701,350,00027,000氢化炉30020060,00012,000合计5,200,000104,000目前，国内对碳/碳复合材料的需求巨增，其供应在近期及未来很长一段时期都将较为紧缺：一方面目前全世界单晶硅产量近3万吨，国内产量仅5千吨，而国内需求达5万吨，市场缺口很大；另一方面据不完全统计，国内现有大型硅晶体生长炉约2500台套，硅晶体生长炉的拥有量还在以年增长率30%的速度增长，到2010年将达到4000台套。多晶硅浇铸炉500台套，到2010年将超过1000台。高纯多晶生产能力10000吨以上，到2010年，产能达到43500吨以上。高纯硅制造过程的反应炉、氢化炉等近300台。18寸热场系统单晶炉单台年需求碳/碳复合材料、复合固态保温毡130公斤，价值27万元。多晶硅铸造炉年需求碳/碳复合材料、复合固态保温毡270公斤，价值54万元。高纯硅氢化炉年需求100公斤，价值20万元。当前市场硅产业热场用碳/碳复合材料、固态保温毡年需求在463吨以上，也就是说，仅硅冶金炉每年碳/碳复合材料、碳/碳复合固态保温毡一个领域，当前国内碳/碳复合材料热场系统的市场容量保守估计可达10亿元左右，具有广阔的市场前景。PV与IT硅材料生产配套热场材料市场需求详见表3-13。(3)风能发电与叶片材料中国的风能总储量估计为1.6×109千瓦，列世界第三位，有广阔的开发前景。我国联网型风力发电在上世纪80年代初开始起步，到2000年底已经安装了344兆瓦。早在1989年广东省南澳岛就立足当地资源优势，着手建设风力发电场，先后从瑞典、丹麦、美国等国家引进风力发电机，使主岛风力发电机达135台，总装机容量达53.54016 中国碳纤维产业调研报告第2章世界碳纤维供需分析兆瓦，年可发电1.4亿千瓦·h，成为亚洲沿海最大的风力发电场和世界开发风能资源的重点示范区域。风力发电场分期投产11年来，累计发电近3亿千瓦·时，创产值1.9亿元。近年来，我国风电产业呈现加速增长的态势。2004年以来的3年增长率分别达到34.7%、65.7%和90.9%，2006年我国风电总装机容量达到2.6GW。到“十一五”期末，全国风能总装机容量将达到5GW，实际容量达到10-12GW，目标到2020年全国将达到20GW的风电装机容量。因此，中国在未来是风力发电碳纤维复合材料叶片的巨大市场。2005年2月我国制定的《可再生能源法》做出了 2010年风能不少于400万千瓦的规划，预计到2010年，叶片国内市场总量可达约60亿元人民币。2005年11月，我国发改委将2020年风能装机总量的规划由不少于2,000万千瓦提高到不少于3,000万千瓦，以千瓦造价8,000人民币计算，我国未来十五年将有2,400亿的风能市场；风电产业在我国进入新的大发展时期。叶片是风力发电机的核心部件，造价约占整个设备的1/4到1/3。每个叶片大约需要碳纤维1500-2000公斤，我国2020年3000万千瓦的风电规划的实现，需要大量的风机叶片，是碳纤维行业一个潜在的巨大市场。(4)汽车工业近年来，我国汽车工业发展迅速，从2000年到2010年全国汽车保有量将增加1倍。这样，汽车用纤维的需求也将大大地增加(见表3-14)。碳纤维复合材料作为一种先进的轻质高强材料，正好迎合了未来汽车轻量化发展方向的要求。表3-14中国汽车的需求和预测年份汽车产量/万辆客、货车产量/万辆汽车保有量/万辆19905146.7551199514611411452000208.8148.31608.92001233.44163.091671200532021024002010450230330016'