第一篇：碳纤维材料项目简介
高性能碳纤维材料项目建议书
高性能碳纤维材料
项
目
建
议
书
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)。强度大于4000MPa的又称为超高强型;模量大于450GPa的称为超高模型。碳纤维制造工艺分为有机先驱体纤维法和气相生长法。有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。气相生长法制得的碳纤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。
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，是由有机纤维经碳化及石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(如高分子复合材料、金属基复合材料、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，并将碳纤维或布料刚树脂浸泡使其转化成片状。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，将它们缠绕在一个芯儿上，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)”。飞机元件的制造是通过在高压釜中给预浸料坯加热，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”，用这种方法可以用来制成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、环化、氧化脱氢、脱水、脱二氧化硫以及热分解等复杂的化学反应，使其变为热稳定型结构，能承受进一步高温处理，并保持现状而不熔融。此阶段是形成纤维的稳定化过程，也称预氧化。将这种纤维再在1000℃——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，使碳含量达90%～96%，并形成石墨的乱层结构，即获得碳纤维。
PAN纤维分子易于沿纤维轴向取向，碳化收率(1000～1500℃)为50～55%，在脱除碳以外的杂原子时其骨架结构很少破坏，此外在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。先驱体纤维的质量和性质是生产高性能碳纤维的前提。优质的原丝具备高纯度、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。事实证明谁掌握了制造高质量的PAN基原丝谁就掌握了主动权。
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、烘干收丝等工序。碳化过程主要包括放丝、预氧化、低温碳化、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。
3、粘胶基碳纤维 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：a、低温分解过程(小于400℃);b、炭化过程(小于1500℃);c、石墨化过程(大于2500℃)。
由粘胶纤维热解制得的碳纤维的得率通常在10～30%，由粘胶纤维制得的碳纤维，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。到目前为止粘胶碳纤维仍占据着其他碳纤维不可取代的地位，仍是重要的战略物资。
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、安徽佳力奇碳纤维有限公司河北中环环保设备有限公司以及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)、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)。强度大于4000MPa的又称为超高强型;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)、碳化、石墨化等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。
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：碳纤维分离成为单纤维以后非常脆弱，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JISR7601《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，但是，检测方面的论述已经有很多：苏州经贸职业技术学院、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》(中国纺织出版社)《实验十五碳纤维强伸性能测试》等文章。单纤维强伸性能试验要采用能测试碳纤维的高强高模纤维强力仪，如CRE型碳纤维强力机(LLY-06E型电子碳纤维强力仪外观如图所示)。
2、试样制备
纸框法固定试样，剪取适当长度的该碳纤维试验样品，用钢针沿着纤维方向将其分离，使试验样品蓬松便于抽取。用取样盘来盛取试样，为保证测得结果的准确性，不能对碳纤维造成任何损伤。采用国外标准制作衬纸很麻烦，在试验过程中有人用电脑制图找到一个简单易行的方法。取0.1mm左右厚的打印纸做基片;按图1尺寸用Word制图，划出一个尺寸合适的框，复制满A4纸打印(图2是25mm隔距拉伸尺寸。若50mm隔距拉伸时，裁切线的长度应增加一倍);直尺放与裁切线吻合后用刀片沿裁切线将实线部分裁除，然后两端贴上5mm宽的双面胶纸;抽取分离的单根碳纤维试验样品，沿中心虚线放上，并用双面胶纸固定。也可以用融化后的松香，将单根碳纤维“焊接”在纸框上，其“焊点”起到固定单根碳纤维的作用(试验证明：采用“焊接”方式没有双面胶纸固定方式好用，而且夹持试样时要离开“焊点”);再用8～10mm宽的纸条，沿着裁切线宽度方向覆盖双面胶纸和试验样品端头，沿剪切线剪切分离成固定在单个纸框上的待测试样。注意碳纤维的取样比较困难，尤其处理后的碳纤维，很细，也很难分辨是一根还是两根，根据实验中曲线对比进行判断如果记录下的曲线斜率明显大于其他试样的很有可能是两根纤维，必要时可以用放大镜配合取样。
3、测试：
测试程序与仪器型号有关系。不同仪器型号其测试过程不同。下面分别用两种LLY-06E、LLY-06型单纤维强力仪的操作过程加以说明。打开仪器电源开关，设定操作程序，根据试验要求设定所需隔距，例如：25mm、50mm。
按试验要求设定试验拉伸速度(1～5)mm/min，本实验取：2mm/min，如果采用松香固定试样时，上、下夹持器夹持试样时要离开“焊点”，以免试样脱落和断裂。 被测试样的一端夹持在电子式碳纤维强力仪的上夹持器上，试样另一端夹持在下夹持器上。采用恒定的拉伸速度拉伸试样，直至试样断裂。记录单次值的断裂强力和断裂伸长等技术指标，试验结束后仪器自动给出所有技术指标的统计值。和PC机联机可获得实时曲线，便于分析技术数据。
3.1、气动夹紧的拉伸试验(LLY-06E型)
将上述准备好的待测试样一端沿着裁切线宽度边缘，用上夹持器夹紧，另一端沿着裁切线宽度边缘被下夹持器夹紧，并将夹紧的待测试样两侧剪断，按“拉伸”，使下夹持器下行，试样断裂后，下夹持器自动返回。重复测试过程，做完设定次数。仪器会在试验过程中自动打印试验记录。由于夹持器没有直接夹持试样，减少了试样断裂在钳口的概率。该测试适用于气动夹紧夹持器的仪器。
如需联机，应在开启电源前接好PC接口，开启电脑、启动程序，根据要求设定数据，然后点击“实验”进入试验状态。
3.2、手动夹持器夹紧的直接拉伸试验(LLY-06型) 由于社会上手动夹持、通用的单纤维强力仪较多，有人曾经在上面做过大量试验。这一类单纤维强力仪的夹持器不适合衬纸固定试样，只有用传统方式夹持拉伸，实践证明：只要仪器技术达标，虽然未曾拉伸断试样的概率比较高，细心一些也可以作，但是手法很重要。
将上夹持器取下平放在衬垫上，把一束碳纤维试验样品放在夹持器左前方;右手向右抽取一根碳纤维，左手推动夹持器(注：右手不动)，配合碳纤维导入夹持器钳口内适当的长度，右手脱开试样，左手旋紧夹持器。
左手把夹持器挂在传感器的吊钩上，这时试样呈自然悬垂状态，右手轻轻将碳纤维导入下夹持器内，左手将下夹持器旋紧;按“拉伸”键下夹持器开始下行，试样断裂后下夹持器自动返回。重复此过程以完成设定次数，仪器会在试验过程中自动打印试验记录。在实验中，如果试样经常断裂在钳口，可以考虑在钳口包覆一层衬垫。需要指出的是：属于不加预张力的拉伸，预张力夹会使试样未曾拉伸先断裂，致使夹持试样失败。
4、结论:从测得数据来看出了单根碳纤维的特性：断裂强力比较小，断裂伸长率很小，拉伸曲线呈线性，屈服点和断裂点几乎吻合，如图则是碳纤维单丝拉伸曲线。
第五章市场研究
一、市场规模
我国碳纤维现阶段绝大部分依赖进口。2004年全国碳纤维用量为4000吨，2005年用量在5000吨，年增长率在20%以上，到2009年将达到7500吨/年，而国内现有生产设计能力为90吨/年，且由于国内原丝质量、生产技术及设备等原因，实际年产量仅为40多吨，无论是质量和规模与国外相比差距都很大。
我国PAN基碳纤维的研究与开发始于20世纪60年代初，“九五”以来，我国碳纤维的发展经历了规模不大的技术引进及碳纤维民用制品领域的拓展，在生产规模及产品应用方面取得了一定的进步。一些高等院校，如北京化工大学、安徽大学、中山大学等也相继开展了CF研究。但就碳纤维行业来说，还存在着很多问题，如原丝品质低下，CF性能指标与国外差距大且不稳定，小型试验性生产及CF制造成本高昂，技术上还不具备规模化生产水平等。
我国碳纤维的生产和使用尚处于起步阶段,国内碳纤维生产能力仅占世界高性能碳纤维总产量的0.4%左右,国内用量的90%以上靠进口。而PAN原丝质量一直是制约我国碳纤维工业规模化生产的瓶颈。另外,碳纤维长期以来被视为战略物资,发达国家一直对外实行封锁。因此,有关专家认为,强化基础研究是创新之本,是发展国内碳纤维工业的根本出路。
二、竞争态势
1、国外碳纤维形势分析
世界碳纤维的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卓尔泰克(ZOLTEK)、阿克苏(AKZO)、阿尔迪拉(ALDILI)和德车的SGL公司等。其中日本三大集团占世界生产能力的75%。当前世界上PAN基炭纤维正处于迅速增长的发展期：产品性能趋向于高性能化，T700S加快取代T300作通用级炭纤维;产量增加较快，1996~2000增长48.1%;航天航空和体育用品用量增加稳定，民用工业用量增幅较大，已超过前两者，特别是随着大丝束炭纤维的大规模生产，价格的降低，民用工业需求增加迅猛。世界著名的碳纤维生产企业，它们都在积极扩展碳纤维生产，继续加强其在世界市场上的主导地位，并纷纷实现从原丝到下游复合材料一体化的配套生产体制，碳纤维及其下游产品己成为这些公司的支柱产业和新的经济增长点。 美国是碳纤维生产大国，更是消费大国，世界碳纤维40%以上的市场在美国。美国1996年碳纤维生产能力约为4500t，其中卓尔泰克(ZOLTEK)公司1997年在美国德克萨斯州的亚平伦城和匈亚利的布达佩斯附近建了5条碳纤维生产线，1997年的总生产能力达3000t左右，一跃成为世界上生产碳纤维的最大集团之一。目前，美国正在开发碳纤维复合材料的五大新市场，即清洁能源车辆、土木建筑工程、近海油田勘探和生产、风力发电机大型叶片、高尔夫球杆和球拍。这是推动美国和世界碳纤维复合材料大发展的动力。随着碳纤维生产规模的扩大和生产成本的下降，在增强木材、机械和电器零部件、新型电极材料乃至日常生活用品中的应用必将迅速扩大。除日美之外，德国、英国和韩国也具有一定碳纤维复合材料生产能力。据预测，今后十年世界碳纤维及复合材料需求量将稳定高速增长。国外碳纤维及复合材料业已步入良性循环，而我国目前尚不具备国际竞争能力。
2、国内生产厂家
目前，国内研究开发以及生产碳纤维的呼声很高，发展趋势令人鼓舞。下面分别对各地区的开发情况作一简介。
(1)上海地区。最近上海石化公司召开了碳纤维原丝发展研讨会，该公司准备投资过亿元，采用NaSCN一步法生产数千吨PAN基原丝，真正形成工业规模生产。上海星楼实业有限公司也制定了一套碳纤维产业化发展计划，拟建立400t/a大丝束碳纤维生产线，总投资也超亿元(包括下游产品)。此外，上海市合纤所采用亚砜两步法研制和小批量生产PAN基原丝以及碳纤维;上海碳素厂也有小型碳化线及碳纤维下游产品。
(2)安徽地区。“十五”期间，国家已批准在安徽蚌埠建立500t/aPAN原丝和TR 200t/a碳纤维生产线，总投资过亿元。PAN原丝采用亚砜一步法，技术由国外引进;产品以12K的T300级碳纤维为主，并准备引进成熟的预浸料生产线。华皖集团(原蚌埠灯芯绒集团公司)二期建设规模将使碳纤维产量翻一番，达到400t/a。下游产品的开发也列入发展规划。
(3)浙江地区。中宝碳纤维责任有限公司在浙江嘉兴拟建400t/a大丝束碳纤维生产线，技术和设备引进，投资数亿元，并配套300万m2预浸料。该项目国家已批准，并积极开展了前期论证和考查工作。根据国内外市场动向及投资与回报等问题，暂缓建立碳纤维生产线，而集中力量开发预浸料等下游产品。同时，还成立了浙江省碳纤维工程技术研究开发中心，全面推进碳纤维事业。
(4)广西地区。桂林市化纤总厂拟建200t/a碳纤维生产线，产品为3—12K的小8-RD丝束碳纤维，投资也过亿元。
(5)山东地区。山东省已把碳纤维列入全省十大高技术产品开发工程首位项目。
有以下几个单位从事碳纤维及其制品的研究与生产，或准备介入碳纤维事业。
●山东天泰碳纤维有限责任公司。作为国家计委示范工程将建立400t/a生产线，碳纤维性能为T300级水平，产品以12K为主。计划400t/a投产后，再翻一番到800t/a，投资超亿元。技术协作单位是山东工业大学等。同时该公司积极开发和生产多种下游产品。
●青岛将建立50t/a左右的碳纤维生产线，青岛化工学院高分子工程材料研究所(恒晨公司)的介入，引起国内同行们的极大关注。
●山东威海光威渔具集团有限公司主要从事钓竿生产，碳纤维预浸布的规格有30余种。根据发展趋势，有可能向上游即PAN基原丝和碳纤维发展。此外，山东省东营生产力促进中心也在考虑招商引资建立碳纤维生产线，认为石油等工业是碳纤维的潜在市场。
(6)北京化工大学与吉化公司树脂厂，将依靠自己的技术建立500t/a原丝和200t/a碳纤维生产线。放弃硝酸法，采用亚砜一步法技术路线生产原丝。目前，正在进行中试实验。
(7)兰化集团化纤厂已有100t/a原丝生产线和预氧化生产装置，计划配套碳化装置生产碳纤维。原丝采用NaSCN一步法。该单位的晴纶生产线是我国从国外首次引进的，有丰富的生产经验和技术积累。
(8)吉林碳素厂是我国小丝束碳纤维生产基地，已向用户提供50余吨小丝束碳纤维，为国家作出了积极贡献。目前，该厂正在建立新的小丝束碳纤维生产线，扩大产量，以满足市场需求。
(9)中科院山西煤化所研制碳纤维已有30多年历史。在70年代中期，建成我国第一条纤维中试生产线;在90年代末期，又建成我国第一条吨级粘胶基碳纤维生产线。目前该所与扬州聚酯责任有限公司共建碳材料联合实验室，研制高性能PAN基碳纤维，并准备在扬州建立产业化基地。此外，山西榆次化纤厂是我国唯一用亚砜一步法生产PAN基原丝达数十年的单位，目前仍在生产。
三、行业投资的热点
碳纤维的生产工艺短、成本构成比较简单，根据实地调研、碳纤维相关行业资料及工艺参数，可以大体测算出碳纤维原丝、碳纤维的生产成本。
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。由于巨额利润的驱使，将会导至碳纤维的快速增长。且碳纤维产业是由原丝(PAN)生产再到预浸料再到具体的终端产家这么一个产业链。每一级的深加工都有高幅度的增值。
四、行业项目投资的经济性
据美国市场调研公司Lucintel统计，2008年碳纤维的产值为15亿美元，其中体育用品和休闲设备约占整个碳纤维市场的18%～20%，其余则主要用于航空航天、商业以及工业等领域。
Lucintel公司表示，全球碳纤维市值在2004～2008年的5年中一直以两位数的速度增长，预计至2014年，产值有望达到24亿美元。不过，体育用品和休闲设备在2007到2014年间的年均增长率将保持在3%左右。
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，2010年，聚丙烯腈(PAN)基碳纤维的全球需求量将达5万t，到2012年将达6万t，预计到2018年需求量将达到10万t。虽然2008年第3季度后世界经济发展面临重重危机，但碳纤维的需求仍在升温。有关专家预计，未来几年全球碳纤维需求仍将以年均两位数的增幅保持快速增长，市场供应短缺至少将延续到2010年。短期看来，碳纤维会供不应求，但到2015年，供应可能会超过需求。
第六章预算
1、一期投入10亿，其中试生产投入5亿，研究投入5亿，另外可从国家、当地政府部门申请专项技术研究院财政补贴预计1亿元。
2、二期投入20亿，其中生产投入10亿，技术研究投入5亿，新品开发研究投入5亿。
第二篇：ES纤维生产制造项目申报材料
S ES 纤维生产制造项目
申报材料
泓域咨询
MACRO
摘要
进入“十二五”以来，玻璃纤维复合材料工业，在发展规划的引导下，克服世界经济持续低迷和国内经济转型的种种实际困难，发展取得长足进步。玻璃纤维行业，在池窑技术不断完善提升和实现新突破的同时，制品深加工发展成为所有企业的关注焦点，全行业发展战略结构大调整的“十二五”规划目标初步实现。复合材料行业，复合材料产品制造工艺技术与装备水平稳步提升，产品应用领域不断拓展和扩大。随着玻璃纤维复合材料工业不断发展壮大和延伸，“十三五”期间，作为纤维复合材料产业链的主体，将全面实现整合和提升，并由此带动整个纤维复合材料产业的发展和壮大。
ES 纤维是日本 Chisso 公司发明的高端差别化复合纤维，由两种具有不同低熔点的切片通过双螺杆纺丝机挤压挤出，采用复合纺丝方法而制成，即低熔点双组份复合纤维。ES 纤维根据原料的不同主要分为 3 大类：PE/Homo-PP、PE/PET、CO-PP/Homo-PP。
该 ES 纤维项目计划总投资 22403.09 万元，其中：固定资产投资14801.60 万元，占项目总投资的 66.07%;流动资金 7601.49 万元，占项目总投资的 33.93%。
本期项目达产年营业收入 51271.00 万元，总成本费用 39245.97万元，税金及附加 422.37 万元，利润总额 12025.03 万元，利税总额
14106.02 万元，税后净利润 9018.77 万元，达产年纳税总额 5087.25万元;达产年投资利润率 53.68%，投资利税率 62.96%，投资回报率40.26%，全部投资回收期 3.98 年，提供就业职位 711 个。
S ES 纤维生产制造项目申报材料目录
第一章
总论
一、项目名称及建设性质
二、项目承办单位
三、战略合作单位
四、项目提出的理由
五、项目选址及用地综述
六、土建工程建设指标
七、设备购置
八、产品规划方案
九、原材料供应
十、项目能耗分析
十一、环境保护
十二、项目建设符合性
十三、项目进度规划
十四、投资估算及经济效益分析
十五、报告说明
十六、项目评价
十七、主要经济指标
第二章
项目建设及必要性
一、项目承办单位背景分析
二、产业政策及发展规划
三、鼓励中小企业发展
四、宏观经济形势分析
五、区域经济发展概况
六、项目必要性分析
第三章
市场研究分析
第四章
建设内容
一、产品规划
二、建设规模
第五章
项目选址说明
一、项目选址原则
二、项目选址
三、建设条件分析
四、用地控制指标
五、用地总体要求
六、节约用地措施
七、总图布置方案
八、运输组成
九、选址综合评价
第六章
土建工程研究
一、建筑工程设计原则
二、项目工程建设标准规范
三、项目总平面设计要求
四、建筑设计规范和标准
五、土建工程设计年限及安全等级
六、建筑工程设计总体要求
七、土建工程建设指标
第七章
工艺分析
一、项目建设期原辅材料供应情况
二、项目运营期原辅材料采购及管理
二、技术管理特点
三、项目工艺技术设计方案
四、设备选型方案
第八章
项目环保研究
一、建设区域环境质量现状
二、建设期环境保护
三、运营期环境保护
四、项目建设对区域经济的影响
五、废弃物处理
六、特殊环境影响分析
七、清洁生产
八、项目建设对区域经济的影响
九、环境保护综合评价
第九章
安全管理
一、消防安全
二、防火防爆总图布置措施
三、自然灾害防范措施
四、安全色及安全标志使用要求
五、电气安全保障措施
六、防尘防毒措施
七、防静电、触电防护及防雷措施
八、机械设备安全保障措施
九、劳动安全保障措施
十、劳动安全卫生机构设置及教育制度
十一、劳动安全预期效果评价
第十章
风险性分析
一、政策风险分析
二、社会风险分析
三、市场风险分析
四、资金风险分析
五、技术风险分析
六、财务风险分析
七、管理风险分析
八、其它风险分析
九、社会影响评估
第十一章
节能概况
一、节能概述
二、节能法规及标准
三、项目所在地能源消费及能源供应条件
四、能源消费种类和数量分析
二、项目预期节能综合评价
三、项目节能设计
四、节能措施
第十二章
项目进度方案
一、建设周期
二、建设进度
三、进度安排注意事项
四、人力资源配置
五、员工培训
六、项目实施保障
第十三章
投资规划
一、项目估算说明
二、项目总投资估算
三、资金筹措
第十四章
项目经济效益分析
一、经济评价综述
二、经济评价财务测算
二、项目盈利能力分析
第十五章
项目招投标方案
一、招标依据和范围
二、招标组织方式
三、招标委员会的组织设立
四、项目招投标要求
五、项目招标方式和招标程序
六、招标费用及信息发布
第十六章
项目综合评估
附表 1：主要经济指标一览表
附表 2：土建工程投资一览表
附表 3：节能分析一览表
附表 4：项目建设进度一览表
附表 5：人力资源配置一览表
附表 6：固定资产投资估算表
附表 7：流动资金投资估算表
附表 8：总投资构成估算表
附表 9：营业收入税金及附加和增值税估算表
附表 10：折旧及摊销一览表
附表 11：总成本费用估算一览表
附表 12：利润及利润分配表
附表 13：盈利能力分析一览表
第一章
总论
一、项目名称及建设性质
(一)项目名称
ES 纤维生产制造项目
(二)项目建设性质
该项目属于新建项目，依托某某产业园良好的产业基础和创新氛围，充分发挥区位优势，全力打造以 ES 纤维为核心的综合性产业基地，年产值可达 51000.00 万元。
二、项目承办单位
xxx 科技公司
三、战略合作单位
xxx 有限责任公司
四、项目提出的理由
复合纤维是由两种或两种以上的组份复合而成的纤维，主要以无纺布(不经过纺纱织布而形成的织物)形式应用在产业用纺织品中。ES 纤维是复合纤维的主要类型，由 ES 纤维所制的“ES 热风无纺布”手感柔软、透气透水性高，是替代“纺粘无纺布”的新型卫生用品材料。
随着中国经济的快速发展，当前企业面临的能源、环保压力以及人工成本正在快速提升，不断地考验着企业的生产和管理水平。同时西方国家纷纷回归实体经济，低端制造业向南亚、东南亚、拉美、东欧及非洲等发展中国家和地区转移，高端制造业正在向欧盟、北美、日本等发达国家回流，中国实体工业正在遭遇夹层效应。为此，中国已经提出了“中国制造2025”的发展战略。行业要紧跟国家发展步伐，加快推进两化融合并探索实施工业智能化，通过自动化、智能化的生产和物流网络，助力企业实现颠覆性创新和发展。
五、项目选址及用地综述
(一)项目选址方案
项目选址位于某某产业园,地理位置优越，交通便利，规划电力、给排水、通讯等公用设施条件完备，建设条件良好。
(二)项目用地规模
项目总用地面积 55834.57 平方米(折合约 83.71 亩)，土地综合利用率 100.00%;项目建设遵循“合理和集约用地”的原则，按照 ES纤维行业生产规范和要求进行科学设计、合理布局，符合规划建设要求。
六、土建工程建设指标
项目净用地面积 55834.57 平方米，建筑物基底占地面积 44600.65平方米，总建筑面积 84868.55 平方米，其中：规划建设主体工程54792.02 平方米，项目规划绿化面积 6265.42 平方米。
七、设备购置
项目计划购置设备共计 129 台(套)，主要包括：xxx 生产线、xx设备、xx 机、xx 机、xxx 仪等，设备购置费 4596.59 万元。
八、产品规划方案
根据项目建设规划，达产年产品规划设计方案为：ES 纤维 xxx 单位/年。综合考 xxx 科技公司企业发展战略、产品市场定位、资金筹措能力、产能发展需要、技术条件、销售渠道和策略、管理经验以及相应配套设备、人员素质以及项目所在地建设条件与运输条件、xxx 科技公司的投资能力和原辅材料的供应保障能力等诸多因素，项目按照规模化、流水线生产方式布局，本着“循序渐进、量入而出”原则提出产能发展目标。
九、原材料供应
项目所需的主要原材料及辅助材料有：xxx、xxx、xx、xxx、xx 等，xxx 科技公司所选择的供货单位完全能够稳定供应上述所需原料，供货
商可以完全保障项目正常经营所需要的原辅材料供应，同时能够满足xxx 科技公司今后进一步扩大生产规模的预期要求。
十、项目能耗分析
1、项目年用电量 1160685.99 千瓦时，折合 142.65 吨标准煤，满足 ES 纤维生产制造项目项目生产、办公和公用设施等用电需要
2、项目年总用水量 32572.46 立方米，折合 2.78 吨标准煤,主要是生产补给水和办公及生活用水。项目用水由某某产业园市政管网供给。
3、ES 纤维生产制造项目项目年用电量 1160685.99 千瓦时，年总用水量 32572.46 立方米，项目年综合总耗能量(当量值)145.43 吨标准煤/年。达产年综合节能量 59.40 吨标准煤/年，项目总节能率24.53%，能源利用效果良好。
十一、环境保护
项目符合某某产业园发展规划，符合某某产业园产业结构调整规划和国家的产业发展政策;对产生的各类污染物都采取了切实可行的治理措施，严格控制在国家规定的排放标准内，项目建设不会对区域生态环境产生明显的影响。
项目设计中采用了清洁生产工艺，应用清洁原材料，生产清洁产品，同时采取完善和有效的清洁生产措施，能够切实起到消除和减少污染的作用。项目建成投产后，各项环境指标均符合国家和地方清洁生产的标准要求。
十二、项目建设符合性
(一)产业发展政策符合性
由 xxx 科技公司承办的“ES 纤维生产制造项目”主要从事 ES 纤维项目投资经营，其不属于国家发展改革委《产业结构调整指导目录(2011 年本)》(2013 年修正)有关条款限制类及淘汰类项目。
(二)项目选址与用地规划相容性
ES 纤维生产制造项目选址于某某产业园，项目所占用地为规划工业用地，符合用地规划要求，此外，项目建设前后，未改变项目建设区域环境功能区划;在落实该项目提出的各项污染防治措施后，可确保污染物达标排放，满足某某产业园环境保护规划要求。因此，建设项目符合项目建设区域用地规划、产业规划、环境保护规划等规划要求。
(三)
“ 三线一单 ” 符合性
1、生态保护红线：ES 纤维生产制造项目用地性质为建设用地，不在主导生态功能区范围内，且不在当地饮用水水源区、风景区、自然保护区等生态保护区内，符合生态保护红线要求。
2、环境质量底线：该项目建设区域环境质量不低于项目所在地环境功能区划要求，有一定的环境容量，符合环境质量底线要求。
3、资源利用上线：项目营运过程消耗一定的电能、水，资源消耗量相对于区域资源利用总量较少，符合资源利用上线要求。
4、环境准入负面清单：该项目所在地无环境准入负面清单，项目采取环境保护措施后，废气、废水、噪声均可达标排放，固体废物能够得到合理处置，不会产生二次污染。
十三、项目进度规划
本期工程项目建设期限规划 12 个月。项目承办单位组建一个投资控制小组，负责各期投资目标管理跟踪，各阶段实际投资与计划对比，进行投资计划调整，分析原因采取措施，确保该项目建设目标如期完成。项目建设单位要制定严密的工程施工进度计划，并以此为依据，详细编制周、月施工作业计划，以施工任务书的形式下达给参与工程施工的施工队伍。
十四、投资估算及经济效益分析
(一)项目总投资及资金构成
项目预计总投资 22403.09 万元，其中：固定资产投资 14801.60万元，占项目总投资的 66.07%;流动资金 7601.49 万元，占项目总投资的 33.93%。
(二)资金筹措
该项目现阶段投资均由企业自筹。
(三)项目预期经济效益规划目标
项目预期达产年营业收入 51271.00 万元，总成本费用 39245.97万元，税金及附加 422.37 万元，利润总额 12025.03 万元，利税总额14106.02 万元，税后净利润 9018.77 万元，达产年纳税总额 5087.25万元;达产年投资利润率 53.68%，投资利税率 62.96%，投资回报率40.26%，全部投资回收期 3.98 年，提供就业职位 711 个。
十五、报告说明
项目报告主要是通过对项目的主要内容和配套条件，如市场需求、资源供应、建设规模、工艺路线、设备选型、环境影响、资金筹措、盈利能力等，从技术、经济、工程等方面进行调查研究和分析比较，并对项目建成以后可能取得的财务、经济效益及社会影响进行预测，从而提出该项目是否值得投资和如何进行建设的咨询意见，为项目决
策提供依据的一种综合性的分析方法。可行性研究具有预见性、公正性、可靠性、科学性的特点。报告通过对项目的市场需求、资源供应、建设规模、工艺路线、设备选型、环境影响、资金筹措、盈利能力等方面的研究调查，在行业专家研究经验的基础上对项目经济效益及社会效益进行科学预测，从而为客户提供全面的、客观的、可靠的项目投资价值评估及项目建设进程等咨询意见。《项目报告》通过对项目科学深入的市场需求和供给分析、未来价格预测、资源供应、建设规模、工艺路线、设备选型、环境影响、节能减排、投资估算、资金筹措、盈利能力等方面的科学研究，从市场、技术、经济、工程等角度对项目进行调查研究和分析比较，并对项目建成以后可能取得的财务、经济效益及社会环境影响进行科学预测，为项目决策提供了公正的、可靠的、科学性的投资咨询意见。
十六、项目评价
1、本期工程项目符合国家产业发展政策和规划要求，符合某某产业园及某某产业园 ES 纤维行业布局和结构调整政策;项目的建设对促进某某产业园 ES 纤维产业结构、技术结构、组织结构、产品结构的调整优化有着积极的推动意义。
2、xxx 实业发展公司为适应国内外市场需求，拟建“ES 纤维生产制造项目”，本期工程项目的建设能够有力促进某某产业园经济发展，为社会提供就业职位 711 个，达产年纳税总额 5087.25 万元，可以促进某某产业园区域经济的繁荣发展和社会稳定，为地方财政收入做出积极的贡献。
3、项目达产年投资利润率 53.68%，投资利税率 62.96%，全部投资回报率 40.26%，全部投资回收期 3.98 年，固定资产投资回收期3.98 年(含建设期)，项目具有较强的盈利能力和抗风险能力。
4、提振民营经济、激发民间投资已被列入重要清单。民营经济是经济和社会发展的重要组成部分，在壮大区域经济、安排劳动就业、增加城乡居民收入、维护社会和谐稳定以及全面建成小康社会进程中起着不可替代的作用，如何做大做强民营经济，已成为当前的一项重要课题。引导民间投资参与制造业重大项目建设，国务院办公厅转发财政部发展改革委人民银行《关于在公共服务领域推广政府和社会资本合作模式指导意见》，要求广泛采用政府和社会资本合作(PPP)模式。为推动《中国制造 2025》国家战略实施，中央财政在工业转型升级资金基础上整合设立了工业转型升级(中国制造 2025)资金。围绕《中国制造 2025》战略，重点解决产业发展的基础、共性问题，充分
发挥政府资金的引导作用，带动产业向纵深发展。重点支持制造业关键领域和薄弱环节发展，加强产业链条关键环节支持力度，为各类企业转型升级提供产业和技术支撑。
综上所述，项目的建设和实施无论是经济效益、社会效益还是环境保护、清洁生产都是积极可行的。
十七、主要经济指标
主要经济指标一览表
序号 项目 单位 指标 备注 1
占地面积
平方米
55834.57
83.71 亩
1.1
容积率
1.52
1.2
建筑系数
79.88%
1.3
投资强度
万元/亩
176.82
1.4
基底面积
平方米
44600.65
1.5
总建筑面积
平方米
84868.55
1.6
绿化面积
平方米
6265.42
绿化率 7.38%
2
总投资
万元
22403.09
2.1
固定资产投资
万元
14801.60
2.1.1
土建工程投资
万元
6871.97
2.1.1.1
土建工程投资占比
万元
30.67%
2.1.2
设备投资
万元
4596.59
2.1.2.1
设备投资占比
20.52%
2.1.3
其它投资
万元
3333.04
2.1.3.1
其它投资占比
14.88%
2.1.4
固定资产投资占比
66.07%
2.2
流动资金
万元
7601.49
2.2.1
流动资金占比
33.93%
3
收入
万元
51271.00
4
总成本
万元
39245.97
5
利润总额
万元
12025.03
6
净利润
万元
9018.77
7
所得税
万元
1.52
8
增值税
万元
1658.62
9
税金及附加
万元
422.37
10
纳税总额
万元
5087.25
11
利税总额
万元
14106.02
12
投资利润率
53.68%
13
投资利税率
62.96%
14
投资回报率
40.26%
15
回收期
年
3.98
16
设备数量
台(套)
129
17
年用电量
千瓦时
1160685.99
18
年用水量
立方米
32572.46
19
总能耗
吨标准煤
145.43
20
节能率
24.53%
21
节能量
吨标准煤
59.40
22
员工数量
人
711
第二章
项目建设及必要性
一、项目承办单位背景分析
(一)公司概况
公司坚持以科技创新为动力，建立了基础设施较为先进的技术中心，建成了较为完善的科技创新体系。通过自主研发、技术合作和引进消化吸收等多种途径，不断推动产品技术升级。公司主导产品质量和生产工艺居国内领先水平，具有显著的竞争优势。
公司拥有优秀的管理团队和较高的员工素质，在职员工约 600 人，80%以上为技术及管理人员，85%以上人员有大专以上学历。公司经过多年的不懈努力，产品销售网络遍布全国各省、市、自治区;完整的产品系列和精益求精的品质使企业的市场占有率不断提高，除国内市场外，公司还具有强大稳固的国外市场网络;项目承办单位一贯遵循“以质量求生存，以科技求发展，以管理求效率，以服务求信誉”的质量方针，努力生产高质量的产品，以优质的服务奉献社会。公司坚持以市场需求为导向、以科技创新为中心，在品牌建设方面不断努力。先后获得国家级高新技术企业等资质荣。
公司坚守企业契约精神，专业为客户提供优质产品，致力成为行业领先企业，创造价值，履行社会责任。公司凭借完整的产品体系、
较强的技术研发创新能力、强大的订单承接能力、快速高效的资源整合能力，形成了为客户提供整体解决方案的业务经营模式。经过多年的发展，公司产品已覆盖全国各省市。公司与国内多家知名厂商的良好关系为公司带来了新的行业发展趋势，使公司研发产品能够与时俱进，为公司持续稳定盈利、巩固市场份额、推广创新产品奠定了坚实的基础。
(二)公司经济效益分析
上一年度，xxx 实业发展公司实现营业收入 50098.39 万元，同比增长 29.01%(11266.69 万元)。其中，主营业业务 ES 纤维生产及销售收入为 42754.62 万元，占营业总收入的 85.34%。
上年度主要经济指标
序号 项目 第一季度 第二季度 第三季度 第四季度 合计 1
营业收入
10520.66
14027.55
13025.58
12524.60
50098.39
2
主营业务收入
8978.47
11971.29
11116.20
10688.66
42754.62
2.1
ES 纤维(A)
2962.90
3950.53
3668.35
3527.26
14109.02
2.2
ES 纤维(B)
2065.05
2753.40
2556.73
2458.39
9833.56
2.3
ES 纤维(C)
1526.34
2035.12
1889.75
1817.07
7268.29
2.4
ES 纤维(D)
1077.42
1436.56
1333.94
1282.64
5130.55
2.5
ES 纤维(E)
718.28
957.70
889.30
855.09
3420.37
2.6
ES 纤维(F)
448.92
598.56
555.81
534.43
2137.73
2.7
ES 纤维(...)
179.57
239.43
222.32
213.77
855.09
3
其他业务收入
1542.19
2056.26
1909.38
1835.94
7343.77
根据初步统计测算，公司实现利润总额 11408.21 万元，较去年同期相比增长 2680.54 万元，增长率 30.71%;实现净利润 8556.16 万元，较去年同期相比增长 1280.05 万元，增长率 17.59%。
上年度主要经济指标
项目 单位 指标 完成营业收入
万元
50098.39
完成主营业务收入
万元
42754.62
主营业务收入占比
85.34%
营业收入增长率(同比)
29.01%
营业收入增长量(同比)
万元
11266.69
利润总额
万元
11408.21
利润总额增长率
30.71%
利润总额增长量
万元
2680.54
净利润
万元
8556.16
净利润增长率
17.59%
净利润增长量
万元
1280.05
投资利润率
59.04%
投资回报率
44.28%
财务内部收益率
28.15%
企业总资产
万元
36026.15
流动资产总额占比
万元
26.65%
流动资产总额
万元
9599.17
资产负债率
45.86%
二、S ES 纤维项目背景分析
复合纤维是由两种或两种以上的组份复合而成的纤维，主要以无纺布(不经过纺纱织布而形成的织物)形式应用在产业用纺织品中。ES 纤维是复合纤维的主要类型，由 ES 纤维所制的“ES 热风无纺布”手感柔软、透气透水性高，是替代“纺粘无纺布”的新型卫生用品材料。
目前婴儿纸尿裤与成人纸尿裤渗透率还有很大提升空间，尤其是成人纸尿裤。在中国老龄化趋势下，成人纸尿裤将是卫生用品领域继婴儿纸尿裤的下一个引擎。预计到 2015 年妇女卫生巾、婴儿纸尿裤和成人纸尿裤的渗透率望分别达到 90%、50%和 5%(同期单位消费量也将有所增加)，带动 2012-2015 年无纺布消费量实现 17.7%的复合增长。考虑到技术升级带来的替代效应，ES 纤维的需求量复合增速将高于无纺布消费量的增速。
而除了卫生用品，ES 纤维在其他领域亦有广阔前景。同时 ES 纤维还具备国外产能转移机遇与国内产业政策支持。
三 、S ES 纤维项目建设必要性分析
ES 纤维是日本 Chisso 公司发明的高端差别化复合纤维，由两种具有不同低熔点的切片通过双螺杆纺丝机挤压挤出，采用复合纺丝方法而制成，即低熔点双组份复合纤维。ES 纤维根据原料的不同主要分为3 大类：PE/Homo-PP、PE/PET、CO-PP/Homo-PP。
ES 纤维系列具有广泛的加工适合性，现存的主要无纺布加工法都可以使用 ES 纤维。ES 纤维经过热处理后，纤维之间互相粘结，便可形成不用粘合剂的非织造布，而且选择不同的热处理方式，可获得不同效果的非织造布，极大地丰富了非织造布的产品品种。例如，采用热风粘合式工艺可生产出蓬松性非织造布，采用热轧粘合式可生产高强度的非织造布。ES 纤维不仅用于医用材料、卫生材料领域，还可应用于地毯、汽车用壁材和垫材、棉胎、保健垫褥、过滤材料、绝缘材料、园艺家用材料、硬质纤维板、吸附材料、包装材料等。
欧美日地区由于经济发达，技术实力雄厚，ES 纤维研究及应用较早。加之欧美地区卫生用品、汽车等行业规模较大，且发展层次较高，使得欧美地区成为全球 ES 纤维消费量较大的地区。中国、印度、东南亚等发展中国家和地区由于 ES 纤维起步时间较晚，人口规模大，正处于工业化阶段，再加上具有相对明显的劳动力成本优势，因此 ES 纤维
行业规模较大，且仍在进一步增长。2019 年，全球 ES 纤维需求量为120 万吨，中国 ES 纤维需求量为 15 万吨。
全球 ES 纤维生产主要集中在欧洲、美国、日本、韩国、中国、东南亚等地区，主要生产企业有日本 JNC 株式会社、韩国 Huvis、台湾远东纺织、丹麦 FiberVision 等。中国 ES 纤维的研究起步较晚，行业内规模化生产企业数量并不多，主要生产企业有江苏江南高纤股份有限公司、广州艺爱丝纤维有限公司、艺爱丝维顺(苏州)纤维有限公司、宁波天诚化纤有限公司等，其中，江苏江南高纤股份有限公司 ES 纤维产能规模最大，广州艺爱丝纤维有限公司、艺爱丝维顺(苏州)纤维有限公司则均为国外投资建设的企业。
ES 纤维市场发展前景较好。首先，当前纸尿裤、卫生巾市场竞争激烈，为保持竞争力，全球领先品牌加大新产品的开发力度，应用 ES纤维无纺布是重要的转型方向。其次，我国纸尿裤的市场渗透率远低于欧美等发达国家，未来还有较大发展空间，对 ES 纤维需求也将产生显著的推动力。再次，新型冠状病毒疫情的爆发，使得医用口罩领域对 ES 纤维需求也大幅增长。此外，ES 纤维在汽车、纺织品、建筑等领域也表现出良好的应用前景，未来下游行业的高端化发展也将促进 ES
纤维市场需求的增长。预计 2024 年中国 ES 纤维市场需求量将达到 180万吨，中国 ES 纤维需求量将达到 22 万吨。
第三章
市场研究分析
一、S ES 纤维行业分析
随着中国经济的快速发展，当前企业面临的能源、环保压力以及人工成本正在快速提升，不断地考验着企业的生产和管理水平。同时西方国家纷纷回归实体经济，低端制造业向南亚、东南亚、拉美、东欧及非洲等发展中国家和地区转移，高端制造业正在向欧盟、北美、日本等发达国家回流，中国实体工业正在遭遇夹层效应。为此，中国已经提出了“中国制造 2025”的发展战略。行业要紧跟国家发展步伐，加快推进两化融合并探索实施工业智能化，通过自动化、智能化的生产和物流网络，助力企业实现颠覆性创新和发展。
《复合材料行业“十二五”发展规划》提出，要“深入贯彻落实科学发展观，以创新促进产业结构调整和转变经济增长和发展方式，围绕相关产业发展对复合材料产品的需求，全面提升复合材料产品制造工艺技术与装备水平，加强基础技术研究，加大先进技术推广应用和产业化力度，不断提升产业整体水平和国际竞争力，为实现复合材料产业由大变强奠定坚实基础”。
“十二五”期间，受国民经济转型调整、应用市场需求升级，以及原材料价格上涨、劳动力成本上升等因素影响，复合材料行业产量增速逐步由两位数降低到个位数，与此同时，行业转型发展积极推进。
在工艺装备方面，拉挤、缠绕、模压类生产工艺相对成熟，产量稳中有增，连续压制、液体模塑及热塑类生产工艺有较大突破和发展，产量快速增长。在劳动力成本快速上升、机械化成型工艺不断创新和完善，以及产品质量稳定性要求不断提高的情况下，行业机械化成型比例已经由“十一五”末的 69%提高到 2014 年末的 78.6%。
在产品结构方面，仍以热固性复合材料为主，但随着复合材料的回收及循环利用问题逐步成为业界关注焦点，热塑性复合材料因其重量轻，抗冲击性和疲劳韧性好，成型周期短，特别是易回收利用的特性，逐渐受到大家的青睐，近年来发展速度明显快于热固性复合材料，已经占到纤维复合材料总产量的 37.2%。
在产业结构方面，目前复合材料行业企业大约有 3000-4000 家，但规模以上企业仅 180 余家，年销售额在 20 亿以上的大型企业集团仅中复集团、中材科技等几家。产业集成度不高，小企业比例过大，从业人员素质、技术水平参差不齐。面向产业的集成技术创新薄弱，产品研发力度不够，中低档制品居多。
在市场结构方面，产值在几十亿以上的规模化应用市场主要包括风电、化工储罐、输水管道、电器绝缘、船艇、冷却塔、卫浴等领域，汽车、轻质住房、城市基建、畜牧养殖、环保、体育休闲等更多应用市场有待进一步开发。
二、S ES 纤维市场分析预测
进入“十二五”以来，玻璃纤维复合材料工业，在发展规划的引导下，克服世界经济持续低迷和国内经济转型的种种实际困难，发展取得长足进步。玻璃纤维行业，在池窑技术不断完善提升和实现新突破的同时，制品深加工发展成为所有企业的关注焦点，全行业发展战略结构大调整的“十二五”规划目标初步实现。复合材料行业，复合材料产品制造工艺技术与装备水平稳步提升，产品应用领域不断拓展和扩大。随着玻璃纤维复合材料工业不断发展壮大和延伸，“十三五”期间，作为纤维复合材料产业链的主体，将全面实现整合和提升，并由此带动整个纤维复合材料产业的发展和壮大。
根据国内外市场形势的变化，《玻璃纤维行业“十二五”发展规划》提出了“全行业进行发展战略结构大调整，从以发展池窑为中心，转移到完善提升池窑技术、重点发展玻纤制品加工业为主的方向上来”的行业发展战略大调整。在此战略规划的引导下，一方面大型池窑企
业积极实施精细化管理，进行工艺技术改造和产能结构调整;另一方面球窑、坩埚等中小企业积极实施转产制品深加工业，全行业积极培育和打造大型制品深加工生产基地。
经过努力，全行业成功扭转了玻纤纱产能过快增长的势头，产量增速已连续多年保持在个位数。同时，玻纤纱产能结构明显优化，池窑拉丝比例进一步提升至 90%以上，玻纤纱品种由普通中碱和无碱纱为主，转变为以无氟无硼高性能玻纤纱为主，并能根据市场和客户需求实现差异化生产，满足风电、化工、电绝缘、建筑、热塑等不同领域。
代铂坩埚纱产能持续减少。球窑及坩埚生产企业环保、能耗及招工压力不断加大，同时在产品结构方面又逐步受到池窑生产企业的挤压，因此近年来球窑产能规模持续萎缩。截止到 2014 年底，球窑产能规模约为 35 万吨，其中无碱球窑产年产量仅为 10 万吨左右，大批坩埚拉丝生产企业已经或正在实施转产转型。池窑企业数量和规模相对稳定。截止到 2014 年底，国内池窑企业 21 家，池窑产能总规模达到331 万吨，其中三大玻纤——巨石、泰山、重庆的合计产能约 210 万吨，产能集中度达到 63%。此外，“十二五”期间新增海外池窑产能约 16万吨。
大力发展玻纤制品深加工已经成为全行业发展共识。巨石、泰山、重庆三大池窑企业纷纷加大对制品深加工生产线的建设投入，江苏九鼎、江苏长海等专业制品生产企业已成功上市，四川玻纤、陕西华特、常州宏发、兖州创佳等企业也都在积极打造玻纤制品深加工生产基地。玻纤用高速剑杆织机、喷气织机、多轴向织机等先进制品生产设备纷纷实现国产化，并在行业内获得迅速推广，织物涂覆处理技术成为企业尤其是中小企业研发新产品、拓展新应用、实现差异经营的核心。此外高硅氧玻纤、耐碱玻纤、低介电玻纤、高强玻纤等高性能玻纤制品研发与应用也成为行业热点。
伴随着行业发展战略大调整，在玻纤纱产量增速持续回落的同时，借助制品深加工业的快速发展，全行业各主要经济指标一直保持两位数的快速增长。
随着外贸出口的持续低迷和国内需求的稳定增长，“十二五”规划中提出的将出口比例降至 30%的目标正在逐步实现，玻纤企业的内销比例明显提升。而在国际市场方面，一方面国内玻纤及制品出口的产品结构正在发生变化，玻纤织物等深加工制品出口比例明显提高，另一方面近年来重庆国际通过收购或控股，先后在巴西和巴林拥有了玻纤纱池窑生产线，巨石集团则在埃及和美国加紧建设自己的海外玻纤
生产基地，行业逐步用海外投资来代替贸易出口，实现对全球市场的占领。
在池窑技术方面：在“十一五”大漏板、纯氧燃烧、电助融、物流自动化等已有技术基础上，以三大池窑企业为代表的研发团队，在高熔化率大型池窑生产线设计、玻璃原料检测分析及配方开发、浸润剂改性与回收、大漏板开发与减少铂金损耗、物流自动化与智能化、余热利用等方面不断进行技术创新与集成，推动国内池窑技术不断完善和提升。以泰山玻纤 8 万吨级池窑拉丝生产线为例，借助最新池窑技术，单位产品能耗平均降低 35%，生产人员由 1000 人降低到 413 人，铂金损耗率及浸润剂耗量均有大幅下降。
在制品生产技术与装备方面：以浙江万利、广东丰凯、常州宏发、常州润源等为首的国产装备，在运转速度、价格、产品品种适应性等方面占有一定优势，但在生产稳定性方面仍有待提高。
节能降耗成为企业降低生产成本的重要手段。纯氧燃烧、余热回收等节能技术得到大面积推广和普及，窑炉设计和运转更加注重节能效果。行业各主要工艺环节平均能耗为：池窑拉丝单位综合能耗粗纱低于 0.55 吨标煤，细纱综合能耗低于 0.75 吨标煤，坩埚拉丝吨纱综
合能耗低于 0.37 吨标煤;此外无碱球和中碱球综合能耗分别低于 0.4吨标煤和 0.3 吨标煤。
企业环保意识逐步加强。球窑及拉丝生产企业全部实现废水零排放或有组织达标排放，池窑废丝全部实现回炉再利用，窑炉烟气在实现除尘、脱硫、脱氟的基础上，部分实现脱硝处理。
第四章
建设内容
一、产品规划
(一)产品放方案
项目产品主要从国家及地方产业发展政策、市场需求状况、资源供应情况、企业资金筹措能力、生产工艺技术水平的先进程度、项目经济效益及投资风险性等方面综合考虑确定。该项目主要产品为 ES 纤维，具体品种将根据市场需求状况进行必要的调整，各年生产纲领是根据人员及装备生产能力水平，并参考市场需求预测情况确定，同时，把产量和销量视为一致，本报告将按照初步产品方案进行测算，根据确定的产品方案和建设规模及预测的 ES 纤维产品价格根据市场情况，确定年产量为 xxx，预计年产值 51271.00 万元。
(二)营销策略
进入二十一世纪以来，随着我国国民经济的快速持续发展，经济建设提出了走新型工业化发展道路的目标，国家出台并实施了加快经济发展的一系列政策，对于相关行业来说，调整产业结构、提高管理水平、筹措发展资金、参与国际分工，都将起到积极的推动作用，尤其是随着我国国民经济逐渐融入全球经济大循环，各行各业面临市场国际化，相应企业将面对极具技术优势、管理优势、品牌优势的竞争
对手，市场份额将会形成新的分配格局。
产品方案一览表
序号 产品名称 单位 年产量 年产值 1
ES 纤维 A
单位
xx
23071.95
2
ES 纤维 B
单位
xx
12817.75
3
ES 纤维 C
单位
xx
7690.65
4
ES 纤维 D
单位
xx
4101.68
5
ES 纤维 E
单位
xx
2563.55
6
ES 纤维 F
单位
xx
1025.42
合计
单位
xxx
51271.00
二、建设规模
(一)用地规模
该项目总征地面积 55834.57 平方米(折合约 83.71 亩)，其中：净用地面积 55834.57 平方米(红线范围折合约 83.71 亩)。项目规划总建筑面积 84868.55 平方米，其中：规划建设主体工程 54792.02 平方米，计容建筑面积 84868.55 平方米;预计建筑工程投资 6871.97 万元。
(二)设备购置
项目计划购置设备共计 129 台(套)，设备购置费 4596.59 万元。
(三)产能规模
项目计划总投资 22403.09 万元;预计年实现营业收入 51271.00万元。
第五章
项目选址说明
一、项目选 址原则
场址应靠近交通运输主干道，具备便利的交通条件，有利于原料和产成品的运输，同时，通讯便捷有利于及时反馈产品市场信息。
二、项目选址
该项目选址位于某某产业园。
振兴发展基础夯实，成功创建国家级高新区，省级产业园工业增加值、税收占比分别提升 26 个、23.5 个百分点;中心城区建成面积增至 70 万平方公里，常住人口城镇化率达到 48.6%，提高 1.1 个百分点。园区鼓励民营企业参与国家战略、军民融合、环境保护等领域投资。鼓励民营企业深入挖掘“一带一路”、长江经济带等国家战略投资机遇，积极参与跨地区兼并重组、吸纳要素资源、拓展发展空间。加快创建国家军民融合创新示范区，鼓励民营企业参与军民两用技术研发、推进重点产业“民参军”“军转民”。支持民间资本参与重要流域综合治理投资、建设和养护。以大气污染、工业废水和固体废弃物治理为重点领域，鼓励民间资本参与环境污染第三方治理和相关环境服务，
通过资产证券化和公开拍卖经营权或所有权等方式，参与污水处理、垃圾处理、大气污染治理等领域投资运营。
三、建设条件分析
近年来，项目承办单位培养了一大批精通各个工艺流程的优秀技术工人;企业的人才培养和建设始终走在当地相关行业的前列，具有显著的人才优势;项目承办单位还与多家科研院所建立了长期的紧密合作关系，并建立了向科研开发倾斜的奖励机制，每年都拿出一定数量的专项资金用于对重点产品及关键工艺开发的奖励。
四、用地控制指标
投资项目绿化覆盖率符合国土资源部发布的《工业项目建设用地控制指标》(国土资发【2008】24 号)中规定的产品制造行业绿化覆盖率≤20.00%的规定;同时，满足项目建设地确定的“绿化覆盖率≤20.00%”的具体要求。投资项目土地综合利用率 100.00%，完全符合国土资源部发布的《工业项目建设用地控制指标》(国土资发【2008】24 号)中规定的产品制造行业土地综合利用率≥90.00%的规定;同时，满足项目建设地确定的“土地综合利用率≥95.00%”的具体要求。
五、用地总体要求
本期工程项目建设规划建筑系数 79.88%，建筑容积率 1.52，建设区域绿化覆盖率 7.38%，固定资产投资强度 176.82 万元/亩。
土建工程投资一览表
序号 项目 占地面积(㎡)
基底面积(㎡)
建筑面积(㎡)
计容面积(㎡)
投资(万元)
1
主体生产工程
31532.66
31532.66
54792.02
54792.02
4880.28
1.1
主要生产车间
18919.60
18919.60
32875.21
32875.21
3025.77
1.2
辅助生产车间
10090.45
10090.45
17533.45
17533.45
1561.69
1.3
其他生产车间
2522.61
2522.61
3177.94
3177.94
292.82
2
仓储工程
6690.10
6690.10
19549.74
19549.74
1266.38
2.1
成品贮存
1672.53
1672.53
4887.44
4887.44
316.60
2.2
原料仓储
3478.85
3478.85
10165.86
10165.86
658.52
2.3
辅助材料仓库
1538.72
1538.72
4496.44
4496.44
291.27
3
供配电工程
356.81
356.81
356.81
356.81
26.00
3.1
供配电室
356.81
356.81
356.81
356.81
26.00
4
给排水工程
410.33
410.33
410.33
410.33
23.26
4.1
给排水
410.33
410.33
410.33
410.33
23.26
5
服务性工程
4237.06
4237.06
4237.06
4237.06
274.47
5.1
办公用房
2368.69
2368.69
2368.69
2368.69
134.94
5.2
生活服务
1868.37
1868.37
1868.37
1868.37
156.47
6
消防及环保工程
1195.30
1195.30
1195.30
1195.30
87.11
6.1
消防环保工程
1195.30
1195.30
1195.30
1195.30
87.11
7
项目总图工程
178.40
178.40
178.40
178.40
178.09
7.1
场地及道路硬化
11682.81
2228.88
2228.88
7.2
场区围墙
2228.88
11682.81
11682.81
7.3
安全保卫室
178.40
178.40
178.40
178.40
8
绿化工程
3896.64
136.38
合计
44600.65
84868.55
84868.55
6871.97
六、节约用地措施
土地既是人类赖以生存的物质基础，也是社会经济可持续发展必不可少的条件，因此，项目承办单位在利用土地资源时，严格执行国家有关行业规定的用地指标，根据建设内容、规模和建设方案，按照国家有关节约土地资源要求，合理利用土地。
七、总图布置方案
(一)平面布置总体设计原则
达到工艺流程(经营程序)顺畅、原材料与各种物料的输送线路最短、货物人流分道、生产调度方便的标准要求。
(二)主要工程布置设计要求
道路在项目建设场区内呈环状布置，拟采用城市型水泥混凝土路面结构形式，可以满足不同运输车辆行驶的功能要求。车间布置方案需要达到“物料流向最经济、操作控制最有利、检测维修最方便”的要求。道路设计注重道路之间的贯通，同时，场区道路应尽可能与主要建筑物平行布置。
(三)绿化设计
场区绿化设计要达到“营造严谨开放的交流环境，催人奋进的工作环境，舒适宜人的休闲环境，和谐统一的生态环境”之目的。场区绿化设计要达到“营造严谨开放的交流环境，催人奋进的工作环境，舒适宜人的休闲环境，和谐统一的生态环境”之目的。场区植物配置以本地区树种为主，绿化设计的树木花草配置应依据项目建设区域的总体布置、竖向、道路及管线综合布置等要求，并适合当地气象、土壤、生态习性与防护性能，疏密适当高低错落，形成一定的层次感。
(四)辅助工程设计
1、投资项目用水由项目建设地给水管网统一供给，规划在场区内建设完善的给水管网，接入场区外部现有给水管网，即可保证项目的正常用水。
2、投资项目厂房排水方案采用室内悬吊管接入主管排至室外，室外排水采用暗沟、雨水井、检修井、下水管组成的排水系统。投资项目生活给水主要是员工工作及休息期间的个人饮用及卫生用水，生活给水水压 0.35Mpa。
3、供电回路及电压等级确定：配电系统采用 TN-C-S 制，供电电压为 380V/220V，电压波动不超过额定电压的±10.00%，电源频率为50.00±0.50Hz。为节约电能，设计中选用节能型电器产品，照明选用
光效高的光源和灯具，采用低压静电电容补偿以降低无功损耗。合理安排生产，加强用电监督管理，对计量仪表定期校验，确保其计量的准确性。
4、工业电视部分：在场内主要场所进行重点监视，适时录像并存储图像，不仅可以了解工作人员及场内来往人员的情况，还可通过查询录像资料，为事故鉴定、责任划分提供法律认可的视频图像证据。话音通信部分：根据场区通信业务需求及场区周围情况，行政调度电话均为安装市话，其中综合值班室安装调度电话和行政电话。
八、运输组成
(一)运输组成总体设计
1、项目建设规划区内部和外部运输做到物料流向合理，场内部和外部运输、接卸、贮存形成完整的、连续的工作系统，尽量使场内、外的运输与车间内部运输密切结合统一考虑。
2、外部运输和内部运输可采用送货制;采用合适的运输方式和运输路线，使企业的物流组成达到合理优化;把企业的组成内部从原材料输入、产品外运以及车间与车间、车间与仓库、车间内部各工序之间的物料流动都作为整体系统进行物流系统设计，使全场物料运输形成有机的整体。
(二)场内运输
1、场内运输系统的设计要注意物料支撑状态的选择，尽量做到物料不落地，使之有利于搬运;运输线路的布置，应尽量减少货流与人流相交叉，以保证运输的安全。
2、场内运输主要为原材料的卸车进库;生产过程中原材料、半成品和成品的转运，以及成品的装车外运;场内运输由装载机、叉车及胶轮车承担，其费用记入主车间设备配套费中，本期工程项目资源配置可满足场内运输的需求。
(三)场外运输
1、场外运输主要为原材料的供给以及产品的外运;产品的远距离运输由汽车或铁路运输解决，区域内社会运输力量充足，可满足本期工程项目场外远距离运输的需求。
2、短距离的运输任务将利用社会运力解决，基本可以满足各类运输需求，因此，本期工程项目不考虑增加汽车运输设备。
3、外部运输应尽量依托社会运输力量，从而减少固定资产投资;主要产成品、大宗原材料的运输，应避免多次倒运，从而降低运输成本且提高运输效率。
4、该项目所涉及的原辅材料的运入，成品的运出所需运输车辆，全部依托社会运输能力解决。
(四)运输方式
由于需要考虑 ES 纤维产品所涉及的原辅材料和成品的运输，运输需求量较大，初步考虑铁路运输与公路运输方式相结合的运输方式。
九、选址综合评价
项目承办单位计划在项目建设地建设该项目，具有得天独厚的地理条件，与区域内同行业其他企业相比，拥有“立地条件好、经营成本低、投资效益高、比较竞争力强”的优势，因此，发展项目行业产品制造产业前景广阔。建设项目平面布置符合产品制造行业、重点产品的厂房建设和单位面积产能设计规定标准，达到《工业项目建设用地控制指标》(国土资发【2008】24 号)文件规定的具体要求。
第六章
土建工程研究
一、建筑工程设计原则
建筑物平面设计以满足生产工艺要求为前提，力求生产流程布置合理，尽量做到人货分流，功能分区明确，符合《建筑设计防火规范》(GB50016)要求。
二、项目工程建设标准规范
1、《无障碍设计规范》
2、《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》
3、《民用建筑设计通则》
4、《屋面工程技术规范》
5、《建筑工程抗震设防分类标...
第三篇：1000吨/年碳纤维项目建议书
1项目背景
1.1 项目名称
碳纤维项目 1.2 项目建设规模
建设规模：1000吨/年 1.3 项目建设地址
黑龙江省七台河新兴煤化工循环经济产业园区 1.4 项目提出背景
2011年七台河市焦炭产能达到1000万吨，可以产生总量为25亿立方米的剩余煤气、45万吨煤焦油、12万吨粗苯。如果从黑龙江省范围考虑，按黑龙江省焦炭产量1500万吨计算，可以产生37.5亿立方米剩余煤气、67.5万吨煤焦油、18万吨粗苯。已经具备了向产品品种结构上深度开发的条件。目前生产的多数是化工的基础原料，是化工产品产业链的基础产品，是精细化工产品的“粮食”。要改变现有“只卖原粮”的局面，只有向精细化工领域迈进。
七台河市煤化工产业下步发展要继续以建立完善循环经济体系为重点，按照“稳煤、控焦、兴化”的总体发展思路，依托煤焦油、焦炉剩余煤气、粗苯这三条线，整合资源、集中优势，继续寻求延伸产业链条，搞好资源综合利用和延伸转化，实现资源循环利用、综合开发、高效增值，不断扩大煤化工产业的整体规模，形成全市工业经济加快发展新的增长极。
新兴煤化工产业园区位于七台河市新兴区辖区内，园区现有面积约4.7平方公里，一期增加2.9平方公里，达到7.6平方公里;二期将长兴乡马鞍村整村搬迁至长兴村，增加5.5平方公里，总体达到13.1平方公里;三期增加8.7平方公里，最终园区面积将达到21.8多平方公里，新兴煤化工产业园区是一个以煤焦化及下游产品为主体的产业园区。园区功能齐备，水、电、路等基础设施建设基本到位。
基于上述政策和资源条件，提出一系列煤焦油项目，1000吨/年碳纤维项目是其中之一。2产品性质与用途概述 2.1产品的理化特性 碳纤维是先进复合材料中最重要的增强材料，具有优良的耐腐蚀性能和耐久性能，高强高模，易于加工，是一种力学性能优异的新材料，它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性。与传统的玻璃纤维(GF)相比，杨氏模量是其3倍多;它与凯芙拉纤维(KF-49)相比，不仅杨氏模量是其2倍左右，而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃。
碳纤维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，碳纤维单丝抗拉强度一般都在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。
沥青基碳纤维是指以沥青等富含稠环芳烃的物质为原料，通过聚合、纺丝、不熔化、碳化处理制备的一类碳纤维，按其性能的差异又分为通用级沥青碳纤维和高性能沥青碳纤维，前者由各向同性沥青制备，又称各向同性沥青级碳纤维，后者由中间相沥青出发制备，故又称为中间相沥青基碳纤维。沥青基碳纤维具有以下特性：
比重轻，密度小;超高强度与模量;耐磨耐疲劳减振性能等物理机械性能优异;耐酸、碱和盐腐蚀，可形成多孔、表面活性吸附性强的活性碳纤维;热膨胀系数小，导热率高，不出现蓄能和过热;高温下尺寸稳定性好，导电性、射线透过性及电磁波遮蔽性良好;具有润滑性，不沾润在熔融金属中，可使其复合材料磨损率降低，生物相容性好，生理适应性强。主要产品质量及技术性能指标如下表：
项 目
丝径 µm 拉伸强度 MPa 张力模量 GPa 电阻率 Ω·cm
密度 g/ml
含碳量 wt%
指 标 10~18 400~600 30~40 5~6.5 × 10-3 1.57 95
表1 沥青基碳纤维的主要性能指标
2.2产品的用途
在当前低碳经济的大环境下，汽车、风力涡轮叶片及压力容器等产品的新兴市场逐步兴起。尽管受到全球金融危机的影响，但高性能碳纤维的需求仍在不断升温，有机构统计表明，在全球航空航天、工业、文体休闲用品等领域中碳纤维的市场份额逐年递增。 2.2.1 沥青基碳纤维在超高导热材料方面的应用 由于电子机器小型化、轻量化与高功能化，电子部件发热量增多。电子部件蓄热，使LSI(大规模集成电路)处理能力降低而导致电子部件损坏。因此，要求散热效率高的电子部件显得非常重要。
在现有的碳纤维中，沥青基碳纤维的导热系数超过900W/m·K，已被列入市场出售放热材料的最高类别。将该纤维加入树脂中加工成片材即可实现商业化，这种片材不仅具有高导热效率，同时实现优异的耐热性、柔软性和对凸凹状的适应性。这种导热材料在IC(集成电路)和CPU(电子计算机主机)等的发热体放出热量的散热部件中有广泛的应用。 2.2.2 沥青基碳纤维在航空航天中的应用
碳纤维在航空航天装备的轻量化、小型化和高性能化上起着无可替代的作用。飞机通过使用碳纤维复合材料达到轻量化、节能化，使乘客数与飞行距离增加。据报道，波音777客机全机碳纤维耗用量达 7吨左右;A350超宽客机，其高性能轻质结构所占比例将达62%，成为空客公司第一架全复合材料机翼飞机。轻质“外衣”不仅能有效克服质量与安全之间固有的矛盾，还能大幅降低飞机能耗。A350的百千米油耗只有2.5L/人，几乎可以与现在的小汽车媲美。
在航天领域，高强碳纤维复合材料也是导弹、运载火箭、人造卫星、宇宙飞船等不可或缺的战略材料。采用碳纤维与高分子制成的复合材料制造的卫星火箭等宇宙飞行器，不仅推力大，噪音小，而且由于其质量较轻，所以动力消耗少，可节约大量燃料。据报道，航天飞行器的质量每减少1kg，就可使运载火箭减轻500kg。 2.2.3 沥青基碳纤维在体育用品方面的应用
碳纤维复合材料可应用在高档文体休闲用品中，如高尔夫球杆网球拍和钓鱼杆等(碳纤维复合材料的高尔夫球杆要比金属杆轻近50%);还可用于自行车、赛艇、赛车、弓箭、滑雪板、撑杆和乐器外壳等。
2009年7月，浙江一家企业开发生产的一体式碳纤维竞赛型自行车，在欧洲市场卖出了1万欧元一辆的天价，成为国内率先生产碳纤维自行车的企业。这种自行车复合材料的密度通常为1.6g/cm3，是钢的1/5，较铝材则减重40%左右，在自行车业界有这样的说法：自行车重量降低1克，卖价可提高1美元。 2.2.4 沥青基碳纤维在汽车构件的应用
碳纤维材料是汽车制造的优质材料，在高级汽车关键部件中开始大量采用抗拉强度在3500MPa以上的碳纤维，使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。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;奔驰轿车内装饰通用轿车底盘和内装饰材料全部采用碳纤维;宝马车的顶篷也采用碳纤维并进行技术处理，使其轻量化的同时保持金属材料的光泽。 2.2.5 沥青基碳纤维在风力发电叶片中的应用
2010年碳纤维在风机叶片中的应用已成为继航空航天后的第二大应用。风电应用将推动大丝束(23K)碳纤维产量的增长。全球对清洁能源的需求还将促进终端产品制造商的持续投资，欧洲和亚洲在这一领域远远领先于美国，全球风机装机容量的增长速度正在加快，高碳纤维含量的长叶片制成的大容量风机将成为主要趋势。 2.2.6 沥青基碳纤维其他方面的应用
目前，缠绕成型的高强轻质耐腐蚀碳纤维油套管已应用于海洋和深井钻采，国外已经形成成熟的系列配套技术。
碳纤维在抗震修补和增强措施中主要应用于工业与民用建筑物、铁路、公路、桥梁、隧道、烟囱塔结构等结构体的加固补强，以及结构中梁、板柱墙等构件的加固补强。碳纤维自重轻，强度高，耐久性好，抗腐蚀能力强，可耐酸、碱等化学品腐蚀，柔韧性佳，应变能力强，是桥梁加固和建筑物抗震补强的理想材料。
3国内外碳纤维的生产状况、市场简要分析
3.1碳纤维的国内外生产状况
世界工业化生产沥青基炭纤维共三家。日本吴羽900t/年、日本大阪瓦斯500t/年和美国阿什兰德200t/年，总产能不足2000t/年。据国外预测，每年需要3000～5000吨沥青基炭纤维，像美国福特公司决定刹车片全部使用炭纤维复合材料，以求改善其卡车刹车性能，一年就需要300吨。美国阿什兰德200吨/年生产石油系炭纤维装置转让给鞍山东亚炭纤维有限公司，产品全部售往国外。从原来的20～30t/年到目前每年300多吨销往国外，可见市场需求量在不断扩大。
我国从上世纪70年代中期开始研发高性能碳纤维，经过近40年的发展，已取得了长足的进展，并在航天主导产品上得到了广泛应用。20世纪60年代，由中科院长春应用化学研究所率先开始PAN基碳纤维的研究，70年代初完成了连续化中试装置。其后上海合成纤维研究所、中科院山西煤化所、北京化工大学、山东工业大学等也开始研究工作，并于80年代中期通过了中试，进入产业化试生产阶段，先后建成了从年产几百千克到几吨的小试装置和年产几十吨的中试装置。进入21世纪以来，国内碳纤维产业发展较快，安徽华皖碳纤维公司率先引进了年产500t原丝、200t PAN-CF生产装置，成功地填补我国碳纤维及原丝工业产业化生产空白。该公司还计划5年内在自主研发的前提下，将碳纤维的年生产规模发展到1000t，同时配套年产2500t原丝，其中一部分碳纤维用于军工领域，一部分通过制成下游产品预浸布后投放市场。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。
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。随后，一些企业相继加入碳纤维生产行列。目前，我国已有吉林神舟碳纤维公司、山东天泰新材料股份有限公司、浙江嘉兴中宝碳纤维有限公司、保定天鹅化纤集团、大连兴科碳纤维有限公司、山西恒天纺织新纤维科技有限公司等生产规模大小不一的碳纤维生产厂家，合计年生产能力为2310t。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年产量7100t、碳纤维1560t，其中在建企业为4家，合计生产能力为原丝年产量1100 t 、碳纤维470t。
我国属于碳纤维消费大国，但我国2008年碳纤维产能仅2000t左右，而且主要是低性能产品，没有形成规模化产业，绝大部分依赖进口，由于缺少具有自主知识产权的技术支撑，国内企业目前尚未掌握完整的碳纤维核心关键技术。我国碳纤维的质量、技术和生产规模与国外差距很大，其中高性能碳纤维技术更是被西方国家垄断和封锁。
据杭城摩擦材料有限公司介绍，每年需要200吨沥青基炭纤维用于摩擦材料，该厂刹车片产量占全国20～25%，预测全国刹车片年用沥青基炭纤维800～1000吨。从冶金系统来看，仅闸瓦和轴瓦两种产品就需求炭纤维300～500吨。预测2012年以后炭纤维用量将达1000～1500吨。因此开发通用级沥青炭纤维及复合材料就国内市场而言，前景广阔，对炭素行业的技术进步和促进发展有着深远的意义。 3.2碳纤维市场简要分析
尽管我国碳纤维生产发展较为缓慢，而消费量却一直呈逐年增加的趋势，市场需求旺盛。据有关部门统计，2008年我国碳纤维的年需求量已超过7000t，2010年超过8500t。主要应用领域为：成熟市场有航空航天及国防领域(飞机、火箭、导弹、卫星、雷达等)和体育休闲用品(高尔夫球杆、渔具、网球拍、羽毛球拍、箭杆、自行车、赛艇等)，新兴市场有增强塑料、压力容器、建筑加固、风力发电、摩擦材料、钻井平台等，待开发市场有汽车、医疗器械、新能源等。近年来，中国航空航天技术的快速发展急需高性能碳纤维及其复合材料，我国体育休闲用品及压力容器等领域对碳纤维的需求也迅速增长，体育休闲用品的使用量最大，占消费量的约80%～90%。我国正处于经济快速增长时期，随着西部大开发、中部崛起、东北振兴等战略的不断深入，碳纤维将会越来越多地被用于建筑工程和结构制品中。同时，随着我国汽车业的不断发展，碳纤维有可能在我国被大范围的应用到工业领域中。另一方面人们物质文化生活水平的不断提高，会有越来越多的人参与各种运动休闲活动。考虑到我国对碳纤维的应用还在不断发展，许多用途还有待开发，碳纤维在我国将会有极为广阔的市场前景。此外，全球碳纤维市场发展迅速，需求量的不断增长对我国碳纤维行业的发展提供了难得的机遇。
现在，我国碳纤维复合材料已经具有一定的研究和应用水平，并形成了一支从设计、材料到制造配套的研发队伍。各大主机厂均已建立了较完善的复合材料生产手段和车间，完成了相应的技术改造，碳纤维复合材料在各种军、民机型号上已获得应用。不过，我们在应用规模与水平、设计的理念方法和手段、材料的基础和配套制造的工艺、设备等方面均与国外先进水平有一定差距，尤其是实际应用方面。如我国军用战斗机上碳纤维复合材料最大用量尚不足10%，世界军机的机翼自上世纪80年代后就早已复合材料化了，我国至今尚无批生产的复合材料机翼问世;最新研制的ARJ21支线客机复合材料用量不足2%。
碳纤维复合材料作为世界先进复合材料的代表，应用领域正不断拓宽，尤其是近年来其应用发展的多元化，使碳纤维年需求增长率达20%，2009年已达19.2亿美元，2013年将达23亿美元，未来5年其年均复合增长率将达5.02%，由此可见，全球碳纤维的市场需求将出现新的跃升趋向。沥青基碳纤维因生产成本低，市场价格低廉，再加上新用途的不断开发和扩大，需求量将会进一步增加，市场将进一步扩大，发展前景十分乐观。
4工艺技术方案简介
4.1碳纤维制备工艺简介
沥青基碳纤维原料主要是石油沥青和煤沥青，而煤沥青又有两种：一种是从煤焦油中提取的煤沥青;另一种是从煤中直接提取的煤沥青。沥青基碳纤维生产程序包括：原料预处理、调质改性(得到各向同性沥青或各向异性沥青)熔融纺丝、不熔化预氧化处理、惰性气氛下高温炭化或石墨化处理。
由各向同性沥青制得的碳纤维是低能级碳纤维即通用级(GPCF)，而由各向异性沥青(中间相沥青)制得的是高能级碳纤维(HPCF)。如何把各向同性的普通沥青转变成各向异性的中间相沥青，这是生产高性能级沥青碳纤维的关键。同时，由于纺出的沥青碳纤维不熔化处理是通过化学反应来实现的，因此还要求原料具有一定的化学反应性。且炭化和石墨化时，要考虑碳的收率和石墨化性能，故沥青原料在纺成纤维之前要进行适当的调质改性处理，以调整其化学组成和结构。 4.1.1 沥青原料的前处理
无论是通用级沥青基碳纤维还是中间相沥青基碳纤维，原料沥青都必须精制以脱除其中的一次QI，方法主要采用物理手段，如热溶过滤，离心分离，静置沉降分离，减压蒸馏，溶剂抽提等。用苯或甲苯等溶剂抽提除去轻组分，改变原料的相对分子质量分布，密集生成中间相的组份，利于中间相的转化;超临界抽提和旋转刮膜蒸发法是最近发展起来的两种新的沥青处理方法，具有高效、快速、使馏分分子量分布狭窄等特点。也有采用高温热处理使沥青中劣质活性组份优先形成中间相小球，并吸附沥青熔融相中的游离炭等固体杂质，然后采用热过滤或沉降等方法将其剔除，得到相对分子量分布较为均匀的原料沥青的化学处理方法。 4.1.2 通用级沥青碳纤维的调制
为提高沥青的软化点及可纺性，须对原料沥青进行热处理，常用的方法包括：直接热缩聚法、氧化热缩聚法、与高聚物共聚合方法等。原料沥青经芳烃溶剂分离除去溶剂不溶物及其中的热反应组分后，再在减压条件下，通入氮气进行热处理，便可得到适合纺丝的原料;大阪煤气公司开发了空气吹扫氧化热缩聚法，即用空气或含低浓度氧的气体在100～400℃进行热处理，由于氧分子的交联，沥青缩聚成三维结构的高分子，它们为各向同性的QI，具良好可纺性。煤焦油沥青中添加质量分数0.2～2%的PVC树脂，氧气搅拌加热处理，可在沥青中引入烷基，从而使之具有更高的氧化反应性，促进不熔化处理，同时相对分子质量更大，软化点相应提高，由此制备的碳纤维与未加PVC的原料沥青相比，强度有相当幅度的提高。
4.1.3 高性能沥青碳纤维的调制
对于一般沥青而言，需要进行进一步的调制。针对不同原料的分子组成和结构，合理地进行碳化反应分子设计，有目的地对某些分子群加以修饰和改性，控制原料芳香分子以一个较为缓慢的中等速度缩聚成大尺寸的平面芳香分子，然后在碳化体系的较低粘度下逐渐达到平行堆积形成大尺寸的中间相球体，最后形成大域融并体。其主要方法包括直接热缩聚法、加氢还原法、共碳化法和催化改质法。 4.1.4 沥青的纺丝
制备沥青基碳纤维时，首先要将沥青进行熔融纺丝。熔融纺丝可用喷吹、离心或挤压等方法。喷吹法在熔体流入喷丝头出口处时，喷吹热空气使之与纤维成一定的角度进行牵伸，可制得短沥青纤维。离心法是将熔体落在高速旋转的离心机内，利用离心力的作用使熔体分散牵伸成沥青短纤维。挤压法是将沥青熔体用泵或氮气压力送入纺丝主体，通过剪切力和牵伸力的作用使沥青的稠环芳烃片层大分子沿纤维轴向取向排列。纺丝工艺参数根据沥青的流变性能及要求而定，通常纺丝温度高于软化点30～100℃，纺丝压力最高达几个兆帕，卷绕速度为几十到1000m/min。
4.1.5 沥青基纤维的不熔化、碳化和石墨化处理
由于纺丝沥青是热塑性体，为了在碳化过程中保持其形态和择优取向。必须采用合适的氧化处理方法使之不熔化。不熔化方法主要有气相氧化法(空气、盐酸气、臭氧、NO
2、SO2等)和液相氧化法(硝酸、硫酸、高锰酸钾、过氧化氢等)。通常，不熔化沥青纤维是在空气之类的氧化性气氛中于高温下完成，其起始温度在软化点以下，随热氧化反应的进行，组成沥青纤维的复杂有机分子相互交联，生成不熔不溶体。 为提高纤维的力学性能，不熔化沥青纤维应在惰性气氛中进行碳化或石墨化。通常碳化是指1700℃以下进行热处理，而石墨化则是指在接近3000℃进行热处理。不熔化纤维在低碳化温度时，其含氧官能团以CO2和CO脱离，分子间产生进一步缩聚。在600℃以上伴随脱甲烷脱氢生成焦油状物质的热分解反应进行缩合反应，此时碳平面增长，碳的固有特性得到发展。随碳化温度的升高，单丝的拉伸强度从500℃开始很快增加，而模量直至600℃几乎不变，600℃以上才快速反应。随温度的升，中间相沥青纤维的抗拉强度和模量迅速提高。
4.2建议工艺流程
主要工艺过程
图1煤系沥青基碳纤维工艺流程示意图
煤沥青经溶剂沉降得到精制软沥青，精制软沥青计量进入薄膜蒸发器，载热剂夹套加热，轻沸点产品经过蛇管冷却后回收外销，高软化点沥青即为纺丝沥青，经静态混合器，齿轮泵，过滤器进入喷丝头，同时于喷丝头周边喷入定量定温的热空气，夹带沥青丝进入斜料斗，落入稳定化(即预氧化)金属输送网带上，送入氧化炉，进行预氧化处理。预氧化了的沥青丝，经传送带进入碳化炉，对流通入氮气，进行碳化，生产出合格的煤系沥青基碳纤维。
5项目实施的经济效益和社会效益简要分析
5.1项目实施的经济效益
本项目建成后，年生产沥青基碳纤维1000吨，目前市场沥青基碳纤维售价156元/kg，合15.6万元/吨左右，预计年销售收入15.6亿元，生产成本约7.6亿(详见表2)，年销售收入税金及附加2.4亿元，预计可实现利润5.6亿元。
经估算，本项目总投资12亿元，投资回收期2.1年(不含建设期)。 1000吨/年沥青碳纤维项目主要生产成本估算如下： 序号 1 1.1 1.2 2 3 4 5 6 项目名称 原材料 煤沥青 溶剂 燃料及动力 人员工资 管理费 设备折旧 年总成本
单位
吨 吨
人
年耗
10000 4000
150
单价(元)
2500 30000
30000
成本(万元)
14500 2500 12000 50000 450 1000 10000 75950
表2 生产成本估算表
5.2项目实施的社会效益
从目前情况看，该项目的社会效益，主要体现在如下方面：
1、本项目符合国家产业政策，有利于优化地区产业结构，带动周边地区经济发展，增加人民收入。
2、带动相关产业发展。该项目所需建材、原料、包装及服务均可在当地解决，有利于促进建材、机械、建筑、包装、运输、服务等多种产业的发展，激活相关产品生产和服务企业，加快当地经济发展和社会进步。
3、增加就业机会。在项目的建设过程中，可直接为建筑、安装部门提供就业机会，并间接为相关产业提供就业机会;项目建成后，所需工人从当地招聘，分流了当地农村剩余劳动力，缓解社会就业压力，一定程度上维护了社会和谐稳定。
4、促进当地经济发展。项目正常生产后，预计年上缴税金2.4亿元，对当地经济发展将发挥重要作用。
5、该项目的建设，可为建设单位带来可观的经济效益。能够提高煤焦油的利用价值，大大减少环境污染，是典型的煤焦油综合利用工程、节能工程，同时也是可降低区域环境污染的环保工程。是符合当前全球大力提倡的绿色环保能源要求的项目。推动我国精细化工产业的更新换代，为振兴东北老工业基地做出贡献。
第四篇：碳纤维材料的性能
碳纤维材料的性能及应用
摘要：介绍了碳纤维及其增强复合材料，详细介绍了碳纤维复合材料的分类和特性,着重阐述了碳纤维及其复合材料在高新技术领域和能源、体育器材等民用领域的应用，并对未来碳纤维复合材料的发展趋势进行了分析。
关键词：碳纤维性能应用 0引言
碳纤维复合材料具有轻质、高强度、高刚度、优良的减振性、耐疲劳和耐腐蚀等优异性能。以高性能碳纤维复合材料为典型代表的先进复合材料作为结构、功能或结构/功能一体化材料，不仅在国防战略武器建设中具有不可替代性，在绿色能源建设、节约能源技术发展和促进能源多样化过程中也将发挥极其重要的作用。若将先进碳纤维复合材料在国防领域的应用水平和规模视作国家安全的重要保证，则碳纤维复合材料在交通运输、风力发电、石油开采、电力输送等领域的应用将与有效减少温室气体排放、解决全球气候变暖等环境问题密切相关。随着对碳纤维复合材料认识的不断深化，以及制造技术水平的不断提升，碳纤维复合材料在相关领域的应用研究与装备不断取得进展，借鉴国际先进的碳纤维复合材料应用经验，牵引高性能碳纤维及其复合材料的国产化步伐，对于改变经济结构、节能减排具有重要的战略意义。
1碳纤维材料
1.1何为碳纤维材料
碳纤维是一种含碳量在9 2% 以上的新型高性能纤维材料, 具有重量轻、高强度、高模量、耐高温、耐磨、耐腐蚀、抗疲劳、导电、导热和远红外辐射等多种优异性能, 不仅是21 世纪新材料领域的高科技产品, 更是国家重要的战略性基础材料, 政治、经济和军事意义十分重大。碳纤维分为聚丙烯睛基、沥青基和粘胶基3种, 其中90 % 为聚丙烯睛基碳纤维。聚丙烯睛基碳纤维的生产过程主要包括原丝生产和原丝碳化两部分。用碳纤维与树脂、金属、陶瓷、玻璃等基体制成的复合材料, 广泛应用于航空航天领域体育休闲领域以及汽车制造、新型建材、信息产业等工业领域。 1.2碳纤维的特点
碳纤维是纤维状的碳材料, 由有机纤维原丝在1 000 以上的高温下碳化形成, 且含碳量在90%以上的高性能纤维材料。 碳纤维主要具备以下特性:
( 1) 密度小、质量轻, 碳纤维的密度为1. 5~ 2 g /cm3, 相当于钢密度的1 /
4、铝合金密度1/2; ( 2)强度、弹性模量高, 其强度比钢大4~ 5倍, 弹性回复为100% ; ( 3) 热膨胀系数小, 导热率随温度升高而下降, 耐骤冷、急热, 即使从几千摄氏度的高温突然降到常温也不会炸裂
( 4) 摩擦系数小, 并具有润滑性;
( 5) 导电性好, 25 时高模量碳纤维的比电阻为775 cm, 高强度碳纤维则为1 500 cm; ( 6) 耐高温和低温性好, 在3 000 非氧化气氛下不熔化、不软化, 在液氮温度下依旧很柔软, 也不脆化;
( 7) 耐酸性好, 对酸呈惰性, 能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀。除此之外, 碳纤维还具有耐油、抗辐射的特性
2碳纤维增强复合材料
尽管碳纤维可单独使用发挥某些功能, 然而, 它属于脆性材料, 只有将它与基体材料牢固地结合在一起时, 才能利用其优异的力学性能, 使之更好地承载负荷。因此, 碳纤维主要还是在复合材料中作增强材料。根据使用目的不同可选用各种基体材料和复合方式来达到所要求的复合效果。碳纤维可用来增强树脂、碳、金属及各种无机陶瓷, 而目前使用得最多、最广泛的是树脂基复合材料。 2. 1碳纤维增强陶瓷基复合材料
陶瓷具有优异的耐蚀性、耐磨性、耐高温性和化学稳定性, 广泛应用于工业和民用产品。它的弱点是对裂纹、气孔和夹杂物等细微的缺陷很敏感。用碳纤维增强陶瓷可有效地改善韧性, 改变陶瓷的脆性断裂形态, 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, 因其具有优良的高温力学性能, 在高温下服役不需要额外的隔热措施,因而在航空发动机、可重复使用航天飞行器等领域具有广泛应用。 2. 2碳/碳复合材料
碳/碳复合材料是碳纤维增强碳基复合材料的简称, 也是一种高级复合材料。它是由碳纤维或织物、编织物等增强碳基复合材料构成。碳/碳复合材料主要由各类碳组成, 即纤维碳、树脂碳和沉积碳。这种完全由人工设计、制造出来的纯碳元素构成的复合材料具有许多优异性能, 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。特别是在高温环境中, 强度高、不熔不燃, 仅是均匀烧蚀。这是任何金属材料无法与其比拟的。因此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高科技领域。 2. 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是以碳纤维为增强纤维, 金属为基体的复合材料。碳纤维增强金属基复合材料与金属材料相比, 具有高的比强度和比模量; 与陶瓷相比, 具有高的韧性和耐冲击性能, 金属基体多采用铝、镁、镍、钛及它们的合金等, 其中, 碳纤维增强铝、镁复合材料的制备技术比较成熟。制造碳纤维增强金属基复合材料的主要技术难点是碳纤维的表面涂层, 以防止在复合过程中损伤碳纤维,从而使复合材料的整体性能下降。目前, 在制备碳纤维增强金属基复合材料时碳纤维的表面改性主要采用气相沉积、液钠法等, 但因其过程复杂、成本高, 限制了碳纤维增强金属基复合材料的推广应用 2. 4碳纤维增强树脂复合材料
碳纤维增强树脂基复合材料( CFRP)是目前最先进的复合材料之一。它以轻质、高强、耐高温、抗腐蚀、热力学性能优良等特点广泛用作结构材料及耐高温抗烧蚀材料, 是其他纤维增强复合材料所无法比拟的。碳纤维增强树脂复合材料所用的基体树脂主要分为两大类, 一类是热固性树脂, 另一类是热塑性树脂。热固性树脂由反应性低分子量预集体或带有活性基团高分子量聚合物组成; 成型过程中, 在固化剂或热作用下进行交联、缩聚, 形成不熔不溶的交联体型结构。在复合材料中常采用的有环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂以及酚醛树脂等。热塑性树脂由线型高分子量聚合物组成, 在一定条件下溶解熔融, 只发生物理变化。常用的有聚乙烯、尼龙、聚四氟乙烯以及聚醚醚酮等。在碳纤维增强树 脂基复合材料中, 碳纤维起到增强作用, 而树脂基体则使复合材料成型为承载外力的整体, 并通过界面传递载荷于碳纤维, 因此它对碳纤维复合材料的技 术性能、成型工艺以及产品价格等都有直接的影响。碳纤维的复合方式也会对复合材料的性能产生影响。在制备复合材料时, 碳纤维大致可分为两种类型: 连续纤维和短纤维。连续纤维增强的复合材料通常具有更好的机械性能, 但由于其制造成本较高,并不适应于大规模的生产。短纤维复合材料可采用与树脂基体相同的加工工艺, 如模压成型、注射成型以及挤出成型等。当采用适合的成型工艺时, 短纤维复合材料甚至可以具备与连续纤维复合材料相媲美的机械性能并且适宜于大规模的生产, 因此短纤维复合材料近年来得到了广泛的应用。
李军《碳纤维及其复合材料的研究应用进展》辽宁化工2010年9月第39卷第9期
3碳纤维及其复合材料的应用
3.1高新技术领域
碳纤维复合材料因其独特、卓越的性能，在航空领越特别是飞机制造业中应用广泛。统计显示，目前，碳纤维复合材料在小型商务飞机和直升飞机上的使用量已占70%~80%，在军用飞机上占30%~40%，在大型客机上占15%~50%。AV—8B 改型“鹞”式飞机是美国军用飞机中使用复合材料最多的机种，其机翼、前机身都用了石墨环氧大型部件，全机所用碳纤维的重量约占飞机结构总重量的26%，使整机减重9%，有效载荷比AV—8A飞机增加了一倍。数据显示采用复合材料结构的前机身段，可比金属结构减轻质量32.24%。用军机战术技术性能的重要指标——结构重量系数来衡量，国外第四代军机的结构重量系数已达到27～28%。未来以F-22 为目标的背景机复合材料用量比例需求为35%左右，其中碳纤维复合材料将成为主体材料。在法国电信一号通信卫星本体结构中，带有4 条环形加强筋的中心承力筒是由CFRP 制成的，它通过螺接连接在由CFRP 制成的仪器平台上。卫星的蒙皮是由T300 CFRP 制成。由于CFRP 的比模量高，在日本JERS-1 地球资源卫星壳体内部的500 mm 的推力筒、仪器支架、8 根支撑杆和分隔环都使用了M40JB CFRP，此外，卫星的外壳、一些仪器的安装板均采用了碳纤维/环氧蜂窝夹层结构。美国空军实验室1997 年在国家导弹防御系统试验项目( BMDO CEP) 支持下，成功设计并制造了以CFRP 为加强筋的AGS 整流罩，重量仅37 kg，同类型铝合金防护罩重97 kg，运用纤维缠绕技术实现了自动化生产，工艺周期缩短88%，比同类型蜂窝夹层结构制造复合材料整流罩减重40%，成本降低20%
图3 CEP 火箭有效载荷整流罩 Fig. 3 Payload fairing of CEP launch rocket 3.2民用领域
3.2.1碳纤维复合材料在体育器材上的应用
像撑竿、高尔夫球杆、网球拍、自行车、滑雪板、皮划艇等靠人力来使其运动的体育器材，人们希望其质量越轻越好; 即使是靠人力以外的其他动力来使其运动的器材，如赛车、帆船、摩托艇等，在相同的条件下也以质轻为好。碳纤维复合材料在此方面具有不可比拟的优势，其密度为1. 76 ～1. 80 g /cm3，所制复合材料密度为1. 50 ～1. 60 g /cm3，而钢材约为7. 87 g /cm
3、铝材2. 7 g /cm
3、钛材4. 5 g /cm3。显然，CFRP 要比金属材料轻得多。 3.2.1碳纤维在新能源领域的应用
叶片是风力发电装备的关键部件，它的质量(W)随叶片长度(L)的三次方增加( W=A L3)。当风机叶片质量增长到一定程度时，叶片质量的增加幅度大于风机能量输出的增加，那么叶片长度的增加则存在一个极值。风力发电机叶片的长度尺寸、刚性以及质量代表着风电机组的发电水平，常规的玻璃纤维增强材料制备叶片已难以满足叶片尺寸加大对刚性与质量的综合要。碳纤维复合材料优异的抗疲劳特性和良好的导电特性，可有效减弱恶劣环境对叶片材料的损害，避 免雷击对叶片造成的损伤求，在全球风机装机容量快速增长的今天，提高碳 纤维复合材料用量的长叶片大容量风机将成为主要趋势。 3.2.3碳纤维在工业领域的应用
铁道部规划在3 ～ 5 年内，时速为160km / h 的车辆将达到50% 以上，约1 万5千辆，每辆车需刹车片32 片，共需约48 万片。车辆提速之前，铁路客车和货车的最高设计时速分别为120km / h 和80km / h。由于车辆速度每提高一倍，其制动功率将增加8 倍，因此对提速车辆用制动材料提出了相当严格的技术要求。理论研究和实车运营状况表明，现有的常规制动材料，无论是摩擦系数和列 车运行平稳性，还是耐磨性、导热性、制动距离等均不能满足提速车辆的需要碳纤维复合材料刹车片是国际上仍在不断研究的新型制动材料，它具有强度高、弹性模量适中、耐热性好、重量轻、膨胀系数小、耐磨损等优点，而所有这些都是提速列车制动所必需的性能，因此开发这类新型材料已被发达国家重视德国铁路部门投巨资，由KnoorBremse公司研制了高速列车用碳纤维复合材料盘型制动器; 日本、法国开发研制的碳纤维复合材料刹车片已成功地应用于新干线和TGV 高速列车制动。面对国外碳纤维复合材料高技术的发展趋势和我国铁路对高性能制动片的迫切需求，研制开发高速列车用碳纤维复合材料刹车片不仅具有重要的现实意义，而且具有巨大的推广应用价值
4碳纤维产业的前景展望
自2004年随着碳纤维在汽车应用上的起步、飞机应用及风力发电等领域的扩大，碳纤维的需求快速增加，使全球碳纤维供应呈严重短缺现象，促使世界各国 碳纤维生产厂家纷纷加大资金投入、扩大产能，碳纤维的生产进入高速发展时期。由于全球对碳纤维需求的持续增长，预计未来碳纤维还将以超过10%年增长率 速度持续增长。目前世界碳纤维生产和技术主要集中在日本、美国等少数几个国家，其中日本占全球产能的50%以上，美国占全球产能的27.5%。尽管我国从20世纪60年代后期就开始PAN基碳纤维研究工作，且与国外开始的时间相差不远;但由于在原丝与碳化的关键技术及设备上一直未能取得突破，特别是PAN原丝技术停滞不前，因此与世界上碳纤维生产先进水平的国家相比，在数量和质量上差距越拉越大。尽管我国的碳纤维生产发展缓慢，但消费量却与 日俱增，市场需求旺盛。随着市场需求的增加，特别是国防、军工、航空航天、体育用品等方面需求的增长，每年从国外进口的碳纤维越来越多。这就要求我们必需加快研究、生产步伐，抓住发展机遇，尽快实现和提高我国碳纤维国产化生产水平。
第五篇：如何粘贴碳纤维材料？
粘贴碳纤维材料是碳纤维施工中非常重要的一部分。粘贴的好坏直接影响到施工的质量，如何粘贴才是最好的呢?
在粘贴碳纤维材料之前，首先应确认粘贴表面干燥。气温在-10℃以上，相对湿度RH>85%时，如无有效措施不得施工。为防止碳纤维受损，在碳纤维材料运输、储存、裁切和粘贴过程中。应用钢直尺与壁纸刀按规定尺寸切断碳纤维材料，每段长度一般以不超过6m为宜。为防止材料在保管过程中损坏，材料的裁切数量应按当天的用量裁切为准。碳纤维纵向接头必须搭接20cm以上。该部位应多涂树脂，碳纤维横向不需要搭接。其施工工艺要点如下：
(1) 粘贴树脂的主剂、固化催促剂和固化剂应按规定的比例称量准确，装入容器，用搅拌器搅拌均匀。一次调和量应以在可使用时间内用完为准。
(2) 粘贴时，在碳纤维和树脂之间尽量不要有空气。可用罗拉(专用工具)沿着纤维方向在碳纤维材料上滚压多次，使树脂渗浸入碳纤维中。
粘贴碳纤维材料后，需自然养护1-2小时达到初期固化，应保证固化期间不受外界干扰和碰撞，这样加固之后才会非常的牢固。