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碳纤维产业链解析

时间:2022-03-15| 作者:Admin

    完整的碳纤维产业链包含从原油到终端应用的完整制造过程。先从石油、煤炭、天然气等化石燃料中制得丙烯,并经氨氧化后得到丙烯腈;丙烯腈经聚合和纺丝之后得到聚丙烯腈(PAN)原丝;再经过预氧化、低温和高温碳化后得到碳纤维。

    碳纤维可制成碳纤维织物和碳纤维预浸料;碳纤维与树脂、陶瓷等材料结合,可形成碳纤维复合材料,最后由各种成型工艺得到下游应用需要的最终产品。全产业链看,制造碳纤维产品的上游原丝端与中游复合材料均是碳纤维产业链的核心环节,整个制造的全环节技术壁垒均高。原丝-碳纤维-织物-预浸料-复合材料等步骤,占据全产业链成本的超60%,利润的超90%

    与传统金属材料不同,碳纤维的产品研制一体化成型要求较高,碳纤维与后续树脂、上浆剂等材料之间工艺参数必须系统匹配,同时需要满足下游应用场景对产品性能的要求,因此产业链一体化布局的企业会在生产和研发上更具优势。

    原丝制备是碳纤维制备的核心环节,其质量和成本很大程度上决定了碳纤维的质量和生产成本。碳纤维依据原丝不同可分为聚丙烯腈基碳纤维(PAN原丝)、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维三种;依据单丝数量可分为小丝束及大丝束;依据强度可分为通用级和高性能级。作为碳纤维的前驱体,高质量的PAN原丝是制备高性能碳纤维的前提条件,但其中的聚合、纺丝、碳化、氧化等工艺并非朝夕能够达成,其产业化工艺以及反应装置核心技术是关键。

    PAN原丝制备流程较长,主要包括聚合、纺丝、蒸汽牵伸、上油、卷绕等工序,其中,聚合和纺丝是原丝制备的重要工序。据《碳纤维产业化发展及成本分析》论述,较高质量的PAN原丝投入与碳纤维产出比约2.2:1,较低质量的原丝与碳纤维产出比约2.5:1,叠加聚合、喷丝、碳化氧化等过程对环境、综合技术等要求较高,进一步导致碳纤维生产成本居高不下。PAN基碳纤维的原料来源丰富,且其抗拉强度其他二者优越,因此PAN基碳纤维应用领域最广,比如航空航天、体育休闲、风电叶片、汽车工业、建筑补强等领域,市场份额占90%以上。沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维的用途较为窄、产量小。大多数PAN基碳纤维生产企业具备由原丝生产开始到制作碳纤维到最终完成碳纤维产品的完整生产线。目前全球生产PAN碳纤维的企主要分布在日本和美国。


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