高性能碳纖維材料項(xiàng)目可行性研究報(bào)告

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1、高性能碳纖維材料項(xiàng)目可行性研究報(bào)告第一章研究背景41一、定義41碳纖維是先進(jìn)復(fù)合材料最常用的也是最重要的增強(qiáng)體。碳纖41維是由不完全石墨結(jié)晶沿纖維軸向排列的一種多晶的新型無(wú)機(jī)41非金屬材料。化學(xué)組成中碳元素含量達(dá)95%以上。41碳纖維可分別用聚丙烯腈纖維、瀝青纖維、粘膠絲或酚醛纖維經(jīng)41碳化制得；按狀態(tài)分為長(zhǎng)絲、短纖維和短切纖維；按力學(xué)性能分41為通用型和高性能型。通用型碳纖維強(qiáng)度為1000兆帕（MPa）41模量為100GPa左右。高性能型碳纖維又分為高強(qiáng)型（強(qiáng)度412000MPa、模量250GPa）和高模型（模

2、量300GPa以上）41大于4000MPa的又稱為超高強(qiáng)型；41模型。碳纖維制造工藝分為有機(jī)先驅(qū)體纖維法和氣相生長(zhǎng)法。41機(jī)先驅(qū)體纖維法制得的碳纖維是由有機(jī)纖維經(jīng)高溫固相反應(yīng)轉(zhuǎn)41變而成。應(yīng)用的有機(jī)纖維主要有聚丙烯（PAN）纖維、人造絲和41瀝青纖維等。將有機(jī)母體纖維（例如粘膠絲、聚丙烯腈或?yàn)r青）41采用高溫分解法在1000～3000度高溫的惰性氣體下制成的，其41結(jié)果是除碳以外的所有元素都予以去除。41維稱氣相生長(zhǎng)碳纖維。41二、行業(yè)形勢(shì)41雖然當(dāng)前世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展面臨重重危機(jī)，但碳纖維的需求仍在升41溫。除了傳統(tǒng)

3、的航空航天領(lǐng)域外，汽車(chē)、風(fēng)力渦輪葉片及壓力容器等4141投資XX科技產(chǎn)業(yè)園碳纖維材料可行性研究報(bào)告41碳纖維新市場(chǎng)正在興起。據(jù)相關(guān)部門(mén)預(yù)測(cè)，世界碳纖維需求每年將以41大約13％的速度飛速增長(zhǎng)，預(yù)期2012年聚丙烯腈(PAN)基碳纖維全41球需求量將達(dá)6萬(wàn)噸，到2018年需求量將達(dá)到10萬(wàn)噸。7大碳纖維41制造商——東麗、東邦、三菱麗陽(yáng)、SGL、Hexcel、Cytec和Zoltek，41已宣布計(jì)劃在未來(lái)3～5年擴(kuò)產(chǎn)78%，總投資額為87970萬(wàn)歐元(1341億美元)，短期看來(lái)碳纖維會(huì)供不應(yīng)求。國(guó)際碳纖維市場(chǎng)發(fā)展迅

4、速，41需求量不斷增長(zhǎng)給我國(guó)碳纖維行業(yè)，提供了難得進(jìn)一步發(fā)展的機(jī)遇。41但我國(guó)碳纖維行業(yè)基礎(chǔ)薄弱，產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要技術(shù)、人才和資金的持續(xù)41投入，而且其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品品質(zhì)的要求非常嚴(yán)格?？陀^地說(shuō)生產(chǎn)企41業(yè)應(yīng)量力而行，整個(gè)行業(yè)也應(yīng)發(fā)出明確的信息、引導(dǎo)企業(yè)正確投資，41使我國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)快速健康地發(fā)展。4141成都XX新能源有限公司編制54141投資XX科技產(chǎn)業(yè)園碳纖維材料可行性研究報(bào)告41第二章研究?jī)?nèi)容41一、碳纖維性質(zhì)41碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，41墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)類(lèi)似人造

5、石墨，41是亂層石墨結(jié)構(gòu)。它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹(shù)脂復(fù)合材料抗拉41強(qiáng)度一般都在3500Mpa以上，是鋼的7~9倍，抗拉彈性模量為41230~430Gpa亦高于鋼。因此CFRP的比強(qiáng)度即材料的強(qiáng)度與其密度41之比可達(dá)到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3鋼的比強(qiáng)度僅為4159Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比鋼高。材料的比強(qiáng)度愈高，則構(gòu)41件自重愈小，比模量愈高，則構(gòu)件的剛度愈大，從這個(gè)意義上已預(yù)示41了碳纖維在工程的廣闊應(yīng)用前景。41綜觀多種新興的復(fù)合材料41陶瓷基復(fù)合材料)的優(yōu)異性能，不少

6、人預(yù)料，人類(lèi)在材料應(yīng)用上正從41鋼鐵時(shí)代進(jìn)入到一個(gè)復(fù)合材料廣泛應(yīng)用的時(shí)代。41二、碳纖維的產(chǎn)品形式及制造工藝41碳纖維有四種產(chǎn)品形式：纖維，布料，預(yù)浸料坯，和切短纖維。41布料指的是由碳纖維制成的織品。預(yù)浸料坯是一種產(chǎn)品，是將碳纖維41按照一個(gè)方向一致排列，41狀。切短纖維指的是短絲。按照不同的配比，這些產(chǎn)品和樹(shù)脂一起應(yīng)41用將形成碳纖維強(qiáng)化塑料(CFRP)。41將樹(shù)脂附在纖維上可以制成壓力容器和軋滾，41成都XX新能源有限公司編制64141投資XX科技產(chǎn)業(yè)園碳纖維材料可行性研究報(bào)告41芯兒上，然后進(jìn)行塑化或

7、硬化處理。這種方法被稱為“纏繞成型法”41將布料放入一個(gè)模型中，然后用樹(shù)脂浸泡，這就是所說(shuō)的“樹(shù)脂轉(zhuǎn)注41成型法(RTM)”41加壓和塑化成型而成的。將預(yù)浸料坯纏繞在一個(gè)芯兒上，然后將其加41熱和塑化，這就是所說(shuō)的“薄片纏繞法”41高爾夫球棒和釣魚(yú)桿。41三、產(chǎn)品種類(lèi)411.聚丙烯腈基碳纖維41聚丙烯腈纖維制備碳纖維屬于有機(jī)先驅(qū)體纖維法。即將有機(jī)纖41維在200℃——400℃氧化介質(zhì)（如空氣、氧、臭氧、一氧化氮、二41氧化氮、三氧化硫等）氣氛中進(jìn)行低溫處理，纖維內(nèi)部發(fā)生交聯(lián)、41化、氧化脫氫、脫水、脫二氧化硫以及

8、熱分解等復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，41其變?yōu)闊岱€(wěn)定型結(jié)構(gòu)，41此階段是形成纖維的穩(wěn)定化過(guò)程，41℃——1500℃的惰性氣氛（高純氮）中進(jìn)行高溫處理，此時(shí)纖維內(nèi)部41產(chǎn)生交聯(lián)、環(huán)化、縮聚、芳構(gòu)化等一系列化學(xué)反應(yīng)。排除其中非碳原41子，41PAN纖維分子易于沿纖維軸向取向，碳化收率（1000～1500℃）41為50～55%，41180℃附件存在塑性，便于紡絲后的改性處理和經(jīng)受高溫碳化處