本文详细介绍碳纤维行业深度报告高增长、空间广阔的优质新材料赛道的题和丰田ciba相关的话题，希望对大家有所帮助!
1碳纤维——材料是“黑金”，行业壁垒高，产品附加值高。
11碳纤维既有刚性又有柔性，具有多种下游应用。
物质发展史与人类发展史紧密相连，新材料是人类从“自然王国”走向“自由王国”的强大动力。材料通常被定义为用来制造有用物体的材料，人类认识和利用材料的能力直接决定社会形态和人类生活水平。当今时代，材料、能源、信息已成为社会文明和国民经济的三大支柱，其中，材料是科学技术发展的物质基础，是技术的先锋。
纵观整个材料发展史，可以概括为六个发展时期石/青铜/铁/钢/硅/新材料。其中，随着20世纪末新技术革命的开始，新材料成为各个前沿领域发展的驱动力。航空航天工业需要大量高温、高强度的结构材料，而为了补充这一点，现代光纤通信以低功耗光纤为基础。
碳纤维被誉为21世纪新材料之王、材料皇冠上的璀璨明珠。碳纤维是一种含碳量在90%以上的无机纤维。它是通过有机纤维在高温环境下分解、碳化，形成碳主链结构而生产的。碳纤维作为下一代增强纤维，具有优异的力学和化学性能，不仅具有碳材料的独特性能，还具有纺织纤维的柔软加工性能，因此被应用于航空航天、能源装备、交通运输、运动、休闲等领域
轻量化作为性能优异的战略新材料，碳纤维的密度与镁、铍基本相同，不到钢的1/4，采用碳纤维复合材料作为结构件，可以实现结构件的轻量化。轻量化。30-40%。
高强度、高弹性模量碳纤维的比强度比钢高5倍，比铝合金高4倍，比弹性模量比其他结构材料高13123倍。
膨胀系数小大多数碳纤维的热膨胀系数在室温下为负值，200-400时为0，1000以下仅为1510-6/K，不易膨胀变形。由于工作温度高。
优异的耐化学腐蚀性能碳纤维具有较高的纯碳含量，而碳是最稳定的化学元素之一，因此在酸性和碱性环境中具有非常稳定的性能，可制成多种化学腐蚀防护产品。
抗疲劳能力强碳纤维结构稳定。据聚合物网统计，即使经过数百万次应力疲劳循环测试，复合材料的强度保留率仍高达60%，而钢为40%，铝为30%，玻璃纤维为20%。-25。
碳纤维复合材料是以碳纤维为基体的增强材料。碳纤维可以单独使用来执行某些功能，但由于它最终是一种脆性材料，因此必须与基体材料相结合，形成碳纤维复合材料，才能表现出更好的机械性能并承受更大的载荷。
碳纤维可以根据纤维类型、制造方法、性能等多种维度进行分类。
按纱线类型分类聚丙烯腈系、沥青系、粘胶系。其中聚丙烯腈基碳纤维占据主流地位，产量占碳纤维总量的90%以上，粘胶基碳纤维占比不足1%。
按制造条件和方法分为碳纤维、石墨纤维、活性碳纤维、气相生长碳纤维。
根据力学性能的不同，可分为通用型和高性能型，通用型碳纤维强度为1000MPa，模量为100GPa左右，高性能型又分为高强型和高强型。性能型号，其中超高强度型强度达到4000MPa以上，为450GPa，弹性模量以上称为超高强度型。
根据丝束尺寸的不同，可分为小丝束和大丝束，小丝束碳纤维最初主要用于1K、3K、6K，后逐渐发展到12K、24K，主要用于航空航天领域。运动休闲等领域。48K以上的碳纤维俗称大丝束碳纤维，包括48K、60K、80K等，主要应用于工业领域。
拉伸强度和拉伸模量是衡量碳纤维性能的两个最重要的指标。基于此，韩国于2011年颁布了《聚丙烯腈碳纤维国家标准》。同时，由于日本东丽在全碳纤维行业具有绝对的领导地位，因此国内大多数厂家也采用日本东丽的分级标准作为参考。
12更高的壁垒带来更高的附加值改进技术并实现批量生产可以显着降低成本并提高效率。
121行业技术壁垒高，原丝生产是关键，碳化、氧化是关键。
碳纤维生产工艺复杂，对设备和技术要求非常高。各环节的精度、温度、时间控制对最终产品的质量有重大影响。聚丙烯腈碳纤维因其制造工艺相对简单、生产成本较低、废弃物处理方便，成为现阶段应用最广、产量最高的碳纤维。主要原料丙烷可从原油中获得。聚丙烯腈碳纤维产业链包括从一次能源到最终应用的完整制造过程。
原油生产丙烷后，PDH选择性催化脱氢可制得丙烯。
丙烯氨氧化后得到丙烯腈，丙烯腈聚合、纺丝后得到聚丙烯腈前体。
将聚丙烯腈经过预氧化、低温、高温碳化得到碳纤维。可制成碳纤维织物和碳纤维预浸料，用于生产碳纤维复合材料。
碳纤维与树脂、陶瓷等材料复合形成碳纤维复合材料，最后经过各种成型工艺，得到下游应用所需的最终产品。
原丝的质量和性能水平直接决定碳纤维的最终性能。因此，提高纺丝溶液的质量、优化原纤形成的各种因素已成为高品质碳纤维制造的关键节点。
根据《聚丙烯腈基碳纤维原料纤维生产技术研究》，纺丝工艺大致分为湿法纺丝、干法纺丝、湿法与干法纺丝三种。目前，国内外聚丙烯腈原丝的生产方法主要采用湿法纺丝和干湿法纺丝，其中湿法纺丝应用最为广泛。
在湿法纺丝中，纺丝液首先在喷丝头中被压缩，然后纺丝液以细流的形式进入凝固槽。聚丙烯腈纺丝液的纺丝机理是纺丝液与凝固浴的DMSO浓度存在较大差异，凝固浴与聚丙烯腈溶液的水浓度也存在较大差异。由于上述两种浓度差的相互作用，液体开始向两个方向扩散，最终通过传质、传热、相平衡转移等过程凝结成原丝。
在原丝生产中，DMSO残留量、细度、单纱强度、模量、伸长率、含油量和沸水收缩率已成为影响原丝质量的关键因素。以DMSO残留量为例，它影响最终碳纤维产品的表观物理性能、截面状态和CV值，DMSO残留量越小，产品性能越高。由于生产过程中主要通过水洗去除DMSO，因此如何控制水洗温度、时间、去离子水用量、水循环量等因素成为重要环节。
优质聚丙烯腈原丝应具有密度高、结晶度高、强度适宜、截面圆形、物理缺陷少、表面光滑、壳芯结构均匀致密等特点。
碳化和氧化步骤的温度控制很重要。碳化和氧化是将原丝转变为最终碳纤维产品的重要步骤。这一步需要精确控制温度精度和范围。否则会极大影响碳纤维制品的拉伸强度，甚至造成断丝。
预氧化200-300预氧化步骤在氧化气氛中施加恒定的张力，缓慢而温和地氧化PAN原丝，形成基于PAN直链的无数环状结构，从而实现达到更高耐温加工的目的。
最高碳化温度可达1000以上。碳化过程必须在惰性气氛中进行。碳化初期，PAN直链断裂，开始交联反应，随着温度逐渐升高，开始热分解反应，释放出大量小分子气体，开始形成石墨结构。随着温度进一步升高，碳元素含量迅速增加，开始形成碳纤维。
石墨化加工温度在2000以上石墨化不是碳纤维生产的必要工序，是可选步骤。如果期望碳纤维的弹性模量高，则需要石墨化，如果期望碳纤维的强度高，则不需要石墨化。在石墨化过程中，由于高温，纤维内部形成发达的石墨网络结构，通过牵伸使该结构固化，得到最终产品。
技术壁垒高，赋予下游产品高附加值，航天复合材料价格是原丝价格的200倍。由于碳纤维制备难度大、工艺复杂，产品附加值随着向下游延伸而增加，特别是应用于航空航天领域的先进碳纤维复合材料，下游客户对可靠性和稳定性要求非常严格。产品价格也比普通碳纤维成倍增长。
据江苏恒神公调指引统计，同品种原丝、碳纤维、预浸料、土工复合材料、汽车复合材料、航空复合材料每公斤价格分别约为40元、180元、600元，不到1000元3000元、8000元级别深加工产品价格实现飞跃，航空复合材料价格已达到原丝价格的200倍。
122由于碳纤维的生产成本较高，技术改进和大规模生产是降低成本的良好策略。
碳纤维生产成本较高，是一种新兴的“高贵”材料。碳纤维具有很强的设计性能，是一种新兴材料，但由于原纤维生产成本、环保投资以及生产和运输成本较高，它被归类为“贵重材料”。根据《碳纤维产业化发展及成本分析》，优质PAN原丝与碳纤维产量的投入比例约为22:1，劣质原丝与碳纤维产量的比例约为25:1。重叠聚合、纺丝、碳化和氧化这些工艺对环境要求较高，需要综合技术，进一步增加了碳纤维的生产成本。
制造费用通常占碳纤维生产总成本的70%以上。据中建科技和光威复合材料公司年报显示，碳纤维生产成本主要由材料、人工成本、制造成本等组成。2016年至2019年，两家公司碳纤维产品的制造成本均占成本的70%以上，成为生产过程中的重要因素。
从生产过程维度来看，聚合、纺丝、碳化和氧化是生产成本的主要组成部分。
聚合此阶段包括直接生产成本，主要由原材料和生产材料消耗组成；生产过程成本，由原料净化和运输、聚合、原料溶液过滤/运输、单体/溶剂回收等组成。综合指由蒸汽、电力、水、设施运行和维护支持以及其他成本组成的生产成本。
纺丝生产成本集中在聚合物液体的过滤/运输、纺丝和纯化上。在产业链中，原丝通常占碳纤维成本的51%。
炭化、氧化工艺成本主要集中在必要原材料的加工、配套设施的运行和维护、车间的清洁和炭化废气处理的费用。
纺丝、碳化和氧化工艺的改进可以显着节省成本。具体方法如下
1）采用干喷湿纺丝方法替代现有湿纺丝干喷湿纺丝是纺丝溶液从喷丝板出来，首先经过干燥段的空气层或氮气层，然后再经过干燥段的空气层或氮气层的工艺技术。透过干层.输入混凝剂进行混凝。与传统湿法纺丝相比，该方法可将纺丝速度从每分钟100提高到300m，并将固含量提高到22以上。根据《PAN基碳纤维生产成本分析及管理办法》，采用新型纺丝技术可降低碳纤维原丝成本，同时产量可提高约2至8倍。
2）利用新技术缩短预氧化时间美国能源部橡树岭国家实验室开发的等离子体预氧化方法，可将预氧化时间缩短至25至35分钟，从而降低能耗。75%，生产成本降低20%，适合各种规格的碳纤维生产。另外，流动加热、热接触干燥等新技术的使用可以有效降低生产成本。
3）更换炭化炉材料，提高炭化过程的热利用率美国Harper公司生产的炭化炉采用保温或耐火材料代替传统的水冷操作，不断减少炭化过程的热损失。设备。此外，据《PAN基碳纤维制造成本结构分析与控制探讨》指出，采用余热多级利用等新技术，可有效降低能耗。设备数量减少，每吨碳纤维成本降低，价格为9500元。
增加产量可以带来规模经济，有效降低碳纤维生产成本。据《碳纤维产业化发展及成本分析》统计，原丝和碳纤维
No Comment