2017年我国碳纤维行业制造工艺及市场容量分析

　　碳纤维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。其含碳量高于90%，微观结构类似人造石墨，具有乱层石墨结构，其中含碳量高于99%的称石墨纤维。

碳纤维主要产品形式

资料来源：中经先略数据中心整理

　　碳纤维不仅具有碳材料的固有本征特性，也兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。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。

　　一、干喷湿纺法

　　碳元素的各种同素异形体(金刚石、石墨、非晶态的各种过渡态碳)，根据形态的不同，在空气中在350℃以上的高温中就会不同程度的氧化；在隔绝空气的惰性气氛中(常压下)，元素碳在高温下不会熔融，但在3800K以上的高温时不经液相，直接升华，所以不能熔纺。碳在各种溶剂中不溶解，所以不能溶液纺丝。碳纤维不能用熔融法或溶液法直接纺丝，只能以有机纤维为原料，采用间接方法来制造。

　　通常用有机物的炭化来制取碳纤维，即聚合预氧化、炭化原料单体原丝一预氧化丝一碳纤维。碳纤维的品质取决于原丝，其生产工艺决定了碳纤维的优劣。以聚丙烯腈(PAN) 纤维为原料，干喷湿纺和射频法新工艺正逐步取代传统的碳纤维制备方法(干法和湿法纺丝)。

　　干喷湿纺法即干湿法，是指纺丝液经喷丝孔喷出后，先经过空气层(亦叫干段)，再进入凝固浴进行双扩散、相分离和形成丝条的方法。经过空气层发生的物理变化有利于形成细特化、致密化和均质化的丝条。纺出的纤维体密度较高，表面平滑无沟槽，且可实现速纺丝，用于生产高性能、 高质量的碳纤维原丝。干喷湿纺装置常为立式喷丝机，从喷丝板喷出的纺丝液细流经空气段(干段) 后进入凝固浴，完成干喷湿纺过程；再经导向辊、 离浴辊引入的丝条经后处理得到PAN纤维。

　　二、射频法

　　PAN原丝经过预氧化(200～350℃，射频负压软等离子法)、碳化(800～ 1200℃，微波加热法)到石墨化(2400~ 2600℃，射频加热法)，主要受到牵伸状态下的温度控制。在这一形成过程中达到纤维定型、碳元素富集，分子结构从聚丙烯腈高分子结构一乱层的石墨结构一三维有序的石墨结构。

　　国内有自主知识产权的“射频法碳纤维石墨化生工艺”开辟了碳纤维生产的创新之路，它采用射频负压软等离子法预氧化 PAN原丝，接着用微波加热法碳化，最后用射频加热法石墨化形成小丝束碳纤维。

　　2016年我国碳纤维复合材料行业市场规模约38.68亿元，同比2015年的32.89亿元增长了17.6%，近几年我国碳纤维复合材料规模情况如下图所示：

2012-2016年中国碳纤维复合材料的市场容量

资料来源：公开资料整理

　　随着科学技术的发展，碳纤维产业需要加强生产企业以及上下游企业和科研单位之间的联系与合作，关注先进加工工艺进展，推进研发、生产、应用一体化，以应用带动上游发展。