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1、新材料高性能纤维行业分析报告 / 目 录一、高性能纤维：强国强军的战略材料41、高性能纤维的定义：具备特殊耐受力的一类材料42、高性能纤维类别繁多53、应用集中于工业,其中高强度高模量纤维发展最快64、三种主要高性能纤维：各显其能,各居其功85、高性能纤维产业发展要求迫切8二、碳纤维101、碳纤维性能卓越,是军民两用的新材料102、碳纤维全球需求持续增长113、碳纤维全球产能分布集中,供给较平衡124、碳纤维的国消费市场潜力巨大135、国实际产量严重不足,高端碳纤维依赖进口146、制约我国碳纤维产业的瓶颈：原丝工艺和碳化设备167、国碳纤维研发步调加快,小有成果188、相关上市公司19三、芳纶
2、191、芳纶性能卓越,主要用于军工和高温滤料192、全球芳纶需求旺盛,国消费潜力巨大213、全球芳纶寡头垄断,国芳纶产业化初见成效,顺利迈向国际市场234、相关上市公司25四、超高分子量聚乙烯纤维251、UHMWPE纤维是世界上比强度最高的纤维252、突破垄断,我国成为世界上第三个UHMWPE纤维的自主生产国263、UHMWPE纤维下游市场丰富,每年需求量超十万吨274、全球产能分布高度集中,实际年产量不足2万吨,供给严重不足285、相关上市公司30五、十二五期间：高性能纤维步入黄金发展期311、新材料产业十二五规划：高性能纤维前景可期312、纺织产业十二五规划：高性能纤维用量将翻番32一、高
3、性能纤维：强国强军的战略材料1、高性能纤维的定义：具备特殊耐受力的一类材料n 高性能纤维,是指对外部的力、热、光、电等物理作用和酸、碱、氧化剂等化学作用具有特殊耐受能力的一种材料。包括高强度、高模量、耐高温、阻燃、抗电子束辐射、抗射线辐射、耐酸、耐碱、耐腐蚀等的纤维。 n 被称为第三代合成纤维。这类纤维由于具有比普通纤维更高的机械强度和弹性模量,更好的热稳定性、耐酸碱性及耐候性。是20世纪60年代初发展以来,高分子纤维材料领域发展迅速的一类特种纤维。它被称为继第一代锦纶、涤纶和腈纶及第二代改性纤维包括差别化纤维之后的第三代合成纤维。 2、高性能纤维类别繁多n 高性能纤维按化学组成可分为有机和无
4、机高性能纤维两大类。 有机高性能纤维是由有机聚合物制成的高性能纤维或利用天然聚合物经化学处理而制成的高性能纤维,按其大分子刚柔性可分为刚性链聚合物纤维和柔性链聚合物纤维。其中,刚性链聚合物纤维由芳香族大分子构成,大分子柔软度较差,包括芳纶、聚四氟乙烯等；而柔性链聚合物纤维大分子不包含芳香环,柔性度较好,包括超高分子量聚乙烯纤维、超高分子量聚乙烯醇纤维、超高分子量聚丙烯腈纤维等。 无机高性能纤维一般以矿物质或金属为原料制成。它同样具有不同的分子构象或结构,如无定形纤维、多晶纤维和单晶纤维等。主要品种有碳纤维、玻璃纤维、石英玻璃纤维、硼纤维、陶瓷纤维、金属纤维等,此外尚有石棉纤维、矿渣棉、高硅氧纤
5、维、氧化铝纤维、碳化硅纤维等其他无机纤维。3、应用集中于工业,其中高强度高模量纤维发展最快高性能纤维在国防军事和工业领域应用十分广泛。尤其是在有特殊要求的工业和技术领域,比如宇宙开发、海洋开发、情报信息、能源交通、土木建筑、军事装备、化工和机械等诸多方面,高性能纤维起着不可缺少的作用。 n 有机高性能纤维中的高模量高强度纤维每年以两位数速率增长。有机高性能纤维可分为4大类近40种,分别为高强高模纤维、耐热纤维、抗燃纤维及耐腐蚀纤维。目前,已经商品化的高性能有机纤维当属高强高模纤维增长最快,主要品种的需求量均以2位数增长,耐热纤维次之,主要品种以5%-10%的年增长率发展,抗燃纤维和耐强腐蚀性纤
6、维相对增长缓慢,但又不可缺。 n 体现国家综合实力与技术创新的标志之一。高性能纤维在国外已作为技术创新、占领技术优势的重要战略物质,在国防、军工、航空、航天、能源、交通等领域具有广泛的应用。高性能纤维生产技术与装备水平是体现国家综合实力与技术创新的标志之一。 4、三种主要高性能纤维：各显其能,各居其功n 碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维被称为当今世界的三大高性能纤维。在品种繁多的各种高性能纤维中,碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维备受世界关注,是各国的重点发展对象。它们的共同点是不仅都具有高强度高模量的力学性能,更是具备耐腐蚀和阻燃耐热等特殊性能,在国防军事、航天航空和工业能源等领域
7、起着至关重要的作用。这三大高性能纤维由于某些性能上的差异,被应用在各个不同领域,发挥着各自无可取代的特长。 5、高性能纤维产业发展要求迫切我国传统化纤产能过剩,但对位纺纶、碳纤维和超高分子量聚乙烯等高性能纤维却仍需大量进口。其中对位纺纶进口依存度超过95%,碳纤维进口依存度约70%。超高分子量聚乙烯进口依存度也接近40%。未来我国高性能纤维市场存在巨大替代进口的空间。 n 强国强军的战略物资。在军事装备现代化、民用产品高性能化、生产过程标准化、技术进步高速化发展的今天,高性能纤维,以及高性能纤维增强的复合材料已在各领域发挥重要作用。正如美国国家材料顾问委员会的科学家在1992指出的那样：如果美
8、国要保持在高技术产品上的领先,支持高技术纤维的开发是十分关键的。失去在高技术纤维领域的领先地位将使我们失去飞机制造业在国际上的领先优势,进一步还会削弱我们的汽车工业在国际上的竞争力。 n 巨大的产业化空间。高性能纤维具有已有的和潜在的市场,除在军事领域外,它还在航空航天、船舶、海洋工程、电子信息、桥梁建筑、交通运输、体育娱乐、建筑等方面有广阔的应用前景。其产业化上可带动原材料,下可带动复合材料及其产品的产业链的发展,可产生巨大的经济效益。 n 纤维强度不足理论十分之一,科学理论上还有进一步发展的需要。纤维在成型过程中大分子链沿轴向取向排列形成规整度很高的轴向有序结构,如果纤维中所有的大分子沿轴
9、向整齐排列,其的理论拉伸强度可达200cN/dtex以上。目前即使是高强高模纤维,其强度仅为理论强度的十分之一,在材料中也是比强度最高的。同时也说明我们对传统的纤维成型理论及其工艺通过创新性研究还会进一步提高纤维强度和模量。 二、碳纤维1、碳纤维性能卓越,是军民两用的新材料n 碳纤维是含碳量在95%以上的新型高性能纤维。其中含碳量高于99的称石墨纤维。它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。 n 碳纤维的比模量是钢铁的100以上,在同时要求重量和强度的工程上应用前景璀璨。碳纤维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,是新一代增强纤维。它的比重不到钢的1/4,模
10、量却是钢的5-6倍,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。而且碳纤维在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀,且具有耐疲劳、抗蠕变、导电、传热等特性,碳纤维增强的复合材料更是具备出类拔萃的综合性能。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。 n 碳纤维目前的主要消费市场在于航空航天、风力发电、运动器材等领域。碳纤维可用来替代铜、钢铁等金属,同时用于国防军事、机械和建材交通等领域,是军民两用的关键新材料,在国民经济中有着重要的战略地位。 2、碳纤维全球需求持续增长n 全球碳纤维的需求量每年以13%的速度
11、增长。随着航空航天等领域对碳纤维需求的持续增长,全球碳纤维市场正以每年平均两位数的速度快速增长。据美国Lucintel公司研究称,未来几年全球碳纤维市场将以每年13%的速度继续增长,预计到2015年全球碳纤维市场将达到23亿美元。 n 航空航天和风电新能源等领域是全球碳纤维的主要增长市场。在航空航天领域,越来越多的商务飞机和军用飞机的主要或次要结构件模型将应用碳纤维复合材料生产。此外,随着全球风电市场的逐步壮大,风电叶片也已经成为碳纤维主要的应用领域之一。据Chemical Week称,一套机组仅叶片就重18吨,如果用碳纤维,能减轻6吨,还增加了强度和韧性,也增加了发电功率,如此优秀的品质使碳
12、纤维在风电叶片上的应用越来越多,到20XX,每年将有超过5万吨的碳纤维流入叶片市场领域。 n 日本三菱丽阳公司调查了20XX到2015年碳纤维在三大领域各自的需求情况及预测,认为自2012 年起其需求将以年增长近20%的速度强劲增长。 3、碳纤维全球产能分布集中,供给较平衡n 碳纤维分为三种,聚丙烯腈PAN基碳纤维是其主要品种,占其总产量的90%以上。碳纤维按照原丝成分,主要分为聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维三大类。其中,聚丙烯腈PAN基碳纤维因生产工艺相对比较简单、技术相对成熟、产品的综合力学性能好且成本相对较低已经成为碳纤维工业生产的主流产品,约占全球碳纤维总产量的90,也是
13、当今世界碳纤维发展的主流。 n 聚丙烯腈PAN基碳纤维产能非常集中,日本和美国合计产能占全球80%以上。PAN 基碳纤维方面,日本厂商产能依旧雄踞第一位,日本前三大PAN 基碳纤维厂商东丽、东邦及三菱的总产能达到40400 吨,美国前三大PAN 基碳纤维厂商卓尔泰克Zoltec、Hexcel 及氰特Cytec集团的总产能达到20750,分别占全球总产能的53.87%与27.67%,产能分布非常集中。 n 沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维产量较小,用于其他更特殊要求的领域。沥青基碳纤维属于高模量碳纤维,是碳纤维第二大品种,总产量约占7。粘胶基碳纤维受性价比等因素制约,占碳纤维总产量不足1,但由于有更好
14、的耐烧蚀性能,主要用于隔热材料,如火箭发动机喷管等。 4、碳纤维的国消费市场潜力巨大n 国的碳纤维市场近年消费增速加快,未来将出现快速扩态势,年均增速将达18.41%。据统计,1996-2002 年国碳纤维消费量年均增长超过20%,而近几年来碳纤维消费需求量增速一直保持在18%左右。2009 年我国碳纤维的年需求量超过7200 吨,2010 年突破8500 吨。未来几年碳纤维市场将出现快速扩态势,年均增速将达18.41%。预计到2015 年,国碳纤维总需求量将达到13500 吨/年。 n 国碳纤维的文体市场趋于饱和。目前我国文体休闲制品的碳纤维消费市场已经趋于饱和,许多产品以进入国际市场为主,
15、未来发展速度将有所减缓,预计2010-2015 年期间年均增长速度约4.6%。 n 国碳纤维的工业及能源市场发展潜力极大。我国碳纤维工业应用的重要潜在市场以混凝土结构物的补强、飞机制造、民用汽车和风力发电为主, 未来市场的发展前景较好,预计年均增长率达到53.4%。 5、国实际产量严重不足,高端碳纤维依赖进口n 国产碳纤维以低端产品为主。我国碳纤维原丝产能约12080 吨,碳纤维产能7081 吨,产品以小丝束等低档产品为主,T300 级碳纤维初步实现了国产化。 n 国碳纤维产能虽基本满足自给,但实际产量远小于产能,不足2000 吨。仅从产能方面考察,国碳纤维生产基本可满足需求。但由于国碳纤维产品多数为低端产品,难以满足下游的性能需求。且国多数厂商生产不稳定,实际产量远小于产能。2010 年国碳纤维实际产量不足2000 吨, 自给率不足30%,因此国碳纤维需求缺口仍然很大。 n 国新增碳纤维产能将出现爆发式增长。经历过2008 年金融危机, 2009-2010 年我国碳纤维消费量开始攀升,预计在2012 年前后进入增长期。目前我国有许多碳纤维项目开始启动,预计到2015 年我国将新增碳纤维原丝产能44000 吨,原丝碳化产能21400 吨。 n 尽快加快国碳纤维尤其是高端碳纤维的自主研发和产业化进程,具备重大战略意义。受供求
