材料之王看碳纖維

碳纖維是由有機纖維 1000℃ 以上的高溫環境下裂解碳化形成的一種含碳量高於 90% 的無機纖維. 根據原絲種類碳纖維主要可分為以下幾種,  其中聚丙烯腈 (PAN) 基碳纖維占據主流地位.

碳纖維具有低密度, 高強度, 耐高溫, 高化學穩定性, 抗疲勞, 耐摩擦等優異的基本物理及化學性能, 並有高振動衰減性,  良好的導電導熱性能, 電磁屏蔽性能以及較低的熱膨脹系數等特性.

原油煉製, 裂解, 氨氧化等工序獲得丙烯腈, 通過對以丙烯腈為主的原材料進行聚合反應生成聚丙烯腈, 再以其紡絲獲得聚丙烯腈原絲, 對原絲進行預氧化, 碳化等工藝製得碳纖維.

碳纖維可制成碳纖維織物和碳纖維預浸料; 碳纖維與樹脂, 陶瓷等材料結合可形成碳纖維複合材料, 最後由各種成型工藝得到下游應用需要的最終產品, 碳纖維產業鏈涉及的核心環節很多.

目前世界碳纖維技術主要掌握在日本公司手中, 其生產的碳纖維無論質量還是數量均處於領先地位.日本的東麗, 東邦 和三菱麗陽擁有全球丙烯腈基碳纖維 (小絲束) 近 50% 市場份額.

根據對典型碳纖維成本進行拆分, 可以發現原材料 (主要為原絲) 在碳纖維成本中的占比不高僅為 7%, 而折舊, 電費和其他是成本項中最大的三塊, 合計占到碳纖維成本的 72%.

碳纖維通過與樹脂, 金屬, 陶瓷等基體結合制成碳纖維複合材料, 具有高強度, 高模量, 耐高溫, 耐腐蝕, 導電和導熱等優異性能, 可應用於國防航空, 交通工具, 風力發電, 運動休閑, 土木建築等. 

碳纖維複合材料與鋁合金, 鈦合金, 合金鋼並稱為飛機機體的四大先進結構材料, 在小型商務飛機和直升飛機上的使用量達到 70%~80%, 在軍用飛機上占 30%~40%,  在大型客機上占15%~50%.

2020 體育休閑領域碳纖維的需求量將達到 1.4 萬噸, 年複合增長率約在 3%. 碳纖維復合材料在高爾夫球桿, 球拍, 雪橇, 滑雪板, 曲棍球棒, 釣魚竿和自行車等體育休閑產品中廣泛應用.

輕量化材料發展路徑: 高強度鋼→鋁合金→鎂合金→複合材料, 目前轎車的主要材料中鋼材料占 54%, 鑄鐵 10%, 塑料  8%~12%, 鋁合金 8%~10%, 鎂合金 1%~2%, 碳纖維則處於起步階段.

全球碳纖維需求整體上呈現穩步上升的態勢, 2017 全球碳纖維需求 8.42 萬噸,  2012 為 4.6 萬噸, 年均復合增長率 12.7%. 假設未來三年碳纖維需求復合增速為 10%, 則 2020 需求將達到 11.21 萬噸.

"台塑" (全球第四大碳纖維廠/丙烯由台塑化提供/丙烯腈台灣最大/客戶有: 裕隆/福懋/上緯/明安等),  "拓凱" (全球第一大碳纖維網球拍製造代工廠), "巨騰" (NB 機殼), "可成" (手機機殼/NB 機殼) 等.