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新材料
流体超声波式碳纤维扩展机


一、项目背景

    被称为“未来材料革命梦幻材料”的碳纤维,具有高强度、高模量、高耐磨、高耐热、高导电能力的特性,是全世界新材料产业的焦点,是诸多终端产品的未来最理想材料。 2000年国内碳纤维总产量仅40吨/年,而据中国纺织协会统计到今年用量即将突破10000吨(其中进口约8000吨,国产2000余吨),与此同时目前国内已经新上马在建的生产线产能即达10000吨/年以上,中石油、中钢、蓝星等企业巨舰纷纷驶入该行业,国家有关支持政策也层出不穷,属于超高速发展的朝阳明星产业,和战略性高新产业。

    然而目前这些企业均主要着眼于碳纤维本身的生产,尽管航空、航天、风力发电、体育器材、汽车、高铁车厢等产业对于碳纤维的需求量也极为巨大,但这些产业却并不能直接使用碳纤维,进一步的加工必不可少。同样据中纺协统计,目前国内的中间产品加工能力不过4000吨/年左右,而其中绝大部分还是国外在华开办的加工企业的产能,产品基本回流国外,国内供应量只略多于1000吨/年,显而易见该产业链的中间环节出现了严重的断层。整个行业处于上游不断扩大产能,下游却得不到有效供应的窘境。

    碳纤维主要应用于碳纤维加强复合塑料(即上述产业实际使用碳纤维的方式)的制造,该制造过程的中间产品为碳纤维预浸料和碳纤维编织布,除少数用于建筑补强材料制作的最低端编织布以外,碳纤维扩展机是预浸料和其它编织布生产过程中必不可少的工业母机,可以说是最终产品性能和成本的最重要决定因素之一,也是我国在碳纤维应用中的最主要瓶颈之一。本技术就是此环节中的国际领先技术,被中国化学纤维工业协会看作是解决我国碳纤维产业应用问题的重要技术,已被写入“十二·五”重点发展技术的推荐名单,2009年,该项目还获得了国家科技部创新基金重点支持。

二、技术对比

    到目前为止碳纤维扩展机已经历了碾压法、气流法和超声波法等三代的技术升级,其中碾压法是我国国内的普遍应用技术,气流法是欧美日等地区的普遍应用技术,而成功完成超声波法研究的企业包括本公司在内全球不超过三家。由于碳纤维相关技术在全球各国均属于核心技术,气流法设备尚属国外对我国禁运的产品。

    超声波法相对于前两代技术具有幅宽扩展倍率大,碳纤维损伤小和扩展速度快等绝对优势,可以达到利用低端、廉价碳纤维原料生产出高端、高附加值预浸料和碳纤维编织布的目的,能够创造出巨大的经济效益,下表是本公司技术与现有技术的主要参数对比:
 
 
强度(MPa)
幅宽
(毫米)
生产速度
(米/分钟)
单丝间空隙
扩展前碳纤维
3500
6
0
碾压法(国内普遍技术)
2100
12
5
气流法(国际普遍技术)
2975
18
5
本公司技术
>3400
24
40


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三、经济性分析

    利用本公司设备建设一条预浸料生产线需:

    投资3000万元:包括全套配套设备、工具和流动资金,可年产预浸料300万平方米(按照每天生产24小时,全年生产300天计算)。

    年产值1.5亿元:目前各种规格预浸料售价均在50元/平方米左右,其主要原因是较厚的预浸料用料多但大丝束碳纤维制造成本低售价也低,较薄的预浸料用料少但小丝束碳纤维价格高昂。这里我们按照目前市售价格计算,但利用本公司设备制造的产品在最核心的强度指标方面比普遍工艺高出60%以上,因此售价仍有上升的余地,目前国内尚无同水平产品供应,所以暂时按现有产品价格计算)。

    下面是对利用本公司设备和利用其它设备生产时所用碳纤维原料成本的对比估算:

    利用本公司技术,至少可利用12K碳纤维生产75克/平方米的预浸料,300万平方米×75克/平方米=225吨,12K碳纤维售价18万元/吨,总成本仅4050万元/年。

    利用碾压法(即国内普遍技术),只能用12K碳纤维生产150克/平方米的预浸料,用料450吨,总成本约8100万元/,或利用3K碳纤维生产75克/平方米的预浸料,用料225吨,3K碳纤维售价约80万元/吨,总成本约1.8亿元/年(已无利润,不具可行性)。

    利用气流法(即国际普遍技术),只能用12K碳纤维生产100克/平方米的预浸料,用料300吨,总成本约5400万元/,或利用6K碳纤维生产75克/平方米的预浸料,用料225吨,6K碳纤维售价约50万元/吨,总成本约1.1亿元/

    碳纤维是预浸料生产过程中最主要的原料,占大部分成本,可见该产业毫无疑问是具有极高利润的行业!

    事实上前面的核算只是在同产能情况下的计算,假如以其它的模式经营本技术还更多的可能性!例如:以同样原料产值翻番!性能领先独占高端市场!成本极低替代玻璃纤维等低端市场!利用目前无法使用的低端原料进行生产!等等。

四、合作方式

    技术入门费加技术入股