1、科技部国际合作2009-20114高性能碳纤维制备科技部8632008-20105PAN纤维有机无机转化过程2006-20106高速电力机车用层状结构受电弓滑板的研制2006-20087碳纤维用原丝工艺与性能相关性研究2002-20058PAN原丝预氧化节能温度控制技术研究2002-20049复合体系的浸润、流变与检测2003-200810涉密碳纤维制品开发1军工11涉密碳纤维制品开发22010-201212碳纤维微结构的同步辐射研究国家基金13PAN原丝在预氧化和碳化过程中的结构演变2007-200914共混组分在碳纤维前驱体PAN中的物化作用1997-199915聚合反应挤出过程的数值模拟
2、及优化设计16聚合反应挤出过程的化学流变模拟2005-200617高分子复杂体系多尺度结构及其行为18聚合物物理凝胶化及凝胶结构的多尺度研究2008-2011（3）*有限公司*集团是河南省首家资产、产值双千亿企业，2011年在全国500强中名列第58位。2011年进入世界500强，位列446位。中国科学院山西煤炭化学研究所几十年致力于能源环境、先进材料和绿色化工三大领域的基础研究和技术开发，在新型碳材料等领域具有国内领先水平。碳纤维是高性能纤维之一，具有高强度、高模量、耐高温、耐疲劳、高导热、低膨胀等优异特性，作为增强体用于生产树脂基、金属基等复合材料，广泛应用于航天航空、风力发电、汽车、体育
3、用品、医疗卫生、电子通信、石油开采等领域。市场前景十分广阔。一期500吨/年高性能T300碳纤维产业化工程，总投资7.4亿元（包括二期公用工程投资），占地面积16.2万平方米，2010年3月26日动工，2010年12月28日建成。二期100吨/年T7高性能纤维示范工程，概算投资5.08亿元，2010年3月10日开工，计划于2011年10月31日建成。二期建成后，将继续扩大高性能碳纤维生产规模，同时向碳纤维复合材料、碳素制品等下游产品延伸。按照“科研生产紧密结合、军品民品互相补充、上游下游垂直一体”的发展思路，在五年内建成国内一流的碳纤维复合材料基地。1.2项目基本情况1.2.1项目名称*工程实
4、验室建设项目1.2.2项目法人及承办单位法人名称：*注册资本：5000万元注册地点：河南省*经济技术开发区中原路6号参加单位：*有限公司1.2.3可行性研究报告编制单位编制单位：*资格证书编号：1.2.4建设地点*经济技术产业集聚区*公司工业园1.2.5建设内容及规模本项目在牵头单位*现有实验设施的基础上，建设工程实验室，实验室的规划建设主要根据内部研发和管理机构设置及长远发展统筹考虑。主要建设内容包括：（1）新建综合实验楼1座，建筑面积6307m2，主要用于材料选型、新材料开发研制、分子标记技术、碳纤维材质转化、复合材料综合分析、电力分解碳纤维技术等新材料开发及配套技术研究；购置科研仪器设备
5、117台（套）；配套实验台和材料柜700m2。（2）新建碳纤维车间、智能控制室等科研辅助设施，占地面积12000m2。（3）改造本部及分厂研发设施，占地面积4500m2，购置车间作业机械14台（套）。1.2.6建设周期碳纤维车间、智能控制室本项目建设期初步拟定为2年，2012年1月至2013年12月。1.2.7实验室组织机构、运行机制和管理机制工程实验室旨在集中国内优势力量，在碳纤维材料创制、研制方法创新、新材料选型等方面进行创新研究，加快推进科研成果的工程化。工程实验室实行理事会领导下的实验室主任负责制，实验室主任对实验室的发展和管理全面负责；聘请碳纤维研究领域的知名专家和学科带头人组成技术
6、委员会，作为技术咨询机构；下设技术与材质创新部、新材料创新部、新材料中试部、产业化部和综合服务部。工程实验室将根据国家发改委关于建设国家工程实验室指导性意见的精神，实行“开放、流动、联合、竞争”的运行管理方针，采取“边建设、边研究、边开放”的路线，采取多种机制吸引国内外优秀人才，通过开放式运行、科研课题公开招标和科研合作等方式使实验室的资源共享，并将所取得的成果向中原区域乃至全国辐射，把实验室真正建成国家碳纤维复合材料研究平台，成为全国碳纤维复合材料的发源地、辐射源。实验室通过各种规章制度鼓励公平竞争，创造有利于人才脱颖而出和生产高水平创新成果的人文环境。*作为牵头单位，负责组织完成项目建设内
7、容，分配项目参加单位承担相应的建设任务，拨付建设经费，并负责监督管理参加单位建设进度及质量。项目建设完成后，牵头单位与项目参加单位共享“工程实验室”研发平台，由*组织制定共享原则和办法，确保项目参加单位对共享平台的合作使用和维护。在科研方面，依托共享平台，项目参加单位共同开展科学研究。各方合作成果及知识产权共享办法据国家相关法规及实际情况制定。实验室建成后，将通过技术专利和新产品权有偿使用、承接碳纤维产业技术工程化研发任务、政府科研经费资助、技术培训与技术服务等途径获取收入，形成“研发促进应用、应用反哺研发”的良性循环运行模式，努力实现实验室的可持续发展。此外，实验室将建立一整套完善的内部管理
8、规章制度，为实验室的健康、长远发展奠定基础。譬如，日常运行管理机制、合作单位协调管理机制、固定资产与财务管理机制、人员聘用机制、产学研结合机制、开放合作机制等。1.3可行性研究报告编制依据（1）国家工程实验室管理办法（国家发展改革委2007第54号令）（2）国家发展改革委办公厅关于印发关于建设国家工程实验室的指导意见的通知（发改办高技20061479号）（3）国家高技术产业发展项目管理暂行办法（国家发展改革委2006第43号令）（4）国家自主创新基础能力建设“十一五”规划（5）促进中部地区崛起规划（2009年9月国务院常务会议原则通过）（6）建设项目经济评价方法与参数（第三版）（7）项目单位提
9、供其他基础资料1.4综合评价碳纤维是属于新材料领域的高技术产品，是航天航空工业中制造火箭飞船等不可或缺的原材料，碳纤维的应用水平从一个侧面代表着一个国家、一个行业的材料技术发展水平。这是因为碳纤维及其复合材料具有一系列的优异性能，如高比强度、高比模量、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热、热膨胀系数小等，既具有碳素材料质轻的固有本性，又具有陶瓷材料的耐热耐蚀性，金属材料的高强度、导电和导热性，以及高分子材料的易加工性能。碳纤维及其复合材料既可作为结构材料承担载荷，又可作为功能材料发挥作用，是一种难得的一材多能和一材多用材料，目前几乎没有什么材料具有这样多方面的特性。碳纤维及其复合材料近年来发展十
10、分迅速。随着碳纤维生产技术的不断创新，尤其是大丝束碳纤维生产技术的开发成功，国际碳纤维市场的价格正稳步降低，碳纤维的应用正由传统的纯军事用途，日益向文体用品、机械、建筑等民品领域拓展。我国现已成为世界贸易组织正式成员，国内市场将更加与国际同步，在我国开发碳纤维复合材料制品有巨大的市场潜力。一直以来，*一直跟踪世界上碳纤维复合材料的开发与应用技术发展状态，于2008年开始专门从事碳纤维复合材料的研究开发、生产与推广应用。碳纤维复合材料的开发涉及到众多的新材料、新工艺、新装备领域，本着技术自主创新与技术集成创新相结合，公司积极与*碳纤维工程技术研究中心进行技术合作，组建企业研发中心，本项目就是利用
11、该平台研究开发的新产品。碳纤维复合芯倍容导线是一种节能节材的产品，碳纤维复合芯倍容导线比相同规格的普通钢芯铝绞线的载流量提高1倍，就相当于节约1/2的铝导线。电解铝是由三氧二化铝经电解而成。其中，电费占成本的50%；同时，在电网上推广使用碳纤维复合芯倍容导线以后，可大量节约用铝量，对节能降耗有着非常重要的意义。节能方面：碳纤维复合芯倍容导线的电导率为63.2%，比普通的钢芯铝铰线电导率61-62.%,提高3-4%，仅此一项能节约电能3-4%。由于碳纤维复合芯倍容导线不存在钢丝材料引起上网磁损和热效应，在输送相同电负荷的条件下，具有更低的运行温度，可以减少输电损失6%。高温条件弧垂不到钢芯铝绞线
12、的1/2，能有效减少架空线的绝缘空间走廊，提高了导线运行的安全性和可靠性。耐腐蚀性好：碳纤维材料与环境有亲和力，同时又避免了导体在通电时铝线与镀锌钢线之间的电化腐蚀问题，有效地延缓导线的老化，使用寿命高于普通钢芯导线的2倍。线路造价低：由于碳纤维复合芯倍容导线能加倍容量运行，而其抗拉强度高、弛度小、重量轻等特点，可使杆、塔之间的跨距增大（塔杆节约率20%），可高度降低，同样容量线路成本比普通导线低。由此可见,实现上述目标必须依靠先进科学做后盾，因此，只有运用最新技术，尽快解决在电网上推广使用碳纤维复合芯倍容导线的作用。才能实现新产品承载大、抗氧化、电阻小而稳定、重量轻、强度大、低线损、弛度小、
13、耐高温、耐腐蚀、与环境亲和等优点，实现了电力传输的节能、环保与安全等节能新产品贡献给社会，加快国家的经济发展步伐。该项目的建设将对河南省和我国碳纤维产业的技术进步产生巨大推动作用。工程实验室建设项目由河南*公司电缆公司牵头，联*集团、*共同建设，开展电力应用碳纤维新材料示范、碳纤维鉴合材料生产、加工及市场开拓，为实验室科技成果的转化提供良好的条件。经初步研究分析，项目申报单位在基础研究、材料选型、技术创新、市场推广等方面具有较强的实力，能够保障实验室的顺利实施和高效运转。该项目投资合理，自筹资金有保障，经济效益显著、社会效益、生态效益明显，抗风险能力强，辐射带动能力强，符合国家产业发展政策和环
14、保政策，能够有效促进电力应用碳纤维复合材料的可持续发展，项目可行。第二章 建设背景与意义2.1实验室建设的背景2.1.1高性能碳纤维属我国战略性新材料高性能碳纤维是一类与国民经济和国防安全密切相关的战略性关键材料，是战略核武器和新一代战机等先进武器装备以及发展新型卫星、飞船等国防高技术必不可少的基础性原材料；在能源工业、土木建筑、交通运输、海洋工程等国民经济重点领域及体育娱乐用品上均有着广阔的应用，2010年我国进口量达到了9000余吨，占世界总量1/4强。高性能纤维及复合材料作为新材料和战略材料，已成为国家“十二五”期间战略性新兴产业的发展重点之一。2.1.2国外发达国家封锁我国高性能碳纤维
15、的发展由于高性能碳纤维在军事上的重要用途，国外发达国家一直对我国实行严格禁运和技术封锁。 国内六十年代末我国为满足军工需要，与国外基本同步开始了聚丙烯腈基碳纤维的研制，以1975年7511会议为标志，历经25年艰苦攻关，但由于诸多原因，到二十一世纪初中国碳纤维与国际技术先进水平差距未能缩小，到2005年国防军工制备先进结构复合材料用碳纤维仍然几乎全部依赖国外进口，民用碳纤维虽然可以进口，但前提条件是“不能用于军事目的”。2.1.3我国碳纤维及其制备技术得到发展“十五”国家科技计划启动了对碳纤维的重点支持，目前已初步实现了T300级碳纤维工业规模生产和取得T700级碳纤维工程制备关键技术突破，初
16、步满足了国防建设对T300级碳纤维需求，形成了国内20余家企业约10000吨PAN原丝、5000吨碳纤维生产能力。“十一五”高性能聚丙烯腈PAN碳纤维基础科学问题973项目通过四年多的系统基础研究，在高性能PAN原丝和碳纤维取得了突破性进展，碳纤维拉伸强度5.4GPa，拉伸模量290GPa，力学性能达到日本T800性能。2.2实验室建设的必要性从整体供需状况上看，目前世界上碳纤维的主要消费地区仍然集中分布在美国、欧洲和日本。日本东丽公司的统计预测表明：世界碳纤维需求量将以每年13左右的速度增长，2010年PAN基碳纤维的全球市场容量将达到5万吨左右，到2012年将达到6万吨，2015年将达到8
17、8000吨，而到2018年将达到10万吨。为满足不断增长的需求，世界七大碳纤维制造商都已计划在未来的35年内实现扩产，市场供应短缺、价格暴涨的碳纤维危机时代已经过去，世界碳纤维市场在未来几年的市场竞争将日趋激烈。2000年以前，我国碳纤维生产工艺技术长期处于落后状态，生产规模也非常小，远远不能满足我国先进复合材料的需求，所需产品均需从国外高价进口。近几年来在国家大力支持和科技工作者的辛勤努力下，已经研制出T-300水平的碳纤维。中复神鹰和威海拓展两条千吨级生产线已投入运行，据预测我国将要建成的产能可达万吨。由此可见，国际市场上碳纤维的供求关系日趋平衡，而国内碳纤维市场目前的T-300货源较为充
18、足，但高端产品，尤其是（M40/M50/T700级及以上）的供应仍十分紧张。据不完全统计，近两年我国对碳纤维的年平均需求量约70008000吨，年需求增长率约15。预计到2012年底，国内需求量将达到15000吨左右。从应用领域上看，近期我国碳纤维产品的消耗比例为：体育休闲领域60，一般民用工业领域30，航空航天领域10，而这一应用比例并不与国际市场接轨。国际市场上高端碳纤维产品有着更大的市场空间，而体育休闲用碳纤维产品市场则需求已处于稳定。而国内随着碳纤维的低成本化，碳纤维制品开发方兴未艾，应用领域不断扩展，但同时由于碳纤维产品属于高新产品，需要时间进行市场开发和引导，国此国内对碳纤维及制品
19、将有持续增加的需求。由于面临碳纤维材料的国际化竞争，国内碳纤维企业也要加快发展碳纤维高端产品（T700级及以上），才能在激烈的市场竞争中求得生存和发展。综上所述，建立工程实验室显得的十分必要。（1）工程实验室是适应科技与经济的结合。公司于2008年开始专门从事碳纤维材料的研究开发、生产与推广应用。碳纤维材料的开发涉及到众多的新材料、新工艺、新装备领域，本着技术自主创新与技术集成创新相结合，积极引进其他行业的成熟技术进行全面创新。通过该项目的建设，加强企业的研发条件，有利于开展碳纤维材料的技术协作开发，并在此基础上进行比较研究，可进一步提高技术水平，创造出更多的成果，促进科技成果进一步转化为生产
20、力。因此，项目的建设对提高行业的整体技术水平，推动高新技术生产发展，增强我国复合材料制品在国际市场上的竞争力是十分必要的。（2）实施碳纤维复合材料制品的重点突破，推动行业技术进步。 为了满足生产发展中技术创新要求，大力开发碳纤维复合材料制品产品的应用领域，重点开发新型碳纤维复合材料制品生产工艺技术，与现有的各种复合材料制品相比，具有承载大、重量轻、强度大、耐高温、耐腐蚀等优点。也可以说，碳纤维复合材料制品的开发涉及到众多的新材料、新工艺、新装备领域，本着技术自主创新与技术集成创新相结合，积极引进其他行业的成熟技术进行全面创新。随着科学技术的进步和社会发展，对碳纤维复合材料制品新产品的质量要求，
21、特别是安全性要求愈来愈高，难度愈来愈大，资金投入愈来愈多。在国内外只有大的企业集团才有经济和技术实力从事新产品开发。但在我国，特别是我省，碳纤维复合材料制品开发的企业数量少，规模较小，利润不高，能够投入新产品开发的资金有限；另外技术力量相对较弱，设备落后，独立承担起技术创新的任务较重。在此种情况下，建设该项目，有力带动了我国碳纤维产业的技术创新。通过*工程实验室的建设，充分利用国内外相关科研院所、大专院校的科技资源，广泛开展产学研结合和自主创新，成为具有自主知识产权、专业研发能力、综合技术强的国家工程实验室。形成区域性、行业性工程技术研究中心，全面提升碳纤维行业的整体技术水平。第三章 建设方向
22、、任务与目标3.1国家工程实验室拟突破的技术方向而针对此提出的碳纤维复合材料国家工程实验室是在风力发电、光伏发电、电力储能领域开展系列化科研攻关对碳纤维复合材料产品的开发、应用、检测、监测等方面，建立实际应用检测、监测平台，实现服务我国碳纤维复合芯导线、复合材料杆塔进入特高压、超高压等新建输电线路的开发及应用。3.2国家工程实验室的主要功能与任务开展重点产业核心技术的攻关和关键工艺的试验研究、重大装备样机及其关键部件的研制、高技术产业的产业化技术开发、产业结构优化升级的战略性前瞻性技术研发，以及研究产业技术标准、培养工程技术创新人才、促进重大科技成果应用、为行业提供技术服务等。3.3国家工程实
23、验室的近期和中期目标331国家工程实验室近期目标筹工程建实验室，配套物理条件。拟定在碳纤维复合材料导线、复合材料杆塔等产品的输电领域，开展赶超欧美日等发达国家碳纤维复合材料产品的开发、应用、检测、监测等方面突出工作，建立实际应用检测、监测平台，实现服务我国碳纤维复合芯导线、复合材料杆塔进入特高压、超高压等新建输电线路的开发及应用，实现电力应用碳纤维复合材料产品在我国碳纤维应用总量中再提升5%-10%。全面开展科研工作，获取各类资质，争取国家课题，转入正常运行，全面达到国家工程实验室的标准和要求。拟定在风力发电、光伏发电、电力储能领域开展系列化科研攻关，全面实现该领域技术的国产化，开拓碳纤维在电
24、力系统中应用的新领域，全面带动我国碳纤维事业的发展。332国家工程实验室中期目标加强国家合作，努力打造成国际一流的碳纤维复合材料国家工程实验室。拟定在碳纤维电力配套领域开展国际化合作，建立科研队伍培养、配套体系，建立院士、博士后工作站，建立国家级检测评测平台，达到国家先进水平。第四章 技术发展与应用前景分析4.1国际碳纤维复合材料的发展现状2011年国际上数百家碳纤维复合材料制造企业在民用行业共应用近5万吨碳纤维：其中体育器材（如高尔夫球杆，碳纤维网球拍，撑杆跳杆、滑雪板、皮划艇等），娱乐休闲（如钓鱼杆），旅游设施（碳纤维游艇、赛艇），汽车构件（如车轴、弹簧板、车壳、保险杠等），火车零件（如高
25、速列车刹车片），飞机制造（飞机刹车片、飞机水平翼、飞机舱体）等领域应用量比国内相对较大。4.2国内碳纤维复合材料的发展现状2011年通过我国数十家碳纤维复合材料制造企业共应用近1万吨碳纤维：电力（碳纤维导线及碳纤维导线牵引绳、太阳能、风力发电、电力电杆及横担、电极），石油（碳纤维抽油杆、碳纤维扶正器），化工（密封圈、压力容器），航海（碳纤维缆绳），生物医学（碳纤维骨骼），建筑（建筑补强、碳纤维增强水泥、碳纤维钢筋），冶金（轧辊及轴套），新型材料（碳纤维增强铝基、碳纤维增强陶瓷等）等领域应用量比国际上相对较大。其中电力应用碳纤维复合材料共应用近1000吨碳纤维，占比近10%。4.3国内碳纤维复合
26、材料的发展瓶颈暨技术瓶颈4.3.1国内碳纤维复合材料的发展瓶颈随着我国碳纤维生产技术的不断成熟和产业化规模的持续扩大，如何将碳纤维复合材料在各个领域通过技术升级和成本降低工程应用方面的深度研究，以实现我国碳纤维复合材料的规模化应用，已成为制约我国碳纤维事业发展的重要瓶颈。通过民品碳纤维复合材料的规模化应用和技术升级，进而促进我国国防领域更好更多的应用碳纤维复合材料，更进一步促进我国国防安全的升级。4.3.2电力应用碳纤维复合材料技术瓶颈电力系统碳纤维应用是单项应用碳纤维最大的行业，以碳纤维复合芯导线为例，全国每年需求电力导线100万公里左右，每万公里碳纤维需求约700-800吨，如果10%导线
27、采用碳纤维导线，则每年需求接近8000吨，市场潜力巨大。由于复合材料技术与应用密切相关，系统开展碳纤维复合材料结构、性能相关性研究，利用计算机技术加速设计过程，成为该技术在此领域应用的关键和瓶颈。4.4对提升所在行业自主创新能力的意义通过国家平台的支持，整合优化多方资源，建设“工程实验室”，对于快速提升我国碳纤维及其复合材料的技术升级和消化我国剩余产能将起到重要作用。同时，能起到推动我国碳纤维及其复合材料行业的企业（院所）走差异化和专业化发展之路，带动碳纤维及其复合材料行业向纵深领域的应用发展，创造我国碳纤维及其复合材料在国际的差异化优势。第五章 建设方案5.1建设内容、建设规模与建设地点5.1.1建设内容和规模（2）新建碳纤维车间、智能控制室、等科研辅助设施，占地面积12000m2。5.1.2建设地点5.2建设条件5.2.1气象条件*地处中纬度地带，豫东平原黄、淮之间。属暖温带大陆性季风气候。一年四季分明，温差较大。其特点是：冬长寒冷雨雪少，夏季炎热雨季中，春秋温暖季节短，春夏之交多干风。根据*气象台多年气象资料统计，市区年平均气温14.6，年平均气压1006.9hPa，年平均相对湿度72.2%，年日照2150.4小时，年平均降雨量774.2mm，年平均蒸发量1358.7mm，年平均无霜期222天。*全年
