项目总投资2.5亿元，占地面积5万平方米，建设2条碳纤维缠绕储氢气瓶生产线及配套设施，建成后可形成100000支/年碳纤维缠绕气瓶的生产能力。

　　碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在90%以上。它是利用各种含碳的有机纤维在惰性气体中、高温状态下碳化而制得的较高纯度碳链。碳纤维具有十分优异的力学性能，是目前已大量生产的高性能纤维中具有最高的比强度和最高的比模量的纤维，特别是在2000℃以上的高温惰性环境中，碳材料是唯一强度不下降的物质，是其他主要结构材料（金属及其合金）所无法比拟的。

　　碳纤维具有高比强度及模量、高疲劳强度、高刚度、高压承受能力、较低的热膨胀系数、耐腐蚀性和其他优异特性，因此可用于汽车和其他工业用压力容器。与传统容器用钢等金属材料相比，碳纤维的重量轻、耐腐蚀、高刚度、强度高、使用寿命长等性能，可为容器提供了高强度，这有助于防止储气系统爆炸。

　　碳纤维缠绕储氢气瓶由内至外包括内衬材料、过渡层、纤维缠绕层、外保护层、缓冲层。储氢气瓶进行充气的周期可能较长，而氢气在高压下又具有很强的渗透性，所以氢气储罐内衬材料要有良好的阻隔功能，以保证大部分的气体能够储存于容器中。

　　纤维缠绕层选用碳纤维作为增强材料，高强度、高模量的碳纤维材料通过缠绕成型技术而制备的复合材料气瓶不仅结构合理、重量轻，而且良好的工艺性和可设计性在储氢气瓶制备上具有广阔的应用空间。高压储氢气瓶制备涉及的关键技术归纳总结如下：

　　在传统的铝内胆全缠绕气瓶强度设计中，一般不考虑内胆承载，理论上气瓶的内压完全由增强纤维承担。但事实上，气瓶内胆在工作压力下始终处于拉应力状态，这是制约气瓶疲劳寿命的关键。为同时满足储氢气瓶重量轻、耐疲劳性好的要求，选择合适的内胆形状与尺寸意义重大。

　　碳纤维/树脂基体间界面是影响复合材料性能的关键，而界面脱粘是复合材料失效主要方式之一。由于碳纤维拉伸强度、拉伸模量要显著高于树脂基体，因此碳纤维作为复合材料主承力结构材料，而界面作用体现在外部载荷作用于树脂基体后可以有效转移到碳纤维。在高压储氢瓶抗压、防爆等特性对复合材料界面技术有较高要求。

　　碳纤维缠绕成型工艺可分为湿法缠绕和干法缠绕，其中湿法缠绕由于其成本较低、工艺性好，因此应用较为广泛，湿法缠绕设备主要包括纤维架、张力控制设备、浸胶槽、吐丝嘴以及旋转芯模结构。国际上较先进的六维缠绕技术能够很好地控制纤维走向，实现环向缠绕、旋向缠绕以及平面缠绕相结合。实际生产中多采用旋向缠绕与环向缠绕相结合的方式，环向缠绕可消除气瓶受内压而产生的环向应力，旋向缠绕可提供纵向应力，提升气瓶整体性能。

　　纤维缠绕层的设计需要考虑纤维的各向异性，根据其结构要求，通常采用层板理论和网格理论来计算容器封头、内衬、纤维缠绕层的应力分布情况，进而确定缠绕工艺中张力选择与线型分布。通过环向缠绕与旋向缠绕交替进行实现多层次结构，选择适当纤维堆叠面积和纵向缠绕角度与旋向缠绕线型，不仅满足强度要求，同时使封头处能够合理铺覆。

　　缠绕成型工艺中需要合理使用张力控制系统，以保障所设计的线型能够正确铺覆并控制纤维含量。通过合理控制缠绕张力，可以提高制品的密实度，从而发挥纤维高强高模特性，提高制品抗内压能力，改善制品的耐疲劳特性。

　　当选用张力较大时，可以提高纤维含量，但较大的张力会导致外层纤维挤压内层纤维，降低胶含量，影响性能；选用张力较小时，会导致气瓶密实度降低，并产生气泡和缺陷。选择合适的张力是缠绕成型技术的要点之一，缠绕过程中还需要遵循张力递减原则，随着缠绕层数的增加不断减小张力，避免外层纤维张力过大将内层纤维压曲折，防止出现内紧外松现象，保证各层纤维能够均匀受力。

　　碳纤维储氢气瓶树脂基体不仅需要满足气瓶对力学强度和韧性的要求，同时由于在长期充气放气的使用环境中，基体容易发生疲劳损伤，因此需要高强韧、耐疲劳树脂体系以保障气瓶的使用寿命。湿法缠绕成型所用的树脂基体，除了要满足相应性能外，还要求其在工作温度下具有较低的初始粘度以及在该温度下具有较长的适用期。环氧树脂具有优异的力学性能、耐热性能，固化工艺简单多样，具有很大的改性空间，并且其来源广泛、价格合理，适用于湿法缠绕工艺体系。国内对环氧树脂的研究已相当成熟，能够生产适用于不同纤维界面并满足相应适用条件的树脂体系，通过NOL环测试判断树脂基体与纤维的界面粘接性、应力传递能力等。

　　从产能来看，全球碳纤维供给目前仍以日美欧等厂商为主，但国内厂商正在迅速崛起。截至2020年底，全球碳纤维产能约170.9千吨，其中日本三大巨头运营总产能为81.4千吨，全球占比达47.7%；德国西格里运营产能15千吨，全球占比8.8%；美国赫氏运营产能为10.2千吨，全球占比6.0%；国内最大是台塑，其次为吉林化纤系、中复神鹰等，占比分别在5.0%及以上。与此同时，随着我国碳纤维生产企业不断在高性能碳纤维领域取得技术突破，我国碳纤维的进口替代步伐有望进一步加速。“十四五”期间，我国碳纤维及原丝的产能正在快速扩张。据不完全统计，我国已规划及在建的碳纤维产能共计14.07万吨/年，数量十分可观，我国碳纤维产能正逐步扩张，国产替代道路光明。

　　从全球碳纤维市场需求来看，全球碳纤维市场需求稳步增长。2015-2020年，全球对于碳纤维的需求量逐年增长。2020的新冠疫情对全球碳纤维下游需求带来了不同程度的影响，民用航空首当其冲，飞机订单的大量减少，直接导致对碳纤维需求的大幅度降低。受到压力容器、碳碳复材等其他市场对碳纤维需求的强劲补充，数据显示，2020年全球碳纤维需求量为106860吨，对比2019年同比增长3.1%。

　　从国内碳纤维市场需求来看，随着我国经济的快速发展，碳纤维需求量不断增长，2020年中国碳纤维消费量达4.9万吨，较2019年增加了1.41万吨，同比增长40.63%，我国碳纤维需求量巨大，但目前每年都需要大量进口，国产替代需求迫切。

　　从需求结构看，近年来中国碳纤维需求主要集中在风电叶片、体育休闲和碳碳复材领域， 2020年风电叶片领域碳纤维需求量为20000吨，占全国碳纤维需求量的40.9%，占比最大；体育休闲领域碳纤维需求量为14600吨，占全国碳纤维需求量的29.9%；碳碳复材领域碳纤维需求量为3000吨，占全国碳纤维需求量的6.1%。

　　具体到压力容器领域，我国碳纤维缠绕储气瓶制造行业目前处于快速上升期，2017-2020年间，压力容器碳纤维需求量迅速提高，年均增速39%。截至2020年底，我国压力容器碳纤维需求量达2000吨，同比增速为33%。

　　该项目产品主要用于储氢瓶的制造，储氢瓶作为加氢站需求结构中的主要组成部分，其需求主要来源于加氢站。2016-2020年，我国加氢站的数量稳步提升，截至2020年底，我国加氢站数量达128座，同比增速达110%。随着我国绿色发展的推进、“碳中和、碳达峰”提上日程，氢能未来将会迎来进一步发展，加氢站的不断建设将会使得储氢瓶的需求进一步释放。

　　综上所述，本项目产品供需表现良好，且呈现出明显的供不应求的态势，因此该项目投资具有良好的市场前景。

　　项目达产后，年实现销售收入10亿元，利润1.5亿元。投资回收期3年（包括建设期1年），投资利润率60%。

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