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碳纤维的产业应用和机会

碳纤维是性能优异、用途广泛的国家战略性新材料，被誉为21世纪的“黑色黄金”，在国防军工及民用领域均有广泛的应用前景，是不可或缺的国家战略性物资。

国家出台多项政策促进碳纤维产业发展。2019年11月，工信部将应用于航空航天、轨道交通、海工、风电装备、压力容器等领域的高强型、高强中模型、高模型等碳纤维列入关键战略材料；2021年3月发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出要加强碳纤维等高性能纤维及复合材料的研发应用。2024年1月，工信部、科技部、国资委等七部门联合发布的《关于推动未来产业创新发展的实施意见》中明确“发展高性能碳纤维”等关键战略材料。

中国、美国、日本是碳纤维材料生产量最大的三个国家。但与日本、美国高端碳纤维相比，我国的碳纤维发展仍存在不足。本文简要介绍碳纤维的种类和制备、产业化应用，并尝试浅析我国碳纤维产业特点及未来发展机会。

一、碳纤维概述

1?碳纤维概述

碳纤维（CarbonFiber，简称CF）是一种人工合成的纤维，由聚丙烯腈（PAN）（或沥青、粘胶）等采用高温分解法在1000摄氏度以上高温的惰性气体下碳化（其结果是去除碳以外绝大多数元素）制成，含碳量通常在90%以上。

碳纤维材料具有质轻、强度高、密度小、比强度高、耐超高温、耐腐蚀、热膨胀系数小，导热系数大等优良特性。“轻质高强”是其最主要特色，其抗拉强度和比强度已经大大超过了钢铁，特别适用于各类运输类材料，是制造航天航空等高技术器材的优良材料。

碳纤维按照原料分类包括聚丙烯腈基、沥青基、胶黏基，其中聚丙烯腈基碳纤维（PAN基碳纤维）具有生产工艺难度低、品种多、价格适中的优势，是主流应用的碳纤维种类，其产量目前占碳纤维总量的90％左右，在军工领域和民用领域均占据重要地位。由于进入该领域较早，在聚丙烯腈碳纤维开发上，日本东丽公司牢牢占据领先地位，且凭借技术优势，其在航空领域的生产具有垄断性。

表1碳纤维制备工艺对比

2碳纤维产业链情况

图1碳纤维产业图谱

完整的碳纤维产业链包含从原油到终端应用的完整制造过程。首先，产业链上游企业先从石油、煤炭、天然气等化石燃料中制得丙烯，并经氨氧化后得到丙烯腈；丙烯腈经聚合和纺丝之后得到聚丙烯腈（PAN）原丝；产业链中下游企业再经过预氧化、低温和高温碳化后得到碳纤维。碳纤维可制成碳纤维织物和碳纤维预浸料；碳纤维与树脂、陶瓷等材料结合，可形成碳纤维复合材料，最后由各种成型工艺得到下游应用需要的最终产品，应用在航空航天、风电设备、汽车制造、体育用品等领域。

3碳纤维复合材料

复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上相互取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。

碳纤维的主要用途是作为增强材料与树脂、金属、陶瓷及炭等复合，制造先进复合材料。碳纤维复合材料以树脂基复合材料为主，占全部碳纤维复合材料市场份额的81%。

纤维复合材料由基体材料和增强纤维材料组成：1、基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金，非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等；2、增强材料有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝等。

二、全球碳纤维应用情况

从全球范围来看，碳纤维广泛应用于航空航天、建筑材料、汽车材料、新能源装备、体育用品等领域，总量一半以上应用在工业领域。其中，风电叶片、航空航天、体育休闲、汽车工业领域总计占比约70%。

1?全球市场规模

碳纤维材料作为一种应用广泛的战略性新材料，其市场需求逐年上升。2023年全球碳纤维总需求约11.5万吨，有预计到2025年将达到20.37万吨，2022-2025年均复合增长率高达17%；2030年全球需求可能达到40万吨，2022-2030年均复合增长率为14.5％。

图2全球碳纤维需求（千吨）

（资料来源：华经产业研究院）

全球碳纤维市场前四大需求分别为航空航天军工、风电叶片、体育休闲、压力容器，需求量市场占比分别为：19.1%、17.4%、16.3%，12%。

图3?全球碳纤维细分市场规模（千吨）

从销售金额看，2023年全球碳纤维的销售金额为38.1亿美元。其中前四分别为航空航天军工、体育休闲、风电叶片和压力容器。从需求量上来看航空航天军工领域只占19.1%，由于航空航天军用碳纤维价格远高于普通碳纤维，导致金额占比高达50%。

图4全球碳纤维细分市场规模（美元）

2全球碳纤维供应情况

日本东丽得益于在碳纤维制备领域深厚的技术积累，其开发的以T300为代表的碳纤维产品，引领了碳纤维材料的发展。1970年代，东丽与美国公司UCC