2018年碳纤维行业现状及发展前景分析报告
碳纤维 行业 发展 现状
碳纤维是一种高强度、低密度、耐热、耐腐蚀的新型复合材料，由于其优异的性能，已经被广泛应用于航空、航天、汽车、体育器材等领域。
碳纤维行业随着技术的不断提升和市场需求的增加，发展迅速。
以下是碳纤维行业发展现状的详细阐述。
一、碳纤维市场规模目前，全球碳纤维市场规模已经达到近70亿美元，预计未来几年仍将保持高速增长，主要原因是碳纤维在航空、航天、汽车等领域的应用不断扩大。
二、碳纤维生产技术碳纤维生产技术主要分为聚丙烯腈（PAN）法、煤焦油法和天然纤维法三种。
其中，PAN法是目前主流的生产工艺，占据碳纤维市场的绝大部分份额，其优点是产品质量稳定、符合国际标准要求，但成本较高。
煤焦油法和天然纤维法虽然成本较低，但产品质量不稳定，难以满足高端市场的需求。
三、碳纤维应用领域碳纤维应用领域主要包括以下几个方面：1、航空航天领域：碳纤维被广泛应用于飞机、导弹等航空航天器的结构材料，其优异的性能可以大幅度减轻飞行器自重，提高燃料效率。
2、汽车领域：碳纤维在汽车制造中的应用逐渐增多，尤其是高端豪华车型。
碳纤维零部件的使用可以使汽车整车重量减轻，提高安全性和燃油经济性。
3、体育器材领域：碳纤维在高尔夫球杆、网球拍、自行车等体育器材中得到广泛应用。
碳纤维的轻量化和高强度特性，可以提高运动员的表现和竞技水平。
4、建筑领域：碳纤维也逐渐被引入到建筑领域，如钢筋混凝土加固、桥梁修缮等方面。
碳纤维的使用可以提高建筑物的抗震性和抗风性能，同时减少建筑材料的使用量。
四、碳纤维产业发展趋势1、技术创新：碳纤维产业在技术创新方面仍有很大的发展空间。
未来将致力于开发新的生产工艺、改善产品质量、提高生产效率等方面的技术创新。
2、产业链完善：碳纤维产业将逐渐形成完整的产业链，包括原材料、制备、加工、应用等环节。
未来，碳纤维产业将会更加集中化和专业化。
3、市场需求增长：随着碳纤维在航空、汽车、体育器材等领域的应用不断扩大，市场需求将进一步增长。
同时，碳纤维在新能源汽车、船舶等领域的应用也将逐渐增多。
碳纤维行业市场规模及未来发展趋势分析
碳纤维行业市场规模及未来发展趋势分析一、碳纤维行业产业链碳纤维是国民经济和国防工业发展所必须的战略物资, 国外对中国实行严格的技术封锁. 碳纤维是一种主要由90%以上碳元素组成的高性能新型纤维材料, 具有耐高温、耐磨擦、耐腐蚀、导电导热、比重小、重量轻、强度高和柔软可加工等其他材料不可替代的优良性能. 碳纤维除了应用于风力发电、体育休闲、交通运输、汽车工业、能源、化工、建筑等民用领域外, 也广泛应用于各个国防工业领域, 是军用飞机、火箭、导弹、卫星、舰船等先进武器装备不可缺少的战略性材料.碳纤维产业链碳纤维特性和下游应用领域二、全球碳纤维行业市场规模2018年全球风电和军工市场碳纤维需求量均在2万吨左右, 预计2020年全球碳纤维需求量将超过11万吨. 碳纤维是军民两用材料, 在风电叶片、航空航天、体育休闲、汽车、压力容器、建筑等领域均有广泛的应用. 根据数据, 2018年全球市场碳纤维的需求量约为9.26万吨, 市场销售额约为25.71亿美元. 从下游需求来看, 风电叶片和航空航天为代表的军工领域是最大的下游市场, 2018年上述两个市场碳纤维的需求量均超过2万吨. 预计未来全球碳纤维市场规模将保持10%左右的复合增速, 2020年全球碳纤维需求量将超过11万吨.全球碳纤维需求（千吨）2018年碳纤维下游市场需求三、中国碳纤维行业市场规模中国市场碳纤维需求旺盛, 预计2020年总需求量将超过3.8万吨. 中国是碳纤维消费大国, 2018年全年中国市场碳纤维需求量约为3.1万吨, 约占全球市场碳纤维需求量的1/3. 在风电等新兴应用领域的推动下, 国内市场碳纤维需求量将大幅增加, 预计2019年和2020年国内碳纤维需求量每年约增长12%, 到2020年全国碳纤维总需求量约为3.89万吨.中国市场碳纤维需求（吨）国内航空航天领域碳纤维需求低于全球平均水平, 风电叶片市场快速增长将改变国内市场格局. 从国内碳纤维下游应用领域看, 体育休闲市场占国内碳纤维一半左右的需求, 风电叶片需求占比约为22.60%. 2018年航空航天市场碳纤维需求量约为1000吨, 占国内市场碳纤维总需求量的3.20%, 远低于全球市场22.70%的占比, 其中的原因一方面在于国内大型客机对碳纤维的需求还未完全释放, 此外国产高性能碳纤维产品供给不足制约了军用飞机市场碳纤维的大规模应用.2018年中国碳纤维市场需求国家大力引导扶持碳纤维产业, 国内企业已突破高性能碳纤维技术瓶颈. 受制于发达国家装备、技术与产品的长期封锁, 国内高性能碳纤维长期无法满足下游市场需求. 为打破国外的技术垄断、突破高性能碳纤维产业化的技术瓶颈, 国家出台了一系列产业发展政策, 为碳纤维产业提供了良好的发展氛围. 国务院、工信部、科技部等部分先后出台多项碳纤维产业相关政策, 明确高性能碳纤维行业发展重点和发展目标. 此外, 科技部、财政部等部位通过“973计划”、“863计划”、科技支撑计划、国家重点研发计划、国家高技术产业化示范工程等科技计划, 支撑高性能碳纤维相关的基础研究、产业化及工程应用. 在国家的政策扶持与引导下, 国内企业快速突破高性能碳纤维技术瓶颈, 高性能碳纤维产业化程度和工程应用水平呈现出加速发展的势头.国内碳纤维产业主要政策国产碳纤维市场认可度明显提高, 国内企业正逐步抢占外商市场份额.目前国内低端碳纤维产品供大于求, 中高端碳纤维产品仍严重依赖进口, 2018年国内市场对进口碳纤维的需求量约为2.2万吨, 占国内市场总需求量71%左右. 国产碳纤维需求占比呈现逐年上升的趋势. 2018年国内市场对国产碳纤维需求量约为9000吨, 国产碳纤维的需求占比首次超过日本, 成为国内市场最大的碳纤维供给国家, 预计未来两年国产碳纤维需求量将保持在30%以上, 远高于进口碳纤维不足5%的需求增速.中国市场国产碳纤维需求（吨）四、中国碳纤维行业三大发展趋势分析现今, 碳纤维行业总体技术尚不成熟稳定, 产品质量及性价比相对较低. 不过, 随着中国高端碳纤维技术的不断突破以及生产向规模化和稳定化发展, 企业布局逐渐向高附加值的下游应用领域延伸, 中国碳纤维行业将逐步实现进口替代, 企业盈利能力有望逐步恢复, 市场走向良性健康发展道路.尤其是在国务院正式发布中国制造2025中, 对中国制造业转型升级和跨越发展作了整体部署, 明确了建设制造强国的战略任务和重点, 选择10大优势和战略产业作为突破点, 力争到2025年达到国际领先地位或国际先进水平.1.碳纤维产品向稳定性、高端化方向发展. 虽然国内碳纤维生产企业中设计产能千吨级以上的有3-4家, 但缺乏核心技术团队, 碳纤维产品质量和稳定性较差. 因此, 实现产品的稳定化生产, 必须实现技术突破, 形成体系化、系列化的碳纤维产业链发展模式, 打破国外高端领域的垄断.2.寻求新的市场领域. 目前碳纤维高端应用领域由日本、美国等发达国家垄断. 中国大多数碳纤维企业产品处于低端领域. 因此, 中国碳纤维行业急需寻求新的市场领域, 获得突破发展.3.企业转型兼、并购, 布局完整产业链. 碳纤维行业是技术和资金高度密集型行业, 对内需要巨大投资, 要想参与国际竞争, 可以通过兼并购整合资源以形成大规模的碳纤维生产企业. 通过布局体系化、系列化的全产业链, 碳纤维企业可以压缩成本、增加盈利点, 有能力面对国际巨头的竞争, 扭转困局.。
中国碳纤维行业发展现状分析
中国碳纤维行业发展现状分析一、碳纤维行业概况碳纤维(carbon fiber，简称CF)，是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。
它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。
碳纤维主要分为粘胶基、沥青基和聚丙烯腈（PAN）基三大种类，各有不同的使用场景和生产方法。
其中沥青基碳纤维碳收率最高，可达80%-90%，但由于生产成本高，而难以应用于大批量工业应用制造。
PAN基碳纤维综合性能最好、生产工艺成熟简单、应用最广、产量最高、品种最多，是目前全球碳纤维市场的主流碳纤维产品，产量占全球碳纤维总产量的90%以上。
完整的碳纤维产业链包含从能源获取到成品制造的全过程。
碳纤维行业上游是制备聚丙烯晴（PAN）原丝过程，由于在原材料中原油制丙烯成本最低，故而此过程首先从原油中制出丙烯，再将丙烯经氨氧化后得到丙烯腈，再经聚合和纺丝之后得到聚丙烯腈（PAN）原丝。
产业链中游是利用原丝经过预氧化、低温和高温碳化后就得到碳纤维，以及制备碳纤维织物和碳纤维预浸料，碳纤维预浸料可根据不同需求制成各类复合材料成品。
产业链下游是以航空航天、体育休闲、风电叶片、工业领域为主的相关应用领域。
二、全球碳纤维行业发展现状分析近年来，随着碳纤维行业产业链下游应用领域的不断发展，直接拉动了全球碳纤维需求的增长。
全球碳纤维总需求已从2013年5.01万吨，增长到了2019年的10.37万吨，复合增速为11.89%，预计2020年全球总需求将达到11.24万吨。
碳纤维行业下游产业中，风电叶片、航空航天、体育休闲的碳纤维需求量分别为2.55万吨、2.35万吨、1.50万吨，占据需求构成的前三位，占比分别为24.59%、22.66%、14.46%。
2019年，航空航天产业对碳纤维需求量仅占总需求量的22.66%，但其销售金额价值却达到了14.1亿美元，占碳纤维总销售金额的49.13%，占比将近一半；体育休闲、风电叶片、汽车领域的碳纤维市场需求价值分别为3.45亿美元、3.57亿美元、2.12亿美元，除航天航空的其他领域市场需求合计占比50.87%。
碳纤维
2018年我国碳纤维产业综合发展态势图文分析报告（2018.04.08）目前全球碳纤维制造的主导者是日本和他们设立在欧美的工厂，其次是依靠欧美航空航天市场健康发展的美国 HEXCEL 和 CYTEC 公司，以及依靠强大工业创新体系的德国 SGL 公司，随着中国在碳纤维领域投入的不断增大，中国碳纤维产量占世界份额也不断提高。
目前日本三大巨头的市场垄断地位在增强，依然是世界碳纤维发展的主力，尤其是东丽收购 ZOLTEK，三菱加大大丝束碳纤维的投入后，日本企业在工业级碳纤维的抱负是明显的。
近年来在国家相关部委的推动下，我国碳纤维产业在产业化和规模化发展方面取得了重大突破。
碳纤维产业进入前所未有的新的发展阶段，在我国完整的碳纤维研发链条下的碳纤维工程化研发出现了加速发展的势头，初步形成了以山东、江苏和吉林等地为主的碳纤维产业聚集地，培育了威海拓展、中复神鹰和江苏恒神等碳纤维生产骨干企业和一批碳纤维复合材料及制品企业。
根据统计，2010 年-2016 年期间，我国碳纤维产能从 6445 吨增至 23810 吨，增长了近 4 倍，目前我国生产的碳纤维全部为小丝束，其中 12K 占比超过 90％，1K、 3K、 6K 各有产量。
目前国产虽然有越来越的企业开始布局碳纤维产业，但整体发展节奏仍然较为缓慢，产品仍然集中在低模量区间，高端产品仍然完全依赖进口。
2016 年，我国碳纤维总需求量为 19563 吨，以东丽为代表日资企业提供了各类碳纤维产品共 6027 吨，占据中国市场 31%的份额，市场地位依然牢固，这主要是航空航天级碳纤维。
美国 ZOLTEK，通过其美国，匈牙利及墨西哥的工厂，向中国销售了总计 1734 吨碳纤维及产品，占到总需求的 9%，基本囊括了风电分市场；在很多汽车领域，混配模成型领域，也有巨大的市场份额，工业用碳纤维已经成为东丽的另一只重拳。
另外国内企业贡献 3600 吨，占总需求的18%。
目前全球碳纤维市场仍然处于快速发展阶段，与 2010 年的4.27 万吨需求相比，2016 年全球碳纤维市场需求将达 7.65 万吨，预计到 2020 年，全球碳纤维市场需求预计将达 11.2 万吨，依然维持较为快速的发展。
2018全球碳纤维复合材料市场报告
2018全球碳纤维复合材料市场报告前言2018年中国碳纤维产业，“几家欢喜几家愁”，以光威复材、中简科技为代表的服务于航空航天应用的碳纤维企业，已经展示出牢固的供应价值链关系和靓丽的业绩单；以中复神鹰、精功科技为代表的服务于工业应用领域的碳纤维企业，在提质降耗方面持续努力，已经实现保平或利润；以吉林化纤集团及中石化上海石化为代表的腈纶基因的原丝厂家，正在构建具备国际竞争力的原丝基地；以恒神为代表的服务于全产业链模式的碳纤维企业，依然在艰苦地探索中，伟大的理想如何与残酷的生存现实去结合？以中安信+康得复材+康得碳谷为代表的、携巨额资金高举高打的行业新贵们，已经陷入折戟沉沙的悲境，资本对碳纤维行业渐升恐惧，亦是行业之殇。
资金可否解决碳纤维产业挣钱难的痼疾？资金可否解决碳纤维产业盈利模式问题？这个复杂的问题，如同中国足球一般，多样的思维与观点。
窃以为，资金对不同产业的重要性是不一样的：对于金融贸易等产业，资金是首要要素；对于简单制造业或成熟制造业，资金是前列要素；对于复杂技术产业，资金则是次要要素，技术创新、系统化技术、产业链协作等的重要性大于资金。
试图仅用资金解决碳纤维盈利模式的投资者，可休矣。
复杂技术产业，是指在需求（应用）、技术、研制、表征、产品、项目管理、团队协作及工作环境等诸方面均困难与复杂的产业，这类产业成功需要的要素是：首先，一个国家的复杂技术产业的发达程度，与该国的政治与社会文明程度成正比关系；其次，国家的科教水平是复杂技术产业的基础，求实务真的科学精神，善于创新的科技人才、精益求精的工匠……均是复杂技术产业不可或缺的支撑；再者，具有全球视野、科学决策、务实求真及创新精神的企业家是复杂技术产业的统帅，他们是资源最优整合的创造者，任何卓越的产业政策也难以与之相媲美。
今日之中国，改革依然在路上，科教体系不尽人意，这些外在环境导致的困难，只能通过企业家及产业链更加艰卓的努力去做内部之弥补：因习惯了模仿而失去思维能力，是中国经济的普遍情况，企业需要重建基本的思维能力；企业家需要去学习科学决策的流程与方法，需要理解软科学的价值；技术团队需要引入先进理念，打破长期应试教育培养的人员的固化思维；员工更强大的培训与管理，去纠正“差不多先生”与脏乱习惯；产业链需要更加紧密的合作，去共同打破后发劣势，创造新应用，获得共赢……中国经济之希望在于对复杂技术产业的驾驭，芯片、碳纤维无疑是其中的经典代表，市场与利润机会毋庸置疑。
新形势下我国碳纤维产业发展探讨
综述与专论合成纤维工业ꎬ２０１９ꎬ４２(５):５８ＣＨＩＮＡ㊀ＳＹＮＴＨＥＴＩＣ㊀ＦＩＢＥＲ㊀ＩＮＤＵＳＴＲＹ㊀㊀收稿日期:２０１９￣０２￣１５ꎻ修改稿收到日期:２０１９￣０７￣１２ꎮ作者简介:高奇(１９７３ )ꎬ男ꎬ高级经济师ꎬ从事企业党建和政策研究等工作ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｇａｏｑ.ｂｌｓｈ＠ｓｉｎｏｐｅｃ.ｃｏｍꎮ新形势下我国碳纤维产业发展探讨高㊀奇(中国石化集团资产经营管理有限公司巴陵石化分公司ꎬ湖南岳阳４１４０１４)摘㊀要:探讨了碳纤维的生产供需㊁下游应用状况ꎬ以及碳纤维及其复合材料技术研究进展㊁我国碳纤维产业发展面临的问题ꎮ２０１８年我国碳纤维理论生产能力２６.１ｋｔ/ａꎬ产量９.０ｋｔꎬ开工率３４％ꎬ进口量(包含预浸料等)２２.０ｋｔꎬ表观消费量３１.０ｋｔꎮ国内碳纤维复合材料主要应用于休闲体育领域ꎬ占比为５２％ꎬ而在航空航天㊁交通运输领域应用占比则较低ꎮ当前ꎬ碳纤维及其复合材料技术研究主要围绕降低碳纤维生产成本ꎬ提高碳纤维本身性能ꎻ改善树脂体系的韧性ꎬ提高树脂体系与碳纤维复合的界面相容性ꎻ开拓复合材料成型新工艺ꎬ提升应用水平ꎮ与世界先进水平相比ꎬ我国在碳纤维产业化工艺与装备ꎻ碳纤维复合材料设计㊁制造㊁评价能力ꎻ基础研究与产业配套方面均严重落后ꎮ建议政府层面加强引导㊁政策扶持力度ꎬ规范碳纤维行业发展ꎻ企业层面加大产㊁学㊁研协同ꎬ加快碳纤维及其复合材料全产业链关键技术攻关ꎬ提升产业化发展水平ꎻ行业组织层面加强组织协调ꎬ搭建公共服务平台ꎬ推动碳纤维及复合材料良好的产业生态建设ꎮ关键词:碳纤维㊀碳纤维复合材料㊀生产㊀供需㊀应用㊀研究进展㊀发展建议中图分类号:ＴＱ３４２＋.７４㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀文章编号:１００１￣００４２(２０１９)０５￣００５８￣０６㊀㊀碳纤维是一种含碳量在９５％以上的新型材料ꎬ既具有碳材料质轻㊁耐高温㊁耐腐蚀㊁耐疲劳㊁抗蠕变㊁高强度㊁高模量等固有本质特性ꎬ又兼备纺织纤维的柔软可加工性ꎬ广泛应用于航空航天㊁交通运输㊁体育休闲等领域[１]ꎮ碳纤维产业链核心环节很多ꎬ包括上游原丝生产㊁中游碳化环节㊁下游复合材料及其应用等ꎮ经过五十多年的研发和突破ꎬ我国碳纤维产业已取得一系列重大成果ꎬ初步形成了产业化碳纤维的研发和生产平台ꎬ逐步打破了国外技术封锁和市场垄断局面[２]ꎮ但碳纤维产业化过程仍存在一些 卡脖子 问题亟待解决ꎮ在当前逆全球化思潮抬头的新形势下ꎬ加快碳纤维产业的发展ꎬ不仅可以推动石油化工㊁纤维纺织等传统行业的技术进步和转型升级ꎬ而且对于保障国家重大工程以及国防科工的发展有着重要战略意义ꎮ作者探讨了国内外碳纤维的生产供需㊁下游应用状况ꎬ以及碳纤维及其复合材料技术研究进展㊁我国碳纤维产业发展面临的问题ꎬ并提出了发展建议ꎮ１㊀碳纤维生产供需状况从企业角度来看ꎬ全球碳纤维企业大致可分为三个梯队:一梯队为兼具规模和技术优势的企业ꎬ日本东丽株式会社㊁日本东邦会社等为典型代表ꎻ二梯队是在特定领域具备较强竞争力的企业ꎬ如德国西格里集团在汽车领域竞争力较强ꎻ三梯队则是具备成本优势的企业ꎬ如中国台湾台塑工业股份有限公司㊁土耳其阿克萨公司㊁韩国晓星集团等ꎮ２０１８年全球碳纤维主要生产企业见表１ꎮ表１㊀２０１８年全球碳纤维主要生产企业Ｔａｂ.１㊀Ｇｌｏｂａｌｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｍａｊｏｒｐｒｏｄｕｃｅｒｓｉｎ２０１８国家和地区企业名称生产能力/(ｋｔ ａ－１)日本日本东丽株式会社２７.１日本三菱丽阳株式会社１４.３日本东邦会社１２.６欧洲德国西格里集团１５.０土耳其阿克萨公司３.５俄罗斯ＵＭＡＴＥＸ集团２.０美国美国赫氏公司１０.０美国氰特公司７.０美国卓尔泰克公司(被东丽收购)２０.０韩国韩国晓星集团２.５中国台湾台湾台塑工业股份有限公司８.８中国中复神鹰碳纤维有限公司６.０江苏恒神股份有限公司４.６５精功集团有限公司３.６光威复合材料股份有限公司３.１中安信科技有限公司１.８兰州蓝星纤维有限公司１.８其他５.１５其他３.０合计１５４.８㊀㊀２０１８年全球碳纤维理论生产能力１５４.８ｋｔ/ａꎮ其中ꎬ日本东丽株式会社㊁德国西格里集团㊁美国卓尔泰克公司(已被东丽收购)㊁日本三菱丽阳株式会社㊁日本东邦会社５家企业合计生产能力８９ｋｔ/ａꎬ占全球总产能的５７％ꎮ日本东丽株式会社是全球碳纤维生产第一大公司ꎬ生产能力达到２７.１ｋｔ/ａ(不含美国卓尔泰克公司产能)ꎮ㊀㊀我国碳纤维生产企业有近３０家ꎬ２０１８年理论生产能力２６.１ｋｔ/ａꎬ见表２ꎮ其中ꎬ产能千吨以上的企业有７家ꎬ分别是中复神鹰碳纤维有限公司㊁江苏恒神股份有限公司㊁精功集团有限公司㊁光威复合材料股份有限公司㊁中安信科技有限公司㊁兰州蓝星纤维有限公司㊁山西钢科碳材料有限公司ꎬ合计生产能力２２.０５ｋｔ/ａꎬ约占国内总产能的８４％ꎮ表２㊀２０１８年我国碳纤维主要生产企业Ｔａｂ.２㊀Ｃｈｉｎａｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｍａｊｏｒｐｒｏｄｕｃｅｒｓｉｎ２０１８企业名称㊀㊀生产能力/(ｋｔ ａ－１)中复神鹰碳纤维有限公司６.００江苏恒神股份有限公司４.６５精功集团有限公司３.５０光威复合材料股份有限公司３.１０中安信科技有限公司１.８０兰州蓝星纤维有限公司１.８０山西钢科碳材料有限公司１.２０中国石油吉林石化公司０.６０吉林方大江城碳纤维有限公司０.５５中国石化上海石化分公司０.５０河南永煤碳纤维有限公司０.５０其他１.９０合计２６.１０㊀㊀２０１８年国内碳纤维产量约９.０ｋｔꎬ开工率约为３４％ꎬ低于全球６０％的开工率ꎬ主要原因一是优秀企业老生产线因经济效益较低而停产ꎬ二是有些企业的生产线水平较低ꎬ不能长期稳定运行ꎻ纯碳纤维进口３.４８ｋｔꎬ同比增长１３％ꎬ但进口若包括碳纤维预浸料㊁碳纤维布等ꎬ则进口量为２２ｋｔꎬ同比增长３６.８％ꎮ这说明我国碳纤维下游消费以进口预浸料加工为主ꎮ表３㊀２０１４―２０１８年国内碳纤维供需情况Ｔａｂ.３㊀Ｃｈｉｎａｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｓｕｐｐｌｙａｎｄｄｅｍａｎｄｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｖｅｒ２０１４－２０１８年份产量/ｋｔ进口量/ｋｔ进口量(包含预浸料)/ｋｔ表观消费量/ｋｔ２０１４年２.０１.６６５１２.８１４.８２０１５年２.５１.７６６１４.４１６.９２０１６年３.６２.７８１１６.０１９.６２０１７年７.４３.０７５１６.１２３.５２０１８年９.０３.４７７２２.０３１.０㊀㊀基于近年来碳纤维需求旺盛ꎬ碳纤维正处于从 贵族材料 向 平民化材料 转变ꎬ价格逐年降低等原因ꎬ预计２０１９―２０２５年ꎬ我国碳纤维消费需求年均增速将保持在１５％以上ꎮ２㊀碳纤维下游应用状况碳纤维一般不单独使用ꎬ而是和树脂㊁金属㊁陶瓷等制成复合材料满足下游应用ꎬ其中ꎬ树脂基碳纤维复合材料使用量最大ꎬ占碳纤维复合材料市场份额的９０％以上[３]ꎮ环氧树脂㊁乙烯基酯树脂㊁酚醛树脂㊁不饱和聚酯树脂等热固性树脂ꎬ以及聚丙烯㊁聚酰胺㊁聚四氟乙烯等热塑料性树脂均可用于制备树脂基碳纤维复合材料ꎮ从全球碳纤维复合材料下游应用来看ꎬ航空航天㊁体育休闲和工业应用是碳纤维复合材料应用的３个主要领域ꎬ但与全球碳纤维复合材料应用不同的是ꎬ国内碳纤维复合材料主要应用于休闲体育领域ꎬ占比为５２％ꎬ而在航空航天㊁交通运输领域应用占比则较低ꎮ碳纤维生产技术和装备水平低ꎬ产业化生产工艺不成熟是导致国内碳纤维应用领域集中在低端市场的主要原因ꎮ表４㊀国内碳纤维复合材料下游应用领域Ｔａｂ.４㊀Ｄｏｗｎ￣ｓｔｒｅａｍａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｆｉｅｌｄｏｆＣｈｉｎａｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅ应用领域应用实例所占比例ꎬ％体育休闲㊀高尔夫球棒㊁羽毛球拍㊁钓鱼竿㊁自行车５２工业应用能源㊀风电叶片１６土木建筑㊀桥梁增强㊁建筑材料６压力容器㊀医用氧气瓶㊁压缩天然气瓶６交通运输㊀汽车㊁船舶３电子电气㊀笔记本㊁电视机㊁ＬＥＤ显示屏２电力电缆㊀电缆芯２机械㊀管㊁集装箱３其他㊀钻井平台㊁医疗器械３航空航天㊀飞机㊁卫星３其他４㊀㊀未来ꎬ我国航空航天㊁新能源汽车领域对碳纤维复合材料需求巨大ꎬ不管是国产大型客机Ｃ９１９ꎬ还是插电式混合动力汽车等都对碳纤维复合材料有很大需求ꎬ但碳纤维复合材料的高端产能目前在国内仍属空白ꎬ碳纤维发展的瓶颈亟待攻克ꎮ３㊀碳纤维及其复合材料技术研究进展碳纤维及其复合材料性能的提高ꎬ生产成本９５第５期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀高㊀奇.新形势下我国碳纤维产业发展探讨的降低ꎬ既与碳纤维本身有关ꎬ也与树脂体系以及其复合材料成型工艺有关ꎬ是一项非常系统的工程ꎮ当前研究主要围绕以下几方面展开:(１)降低碳纤维生产成本ꎬ提高碳纤维本身性能ꎮ碳纤维的制备包括前驱体制备㊁预氧化㊁碳化及表面处理等工艺过程ꎮ其中ꎬ前驱体的制备占碳纤维生产成本的５０％以上[４]ꎮ因此ꎬ开发低成本㊁高性能的前驱体被认为是降低碳纤维生产成本的最有效途径之一ꎮ目前已实现工业化的碳纤维前驱体主要为粘胶基㊁沥青基和聚丙烯腈(ＰＡＮ)基ꎬ粘胶基前驱体最早用于制备碳纤维原丝ꎬ但粘胶纤维的实际碳收率较低ꎬ在３０％以下ꎻ各向同性沥青基前驱体原料廉价㊁碳收率在８０％以上ꎬ生产工艺简单ꎬ生产成本较低ꎬ但其力学性能较低ꎻ中间相沥青前驱体由于对沥青纯度有极其苛刻的要求ꎬ必须进行纯化处理ꎬ因而成本较高ꎻＰＡＮ基前驱体碳收率比粘胶基前驱体高ꎬ生产流程㊁溶剂回收㊁三废处理也较简单ꎬ但原料价格仍然较高ꎮ为开拓廉价质优的前驱体替代材料ꎬ众多研究者展开了大量研究ꎬ如以聚烯烃[５]㊁木质素[６]㊁芳香族聚合物[７]㊁生物质[８－１０]等为原料的碳纤维前驱体ꎬ但这些前驱体仍然存在碳收率低或者生产成本高㊁力学性能差等问题ꎮ值得关注的是ꎬＹａｎｇＪ等[１１－１２]以廉价的无灰煤作为前躯体ꎬ通过低温溶剂分离和薄层蒸发法调控其相对分子质量分布和氧含量ꎬ制备了各向同性沥青ꎬ该沥青碳化所制备的碳纤维拉伸强度达到１１００ＭＰａꎬ具有巨大的市场潜能ꎮ碳纤维难以兼顾强度和弹性模量ꎬ这成为开发的焦点之一ꎮ碳纤维石墨化采用超高温度使碳纤维内部由乱层石墨片层结构形成规整的三维石墨晶体结构ꎬ是制备高模量或高强高模碳纤维的关键工艺ꎬ其技术的核心在于石墨化装置对碳纤维进行超高温热处理的高效性及石墨化工艺对纤维结构择优演变的有效控制[１３]ꎮ国内外研究者对碳纤维石墨化设备进行了广泛研究ꎬ研制了不同加热方式的石墨化炉ꎬ如塔姆式电阻炉[１４]㊁感应炉[１５]㊁射频炉[１６]㊁等离子炉[１７]等ꎮ其中ꎬ塔姆式电阻炉㊁射频炉均已产业化ꎬ国内外普遍应用(日本东丽株式会社采用射频炉制备高强高模碳纤维)ꎮ但这几种石墨化炉均采用间接加热技术ꎬ存在热效率低㊁能耗高㊁石墨化炉寿命短㊁热处理温度受限的缺点ꎬ影响了碳纤维石墨化过程中结构的择优演变ꎮ针对间接加热技术的缺点ꎬ激光隧道炉[１８－１９]㊁连续石墨化炉[２０]等直接加热技术石墨化炉被研制ꎮ这类石墨化炉克服高温限制且高效高质量㊁节能环保是未来的发展趋势ꎮ在石墨化工艺方面ꎬ国内外研学者也进行了大量研究ꎬ发现温度场的分布对碳纤维结构的择优演变十分重要[２１]ꎻ控制热处理时间可以在保证石墨纤维质量的前提下有效降低能源消耗[２２]ꎻ施加一定的牵伸力可以改善碳纤维的微观结构ꎬ提高拉伸强度和模量[２３]ꎻ硼原子催化剂对碳纤维石墨化过程有很强的促进作用ꎬ可降低纤维热膨胀系数ꎬ提高其抗氧化性能[２４－２５]ꎮ(２)改善树脂体系的韧性ꎬ提高树脂体系与碳纤维复合的界面相容性ꎮ碳纤维复合材料具有各向异性的结构特点ꎬ在垂直纤维方向的性能较差ꎬ而增加树脂体系的韧性可提高复合材料的横向拉伸强度ꎬ从而提高复合材料抗损伤性能及应力水平ꎮ目前研究较多的树脂体系增韧技术有橡胶弹性体增韧㊁热致性液晶高分子增韧㊁热塑性树脂增韧㊁超支化聚合物(ＨＢＰ)增韧和纳米粒子增韧等[２６－２９]ꎮ然而ꎬ应用橡胶弹性体或热塑性树脂虽可实现环氧树脂增韧ꎬ但同时牺牲了体系的模量㊁耐热性能㊁拉伸性能等ꎻ用热致液晶高分子改性树脂ꎬ韧性提高的同时ꎬ力学性能和耐热性虽没有大的损失ꎬ但原料价格较贵ꎬ树脂很难与它很好相容ꎬ且加工成型难度较大ꎻ纳米粒子具有较高的表面能和特殊的尺寸效应ꎬ增韧效果显著ꎬ但纳米颗粒分散性不好ꎬ极易团聚ꎮ在增韧的同时降低对材料其他性能的负面影响㊁降低成本㊁协同增韧是未来树脂体系增韧的发展方向ꎮ碳纤维与树脂体系间的界面相容性是充分发挥碳纤维力学性能优势ꎬ制备高性能复合材料的核心问题ꎮ目前ꎬ改善树脂体系与碳纤维复合的界面相容性的研究主要从两方面着手:一是对碳纤维进行表面改性ꎮ由于碳纤维极性低ꎬ不利于树脂的粘附ꎬ所以需对碳纤维进行表面氧化改性ꎬ以增加其表面的羟基㊁醛基㊁羧基的数量ꎬ提高极性以便于和树脂粘附[３０－３４]ꎮ但改性在提高碳纤维表面性能的同时ꎬ会以损失纤维自身的性能作为代价ꎻ二是通过更改树脂与固化剂的配方ꎬ提高树脂体系固化后的极性ꎬ或者令其更容易与碳纤维表面基团反应ꎮ也有相关研究通过在树脂中加入富勒烯㊁碳纳米管等增加其与碳纤维的相容性㊁致密程度等以提高性能ꎮ(３)开拓复合材料成型新工艺ꎬ提升应用水０６㊀合㊀成㊀纤㊀维㊀工㊀业㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０１９年第４２卷平ꎮ成型工艺是实现原材料由半成品到成品的加工手段ꎮ原材料的特性和成品的预期性能决定了成型工艺的类型ꎮ目前ꎬ碳纤维复合材料的成型工艺主要有缠绕成型㊁高温模压成型㊁真空热压罐成型㊁液态成型㊁挤压成型等ꎮ其中ꎬ除缠绕成型工艺(即将浸有树脂的纤维束按一定规律缠绕在一个旋转的芯模上ꎬ然后固化㊁脱模成为复合材料制品ꎬ主要用于制造筒形或球形碳纤维制品等)可以直接使用碳纤维外ꎬ其余工艺均需先将碳纤维制成中间材料ꎬ再与树脂复合成制品ꎮ几种常见的中间材料有碳纤维布㊁预浸料㊁片状模压料(ＳＭＣ)和短纤ꎬ其中预浸料是最主流的中间材料ꎬ约占树脂基碳纤维消费总量的５５％ꎮ碳纤维布一般采用树脂传递模塑(ＲＴＭ)成型ꎻ预浸料采用高温模压成型㊁真空热压罐成型等ꎻＳＭＣ主要采用与非饱和聚酯树脂等模压成型ꎻ而短纤或长纤适合用与热塑性树脂挤压成型ꎮ除了上述几种工艺外ꎬ近年真空导入㊁３ｉＴｅｃｈ感应加热等成型工艺发展迅速ꎮ真空导入成型工艺是一种大尺寸复合材料制件的液体模塑成型技术ꎬ是目前大型风电叶片制造所普遍采取的一种成型工艺[３５]ꎬ即通过真空产生的压力把树脂通过预铺的管路压入铺设好的纤维层中ꎬ让树脂浸润增强材料ꎬ最后充满整个模具ꎬ固化成制品的过程ꎮ３ｉＴｅｃｈ感应加热成型是一种将感应器集成在模具中的新型感应加热工艺ꎬ可以在２０~４００ħ的温度下加工碳纤维材料ꎬ利用热传导的原理通过温度感应器来加热模具表面ꎬ可用于批量化制备小型零部件ꎮ４㊀我国碳纤维产业发展面临的问题我国碳纤维复合材料起步于２０世纪６０年代ꎬ但发展较为缓慢ꎬ与世界先进水平相比ꎬ我国在碳纤维产业化工艺与装备ꎻ碳纤维复合材料设计㊁制造㊁评价能力ꎻ基础研究与产业配套方面均严重落后[３６]ꎮ(１)碳纤维产业化工艺与装备核心技术仍未本质突破经过１０余年的探索ꎬ虽然我国碳纤维产业化已初具规模ꎬ初步实现了国产Ｔ３００级和Ｔ７００级碳纤维规模化生产ꎬＴ８００级㊁Ｍ４０Ｊ级碳纤维的工程化生产ꎬ但产业化工艺与装置核心技术仍未本质突破ꎮ主要表现在:原丝水平落后ꎬ绝大多数碳纤维企业采用的是二甲基亚砜原丝技术ꎬ质量尚未过关ꎬ其他原丝技术发展相对滞后ꎻ碳纤维性能不高㊁产品稳定性差ꎬ产能利用率不到３０％ꎬ且仅能应用于体育休闲等低端领域ꎬ航空航天等高端领域则应用较少ꎻ碳纤维设备生产技术几乎被国外垄断ꎬ且严格限制对我国出口ꎬ如碳化炉㊁石墨化炉等关键设备研发滞后ꎮ(２)碳纤维复合材料设计㊁制造㊁评价能力薄弱碳纤维复合材料设计㊁制造㊁评价是碳纤维应用的基础ꎬ制约着碳纤维产业的发展ꎮ目前ꎬ国内碳纤维复合材料的设计㊁制造㊁评价水平较为薄弱ꎬ主要表现在:未真正掌握复合材料连接㊁疲劳耐久性㊁损伤容限㊁稳定性等具体设计技术和要领ꎻ设计的规范㊁手册ꎬ以及设计分析软件等缺乏ꎻ成型工艺㊁模具技术㊁无损检测㊁制造设备等制造技术发展落后ꎬ如日本㊁德国㊁美国等少数发达国家已掌握７０~７５ｇ/ｍ２标准的碳纤维预浸料生产技术ꎬ而我国还不能生产低于８０ｇ/ｍ２的碳纤维预浸料ꎬ高端碳纤维预浸料主要依靠进口ꎻ碳纤维复合材料设备完全由美国公司垄断ꎬ如自动铺丝机㊁层合固化装备等ꎮ整体上ꎬ我国碳纤维复合材料设计㊁制造㊁评价尚处于起步阶段ꎮ(３)基础研究与产业配套不到位与国外相比ꎬ国内碳纤维及其复合材料的许多基础理论和工程实际问题未获解决ꎬ基础理论方面如分子㊁原子水平上的碳纤维结构演变ꎬ复合材料的加工损伤形成机制等ꎻ工程实践方面如ＰＡＮ的工程控制㊁复合材料许应值与结构设计许应值的确定原则㊁复合材料大面积整体成型等基础科学问题尚未探明ꎮ除了碳纤维自身原因外ꎬ国内相关配套产业不到位也严重制约了碳纤维产业发展ꎬ表现在:由于原料ＰＡＮ原液杂质含量较高ꎬ导致碳纤维在生产过程中易产生毛丝缠结ꎬ甚至发生断丝ꎬ造成碳纤维性能不稳定ꎬ离散系数较大ꎻ环氧树脂等热固性树脂基体韧性较差ꎬ造成碳纤维复合材料较低的抗冲击损伤能力ꎬ特别是在制造或使用中遭受意外冲击时ꎬ其内部易出现不易观测到的分层损伤等ꎮ５㊀发展建议碳纤维及复合材料作为一种国民经济和国防建设不可或缺的战略性新材料ꎬ其核心技术要不来㊁买不来㊁讨不来ꎬ尤其是在当前发达国家对中国日益趋严的出口管制形势下ꎬ依托政府㊁企业㊁１６第５期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀高㊀奇.新形势下我国碳纤维产业发展探讨行业组织的力量ꎬ将政府与产业界㊁顶层设计与企业实践紧密结合起来ꎬ大力加强自主创新ꎬ整合各方面资源ꎬ才能把创新主动权㊁发展主动权牢牢掌握在自己手中ꎮ(１)政府层面ꎬ应加强引导㊁政策扶持力度ꎬ规范碳纤维行业发展ꎮ一是制定碳纤维行业准入标准ꎬ如产能㊁能耗㊁物耗㊁环保㊁安全等规范要求ꎬ防止低水平重复建设ꎮ二是积极推动企业间跨行业㊁跨区域联合重组ꎬ促进碳纤维上下游产业集约㊁协调发展ꎬ实现资源优化配置ꎬ提高产业链的竞争优势ꎮ三是组织制定和完善碳纤维及其复合材料的产品标准㊁测试方式标准和工程应用设计规范ꎮ(２)企业层面ꎬ应加大产㊁学㊁研协同ꎬ加快碳纤维上下游全产业链关键技术攻关ꎬ提升产业化发展水平ꎮ一是优化工程实验和工程化条件ꎬ解决碳纤维性能不高ꎬ生产不稳定的问题ꎻ二是提高碳化炉㊁石墨化炉㊁恒张力收丝装置等大型关键设备自主化水平ꎻ三是加快预浸料㊁树脂体系的配套研究ꎬ实现碳纤维复合材料低成本㊁高质量发展ꎮ(３)行业组织层面ꎬ应加强组织协调ꎬ调动行业组织成员积好性ꎬ搭建行业内专家技术服务㊁科技成果转化㊁技术引进合作和人员培训等公共服务平台ꎬ如第三方公共检测评价平台㊁复合材料共享数据库平台等ꎬ促进产业链信息与技术交流共享ꎬ推动碳纤维及复合材料良好的产业生态建设ꎮ６ 结语我国碳纤维产业经多年努力ꎬ已初步形成碳纤维生产㊁碳纤维复合材料成型㊁下游应用等完整产业链ꎬ基本满足体育休闲等民用领域的应用需求ꎮ但是高性能碳纤维及复合材料在高品质㊁高效率与低成本技术ꎬ产品设计与应用技术等方面相比国外还有较大差距ꎬ在国防军工㊁航空航天㊁汽车㊁轨道交通等领域ꎬ尚未形成成熟完善的整体应用技术方案和产业配套体系ꎬ碳纤维及复合材料的规模化应用仍任重道远ꎮ参㊀考㊀文㊀献[１]㊀齐颖.碳纤维及其复合材料发展现状[Ｊ].新材料产业ꎬ２０１７(１２):２－６.[２]㊀中华人民共和国工业和信息化部.加快推进碳纤维行业发展行动计划[Ｚ].２０１３－１０－２２.[３]㊀沈协人ꎬ朱本松ꎬ赵家森.我国碳纤维生产现状及对策探讨[Ｊ].产业用纺织品ꎬ１９９０(４):１－５.[４]㊀ＢＡＫＥＲＤＡꎬＲＩＡＬＳＴＧ.Ｒｅｃｅｎｔａｄｖａｎｃｅｓｉｎｌｏｗ￣ｃｏｓｔｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｆｒｏｍｌｉｇｎｉｎ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｏｌｙｍｅｒＳｃｉｅｎｃｅꎬ２０１３ꎬ１３０(２):７１３－７２８.[５]㊀ＷＡＲＲＥＮＣＤꎬＰＡＵＬＡＵＳＫＡＦＬꎬＥＢＥＲＬＥＣＣꎬｅｔａｌ.ＬｏｗｅｒｃｏｓｔｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒＰｒｅｃｕｒｓｏｒｓ[Ｃ].Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ１７ｔｈＡｎｎｕ￣ａｌＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓ/ＮａｎｏＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ.ＨａｗａｉｉꎬＵＳＡꎬ２００９.[６]㊀ＣＯＭＰＥＲＥＡＬꎬＧＲＩＦＦＩＴＨＷＬꎬＪＲＬＥＩＴＴＥＮＣＦꎬｅｔａｌ.Ｌｏｗｃｏｓｔｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｆｒｏｍｒｅｎｅｗａｂｌｅｒｅｓｏｕｒｃｅｓ[Ｊ].ＯｆｆｉｃｅｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ＆ＴｅｃｈｎｉｃａｌＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｉｃａｌＲｅｐｏｒｔｓꎬ２００１:５７６－８４２４.[７]㊀ＰＲＡＵＣＨＮＥＲＭＪꎬＰＡＳＳＶＭＤꎬＯＴＡＮＩＣꎬｅｔａｌ.Ｅｕｃａｌｙｐｔｕｓｔａｒｐｉｔｃｈｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｆｏｒｃａｒｂｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ[Ｊ].Ｊｏｕｒ￣ｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｏｌｙｍｅｒＳｃｉｅｎｃｅꎬ２００４ꎬ９１(３):１６０４－１６１１. [８]㊀ＰＲＡＵＣＨＮＥＲＭＪꎬＰＡＳＳＶＭＤꎬＯＴＡＮＩＳꎬｅｔａｌ.Ｂｉｏｐｉｔｃｈ￣ｂａｓｅｄｇｅｎｅｒａｌｐｕｒｐｏｓｅｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｓ:Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ[Ｊ].Ｃａｒｂｏｎꎬ２００５ꎬ４３(３):５９１－５９７.[９]㊀ＱＩＡＯＷＭꎬＨＵＤＡＭꎬＳＯＮＧＹꎬｅｔａｌ.Ｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｓａｎｄｆｉｌｍｓｂａｓｅｄｏｎｂｉｏｍａｓｓｒｅｓｉｎｓ[Ｊ].ＥｎｅｒｇｙａｎｄＦｕｅｌｓꎬ２００５ꎬ１９(６):２５７６－２５８２.[１０]ＭＡＸＪꎬＺＨＡＯＧＪ.Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｓｆｒｏｍｌｉｑｕｅｆｉｅｄｗｏｏｄ[Ｊ].ＷｏｏｄＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１０ꎬ４４(１):３－１１. [１１]ＹＡＮＧＪꎬＮＡＫＡＢＡＹＡＳＨＩＫꎬＭＩＹＡＷＡＫＩＪꎬｅｔａｌ.Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｉｓｏｔｒｏｐｉｃｐｉｔｃｈ￣ｂａｓｅｄｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｕｓｉｎｇＨｙｐｅｒ￣ｃｏａｌｔｈｒｏｕｇｈｃｏ￣ｃａｒｂｏｎａｔｉｏｎｗｉｔｈｅｔｈｙｌｅｎｅｂｏｔｔｏｍｏｉｌ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＩｎｄｕｓｔｒｉ￣ａｌａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｈｅｍｉｓｔｒｙꎬ２０１６ꎬ３４:３９７－４０４. [１２]ＹＡＮＧＪꎬＮＡＫＡＢＡＹＡＳＨＩＫꎬＭＩＹＡＷＡＫＩＪꎬｅｔａｌ.ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｐｉｔｃｈｂａｓｅｄｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｓｕｓｉｎｇＨｙｐｅｒ￣ｃｏａｌａｓａｒａｗｍａｔｅｒｉａｌ[Ｊ].Ｃａｒｂｏｎꎬ２０１６ꎬ１０６:２８－３６.[１３]张政和ꎬ杨卫民ꎬ谭晶ꎬ等.碳纤维石墨化技术研究进展[Ｊ].化工进展ꎬ２０１９ꎬ３８(３):１４３４－１４４２.[１４]贺福.碳纤维及石墨纤维[Ｍ].北京:化学工业出版社ꎬ２０１０:７－１４.[１５]张蓬洲.高频加热装置连续化制备石墨纤维的研究[Ｊ].新型炭材料ꎬ２００２ꎬ１７(３):５２－５５.[１６]ＭＩＣＨＡＥＬＪＲ.Ｇｒａｐｈｉｔｉｚａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ:ＵＳ３６５６９０４[Ｐ].１９７２－０４－１８.[１７]王浩静ꎬ刘颖ꎬ周立公ꎬ等.一种生产石墨化碳纤维的方法及其专用装置:ＣＮ１１７００２０２０Ｃ[Ｐ].２００３－０２－０６. 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碳纤维行业研究报告
碳纤维行业研究报告碳纤维是一种轻质、高强度、高刚度的材料，具有优异的耐热、耐腐蚀等特性。
随着现代工业的发展，碳纤维的应用领域也越来越广泛，涉及汽车、航空航天、船舶、电子等多个行业。
碳纤维行业近年来发展迅速，其产能和产值呈现快速增长的趋势。
根据数据显示，全球碳纤维产能从2010年的60,000吨增长到2018年的150,000吨，预计到2025年将达到280,000吨。
产值方面，全球碳纤维产值从2010年的约110亿美元增长到2018年的约200亿美元，未来几年有望继续保持较快增长。
汽车行业是碳纤维的主要应用领域之一。
由于碳纤维具有高强度和轻质的特性，可以有效降低车身重量，提高汽车的燃油经济性和行驶性能。
目前，很多高档车型已经开始采用碳纤维材料制造车身部件，如车顶、车身侧围等。
预计未来几年，碳纤维在汽车行业的应用将进一步扩大。
航空航天行业也是碳纤维的主要应用领域之一。
由于碳纤维具有优异的强度和刚度，可以减轻飞机结构的重量，提高飞行效率。
目前，碳纤维已经广泛应用于飞机结构的制造，如机翼、尾翼、机身等部件。
预计未来几年，碳纤维在航空航天行业的应用将继续增长。
另外，碳纤维在船舶、电子以及体育用品等领域也有广泛的应用。
在船舶领域，碳纤维可以减轻船体重量，提高船只的速度和燃油效率。
在电子领域，碳纤维可以用于制造电子产品的外壳和零部件，提高产品质量和性能。
在体育用品领域，碳纤维可以制造高强度、轻质的运动器材，如高尔夫球杆、自行车等。
尽管碳纤维在多个行业都有广泛的应用，但其制造成本较高，且生产工艺相对复杂，限制了其进一步普及和应用。
随着技术的不断进步和成本的降低，碳纤维的应用前景将更加广阔。
总之，碳纤维行业是一个具有很大潜力和发展空间的行业。
随着节能环保要求的提高，对于轻量化材料的需求将不断增加，碳纤维有望在更多领域实现广泛应用。
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2018年碳纤维行业现状及发展前景分析报告正文目录1、碳纤维材料前景广阔，全球产能高度集中 (6)1.1、碳纤维应用领域广泛，全球需求增长态势良好 (6)1.2、碳纤维技术壁垒高，行业龙头优势显著、成本控制能力强 (17)2、日本企业后发先至，精准定位碳纤维市场 (21)2.1、东丽掌控碳纤维核心技术，引领行业持续发展 (22)2.2、帝人东邦布局全球生产基地，碳纤维材料业务盈利能力不断增长 (27)2.3、三菱丽阳兼备多种碳纤维材料生产能力，大力发展车用碳纤维复材372.4、西格里集团碳纤维产业链一体化布局， (45)3、发展高端制造业，国内未来碳纤维需求巨大 (51)3.1国内碳纤维的需求增长迅速，行业发展空间广阔 (51)3.2、国内外企业规模差距大，碳纤维近年获国家政策大力支持 (57)3.3、国内碳纤维行业步入快速发展期，竞争力持续增强 (58)4、主要公司分析 (59)5、风险提示 (60)图目录图1：全球碳纤维市场需求及预测 (6)图2：2016年全球碳纤维需求分布 (6)图3：2016 年碳纤维在全球航空航天领域细分应用占比 (7)图4：波音787“梦想客机”的碳纤维机身 (8)图5：国外商用飞机碳纤维复合材料应用占比 (8)图6：波音公司预测2014 -2033年全球新增客机数量 (9)图7：客机碳纤维渗透率预测 (9)图8：碳纤维复合材料在汽车零部件中的应用情况 (10)图9：全球汽车领域碳纤维需求量预测 (12)图10：风电机组正向着大型化发展 (12)图11：风电叶片的长度和材料经济性关系 (12)图12：碳纤维在风电叶片中的主要应用部位 (13)图13：风电新增装机容量预测 (14)图14：风电叶片碳纤维需求量预测 (14)图15：碳纤维高尔夫球杆 (15)图16：碳纤维自行车 (15)图17：2014-2016年各领域碳纤维价格变动趋势 (17)图18：2014-2016年全球碳纤维市场需求分布情况 (17)图19：碳纤维的制造工艺 (19)图20：全球小丝束碳纤维市场分布 (20)图21：全球大丝束碳纤维市场分布 (20)图22：碳纤维行业发展历史 (21)图23：东丽近年营业收入及毛利率 (23)图24：2016年东丽株式会社营业收入各业务板块占比 (24)图25：东丽株式会社PAN碳纤维生产工艺 (25)图26：聚丙烯腈预氧化化学式 (25)图27：东邦公司的全球化布局 (28)图28：帝人集团的全球设施分布 (28)图29：帝人集团业务领域概要 (29)图30：2016年帝人集团的分部门销售额 (29)图31：帝人集团2008至2016年营业收入统计 (31)图32：帝人集团2008至2016年营业利润及净利润统计 (31)图33：帝人集团2008-2016年营业毛利和净利率统计 (32)图34：帝人集团2012年至2016年细分领域组成 (32)图35：帝人集团计划联合美国通用发展CFPR材料 (34)图36：帝人2012年对碳纤维需求的预测 (34)图37：Sereebo 在汽车中的应用 (35)图38：利用PvP技术制造的CFPR材料 (35)图39：三菱化学（MCC）的全球布局 (38)图40：三菱化学控股业务全球分布 (39)图41：三菱化学控股2008-2015年营业收入统计 (40)图42：三菱化学控股2008-2016年营业利润、净利润 (40)图43：三菱化学控股2008-2016年营业毛利、净利率 (41)图44：三菱化学控股2013年-2016年细分领域 (41)图45：BMW AG采用碳纤维材料作为结构部件 (42)图46：GT-R碳纤维材料的后备箱盖 (42)图47：三菱化学控股集团对碳纤维在一般工业应用领域的需求预测 (43)图48：三菱化学控股集团的协同效应实例 (44)图49：碳纤维复合材料（CFRP）宝马i3/i8系列产品的全球化布局 (45)图50：SGL公司碳纤维材料到制品 (46)图51：2009至2017年SGL营收及增速统计 (47)图52：2017年SGL营收占比 (47)图53：2009至2017年SGL公司毛利润和净利润统计 (48)图54：2009至2017年SGL公司毛利率和净利率统计 (48)图55：2014至2017年SGL公司的营业收入与息税前利润及利率统计 (49)图56：2014至2017年SGL公司碳纤维和复材业务发展变化历程 (50)图57：2016年和2017年SGL碳纤维业务销售收入各领域占比 (50)图58：国产大飞机C919 (52)图59：近五年民航客运吞吐量及增长率 (53)图60：国内民航企业飞机总数 (53)图61：国内汽车年销量统计 (54)图62：汽车车身材料的发展趋势 (55)图63：2016年我国各类型风电机组新增装机容量市场份额 (56)表目录表1：各类车用材料对比 (10)表2：碳纤维在汽车上的应用实例 (11)表3：三种主要碳纤维对比 (18)表4：2015全球主要碳纤维生产企业产能情况 (21)表5：国外主要碳纤维生产企业 (22)表6：2016年全球碳纤维下游需求分布 (24)表7：东丽株式会社碳纤维品类及性能 (26)表8：东丽株式会社与我国部分碳纤维对比 (27)表9：帝人集团碳纤维主要产品 (30)表10：国五标准对机动车环保提出新要求 (54)表11：使用碳纤维材料汽车轻量化明显 (54)表12：节能与新能源汽车技术路线 (56)表13：近年国家出台支持碳纤维发展相关文件 (57)1、碳纤维材料前景广阔，全球产能高度集中1.1、碳纤维应用领域广泛，全球需求增长态势良好碳纤维是由有机纤维在1000℃以上裂解碳化形成的含碳量高于90%的无机纤维，碳纤维呈黑色，其质轻、强度高，同时具有易于成型、耐腐蚀、耐高温等多种优良性质，已经被广泛应用于军工、航空航天、体育用品、汽车工业等诸多领域。
图1：全球碳纤维市场需求及预测图2：2016年全球碳纤维需求分布据中国产业信息网统计，2011年全球碳纤维需求量为4.41万吨，2016年全球碳纤维需求达到了7.65万吨，年复合增速11.6%，预计到2020年需求量将达到11.2万吨，复合增速将保持在10%左右。
2014年全球碳纤维市场的需求区域分布显示，北美需求占比36%，欧洲占比27%，日本占比20%，其他国家占比18%。
就2016年全球碳纤维需求分布领域而言，风电叶片领域占比23%，航空航天领域占比22%，休闲体育领域占比16%，汽车领域占比12%，四者合计占比图3：2016 年碳纤维在全球航空航天领域细分应用占比由于具有质轻、高强度的属性，碳纤维在航空航天领域有广泛应用。
碳纤维相对于钢或铝，减重效果可以达到20%至40%，在航空航天领域，主要应用于飞机的结构材料（占飞机重量的30%左右），因此综合来看碳纤维的使用能使飞机重量减轻6%至12%，从而显著地降低飞机的燃油成本。
在航空航天领域，碳纤维最早用于人造卫星的天线和卫星支架的制造，同时因其耐热耐疲劳的特性，碳纤维在固体火箭发动机壳体和喷管上也得到了广泛应用。
据中国产业信息网统计，2016年有1.76万吨碳纤维应用在航空航天领域，其中商用飞机占70.5%、公务机占11.4%、军用飞机占比10.5%。
目前来看，民用客机是拉动碳纤维需求增长的主要力量。
碳纤维复合材料自20世纪70年代以来首次被应用在飞机上的一些二级结构，如整流罩、控制仪表盘和机舱门等；近三十年来，随着高性能碳纤维和预浸料-热压罐整体成型工艺的成熟，碳纤维复合材料的使用逐步进入到机翼、机身等受力大、尺寸大的主承力结构中。
例如，目前世界最大的客机空客A380机身重量的22%为碳纤维复合材料，并将其成功应用于机翼与机身主体结构连接处中央翼盒，仅此一项就比铝合金材料减重1.5吨，燃油经济性优于竞争机型约13%，大大降低了运营成本；波音公司的B787“梦想飞机”，复合材料应用率达到50%，是第一个同时采用高性能碳纤维复合材料机翼和机身的大型商用客机，波音公司在公司碳纤维部件及材料方面的合作伙伴为日本东丽公司（Toray），其使用的碳纤维主要为T800 碳纤维；我国国产大型客机中国商飞C919 的机尾和侧翼也采用了碳纤维复合材料，占整机质量的12%。
碳纤维在客机上的使用使得飞机耐用性增强、维护费用减少、重量减轻、油耗减少，更加环保和经济。
根据商用飞机发布的市场预测年报，未来二十年我国预计将交付8575架客机，价值约12104亿美元，占全球总订单价值的比例为21%。
国产大飞机崛起驱动碳纤维作为航空军用核心材料发展进入快车道。
图4：波音787“梦想客机”的碳纤维机身图5：国外商用飞机碳纤维复合材料应用占比根据中国产业信息网中统计的波音公司预测，2014-2033 年全球将新增36770架客机，其中42%来源于已有机型的更换机型，另外58%来自于亚洲、北美和欧洲等地区的新增需求，2013-2020年间全球对民用客机的需求量的年复合增长率为3.57%，同时，2018年仅波音777、787及空客A380、A350这四种机型对碳纤维的需求将达到9200吨左右，相比2016年增加约2800吨。
若2018年民用客机的碳纤维需求在航空航天领域占比在70%左右，那么2018年航空航天领域的碳纤维需求会增加4000吨左右。
图6：波音公司预测2014 -2033年全球新增客机数量图7：客机碳纤维渗透率预测2020年汽车领域对碳纤维需求量有望达到1.1万吨，年复合增长率将保持在5%左右。
随着环保标准标准趋严以及低碳生活方式的大力提倡，节能减排已经成为了汽车工业的重要研究课题。
在内燃机效率革新有限的情况下，要达到减少尾气排放的目标，汽车车身的轻量化是解决问题的关键之一。
一般而言，汽车车身重量降低10%，燃油效率即可提高6%到8%；汽车整车质量减少100kg，油耗降低0.5L/100km，加速性能提升8%至10%。
相比高强度钢、铝合金、镁合金等常见车用材料，碳纤维具有比模量和比强度高、质轻、安全性好等突出优点，是汽车轻量化的最佳选择，在汽车的各个零部件中均有广泛应用，例如汽车隔音板占汽车制造领域碳纤维的27%，前端支架占比23%，左移结构占12%，车身底盘占比13%。
表1：各类车用材料对比图8：碳纤维复合材料在汽车零部件中的应用情况在碳纤维汽车轻量化应用领域，德国宝马公司走在世界前列，在碳纤维汽车轻量化应用领域，德国宝马公司走在世界前列。
通过与西格里（SGL）成立碳纤维合资公司，联合开发碳纤维增强复合材料，宝马公司成功将碳纤维大量运用在其量产车款上。
2014 年宝马i3 全碳纤维车身电动车量产，成为第一个大批量使用碳纤维作为车身材料的整车厂商。