碳纖維是指含碳量在90%以上的無機(jī)高分子材料，用聚丙烯腈（瀝青或粘膠）等作原料，經(jīng)過高溫氧化、碳化等環(huán)節(jié)而生成，是目前高性能纖維中具有最高的比強(qiáng)度、比模量的纖維，且耐高溫居所有化纖之首。 

一、碳纖維的發(fā)展現(xiàn)狀

（一）全球形成若干研發(fā)熱點(diǎn)

最近幾年，碳纖維領(lǐng)域研發(fā)成果不斷涌現(xiàn)，大部分突破性成果來自美國和日本。

最新前沿技術(shù)不僅聚焦于碳纖維生產(chǎn)制備技術(shù)，也投射于汽車材料輕量化、3D打印、發(fā)電材料等更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用。

另外，碳纖維材料的回收循環(huán)利用、木質(zhì)素基碳纖維制備等成果均有一定進(jìn)展。

代表性成果有：美國佐治亞理工學(xué)院突破第三代碳纖維技術(shù)；日本NEDO開發(fā)了電磁波加熱技術(shù)；東麗利用傳統(tǒng)的PAN溶液紡絲技術(shù)，精細(xì)控制碳化過程；日本帝人東邦已經(jīng)成功開發(fā)僅需數(shù)秒就可以控制碳纖維外觀性狀的等離子表面處理技術(shù)；寧波材料所開展高溫石墨化環(huán)境中碳纖維拉伸強(qiáng)度保留率研究；臺(tái)灣地區(qū)永虹先進(jìn)材料已成功研發(fā)出美國獨(dú)家專利超高溫石墨化技術(shù)，進(jìn)行中高階碳纖維量產(chǎn)。

（二）中國碳纖維需求量全球居首

2023年國內(nèi)碳纖維需求量約9.86萬噸，同比增長32.6%，2008-2023年間需求量CAGR達(dá)17.1%，增速顯著高于海外9.8%的復(fù)合增速。

2022年國內(nèi)碳纖維需求就已占到全球約55.1%的比重，較早期約兩成的占比明顯提升，已成為全球第一大碳纖維消費(fèi)市場。

國產(chǎn)替代提速，2022年國產(chǎn)超越進(jìn)口：隨著國內(nèi)碳纖維企業(yè)新增產(chǎn)能落地及技術(shù)迭代，碳纖維國產(chǎn)替代不斷提速，2023年國內(nèi) 9.86萬噸碳纖維需求量中，國產(chǎn)碳纖維約5.46萬噸。

（三）國內(nèi)產(chǎn)能突破十萬噸

根據(jù)百川盈孚網(wǎng)站統(tǒng)計(jì)信息，截至2023年6月，國內(nèi)碳纖維生產(chǎn)商總產(chǎn)能達(dá)到11.7萬噸，較2021年末的6.27萬噸增加約86.6%，且絕大多數(shù)碳纖維運(yùn)行狀態(tài)良好。

吉林系、中復(fù)神鷹、新創(chuàng)碳谷產(chǎn)能規(guī)模已破萬噸，規(guī)模優(yōu)勢領(lǐng)跑國內(nèi)。隨著政策支持碳纖維的進(jìn)一步發(fā)展，2024年中國碳纖維產(chǎn)能將有望增長至18.4萬噸。

（四）國產(chǎn)碳纖維的質(zhì)量、性能與美日差距不斷縮小

在碳纖維領(lǐng)域，通常將每束碳纖維根數(shù)大于4.8萬根（簡稱48K）的稱為大絲束碳纖維，每束碳纖維處于1000根至1.2萬根之間的（1-12K）稱為小絲束。

與小絲束相比，48K大絲束最大的優(yōu)勢在于，在相同的生產(chǎn)條件下能大幅度提高碳纖維單線產(chǎn)能和質(zhì)量性能，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)低成本化。

然而，目前國內(nèi)每束碳纖維基本處于1-12K之間，即以小絲束為主。由于小絲束成本較高，因此抑制了下游企業(yè)應(yīng)用碳纖維的積極性。

此前大絲束碳纖維生產(chǎn)技術(shù)主要掌握在美國、德國、日本的幾家大公司手中。不過，隨著我國首個(gè)萬噸級(jí)48K大絲束碳纖維工程第一套國產(chǎn)線在中國石化上海石化碳纖維產(chǎn)業(yè)基地投料開車，標(biāo)志著我國大絲束碳纖維開啟產(chǎn)業(yè)化布局，它將改變我國大絲束碳纖維全部依賴進(jìn)口、長期供不應(yīng)求的局面，助推國產(chǎn)碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展?！?/p>

二、碳纖維的應(yīng)用爆點(diǎn)

（一）低空經(jīng)濟(jì)

今年3月28日，工業(yè)和信息化部、科學(xué)技術(shù)部、財(cái)政部、中國民用航空局印發(fā)《通用航空裝備創(chuàng)新應(yīng)用實(shí)施方案（2024—2030年）》，提出到2030年，推動(dòng)低空經(jīng)濟(jì)形成萬億級(jí)市場規(guī)模。

碳纖維復(fù)材具備質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕等優(yōu)勢，其在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)間已久。2023年全球碳纖維需求量合計(jì)11.5萬噸，其中19.1%來自于航空航天軍工領(lǐng)域。

有資料顯示，小鵬匯天的旅航者X2、峰飛航空的“盛世龍”都開始大規(guī)模使用碳纖維復(fù)合材料。首款獲得民航局辦理的型號(hào)合格證與標(biāo)準(zhǔn)適航證的億航EH216-S無人駕駛載人航空器也采用了環(huán)氧基碳纖維復(fù)合材料。預(yù)計(jì)未來主流產(chǎn)品的機(jī)身材料，碳纖復(fù)材有望成為主流。

（二）體育休閑

碳纖維運(yùn)用在運(yùn)動(dòng)休閑領(lǐng)域中，像球桿、釣魚竿、網(wǎng)球拍、羽毛球拍、自行車、滑雪杖、滑雪板、帆板桅桿、航海船體等運(yùn)動(dòng)用品都是碳纖維的主要用戶，據(jù)估計(jì)，全世界碳纖維釣魚桿的產(chǎn)量約為每年2000萬副。

碳纖維運(yùn)用在日常用品，像音響、浴霸、取暖器等家用電器以及手機(jī)、筆記本電腦等電子產(chǎn)品也可以看到碳纖維的身影。碳纖維還應(yīng)用在劃船、賽艇等其他海洋運(yùn)動(dòng)中。

（三）風(fēng)電光伏

從我國碳纖維行業(yè)下游需求量來看，目前對碳纖維需求占比較高的領(lǐng)域是體育休閑與風(fēng)電葉片，需求量占比分別是30.9%、23.5%。

隨著維斯塔斯核心技術(shù)專利到期、國內(nèi)碳纖維快速擴(kuò)張并持續(xù)降本增效、海上風(fēng)電快速滲透及風(fēng)機(jī)大型化趨勢等多重利好因素疊加，預(yù)計(jì)國內(nèi)風(fēng)電用碳纖維將獲得更大發(fā)展空間，持續(xù)帶動(dòng)國內(nèi)碳纖維需求增長。

此外，早期光伏行業(yè)的生產(chǎn)商大多采用石墨材料構(gòu)成的坩堝作為熱場系統(tǒng)的保溫材料，而碳復(fù)合材料坩堝具有使用壽命長、熱場穩(wěn)定性高、成晶率穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，碳復(fù)合材料將替代石墨材料，被廣泛應(yīng)用在單晶拉制爐和多晶鑄錠爐的熱場系統(tǒng)中。

（四）纖維加固

碳纖維加固包括碳纖維布加固和碳纖維板加固兩種。

碳纖維材料用于混凝土結(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)的研究始于80年代美、日等發(fā)達(dá)國家。中國的這項(xiàng)技術(shù)起步很晚，但隨著中國經(jīng)濟(jì)建設(shè)和交通事業(yè)的飛速發(fā)展，現(xiàn)有建筑中有相當(dāng)一部分由于當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)低造成歷史遺留問題，一些建筑由于使用功能的改變，難以滿足當(dāng)前規(guī)范使用的需求，亟需進(jìn)行維修、加固。

碳纖維加固修補(bǔ)結(jié)構(gòu)技術(shù)是繼加大混凝土截面、外包鋼加固、粘鋼加固之后的又一種新型的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，且比加大截面法、外包鋼加固法、粘鋼加固法更牢固，因此，碳纖維加固將有望得到深入應(yīng)用。

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