碳纖維（carbonfiber），它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼具紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代增強(qiáng)纖維碳，是纖維狀的碳素材料，含碳量在 90%以上，其中含碳量高于99%的稱石墨纖維。與傳統(tǒng)的玻璃纖維（GF）相比，楊氏模量是其 3 倍多; 它與凱芙拉纖維（KF- 49）相比，不僅楊氏模量是其 2 倍左右，而且在有機(jī)溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性出類拔萃。

    碳纖維有長絲、短纖維、短切纖維等。此外，還可不經(jīng)碳化和石墨化生產(chǎn)聚丙烯腈預(yù)氧化絲和活性炭纖維。碳纖維的主要用途是與樹脂、金屬、陶瓷等基體復(fù)合，制成結(jié)構(gòu)材料。碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其比強(qiáng)度、比模量綜合指標(biāo)，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料中是最高的。在密度、剛度、重量、疲勞特性等有嚴(yán)格要求的領(lǐng)域，在要求高溫、化學(xué)穩(wěn)定性高的場(chǎng)合，碳纖維復(fù)合材料都頗具優(yōu)勢(shì)。

碳纖維主要形式

資料來源：中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)整理

    碳纖維復(fù)合材料主要包括以下幾類：碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料、C/C 復(fù)合材料、碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料（CFRM）、碳纖維增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料、碳纖維增強(qiáng)橡膠復(fù)合材料等。碳纖維復(fù)合材料（CFRP）作為一種先進(jìn)的復(fù)合材料，具有重量輕、模量高、比強(qiáng)度大、熱膨脹系數(shù)低、耐高溫、耐熱沖擊、耐腐蝕、吸振性好等一系列優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、汽車等領(lǐng)域已有廣泛的應(yīng)用。

    中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)（ http://www.）發(fā)布的《2015-2020年中國碳纖維行業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭趨勢(shì)及投資戰(zhàn)略分析報(bào)告》中指出：2014 年全球碳纖維產(chǎn)能約為 14.3 萬噸，比去年同期增長 16.83%，按照開工率 70％計(jì)算，2014 年全球碳纖維總產(chǎn)量約為 10 萬噸。分品種看，小絲束碳纖維約為 10.5 萬噸，同比增長 17.61%，產(chǎn)能占 73%；大絲束碳纖維約3.8萬噸，同比增長 16.82%，產(chǎn)能占比27%。小絲束碳纖維的產(chǎn)能占比顯著高于大絲束碳纖維，且增速略高于大絲束碳纖維。

    一、PAN 基碳纖維占據(jù)市場(chǎng)主流

    碳纖維可以按力學(xué)性能、纖維數(shù)量和制造原材料來進(jìn)行分類。按力學(xué)性能一般可分為兩類: 通用型（GP）碳纖維； 高性能型（HP） 碳纖維。通用型碳纖維強(qiáng)度 1000MPa、模量100GPa 左右，高性能型碳纖維又可分為高強(qiáng)型（強(qiáng)度2000MPa、模量 250GPa）和高模型（模量在 300GPa 以上）。強(qiáng)度大于 4000MPa 者稱為超高強(qiáng)型； 模量大于 450GPa 者稱為超高模型。碳纖維按照一束纖維中根數(shù)的多少分為小絲和大絲束碳纖維。通常把1K、 3K、 6K、 12K 和 24K 的稱為小絲束， 36K 以上碳纖維稱為大絲束碳纖維，包括48 ~480K 等。1K 為 1000 根絲。按原材料可分為 3 類：聚丙烯腈基（PAN）碳纖維； 瀝青基碳纖維；粘膠基（纖維素）碳纖維。

碳纖維分類

資料來源：中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)整理

不同原料碳纖維性能

資料來源：中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)整理

    聚丙烯腈基（PAN）碳纖維的生產(chǎn)主要分為兩步，第一步是聚丙烯腈原絲的生產(chǎn)，類似于腈綸的生產(chǎn)，第二步是原絲的預(yù)氧化和碳化。世界上幾條著名的PAN基碳纖維生產(chǎn)線大多是從原絲開始，直到碳纖維以及中、下游產(chǎn)品開發(fā)。如日本東麗、東邦、三菱人造絲公司，美國的赫克利公司和阿莫科公司，以及中國臺(tái)灣地區(qū)的臺(tái)塑都是從聚合、紡絲開始。原絲經(jīng)過整理后，送入氧化爐制得預(yù)氧化纖維（俗稱預(yù)氧絲），預(yù)氧絲進(jìn)入低溫炭化爐制得碳纖維，碳纖維經(jīng)表面處理、上漿即可得到碳纖維產(chǎn)品。全過程連續(xù)進(jìn)行，任何一道工序出現(xiàn)問題都會(huì)影響穩(wěn)定生產(chǎn)和碳纖維產(chǎn)品的質(zhì)量，全過程流程長，工序多，技術(shù)和生產(chǎn)壁壘非常高。

國外主要企業(yè)原絲工藝技術(shù)及性能參數(shù)對(duì)比表

資料來源：行業(yè)協(xié)會(huì)、中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)整理

碳纖維制造工業(yè)流程

資料來源：行業(yè)協(xié)會(huì)、中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)整理

    二、產(chǎn)品形式多樣，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

    碳纖維是發(fā)展國防軍工與國民經(jīng)濟(jì)的重要戰(zhàn)略物資，屬于技術(shù)密集型的關(guān)鍵材料，隨著從短纖碳纖維到長纖碳纖維的學(xué)術(shù)研究，使用碳纖維制作發(fā)熱材料的技術(shù)和產(chǎn)品也逐漸普及。在當(dāng)今世界高速工業(yè)化的大背景下，碳纖維用途正趨向多樣化。中國已經(jīng)有使用長纖作為高性能纖維的一種，在要求高溫，物理穩(wěn)定性高的場(chǎng)合，碳纖維復(fù)合材料具備不可替代的優(yōu)勢(shì)。材料的比強(qiáng)度愈高，則構(gòu)件自重愈小，比模量愈高，則構(gòu)件的剛度愈大，正是由于兼具優(yōu)異性能，碳纖維在國防和民用領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用前景。

碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈

資料來源：新材料在線、中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)整理

    碳纖維碳材料已在軍事及民用工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域取得廣泛應(yīng)用。從航天、航空、汽車、電子、機(jī)械、化工、輕紡等民用工業(yè)到運(yùn)動(dòng)器材和休閑用品等。碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料可以應(yīng)用于飛機(jī)制造等軍工領(lǐng)域、風(fēng)力發(fā)電葉片等工業(yè)領(lǐng)域、電磁屏蔽除電材料、人工韌帶等身體代用材料以及用于制造火箭外殼、機(jī)動(dòng)船、工業(yè)機(jī)器人、汽車板簧和驅(qū)動(dòng)軸等。球棒等體育領(lǐng)域。碳纖維是典型的高科技領(lǐng)域中的新型工業(yè)材料。
碳纖維除了用于航空航天領(lǐng)域、國防軍事領(lǐng)域和體育用品外，汽車構(gòu)件、風(fēng)力發(fā)電葉片、建筑加固材料、增強(qiáng)塑料、鉆井平臺(tái)等碳纖維新市場(chǎng)也被正在運(yùn)用。此外還運(yùn)用在壓力容器、醫(yī)療器械、海洋開發(fā)、新能源等領(lǐng)域。碳纖維的其它應(yīng)用包括機(jī)器部件、家用電器及與半導(dǎo)體相關(guān)的設(shè)備的復(fù)合材料的生產(chǎn)，可以用來起到加強(qiáng)、防靜電和電磁波防護(hù)的作用。另外，在 X 射線儀器上碳纖維的應(yīng)用可以減少人體在X 射線下的暴露。

    三、日美壟斷高端市場(chǎng)，國內(nèi)廠商尚待發(fā)展

    1、全球廠商加速擴(kuò)張，碳纖維產(chǎn)能增速顯著

    目前全球碳纖維工業(yè)化產(chǎn)品仍以PAN 基碳纖維為代表，其力學(xué)性能最高，應(yīng)用領(lǐng)域最廣，占全球碳纖維總產(chǎn)量的 90％以上。2014 年全球 PAN 基碳纖維產(chǎn)能約為 12.8萬噸，其中小絲束碳纖維約為9.2萬噸，占 72%；大絲束碳纖維約3.6萬噸，占28%。按照開工率70％計(jì)算，2014年全球碳纖維總產(chǎn)量約為 9萬噸。根據(jù)相關(guān)預(yù)測(cè)，到2020年，全球小絲束碳纖維產(chǎn)能將達(dá)到 11.5萬噸，大絲束產(chǎn)能達(dá)到5.4萬噸，合計(jì)達(dá)到16.9萬噸，復(fù)合增速達(dá)到 7%。

全球碳纖維產(chǎn)能現(xiàn)狀及預(yù)測(cè)（噸）

資料來源：新材料在線、中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)整理

    近年來，隨著大型飛機(jī)進(jìn)入商業(yè)飛行及風(fēng)力發(fā)電、汽車領(lǐng)域等工業(yè)需求量擴(kuò)大，各碳纖維生產(chǎn)企業(yè)紛紛擴(kuò)大其生產(chǎn)規(guī)模，而且非常具有針對(duì)性。2014 年，幾乎所有的碳纖維巨頭都宣布了擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，東麗為擴(kuò)大在飛機(jī)制造領(lǐng)域的份額，計(jì)劃在南卡州新建碳纖維生產(chǎn)線，滿足民航飛機(jī)等需求；三菱麗陽計(jì)劃提高美國加州子公司的產(chǎn)能，滿足美國風(fēng)電、汽車、壓縮天然氣瓶（CNG）和氫氣瓶增長需求；新興企業(yè)如韓國曉星也將提高產(chǎn)能，用于本國內(nèi)火車和公共汽車等的輕量化材料，并銷往中國和東南亞；俄羅斯復(fù)合材料公司千噸級(jí)碳纖維生產(chǎn)線也建成投產(chǎn)。2014年，幾乎所有的碳纖維巨頭都宣布了擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃：東麗與 HEXCEL在歐洲擴(kuò)產(chǎn)，三菱與美國在本土擴(kuò)產(chǎn)，CYTEC 已經(jīng)基本完成美國的雙倍產(chǎn)能擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，SGL在美國再一次擴(kuò)產(chǎn)。

全球碳纖維制造商理論產(chǎn)能（千噸）

資料來源：行業(yè)協(xié)會(huì)、中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)整理

    2、日美主導(dǎo)碳纖維市場(chǎng)，新興國家正在崛起中

    目前全球碳纖維制造的主導(dǎo)者是日本和他們?cè)O(shè)立在歐美的工廠，其次是依靠歐美航空航天市場(chǎng)健康發(fā)展的美國 HEXCEL 和 CYTEC 公司，以及依靠強(qiáng)大工業(yè)創(chuàng)新體系的德國SGL公司，隨著中國在碳纖維領(lǐng)域投入的不斷增大，中國碳纖維產(chǎn)量占世界份額也不斷提高。

全球碳纖維各國生產(chǎn)份額

資料來源：行業(yè)協(xié)會(huì)、中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)整理

    全世界小絲束的生產(chǎn)基本被日本碳纖維廠家控制，主要是東麗（Toray）集團(tuán)、東邦（Toho）集團(tuán)和三菱（Mitsubishi）集團(tuán)三大碳纖維生產(chǎn)企業(yè)，，但由于中國、土耳其和韓國等新興國家碳纖維產(chǎn)業(yè)的崛起，三家企業(yè)在小絲束碳纖維市場(chǎng)的份額已由前幾年的約 70%下降至 55%。大絲束生產(chǎn)廠家主要為卓爾泰克（Zoltek）、德國西格里（SGL），其中卓爾泰克于2014年被東麗收購，二家企業(yè)的大絲束產(chǎn)能占世界大絲束產(chǎn)能的82%。

小絲束碳纖維各廠商生產(chǎn)份額               小絲束碳纖維各廠商生產(chǎn)份額

資料來源：行業(yè)協(xié)會(huì)、中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)整理

    3、國內(nèi)碳纖維發(fā)展勢(shì)頭良好，高端產(chǎn)品依賴進(jìn)口格局尚未改變

    近年來在國家相關(guān)部委的推動(dòng)下，我國碳纖維產(chǎn)業(yè)在產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模化發(fā)展方面取得了重大突破。碳纖維產(chǎn)業(yè)進(jìn)入前所未有的新的發(fā)展階段，在我國完整的碳纖維研發(fā)鏈條下的碳纖維工程化研發(fā)出現(xiàn)了加速發(fā)展的勢(shì)頭，初步形成了以山東、江蘇和吉林等地為主的碳纖維產(chǎn)業(yè)聚集地，培育了威海拓展、中復(fù)神鷹和江蘇恒神等碳纖維生產(chǎn)骨干企業(yè)和一批碳纖維復(fù)合材料及制品企業(yè)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010 年-2014 年期間，我國碳纖維產(chǎn)能從 6445 噸增至 15000 噸，增長了 2 倍，年均增長23.5%，目前我國生產(chǎn)的碳纖維全部為小絲束，其中12K 占比超過90％，1K、3K、6K各有產(chǎn)量。

中國碳纖維企業(yè)理論產(chǎn)能（噸）

資料來源：行業(yè)協(xié)會(huì)、中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)整理

    我國的碳纖維產(chǎn)業(yè)在過去的 20年內(nèi)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品從無到有的突破，在產(chǎn)品品類方面。T300級(jí)碳纖維已經(jīng)實(shí)現(xiàn)千噸級(jí)產(chǎn)業(yè)化，并成功應(yīng)用于航天航空領(lǐng)域，T700級(jí)碳纖維千噸級(jí)生產(chǎn)線已建成，產(chǎn)品進(jìn)入應(yīng)用考核，T800級(jí)碳纖維百噸級(jí)生產(chǎn)線也已建成并批量生產(chǎn)，而高強(qiáng)高模型碳纖維M50J的關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)也獲得突破。 2015年和 2020 年預(yù)測(cè)的碳纖維總產(chǎn)能將分別達(dá)到 18000 噸和 30000 噸，產(chǎn)量有望分別達(dá)到 4000噸和21000噸。

中國碳纖維產(chǎn)品現(xiàn)狀

資料來源：行業(yè)協(xié)會(huì)、中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)整理

    據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前國內(nèi)碳纖維生產(chǎn)企業(yè)中真正具有千噸級(jí)以上產(chǎn)能的只有 3—4家。國內(nèi)碳化單線能力與國際比較，國際最大的單線能力為 2700 噸/年，我國引進(jìn)生產(chǎn)線單線能力為1000噸/年，雖然目前國產(chǎn)裝備單線能力也可以達(dá)到1000噸/年，但不能滿負(fù)荷生產(chǎn)，從規(guī)模效益上與國際沒有競(jìng)爭優(yōu)勢(shì)。直接導(dǎo)致了我國碳纖維生產(chǎn)成本的居高不下和產(chǎn)量不足。 2014年國內(nèi)碳纖維實(shí)際產(chǎn)量僅3200噸，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于產(chǎn)能， 2007-2014年碳纖維累計(jì)產(chǎn)量也僅僅只有 1.23萬噸，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理論產(chǎn)能。

中國碳纖維企業(yè)理論產(chǎn)能（噸）

資料來源：行業(yè)協(xié)會(huì)、中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)整理

    目前我國高端碳纖維材料仍大量依賴進(jìn)口，我國碳纖維市場(chǎng)進(jìn)口產(chǎn)品以碳纖維、碳布、碳纖維預(yù)浸料及制品為主，據(jù)我國海關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：2014 年碳纖維及制品進(jìn)口量為11726.9噸，其中碳纖維 1661.4噸、碳布1836.8噸、碳纖維預(yù)浸料1293.3噸、其他材料 6935.4 噸。其中碳纖維、碳纖維預(yù)浸料和其他材料均出現(xiàn)不同程度下降，可見我國碳纖維行業(yè)的蓬勃發(fā)展已經(jīng)在一定程度少減少了對(duì)進(jìn)口產(chǎn)品的依賴。

中國碳纖維產(chǎn)品進(jìn)口情況（噸）

資料來源：行業(yè)協(xié)會(huì)、中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)整理

本文作者：303  責(zé)任編輯：CY169