碳纤维的发展现状与应用爆点

碳纤维是指含碳量在90%以上的无机高分子材料，用聚丙烯腈（沥青或粘胶）等作原料，经过高温氧化、碳化等环节而生成，是目前高性能纤维中具有最高的比强度、比模量的纤维，且耐高温居所有化纤之首。 

一、碳纤维的发展现状

（一）全球形成若干研发热点

最近几年，碳纤维领域研发成果不断涌现，大部分突破性成果来自美国和日本。

最新前沿技术不仅聚焦于碳纤维生产制备技术，也投射于汽车材料轻量化、3D打印、发电材料等更广泛领域的应用。

另外，碳纤维材料的回收循环利用、木质素基碳纤维制备等成果均有一定进展。

代表性成果有：美国佐治亚理工学院突破第三代碳纤维技术；日本NEDO开发了电磁波加热技术；东丽利用传统的PAN溶液纺丝技术，精细控制碳化过程；日本帝人东邦已经成功开发仅需数秒就可以控制碳纤维外观性状的等离子表面处理技术；宁波材料所开展高温石墨化环境中碳纤维拉伸强度保留率研究；台湾地区永虹先进材料已成功研发出美国独家专利超高温石墨化技术，进行中高阶碳纤维量产。

（二）中国碳纤维需求量全球居首

2023年国内碳纤维需求量约9.86万吨，同比增长32.6%，2008-2023年间需求量CAGR达17.1%，增速显著高于海外9.8%的复合增速。

2022年国内碳纤维需求就已占到全球约55.1%的比重，较早期约两成的占比明显提升，已成为全球第一大碳纤维消费市场。

国产替代提速，2022年国产超越进口：随着国内碳纤维企业新增产能落地及技术迭代，碳纤维国产替代不断提速，2023年国内 9.86万吨碳纤维需求量中，国产碳纤维约5.46万吨。

（三）国内产能突破十万吨

根据百川盈孚网站统计信息，截至2023年6月，国内碳纤维生产商总产能达到11.7万吨，较2021年末的6.27万吨增加约86.6%，且绝大多数碳纤维运行状态良好。

吉林系、中复神鹰、新创碳谷产能规模已破万吨，规模优势领跑国内。随着政策支持碳纤维的进一步发展，2024年中国碳纤维产能将有望增长至18.4万吨。

（四）国产碳纤维的质量、性能与美日差距不断缩小

在碳纤维领域，通常将每束碳纤维根数大于4.8万根（简称48K）的称为大丝束碳纤维，每束碳纤维处于1000根至1.2万根之间的（1-12K）称为小丝束。

与小丝束相比，48K大丝束最大的优势在于，在相同的生产条件下能大幅度提高碳纤维单线产能和质量性能，从而实现生产低成本化。

然而，目前国内每束碳纤维基本处于1-12K之间，即以小丝束为主。由于小丝束成本较高，因此抑制了下游企业应用碳纤维的积极性。

此前大丝束碳纤维生产技术主要掌握在美国、德国、日本的几家大公司手中。不过，随着我国首个万吨级48K大丝束碳纤维工程第一套国产线在中国石化上海石化碳纤维产业基地投料开车，标志着我国大丝束碳纤维开启产业化布局，它将改变我国大丝束碳纤维全部依赖进口、长期供不应求的局面，助推国产碳纤维产业发展。　

二、碳纤维的应用爆点

（一）低空经济

今年3月28日，工业和信息化部、科学技术部、财政部、中国民用航空局印发《通用航空装备创新应用实施方案（2024—2030年）》，提出到2030年，推动低空经济形成万亿级市场规模。

碳纤维复材具备质量轻、强度高、耐腐蚀等优势，其在航空航天领域应用时间已久。2023年全球碳纤维需求量合计11.5万吨，其中19.1%来自于航空航天军工领域。

有资料显示，小鹏汇天的旅航者X2、峰飞航空的“盛世龙”都开始大规模使用碳纤维复合材料。首款获得民航局办理的型号合格证与标准适航证的亿航EH216-S无人驾驶载人航空器也采用了环氧基碳纤维复合材料。预计未来主流产品的机身材料，碳纤复材有望成为主流。

（二）体育休闲

碳纤维运用在运动休闲领域中，像球杆、钓鱼竿、网球拍、羽毛球拍、自行车、滑雪杖、滑雪板、帆板桅杆、航海船体等运动用品都是碳纤维的主要用户，据估计，全世界碳纤维钓鱼杆的产量约为每年2000万副。

碳纤维运用在日常用品，像音响、浴霸、取暖器等家用电器以及手机、笔记本电脑等电子产品也可以看到碳纤维的身影。碳纤维还应用在划船、赛艇等其他海洋运动中。

（三）风电光伏

从我国碳纤维行业下游需求量来看，目前对碳纤维需求占比较高的领域是体育休闲与风电叶片，需求量占比分别是30.9%、23.5%。

随着维斯塔斯核心技术专利到期、国内碳纤维快速扩张并持续降本增效、海上风电快速渗透及风机大型化趋势等多重利好因素叠加，预计国内风电用碳纤维将获得更大发展空间，持续带动国内碳纤维需求增长。

此外，早期光伏行业的生产商大多采用石墨材料构成的坩埚作为热场系统的保温材料，而碳复合材料坩埚具有使用寿命长、热场稳定性高、成晶率稳定等优点，碳复合材料将替代石墨材料，被广泛应用在单晶拉制炉和多晶铸锭炉的热场系统中。

（四）纤维加固

碳纤维加固包括碳纤维布加固和碳纤维板加固两种。

碳纤维材料用于混凝土结构加固修补的研究始于80年代美、日等发达国家。中国的这项技术起步很晚，但随着中国经济建设和交通事业的飞速发展，现有建筑中有相当一部分由于当时设计荷载标准低造成历史遗留问题，一些建筑由于使用功能的改变，难以满足当前规范使用的需求，亟需进行维修、加固。

碳纤维加固修补结构技术是继加大混凝土截面、外包钢加固、粘钢加固之后的又一种新型的结构加固技术，且比加大截面法、外包钢加固法、粘钢加固法更牢固，因此，碳纤维加固将有望得到深入应用。

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