碳纖維已經從實驗室走向廣泛應用，全球碳纖維需求不斷增長，國內碳纖維仍顯落后，國家從“十二五”規劃開始，就把發展碳纖維等新材料作為國家的戰略產業發展。

在國家政策和地方政府的支持下，許多碳纖維項目落地。

碳纖維進一步擴大應用需求，主要是航空航天、新能源汽車、風機葉片三大領域。

一、碳纖維：新材料從實驗室走向廣泛應用的典型

（一）碳纖維技術概覽

1、為什么碳纖維受熱捧？——質輕、高強、穩定性好

碳纖維，是一種含碳量在90%以上的無機高分子纖維。

它的強度比鋼的大，密度比鋁的小，比不銹鋼還耐腐蝕，又能像銅那樣導電，是一種具有許多寶貴的電學、熱學和力學性能的新型材料，被譽為“黑色黃金”。

碳纖維與最近的明星材料石墨烯是“同一家族”，可以說，碳纖維是由無數微小的石墨烯片（納米級別）按一定的取向堆積形成。

這也解釋了為什么碳纖維和石墨烯都具有許多類似的電、熱、力學性質。

2、碳纖維的分類有哪些？——主要是三類：制造原料、纖維數量、力學性能

碳纖維家族龐大，各種各樣的碳纖維具有不同的特點，所以有多種分類方式。

（1）按照碳纖維的制造原料分類，PAN基纖維是市場主流。

碳纖維主要分為聚丙烯腈基（PAN）碳纖維，瀝青基碳纖維，黏膠基（纖維素）碳纖維。因為PAN基纖維制備方法較為簡單，得到的產品抗彎抗壓性能又非常優異，所以是目前碳纖維市場的主流，占90%以上。

（2）按照纖維數量分類，大絲/小絲應用領域有所不同，小絲束價格昂貴單根的碳纖維在機械強度上是達不到應用需求的。

實際使用的碳纖維都是由若干根碳纖維絲集束而成的。

1K就代表一束碳纖維中有1000根絲。通常把1K、3K、6K、12K和24K的碳纖維稱為小絲束碳纖維，小絲束碳纖維主要應用于軍工、航空領域，因此又被稱為“宇航級”碳纖維。價格與大絲束碳纖維相比更加高昂。

36K以上的碳纖維稱為大絲束碳纖維，主要包括48K、60K、120K、180K、360K和480K。

大絲束碳纖維目前主要應用于汽車、風力裝置、一般工業等領域，因此被稱為“工業級”碳纖維。

（3）按照力學性能分類，T、M各不同籠統來講，碳纖維分為高強碳纖維、高模碳纖維，超高強碳纖維、超高模碳纖維。所謂高強，指的是較高的拉伸強度。

拉伸強度越大，碳纖維越難被拉斷。

高模，指的是較高的拉伸模量，拉伸模量越大，碳纖維越剛性，“寧折不彎”。

但是在實際使用中，大家通常使用碳纖維世界龍頭企業——日本東麗（TORAY）的產品編號，如T300、T800、T1000、M55等來對應不同性能的碳纖維。

因為這些型號是Toray公司當初按照強度下去分的，所以碳纖強度T300T600T700T800T1000，模量M30M40M46M50M60M65。

3、中外技術差距有多大？——高性能碳纖維以日企為標桿，國內仍在T300/T700水平

目前高強度、高模量的碳纖維基本被日美企業壟斷。原因是碳纖維制備工藝復雜，工藝參數需要大量精力和金錢摸索，容易形成壟斷。

國內目前仍在T300，T700的水平，更高質量的碳纖維仍無法大規模生產。

（二）碳纖維制備工藝和生產設備極大的影響碳纖維質量

碳纖維的制備工藝流程復雜，涉及工藝參數較多，積累這些參數往往需要幾年的周期。并且碳纖維生產設備的技術壁壘較高，國外領頭企業對生產設備實施封鎖禁售。

這也是目前我國高性能碳纖維生產難以實現的根本原因。

二、碳纖維市場規模巨大

（一）全球碳纖維產能不斷提升

隨著碳纖維在大型飛機、風力發電、汽車工業等領域的需求不斷擴大，全球各大碳纖維生產企業都擴大了生產規模。

2014年全球碳纖維產能約為12.90 萬噸，較2013年增加11%。按10%增長率計算，在2015年全球碳纖維產能達到14.19萬噸。

其中，日本東麗公司作為碳纖維行業龍頭，預計產能達到21.1千噸，占全球產能的13.6%。

國內碳纖維生產企業中復神鷹、江蘇恒神產能都在4000噸左右。

即使從產能角度去看，中國企業與日美領先企業仍然有較大差距。

（二）日美企業在市場份額上占絕對優勢

從市場份額來看，2014年全球碳纖維市場需求53.5千噸，約占總產能的41%。預測碳纖維需求將以10%左右的速度增長，在2015年達到59千噸。

目前，絕大多數的市場份額被美日企業瓜分。

在小絲束市場，日本三家企業東麗、東邦、三菱占市場54%的份額，緊隨其后的是美國Hexcel，臺灣臺塑等。

在大絲束市場，美國的Hexcel與美國SGL公司占全球份額的73%，處于主導地位。

（三）國內碳纖維已完成從無到有，發展較快

隨著國家政策支持力度的不斷增大及市場需求的日益增長，我國碳纖維技術和產業化水平顯著提高。在過去20年實現了從無到有的突破。

目前，國內大小碳纖維生產企業近40家，國產碳纖維總產能達到1.5萬噸。

其中，T300級碳纖維性能達到國際水平，已進入產業化發展階段；T700級碳纖維已建成千噸級生產線，產品進入應用考核階段，低成本干噴濕紡T700級碳纖維已經實現規模化生產；T800級碳纖維噸級線建成并已實現批量生產。

但高模高強的高等級碳纖維的制備技術仍與國際碳纖維企業有較大差距。

（四）政策大力支持，碳纖維受熱捧

1、日本政府大力推動，碳纖維產業聯盟可持續發展

我國碳纖維的發展并不晚，不過遺憾的是，從20世紀70年代中期開始經過近40年發展，我國的碳纖維產業仍無法與日本公司在市場上正面競爭。

原因之一是日本在政策支持力度。

日本政府高度重視高性能PAN基碳纖維相關技術的研發，并給予人力、經費上的大力支持，包括在“能源基本計劃”、“經濟成長戰略大綱”和“京都議定書”“節省能源技術研究開發方案”等基本政策紅將碳纖維作為戰略產業發展。

其次是成立產業聯盟。

日本在碳纖維領域的領先地位，與日本碳纖維產業聯盟密切相關。日本較早形成了產業聯盟，聯盟成員覆蓋了整個碳纖維產業鏈，形成聯盟內的共同優勢，加快碳纖維技術開發速度，為技術的開發和商業化提供了更好的環境。

2、國內碳纖維國家重點扶持，將加速發展

國家從“十二五”規劃開始，就把發展碳纖維等新材料作為國家的戰略產業發展。在國家政策和地方政府的支持下，許多碳纖維項目落地。

在十三五期間，企業的自主創新能力、高性能碳纖維的生產設備與制備工藝依然是國家重點扶持的方向，也是國內碳纖維企業需要重點攻關的方向。

（五）碳纖維應用前景

20世紀60年代到70年代，碳纖維走出實驗室，在火箭與太空飛船等軍事領域有少量應用，那時碳纖維制備成本高昂，下游需求很少，與目前的石墨烯行業十分類似。

隨著研究的深入和制備成本的降低，碳纖維逐漸應用于運動器材等領域。

在20世紀末，碳纖維開始大規模應用于飛機、汽車制造，極大的推動了碳纖維產業的成熟與發展。

時至今日，全球碳纖維產量超過5萬噸，平均成本低于5美元每磅。

據美國AJR顧問公司預測，碳纖維全球銷售額將由2011年的16億美元增長至2020年的45億美元，碳纖維復合材料將從2011年的161億美元增長至2020年的487億美元。

碳纖維及復合材料最早進入民用領域是體育休閑用品。主要應用是自行車、釣魚竿、高爾夫球桿和網球拍等等體育用品。

據調研，目前全球體育休閑市場對碳纖維的需求占總需求的16%，但這一部分需求已經接近飽和。預計到2020年這一比例將降低到5%。

航空航天已經工業應用將占95%以上的需求。

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