碳纖維的比重不到鋼的1/4，強(qiáng)度卻是鋼的7~9倍，且耐腐蝕能力超強(qiáng)，被稱為“黑黃金”、“新材料之王”。棒球棒、網(wǎng)球拍、自行車、汽車、風(fēng)電葉片、飛機(jī)、運載火箭……碳纖維的應(yīng)用范圍十分廣泛。
近年來，國家出臺多項政策促進(jìn)碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2019年11月，工信部將應(yīng)用于航空航天、軌道交通、海工、風(fēng)電裝備、壓力容器等領(lǐng)域的高強(qiáng)型、高強(qiáng)中模型、高模型等碳纖維列入關(guān)鍵戰(zhàn)略材料；2021年3月發(fā)布的《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》提出，加強(qiáng)碳纖維等高性能纖維及復(fù)合材料的研發(fā)應(yīng)用。2024年1月，工信部、科技部、國務(wù)院國資委等七部門聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于推動未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實施意見》明確，發(fā)展高性能碳纖維等關(guān)鍵戰(zhàn)略材料。
什么是碳纖維？
碳纖維（carbon fiber，簡稱CF），是由聚丙烯腈（或瀝青、粘膠）等有機(jī)纖維在高溫環(huán)境下裂解碳化形成的含碳量高于90%的碳主鏈結(jié)構(gòu)無機(jī)纖維，是目前量產(chǎn)高性能纖維中比強(qiáng)度和比模量最高的纖維，廣泛應(yīng)用于航空航天、軌道交通、船舶車輛、新能源等領(lǐng)域。
大、小絲束有何區(qū)別？
聚丙烯腈基碳纖維根據(jù)絲束規(guī)格，可分為小絲束和大絲束兩類：
小絲束：碳纖維絲束規(guī)格低于24K，單絲數(shù)量在1000~24000根之間；主要應(yīng)用于國防軍工等高科技領(lǐng)域，以及體育休閑用品，如飛機(jī)、導(dǎo)彈、火箭、衛(wèi)星和漁具、高爾夫球桿、網(wǎng)球拍等領(lǐng)域。
大絲束：碳纖維絲束規(guī)格達(dá)到或超過48K，單絲數(shù)量超過48000根，包括48K、60K、80K等，主要應(yīng)用于工業(yè)，包括紡織、醫(yī)藥衛(wèi)生、機(jī)電、土木建筑、交通運輸和能源等領(lǐng)域。
全球碳纖維市場快速增長
碳纖維發(fā)展歷經(jīng)多個階段。1971年至1985年，碳纖維進(jìn)入“哺育期”，日本東麗公司率先實現(xiàn)工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)，應(yīng)用于釣竿、高爾夫球桿。隨后，碳纖維在航空航天領(lǐng)域嶄露頭角，應(yīng)用于波音飛機(jī)次承力部件。至上世紀(jì)90年代初，市場進(jìn)入“爬行期”，在體育器材及航空航天領(lǐng)域應(yīng)用。1990年至1995年，航空市場蕭條，碳纖維市場發(fā)展放緩，進(jìn)入“蹣跚學(xué)步期”。1996年至2002年，隨著民用航空市場復(fù)蘇，受碳纖維在波音B777主承力結(jié)構(gòu)應(yīng)用推動，市場進(jìn)入“走步期”。2003年至2022年，碳纖維市場迎來“跑步期”，以波音B787和空客A320復(fù)材飛機(jī)計劃為標(biāo)志，碳纖維應(yīng)用比例大幅提升。同時，風(fēng)電等工業(yè)應(yīng)用崛起，碳纖維市場預(yù)測銷量大幅提高，但2023年市場實際表現(xiàn)未達(dá)預(yù)期。
2023年，全球碳纖維產(chǎn)能增長至29.0萬噸/年，比2022年的25.9萬噸/年增長12.3%。這主要得益于中國、韓國及土耳其等國家的新增產(chǎn)能貢獻(xiàn)。目前，全球主要的碳纖維生產(chǎn)企業(yè)包括東麗/卓爾泰克、吉林化纖、中復(fù)神鷹、赫氏、東邦/帝人、三菱麗陽、西格里、新創(chuàng)碳谷、寶旌、韓國曉星和上海石化等。
中國大陸2023年碳纖維產(chǎn)能達(dá)13.8萬噸/年，全球占比躍升至47.7%，位居全球第一。
在高性能小絲束領(lǐng)域，東麗/卓爾泰克、東邦/帝人等在產(chǎn)能規(guī)模和產(chǎn)品性能上有一定優(yōu)勢，我國以光威復(fù)材、中簡科技及太鋼鋼科等為代表的企業(yè)近幾年也取得了較大的突破。在低成本大絲束領(lǐng)域，東麗/卓爾泰克、三菱麗陽和西格里三大制造商處于世界領(lǐng)先地位，我國吉林化纖、上海石化、寶旌等企業(yè)，在產(chǎn)能規(guī)模上已與國外相當(dāng)。
2023年，全球碳纖維市場需求量為11.5萬噸，比上年降低了14.8%，主要原因是風(fēng)電領(lǐng)域市場推廣不利，未來隨著碳纖維在風(fēng)電、新能源車和無人機(jī)等領(lǐng)域推廣，碳纖維需求量將保持快速增長。
國內(nèi)企業(yè)加快產(chǎn)能、技術(shù)布局
國內(nèi)碳纖維從業(yè)者主要分為三大類：一是專注于低成本大絲束碳纖維的生產(chǎn)與研發(fā)；二是致力于高性能小絲束碳纖維的制造與創(chuàng)新；三是兼具上述類型特點，實現(xiàn)低成本與高性能雙重優(yōu)勢。
以低成本大絲束為主的碳纖維從業(yè)者有吉林化纖、上海石化、寶旌、藍(lán)星、新疆隆矩等企業(yè)。
吉林化纖在2023年完成了5萬噸/年原絲的擴(kuò)產(chǎn)，產(chǎn)能達(dá)16萬噸/年；碳絲產(chǎn)能增加到4.9萬噸/年，世界排名第二。2024年，該公司將建設(shè)1.5萬噸/年干噴濕法原絲及相關(guān)碳化建設(shè)，試圖競爭高性能小絲束市場。
上海石化已完成2.4萬噸/年大絲束原絲及相關(guān)的6000噸/年氧化碳化生產(chǎn)線的建設(shè)，正在穩(wěn)步提升碳纖維性能，有望在2024年規(guī)模生產(chǎn)T700性能的48K大絲束碳纖維。雖然大絲束碳纖維在生產(chǎn)中存在諸多難點，但在后續(xù)復(fù)材及應(yīng)用中具有諸多優(yōu)勢。
大絲束碳纖維市場生存必須具備低成本的原絲生產(chǎn)技術(shù)，還要對纖維生產(chǎn)做大幅度低成本改良創(chuàng)新，更要在應(yīng)用上開疆拓土，完成對玻纖復(fù)材、塑料及鋁合金大眾材料的替代。
以高性能小絲束為主的碳纖維從業(yè)者，主要以光威復(fù)材、中簡科技及太鋼鋼科為代表，還包括江蘇恒神及中復(fù)神鷹部分產(chǎn)能、煤化所揚州基地，以及西安康本、河南永煤、中油吉化、吉研高科和吉林神舟等企業(yè)。
光威復(fù)材實行“621”發(fā)展戰(zhàn)略，即布局碳纖維、通用新材料（預(yù)浸料）、能源新材料（碳梁等拉擠產(chǎn)品）、航空先進(jìn)復(fù)合材料、航天先進(jìn)復(fù)合材料、精密裝備（碳纖維生產(chǎn)設(shè)備及工裝模具）6個業(yè)務(wù)板塊，在國家工程實驗室和國家企業(yè)技術(shù)中心兩個“產(chǎn)學(xué)研用”科研平臺引擎的帶動下，形成一條具有競爭力的全產(chǎn)業(yè)鏈，確立了在國家先進(jìn)復(fù)合材料領(lǐng)域的主導(dǎo)地位，引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
中簡科技具備高強(qiáng)型ZT7系列（高于T700級）、ZT8系列（T800級）、ZT9系列（T1000/T1100級）和高模型ZM40J（M40J級）石墨纖維工程產(chǎn)業(yè)化能力，并已成為國內(nèi)航空航天領(lǐng)域ZT7系列碳纖維產(chǎn)品的批量穩(wěn)定供應(yīng)商。
太鋼鋼科專注于高性能聚丙烯腈基碳纖維及復(fù)合材料研發(fā)與制造，目前已建成3條全流程高性能碳纖維生產(chǎn)線，設(shè)計產(chǎn)能合計2400噸/年。
兼顧低成本大絲束與高性能小絲束的碳纖維從業(yè)者以中復(fù)神鷹、光威復(fù)材、江蘇恒神、長盛科技、曉星中國等企業(yè)為代表。
中復(fù)神鷹實現(xiàn)了2.85萬噸/年碳纖維產(chǎn)能，2023年初又宣布了在連云港新的3萬噸/年擴(kuò)產(chǎn)計劃。光威復(fù)材已在內(nèi)蒙古建設(shè)了新的氧化碳化生產(chǎn)線，有望在2024年實現(xiàn)生產(chǎn)。江蘇恒神于2022年4月對外宣布在陜西榆林投資建設(shè)2萬噸/年高性能碳纖維生產(chǎn)基地，包括一條干噴濕紡碳化線及一條大絲束碳化線。
碳纖維應(yīng)用潛力將進(jìn)一步釋放
全球碳纖維應(yīng)用市場呈現(xiàn)日益多元化的特點。航空航天、風(fēng)電葉片和體育休閑是三大核心應(yīng)用領(lǐng)域。此外，碳纖維還在壓力容器、混配膜成型、碳碳復(fù)材、汽車、船舶和建筑等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
在航空航天領(lǐng)域，碳纖維憑借其輕質(zhì)且高強(qiáng)度的顯著特性，已成為飛機(jī)、導(dǎo)彈等關(guān)鍵部件的首選材料。全球各大航空制造商紛紛加大研發(fā)力度，致力于在碳纖維材料的制備和應(yīng)用技術(shù)上實現(xiàn)重大突破。該領(lǐng)域技術(shù)門檻高、研發(fā)投入巨大，一旦取得重要成果，將顯著提升產(chǎn)品的市場競爭力和占有率。
在風(fēng)電葉片領(lǐng)域，近年來碳纖維的應(yīng)用面臨一些挑戰(zhàn)，但隨著風(fēng)電行業(yè)蓬勃發(fā)展及技術(shù)不斷進(jìn)步，應(yīng)用前景依然廣闊。眾多碳纖維生產(chǎn)商積極與風(fēng)電設(shè)備制造商展開合作，共同研發(fā)更適配風(fēng)電葉片的碳纖維材料。同時，部分新興企業(yè)也通過技術(shù)創(chuàng)新和成本控制策略，力圖在該領(lǐng)域占有市場份額。
體育休閑領(lǐng)域是碳纖維應(yīng)用的高附加值市場。隨著消費者對運動器材性能要求日益提升，碳纖維因其卓越的力學(xué)性能和輕便特性，逐漸在體育器材領(lǐng)域占據(jù)重要地位。高爾夫球桿、自行車架、釣竿等產(chǎn)品紛紛采用碳纖維材料。在此領(lǐng)域，競爭主要聚焦于產(chǎn)品設(shè)計和品牌影響力，能夠精準(zhǔn)把握市場趨勢、不斷創(chuàng)新的企業(yè)更有可能脫穎而出。
2023年，在全球航空航天市場中，碳纖維應(yīng)用占比達(dá)19.1%，收入貢獻(xiàn)更是高達(dá)49.9%，充分印證了航空航天領(lǐng)域?qū)μ祭w維的高度需求。在風(fēng)電葉片市場，碳纖維應(yīng)用占比達(dá)17.4%，盡管其收入貢獻(xiàn)相對較低，僅占7.9%，但應(yīng)用仍可能持續(xù)增長。在體育休閑市場，碳纖維應(yīng)用占比為16.3%，收入貢獻(xiàn)占12.3%。此外，壓力容器、混配膜成型、碳碳復(fù)材、汽車、船舶和建筑等領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求也在不斷增長，推動了碳纖維市場的穩(wěn)健發(fā)展。
國內(nèi)在碳纖維應(yīng)用領(lǐng)域與全球市場差異顯著。我國碳纖維應(yīng)用的主要優(yōu)勢領(lǐng)域包括體育休閑、碳碳復(fù)材（耐火保溫氈）、建筑及電子電氣等。同時，航空航天及壓力容器等領(lǐng)域的應(yīng)用也正在迅猛發(fā)展。然而，在商用航空這一主力需求領(lǐng)域，我國仍處于起步階段。在風(fēng)電領(lǐng)域，我國與全球市場的差距依然顯著。隨著新能源、智能交通等領(lǐng)域快速發(fā)展，碳纖維在電動汽車、無人機(jī)、軌道交通等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力將進(jìn)一步釋放，展現(xiàn)出廣闊的市場前景。
加強(qiáng)技術(shù)研發(fā) 推動產(chǎn)業(yè)升級
碳纖維憑借其高強(qiáng)度、高模量、低密度和優(yōu)良的耐腐蝕性能等特點，在航空航天、風(fēng)電葉片、體育休閑等領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用?？傮w來看，碳纖維的應(yīng)用市場呈現(xiàn)日益多元化的趨勢，不同領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求和依賴程度各異。隨著技術(shù)不斷進(jìn)步和市場持續(xù)擴(kuò)大，碳纖維的應(yīng)用領(lǐng)域還將進(jìn)一步拓寬，為人們的日常生活帶來更多便利和可能性。
在深入剖析碳纖維在各領(lǐng)域應(yīng)用的同時，也應(yīng)關(guān)注其背后的技術(shù)創(chuàng)新與市場驅(qū)動因素。碳纖維之所以能在多個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，離不開材料科學(xué)的飛速發(fā)展及生產(chǎn)工藝的持續(xù)創(chuàng)新。此外，市場需求的持續(xù)增長也為碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了強(qiáng)大動力。
各國政府也紛紛出臺相關(guān)政策，鼓勵新材料產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展，推動碳纖維等高性能材料的研發(fā)與應(yīng)用。這些政策的實施為碳纖維產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展提供了有力支撐。
與此同時，碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也面臨著一些挑戰(zhàn)，如生產(chǎn)成本較高、回收再利用難度較大等問題。為此，碳纖維研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)需要進(jìn)一步加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)升級，提高碳纖維的生產(chǎn)效率、降低成本，并探索有效的回收再利用方法，推動碳纖維產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。（來源：網(wǎng)絡(luò)）
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