拨开面纱看碳纤维复合材料

摘要：碳材料具有优越的性能，地球上所有物质所具有的性质几乎都能从它上面表现出来，如最软-最硬、绝缘体-半导体-超导体、吸热-超导热、吸光-全透光等，碳纤维复合材料作为碳材料中非常重要的家族成员，越来越受到大家的关注，本文将从碳纤维复合材料性能、分类、政策、技术现状、产业链和市场空间等方面进行详细阐述。

复合材料通俗讲是多相材料，是由两种或两种以上的材料组合而成，如金属间、无机非金属间与高分子材料间的任意组合，具有质量轻、高强度、高刚性、耐疲劳和热膨胀系数小等优异性能。碳纤维是复合材料的一种，是将有机纤维在高温环境下进行裂解碳化所形成的碳主链结构，含碳量超过90%。随着国家越来越重视新材料，并且专门出台针对碳纤维复合材料的政策文件，碳纤维复合材料行业的未来将越来越值得期待。

碳纤维复合材料性能突出

碳纤维复合材料的力学性能和化学稳定性能优异，低密度，高强度，在目前已大量生产的高性能纤维中具有最高的比强度和最高的比模量。碳纤维复合材料则是增强相为碳纤维的复合材料，具有质量轻、高强度、耐高温、耐腐蚀等一系列优良特性，性能在复合材料中居领先地位。

表1 碳纤维复合材料性能居复合材料中领先地位

（根据公开资料整理）

碳纤维复合材料可进行多种分类

（1）按照原丝类型分类：聚丙烯腈（PAN）基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶丝碳纤维。其中，PAN纤维原丝制成的高性能碳纤维因其生产工业简单、制得碳纤维性能优良，产量占据全球碳纤维市场的90%以上。

（2）按照丝束大小分类：小丝束（宇航级）和大丝束（工业级）。其中大丝束（工业级）主要应用于民用领域，小丝束（宇航级）主要应用于国防工业和高技术及体育休闲用品。

（3）按性能分类：通用级碳纤维和高性能碳纤维。

图1 碳纤维可按照不同依据进行分类

（根据公开资料整理）

碳纤维复合材料越来越受国家重视

自2012年《新材料产业“十二五“发展规划》对碳纤维2015年产能提出要求，至2018年政府工作报告再提新材料产业，国家近年来颁布数十条有关发展碳纤维的政策文件，可见国家对碳纤维新材料研发的重视和未来应用的期待。

碳纤维复合材料供求增速较快

（1）需求方面，2017年我国碳纤维市场需求增速高于全球碳纤维市场。继2016年碳纤维需求量增速16.52%领先全球增速5.32%，2017年我国碳纤维需求增速仍高于全球增速，未来预计我国碳纤维市场将受益政策利好保持较高增速。

（2）供给方面，我国碳纤维产业落后于世界先进水平。2017年全球碳纤维产能排名前五家企业合计产能占比58.7%，排名第一的美国卓尔泰克（Zoltek）理论产能27.1吨，第二名西格里（SGL）也有14.9吨理论产能，相比我国碳纤维龙头企业中复神鹰仅有6吨理论产能。日本东丽、日本东邦和日本三菱丽阳总共拥有全世界丙烯腈基碳纤维50%以上的市场份额，其中日本东丽多年来都领跑高性能碳纤维的研究和生产，长期为波音等公司的供货商。

碳纤维复合材料产业链下游附加值大幅提升

碳纤维行业产业链可分为上游碳纤维生产、中游碳纤维复合材料生产与下游各类军民用产品需求。原材料丙烯腈聚合纺丝得到原丝，再经预氧化、碳化、表面处理等步骤制得碳纤维，碳纤维与基体材料复合后得中间材料，经过一系列处理最终制得需要的碳纤维复合材料。而后下游军工企业将应用制得的碳纤维复合材料进行配套、分系统或总装环节。

碳纤维行业产业链下游附加值大幅提升。从原丝到碳纤维，其价格从40元/公斤翻两倍以上到180元/公斤，中间材料预浸料达600元/公斤，其下游军工应用复合材料高达8000元/公斤，可见碳纤维产业链下游附加值提升很快，逐步向产业链下游发展也是众多碳纤维企业目标。

图2 碳纤维产业链下游附加值大幅提升

（根据公开资料整理）

国内外碳纤维复合材料龙头企业技术差距较大

目前国内T300级碳纤维性能达到国际水平，进入产业化阶段；T700级碳纤维已建成千万吨级生产线，低成本干喷湿纺T700级碳纤维已经实现规模化生产；T800级碳纤维2017年第一次投产；但T800级以上的碳纤维在国内还处于小规模试验阶段，技术相对东丽还存在较大差距。

碳纤维复合材料市场进口替代空间大

我国碳纤维进口量增长迅速且远大于出口量，2017年出口量3075.1吨，进口量142.13吨，当前正值国家重视碳纤维之际，未来碳纤维市场进口替代空间较大。自2014年，我国碳纤维出口平均价格自13463.8美元/吨上涨至2017年的28630.55美元/吨，连续第二年高于进口均价，一定程度上可以说明我国碳纤维近年来发展略有成果，未来发展态势良好。

结语

碳纤维复合材料性能优异，应用广泛，市场空间逐年增加，越来越受到政策方面的支持，但国内目前具有的技术与国外尚有一定的差距，随着技术难题逐渐被解决，碳纤维在军民用领域巨大的市场空间将快速释放，先进的制备技术也将加速落地。