我国碳纤维产业现状分析：近两年来我国碳纤维产业高速增长

• 黄婷 2024年2月20日 来源：互联网 1418 94
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碳纤维，指的是含碳量在90%以上的高强度高模量纤维。耐高温居所有化纤之首。用腈纶和粘胶纤维做原料，经高温氧化碳化而成。是制造航天航空等高技术器材的优良材料。

碳纤维，指的是含碳量在90%以上的高强度高模量纤维。耐高温居所有化纤之首。用腈纶和粘胶纤维做原料，经高温氧化碳化而成。是制造航天航空等高技术器材的优良材料。

碳纤维主要由碳元素组成，具有耐高温、抗摩擦、导热及耐腐蚀等特性 外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物，由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。碳纤维的密度小，因此比强度和比模量高。碳纤维的主要用途是作为增强材料与树脂、金属、陶瓷及炭等复合，制造先进复合材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度及比模量在现有工程材料中是最高的。

碳纤维直径只有5微米，相当于一根头发丝的十到十二分之一，强度却在铝合金4倍以上。 

据中研产业研究院《2024-2029年碳纤维产业现状及未来发展趋势分析报告》分析：

随着各行业对碳纤维的需求不断增加，特别是在风力涡轮机叶片等大批量应用中，迫切需要低成本的碳纤维。此外，美国和欧洲对运输车辆温室气体排放的监管更加严格，引发了更多低成本碳纤维的研发。汽车结构，如车身面板、车顶和车辆地板，是刚度驱动的，其中碳纤维在轻量化和增强性能方面表现出显着的优势。与航空航天和飞机结构相比，汽车的机械要求中等或较低。对于商用车来说，要盈利，低成本碳纤维至关重要，这已经转化为人们对开发具有中等强度和高刚度性能的低成本碳纤维的浓厚兴趣。

碳纤维的制造基本上涉及前驱体合成、纤维纺丝、稳定化、碳化和表面处理五个步骤，其中前驱体材料占商业化PAN基碳纤维生产总成本的近53%。通常，商业碳纤维在碳化之后经过电解表面活化，然后通过将碳纤维粗纱拉伸通过上浆乳液或分散体浴而施加上浆。施胶分散体与纤维和基体的官能团强烈相互作用。施胶分散体通常包含与聚合物基质相同的化学类别，以确保化学相容性。施胶的碳纤维表现出高表面能，有利于基体对纤维的良好润湿。

碳纤维比玻璃纤维具有明显的优势，因为它具有更高的比拉伸模量(>3倍)、更高的比拉伸强度和更高的抗疲劳性能。然而，为航空航天工业开发的碳纤维的高成本阻碍了其在风力涡轮机结构中的大量使用。碳纤维的已知优点是提高了刚度重量比(作为 57 米长叶片的增强材料，与无碱玻璃纤维相比高出 4 倍，相当于减轻了 27% 的重量 )和实现细长使用更少的壳体材料、更薄的翼型和更好的空气动力性能的叶片设计。

事实上，风力涡轮机结构中的碳纤维消耗量已从 2004 年的约 800 吨增加到 2021 年的 30 吨以上，这意味着自开始使用碳纤维以来增长了 36 倍。未来几年将会出现稳定和急剧的增长，例如，预计2025年仅风力涡轮机行业的碳纤维需求量将超过81吨

据悉，翔安机场航站楼主楼屋盖选用双坡三层三重檐叠落设计，远看神似振翅欲飞的白鹭。为有效支撑整个航站楼的钢结构，施工单位将碳纤维拉杆大规模应用在大跨空间结构中，维持了整个钢结构的安全和稳定。

碳纤维材料比钢铁强度高几倍，比混凝土轻到5-7倍，可以用于加强建筑结构，增加其承重和抗震能力。大吨位碳纤维复合材料拉杆具有优秀的性能和较好的空间环境适应能力，可以显著提高空间结构的技术性能和经济效益。随着空间技术的发展和对轻质复合材料的需求增加，碳纤维复合材料在建筑空间结构中的应用与需求也在不断增加。

目前，中复碳芯碳纤维复合材料拉挤技术已经持续研发深耕十余年，并广泛涉猎桥梁、建筑以及风电能源等其他领域。丹江口水库特大桥(世界最大跨径部分地锚式斜拉桥)使用的碳纤维锚杆、上海石化物流通道和清华廊桥使用的自锚式板索、临泉河大桥使用的CFRP绞合索、苏州嘉盛咖啡馆使用的碳纤维平行索以及配套的锚具结构均由中复碳芯制作。

与此同时，该企业的碳纤维拉挤棒材还在青岛凤凰山路跨风河大桥(国内首座应用3000MPa高强度碳纤维吊杆的桥梁工程)使用的碳纤维平行索、西安-沣邑大桥使用的碳纤维拉索、上海美的全球创新园区悬臂结构斜拉索中被广泛使用。

我国碳纤维产业现状分析

近年来，国内风电装机量快速增长，国家能源局最新数据显示，今年前7个月，国内风电新增装机量达2631万千瓦，累计装机量达3.9亿 千瓦。而随着平价时代到来，风机大型化趋势尤为凸显，陆上风机单机容量最高突破10兆瓦，海上风机单机容量突破18兆瓦，叶片长度也在不断刷新行业纪录。

快速大型化给风机叶片材料性能带来全新考验，传统玻璃纤维复合材料性能不足的情况下，碳纤维成为最新的“潜力股”。

2022年，全球风机叶片对碳纤维的需求量占到全球碳纤维需求总量的25.7%，我国风机叶片碳纤维需求量也占碳纤维整体需求的23.5%。与航空航天、军工科技等领域相比，风机叶片所需的碳纤维产品标准有所不同，技术成本相对更低，生产过程中，可根据不同性能、工艺和成本，设计不同应用性能和生产工艺参数，相对快速实现碳纤维量产。

在此情况下，近两年来我国碳纤维产业高速增长。数据显示，2022年，国产碳纤维产能达到11.2万吨，供应量首次超过进口量。

早在2017年，国际市场上已有整机制造商开启了碳纤维叶片的应用，LM、西门子歌美飒、维斯塔斯等跨国企业也都有百米级碳纤维叶片产出。随着国内海上风电市场的蓬勃发展，2022年，国内海上大叶片发展实现了全面赶超。目前，国内市场上已有大量海上风机叶片采用碳纤维设计，国内主流整机和叶片厂商也都规划了下一代海上大兆瓦机组，更大的海上风机碳纤维叶片也都在开发之

对于如何实现碳纤维复合材料规模化应用，这将始于全产业链联动的颠覆式开发创新，并需要全产业协同并解决共性技术问题，进一步构建低成本开发路径。同时，还需要围绕新能源汽车转型升级，通过集成化和功能化开发，实现低成本和高价值的双协同，打造不止于“轻”的高价值场景。

先进的量产制造技术将有助于碳纤维复合材料的规模化应用。混合使用连续和非连续纤维可进一步拓展碳纤维复合材料的应用范围，实现异形实体部件的复材化。此外，数据表明，回收后的碳纤维仍有很好的力学性能和利用价值，不仅能用于要求相对较低的应用场景，还可减少能源消耗，这将进一步完善产业链。

如果想要了解更多碳纤维产业详情分析，可以点击查看中研普华研究报告《2024-2029年碳纤维产业现状及未来发展趋势分析报告》。

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