一、碳纤维特点

碳纤维（Carbon Fiber，简称CF）是由聚丙烯腈（PAN）（或沥青、粘胶）等有机母体纤维采用高温分解法在1000 摄氏度以上高温的惰性气体下碳化（其结果是去除除碳以外绝大多数元素）制成的，是一种含碳量在90%以上的无机高分子纤维。

碳纤维具有出色的力学性能和化学特性：

❶低密度               

❷耐腐蚀

❸耐高温               

❹耐摩擦

❺热及湿膨胀系数低     

❻X光穿透性高

❼电及热导性高         

❽非磁体但有电磁屏蔽效应

下图为常用结构材料的力学性能比较，可以看出碳纤维的最大优势是具有高比模量和高比强度，特别是高比模量，是其他材料无法比及的，即使是高强高模玻璃纤维，虽然其强度高于T300级碳纤维，但其复合材料的比刚度远逊于碳纤维复合材料。

由于这些特点，碳纤维成为发展国防军工与国民经济的重要战略物资，广泛应用于军工、航空航天、体育用品、汽车工业、能源装备、医疗器械、工程机械、交通运输、建筑及其结构补强等领域。

二、碳纤维发展历史

1.碳纤维研究简史

2.国内碳纤维发展情况

三、碳纤维生产情况

1.国外碳纤维主要生产企业

由于碳纤维生产工艺复杂、技术含量高，加之政治因素限制技术和设备等引进，目前全球碳纤维技术和生产仍主要控制在日本和美国手中。全球可实现碳纤维产业化的国家和地区不足20个。

2.国内碳纤维生产企业

3.碳纤维全球产能情况

2016年全球碳纤维理论产能为139千吨，其中东丽的6000吨扩产产能已经建成，而ZOLTEK去掉产能1900吨（根据CCEV的报告），2016年底东丽宣布将ZOLTEK的产能扩大到20000吨；SGL在美国的第三期的3000吨已经完成，CYTEC（现属于索尔维集团）的3000吨扩产已经完成；韩国晓星增加了一条500吨的生产线，并宣布到2020年建成14000碳纤维的宏伟扩产计划。

碳纤维国内产能及产量情况

近几年我国碳纤维行业“有产能，无产量”的现象严重，2014年我国碳纤维产能达到1.5万吨，而实际产量仅为3200吨。虽然我国碳纤维规划产能较大，在建产能也较多，但实现的产量却较少。

鉴于目前碳纤维行业产能重复建设率高，产能实现率较低，产能过剩现象严重，预计未来几年的产能建设增速将会放缓，到2022年我国碳纤维的产能在3.1万吨左右。而未来几年我国碳纤维行业在自主研发有所突破的情况下，产量将以19%以上的复合增速快速增长，到2022年，我国碳纤维产量将超过1.3万吨。

四、碳纤维消费情况

1.碳纤维全球需求量

自2004年起，碳纤维市场突然紧缺，出现了供不应求局面，价格随之急剧上涨。此后，随着航空航天、体育休闲和工业应用对碳纤维的需求大幅度增加，全球碳纤维市场规模快速增长。2008年全球碳纤维的需求量为3.64万吨，较2001年增长逾100%，而到了2016年，市场需求继续增长为7.65万吨。据推测，2017年全球碳纤维的市场需求已经超过8万吨。

在2017年碳纤维会议（CarbonFiber2017）上，美国波士顿勒克斯研究所Anthony Vicari预测，到2025年，全球碳纤维的需求预计达到22.8万吨/年，其中风能和航空业增长最快。

2.碳纤维国内需求量

根据预测，到2020年我国碳纤维市场需求量有望达到3.08万吨，对应未来年复合增速12.0%。2016年我国风电叶片领域的碳纤维需求量达到3000吨，同比2015年的800吨实现了275.0%的迅猛增长，在全行业16.5%的增速中贡献度为79.3%。

五、碳纤维应用领域

2016年全球碳纤维需求总量约76500吨。其中，汽车行业占12%，风电行业占23%，航空航天占22%，休闲体育占16%，其余行业占26%。

1.汽车行业

在全球节能和环保趋势的推动下，汽车的油耗问题越来越引起重视，轻量化设计成为汽车节能减排的有效途径，而碳纤维复合材料的材料性能及发展趋势正顺应了汽车工业的发展需求。碳纤维复合材料比钢铁轻50%，比铝材轻30%，减重效果明显，因此不少汽车厂家在汽车制造和改装过程中为追求极致轻量化开始尝试大量应用碳纤维复合材料。随着新能源汽车的发展，碳纤维复合材料在汽车上将得到越来越广泛的应用。

目前，碳纤维复合材料在汽车零部件中的应用主要分布在汽车车身、内外饰、底盘系统、动力系统等。

碳纤维复合材料在汽车上的应用

①碳纤维在汽车车身中的应用

应用实例：

宝马i3碳纤维座舱减重

通用超轻概念车采用碳纤维车身和底盘减重

斯巴鲁WRX STItS采用CFRP车顶，相比钢板减重

②碳纤维在汽车轮毂中的应用

应用实例：

　　福特新一代野马Shelby GT350R配备了碳纤维轮毂。其重量仅为8.6kg，而一般铝合金轮毂重量要达到15kg。

瑞典柯尼赛格的Agera车型整个轮毂上除了轮胎气门嘴，其余部件均为碳纤维打造。在降低约20kg的簧下质量的同时，还保证了坚固和安全。

③碳纤维在刹车系统中的应用

应用实例：

Porsche AG等车采用碳纤维制动盘，能在50m内将车速从300km/h降到50km/h。

④碳纤维在内外饰中的应用

应用实例：

宝马M4配备了碳纤维质地的前后保险杠

改装版奔驰G50在外部套件、内外饰等多处使用碳纤维复合材料，在减重的同时动力也得到升级。

⑤碳纤维在传动轴中的应用

应用实例：

丰田86碳纤维传动轴仅5.53kg，减重

兰博基尼第六元素概念车使用碳纤维连杆取代钢制连接件，重量减轻40%-50%。

上图为相同粗细的两根传动轴被放置在扭力机上进行试验，当扭力机施加的扭矩达到1376Nm时，金属传动轴明显变形，而碳纤维传动轴在扭矩达到4700Nm左右时才发生断裂。

⑥碳纤维在进气系统中的应用

应用实例：

福特FalconXR6 Sprint轿车采用100%碳纤维制造的进气系统。碳纤维进气管重235克，而塑料进气管则为438克。

宝马E82 135i 配备的碳纤维高流量进气系统，使用高规格制程的双面碳纤维风箱与管路，可有效隔绝热源，提供了更稳定的冷空气来源，提升燃烧效率，释放高转速马力。

2.风电行业

风电是碳纤维复合材料目前最具发展潜力的应用领域之一。传统的叶片制造材料主要为玻璃纤维复合材料，而当叶片长度超过一定值后，全玻璃钢叶片重量比较大，性能上也有较多不足，已经无法满足风电叶片大型化，轻量化的要求。而碳纤维复合材料比玻璃纤维复合材料具有更低的密度，更高的强度，其突破了玻璃纤维复合材料的性能极限,而且可以保证风电叶片在增加长度的同时,重量大大降低了。采用碳纤维的120m风轮叶片可以有效减少总体自重大38%，成本下降14%。据预测，2020年全球风电累计装机容量749.4GW，复合增速高达12.5%。随着风电叶片碳纤维化占比不断提高，化纤协会预计2020年碳纤维需求量将超过3万吨。

3.航空航天行业

在航空领域，利用碳纤维的耐高温、比强度高和比模量高等力学特性，其可作为大飞机等的结构材料使用。国外碳纤维复合材料在小型商务飞机和直升飞机上的使用量已占70%～80%，在军用飞机上占30%～40%，在大型客机上占15%～50%。

根据中国化学纤维协会的预测，从2015年到2020年，全球碳纤维总需求年均增长率约12%，其中航空航天级碳纤维需求年均增长率为15%。国内经过了前几年的技术攻关、产能铺垫和下游产品研发准备期。预计2017年将成为高端碳纤维爆发元年。随着众多航空航天型号研制期结束，批产期到来，航空航天级碳纤维的需求将迎来爆炸式增长。

尤其近些年来，随着碳纤维复合材料技术的突破，自2000年以来，迅速在机身材料中占据了主体地位。以空客民航客机为例，最新型的A350客机的复合材料占比就已经占到飞机整体材料的50%以上。

在国内民用市场方向，中国商飞的C919大型客机采取分步走的策略，安全稳妥的提高复合材料使用比例。第一阶段采用10% - 15%的碳纤维复合材料，第二阶段将采用23%-25%碳纤维复合材料，与俄罗斯合作的C929预计将达到50%。C919要与波音和空客竞争，减重是必然选择，而碳纤维是减重的必然选择。

4.体育休闲行业

2015年底全球体育休闲市场碳纤维的用量为1.5万吨，约占总需求的15%，预计到2020年将到达1.7万吨，到2024年将超过1.9万吨，年均复合增长率为2.3%，整体来看休闲体育产业规模较为稳定，市场趋于饱和，暂时不会具有拉动碳纤维产业规模爆发式增长的动力。

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