碳纖維制造工藝的技術關鍵點的研究進展及未來發展趨勢(碳纖維的發展與應用)

今天給各位分享碳纖維制造工藝的技術關鍵點的研究進展及未來發展趨勢的知識，其中也會對碳纖維的發展與應用進行解釋，如果能碰巧解決你現在面臨的問題，別忘了關注本站，現在開始吧！全球碳纖維分領域需求上升碳纖維復合材料具有質量輕，強度高的特性，活躍在各種各樣的用途上。根據賽奧碳纖維技術統計，2018年全球碳纖維運用細分領域中風電葉片葉片和航天國防領域最多，分別達到22000噸、21000噸。

今天給各位分享碳纖維制造工藝的技術關鍵點的研究進展及未來發展趨勢的知識，其中也會對碳纖維的發展與應用進行解釋，如果能碰巧解決你現在面臨的問題，別忘了關注本站，現在開始吧！

本文目錄一覽：

• 1、碳纖維材料的現狀和發展趨勢
• 2、碳纖維研究進展及發展現狀
• 3、碳纖維制備工藝
• 4、碳材料的發展趨勢
• 5、碳纖維未來的發展前景如何？
• 6、碳纖維 發展前景

碳纖維材料的現狀和發展趨勢

行業主要上市公司：吉林化纖(000420);中復神鷹(688295);光威復材(300699);精功科技(002006);中簡科技(300777);吉林碳谷(83677)等。

本文核心數據：中國碳纖維產能;中國碳纖維產量;中國碳纖維需求量

行業概況

——定義

碳纖維(CF)是指含碳量大于90%的纖維材料，可以用粘膠、聚丙烯腈以及瀝青等有機纖維在高溫下碳化制取。高強、高模CF主要由聚丙烯腈長絲在1000℃以上高溫碳化形成，它與樹脂、金屬、陶瓷、碳、玻璃等復合后具有模量高、強度高、重量輕、抗疲勞、耐腐蝕等特性，廣泛應用于航天、航空、軍工、航海、化工、電子、建筑以及體育休閑等領域，是軍民兩用的高技術纖維。

當前，各國大多按照習慣對碳纖維進行分類，分類方式大致有以下三種：

(1)按照原料分類：聚丙烯腈(PAN)基;瀝青基(各向同性、中間相);膠黏基。

(2)按照制造條件和方法分類：碳纖維(800-1600℃);石墨纖維(2000-3000℃);氧化纖維(預氧絲200-300℃);活性碳纖維;氣相生長碳纖維。

(3)按力學性能分類：通用級(GP);高性能(HP);期中包括中強型(MT)、高強型(HT)、超高強型(UHT)、中模型(IM)、高模型(HM)、超高模型(UHM)。碳纖維在應用時多是作為增強材料而利用其優良的力學性能，因此使用中更多地是按其力學性能分類，一般認為纖維的拉伸強度低于1400MPa，拉伸模量小于140GPa，則此種屬于通用級碳纖維范疇。在高性能碳纖維范疇中，對中強、中模、高強、高模、超高強、超高模等并無嚴格的區分指標。

——產業鏈剖析：產業鏈涉及領域廣泛

碳纖維的生產工藝復雜，從碳纖維紡絲、預氧化、碳化到復合材料成型再到終端的應用需要經歷復合且很長的過程。碳纖維復合材料被廣泛應用于航空航天、風電葉片、汽車、體育休閑、混配模成型、電纜芯、建筑建材、壓力容器、船舶、碳碳復材、電子電器等多個領域。

行業發展歷程：行業處在快速發展階段

我國的碳纖維行業起步于20世紀60年代，幾乎和日美等國家同時起步，但由于相關知識儲備不足、知識產權歸屬等問題，發展緩慢。同時，日本、美國等國家對碳纖維核心技術形成壟斷，我國碳纖維生產技術和裝備水*整體落后于國外，在較長的一段時間內發展止步不前，無法滿足國家重大裝備等高端領域的需求。

2000年以來，國家加大對于碳纖維領域自主創新的支持力度，將碳纖維列為重點研發項目。伴隨著國家政策的大力扶持，國內碳纖維行業在技術上取得重大突破，產業化程度快速提升，應用領域不斷擴大，地區上目前已形成以江蘇、山東和吉林等地為主的碳纖維聚集地。

行業政策背景：政策加持，支持碳纖維產業的發展

國家政策作為產業發展的催化劑，近年來，國家持續發布相關政策推動碳纖維健康有序發展。從國家的政策可以看出，國家把碳纖維作為新材料進行推廣和應用，持續引導國內碳纖維發展，計劃形成若干家家具有國際競爭力的碳纖維大型企業集團及若干創新能力強、特色鮮明、產業鏈完善的碳纖維及其復合材料產業集聚區。未來隨政策的支持，我國碳纖維行業相關技術將接近國際水*。

行業發展現狀

——供給：中國成為全球最大產能國

我國碳纖維工業的起步可以追溯到1962年，到目前為止已發展57年，僅比世界碳纖維起步晚3年;但無論是研發成果還是制造工藝，我國同發達國家相比還存在一定差距。

2021年，中國大陸地區首次超過美國，成為全球最大產能國，產能達到6.34萬噸，占全球總產能比重超過30%。

在產量方面，2021年由于國內碳纖維產能加速擴張，同時開工率保持穩定，新裝置相繼投產，帶動產量增長。2021年我國碳纖維產量達到2.43萬噸，同比增長30.03%。

——需求：風電葉片為最大需求領域

總體來看，早年間在全球碳纖維供應不足的情況下，美國、日本等國家對中國實行出口限制，導致中國碳纖維需求長期被抑制。近幾年由于國內技術突破，刺激了對碳纖維的使用。近年來我國碳纖維需求量呈不斷增長趨勢，2017-2021年，我國碳纖維需求量呈不斷上升趨勢，2021年中國碳纖維需求量6.24萬噸，同比增長27.7%。

2021年，國內碳纖維需求量占比前三的領域依次是風電葉片、體育休閑和碳-碳復材，分別占比36%、28%、11%，其他領域的需求占比均不足10%。在海上風電葉片大尺寸的發展趨勢下，預計風電葉片領域碳纖維的需求將持續增加。

行業競爭格局

——區域競爭格局：江蘇省和廣東省是主要碳纖維消費省份

從碳纖維市場消費金額來看，江蘇省和廣東省是消費大省，消費占比分別為35.4%和21.4%;其次為山東，消費占比為18%;其他省份消費占比均不超過6%。

——企業競爭格局：吉林化纖、中復神鷹為行業龍頭企業

目前，我國碳纖維第一梯隊企業有吉林化纖、中復神鷹，該類企業碳纖維原絲產能在2.5萬噸以上，碳纖維產能在1萬噸以上;第二梯隊企業有江蘇恒神、光威復材，該類企業碳纖維原絲產能在1萬噸以上，碳纖維產能在0.5萬噸以上;第三梯隊企業有太銅銅料、蘭州藍星，該類企業碳纖維原絲以及碳纖維產能在0.5萬噸左右;第四梯隊企業為行業內的其他中小制造企業。

行業發展前景及趨勢預測

——市場走向良性健康發展道路

現今，碳纖維行業總體技術尚不成熟穩定，產品質量及性價比相對較低。不過，隨著我國高端碳纖維技術的不斷突破以及生產向規模化和穩定化發展，企業布局逐漸向高附加值的下游應用領域延伸，我國碳纖維行業將逐步實現進口替代，企業盈利能力有望逐步恢復，市場走向良性健康發展道路。

尤其是在***正式發布的《中國制造2025》中，對我國制造業轉型升級和跨越發展作了整體部署，明確了建設制造強國的戰略任務和重點，選擇10大優勢和戰略產業作為突破點，力爭到2025年達到國際領先地位或國際先進水*。

——碳纖維新產品向高穩定、高端化方向發展

前瞻產業研究院預計，碳纖維行業將出現如下發展趨勢：

以上數據參考前瞻產業研究院《中國碳纖維行業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》。

碳纖維研究進展及發展現狀

全球碳纖維分領域需求上升

碳纖維復合材料具有質量輕，強度高的特性，活躍在各種各樣的用途上。包括用于追求輕且易用的高性能體育用品、追求在宇宙飛行用的輕量且高性能材料的航空航天飛行器，以及壓力容器、汽車、風車、船舶、土木建筑等各種各樣的一般產業用途。根據賽奧碳纖維技術統計，2018年全球碳纖維運用細分領域中風電葉片葉片和航天國防領域最多，分別達到22000噸、21000噸。而增長最為顯著的是汽車零部件領域，2013-2018年需求復合增長率達到33%。

從全球市場看，2018年全球市場碳纖維需求為9.26萬噸，預計在2020年全球需求將達到11.21萬噸。

就需求結構而言，碳纖維材料總量一半以上應用在工業領域，風電葉片領域應用占比24%，航空航天領域應用占比23%，體育休閑領域占比15%，汽車工業領域占比12%，四者總計占比74%。其中，體育休閑用品所消耗的碳纖維呈逐年下降之勢。

從產能的角度來看，全球碳纖維市場基本被日本和美國企業壟斷。2018年世界碳纖維產能為15.5萬噸。從地區來看，美國生產3.73萬噸占24%，日本生產2.91萬噸，占比19%，中國生產碳纖維2.68萬噸，占比19%。

但是從企業來看，日本企業在全球小束絲碳纖維市場份額占到約58%，其中日本東麗占比27%、日本東邦占比18%、日本三菱占比13%;全球大束絲碳纖維市場集中度更高，基本被日本Zoltek和德國SGL兩家控制(注：Zoltek2013年被東麗收購)，Zoltek全球占比49%，德國SGL全球占33%。

中國碳纖維處于產能擴張階段

從整體供需狀況上看，目前世界上碳纖維的主要消費地區仍然集中在美國、歐洲和日本。根據賽奧碳纖維技術統計，中國碳纖維需求量一直維持穩步上升趨勢，2018年國內碳纖維市場需求為3.1萬噸，同比增長32%，預計未來年復合增長率為12%，在2020年國內市場需求將達到3.89萬噸。

目前國內T300級碳纖維性能達到國際水*，主要運用于航空航天及體育休閑等領域;T700級碳纖維已建成千萬噸級生產線，低成本干噴濕紡T700級碳纖維已經實現規模化生產;中國首條千噸級T800原絲生產線由中復神鷹生產線2016年投產;但T800級以上的碳纖維國內企業還處于小規模試驗，技術相對東麗還是存在較大差距。中國在T800級別以上的碳纖維生產中都還是處于小批量試驗生產階段，而國外的東麗公司已經實現了比較成熟的高模產品。中國碳纖維公司產能前三名是：中復神鷹、江蘇恒神以及精密集團。

——以上數據來源于前瞻產業研究院《中國碳纖維行業深度調研與投資戰略規劃分析報告》。

碳纖維制備工藝

? ? ? ? 碳纖維(Carbon Fibre，簡稱CF)是纖維狀的碳材料，及其化學組成中碳元素占總質量的90%以上（其中含碳量高于99%的稱石墨纖維）。碳纖維是有機纖維纖維經預氧化、碳化成的纖維狀聚合物碳，既不屬于無機纖維，也不屬于有機纖維。碳纖維及其復合材料具有高比強度，高比模量，耐高溫，耐腐蝕，耐疲勞，抗蠕變，導電，傳熱，和熱膨脹系數小等一系列優異性能，它們既可以作為結構材料承載負荷，又可以作為功能材料發揮作用。碳纖維與傳統的玻璃纖維相比，楊氏模量是其3倍多；它與凱夫拉纖維相比，楊氏模量是其2倍左右，在有機溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性突出。因此碳纖維及其復合材料近年來發展十分迅速。

? ? ? ? ?可以用來制取碳纖維的原料有許多種，按它的來源主要分為兩大類，一類是人造纖維，如粘膠絲，人造棉，木質素纖維等，另一類是合成纖維，它們是從石油等自然資源中提純出來的原料，再經過處理后紡成絲的，如腈綸纖維，瀝青纖維，聚丙烯腈(PAN)纖維等。

? ? ? ?經過多年的發展目前只有 粘膠(纖維素)基碳纖維 、 瀝青纖維 和 聚丙烯腈(PAN)纖維 三種原料制備碳纖維工藝實現了工業化。

? ? ? ? 用粘膠基碳纖維增強的耐燒蝕材料可以制造火箭、導彈和航天飛機的鼻錐及頭部的大面積燒蝕屏蔽材料、固體發動機噴管等，是解決宇航和導彈技術的關鍵材料。粘膠基碳纖維還可做飛機剎車片、汽車剎車片、放射性同位素能源盒，也可增強樹脂做耐腐蝕泵體、葉片、管道、容器、催化劑骨架材料、導電線材及面發熱體、密封材料以及醫用吸附材料等。

? ? ? ?雖然它是最早用于制取碳纖維的原絲，但由于粘膠纖維的理論總碳量僅44.5%實際制造過程熱解反應中，往往會因裂解不當，生成左旋葡萄糖等裂解產物而 實際碳收率僅為30% 以下 。所以粘膠(纖維素)基碳纖維的制備成本比較高， 目前其產量已不足世界纖維總量的1% 。但它作為航空飛行器中耐燒蝕材料有其獨特的優點，由于含堿金屬、堿土金屬離子少，飛行過程中燃燒時產生的鈉光弱，雷達不易發現，所以 在軍事工業方面還保留少量的生產 。

? ? ? ? 1965年，日本群馬大學的大谷杉郎研制成功了瀝青基碳纖維。從此， 瀝青成為生產碳纖維的新原料，是目前碳纖維領域中僅次于PAN基的第二大原料路線 。大谷杉郎開始用聚氯乙稀(PVC)在惰性氣體保護下加熱到400℃，然后將所制PVC瀝青進行熔融紡絲，之后在空氣中加熱到260℃進行不熔化處理，即預氧化，再經炭化等一系列后處理得到瀝青基碳纖維。

? ? ? ? 目前，熔紡瀝青多用煤焦油瀝青、石油瀝青或合成瀝青。1970年，日本吳羽化學工業公司生產的通用級瀝青基碳纖維上市，至今該公司仍在規模化生產。1975年，美國聯合碳化物公司(Union Carbide Corporation)開始生產高性能中間相瀝青基碳纖維“Thornel-P”，年產量237t。我國鞍山東亞精細化工有限公司于20世紀90年代初從美國阿石蘭石油公司引進年產200t通用級瀝青基碳纖維生產線，1995年已投產，同時還引進了年產45t活性碳纖維的生產裝置。

? ? ? ? ?PAN基碳纖維的炭化收率比粘膠纖維高，可達45%以上，而且因為生產流程，溶劑回收，三廢處理等方面都比粘膠纖維簡單，成本低，原料來源豐富，加上聚丙烯腈基碳纖維的力學性能尤其是抗拉強度，抗拉模量等為三種碳纖維之首。所以是目前 應用領域最廣，產量也最大的一種碳纖維 。

? ? ? ? 聚丙烯腈基 碳纖維的生產主要包括原絲生產和原絲碳化兩個過程。?

? ? ? ? 原絲生產過程主要包括聚合、脫泡、計量、噴絲、牽引、水洗、上油、烘干收絲等工序。?

? ? ? ? 碳化過程主要包括放絲、預氧化、低溫碳化、高溫碳化、表面處理、上漿烘干、收絲卷繞等工序。

? ? ? ? ?PAN基碳纖維生產的流程圖如圖1所示。

? ? ? ? 在一定的聚合條件下，丙稀腈（AN）在引發劑的自由基作用下，雙鍵被打開，并彼此連接為線型聚丙烯腈（PAN）大分子鏈，同時釋放出17.5kcal/mol的熱量，即

? ? ? ?生成的聚丙烯腈(PAN)紡絲液經過濕法紡絲或干噴濕紡等紡絲工藝后即可得到PAN原絲。

? ? ? ?預氧化和炭化過程生產線示意圖如圖2所示。

? ? ? ? 如圖2所示，PAN原絲經整經后，送入1#預氧化爐、2#預氧化爐制得預氧化纖維（俗稱預氧絲）；預氧絲進入低溫炭化爐、高溫炭化制得碳纖維；碳纖維經表面處理、上漿即得到碳纖維產品。全過程連續進行，任何一道工序出現問題都會影響穩定生產和碳纖維產品的質量。全過程流程長、工序多是多學科、多技術的集成。

? ? ? ?均聚PAN的玻璃化溫（Tg）為104℃，沒有軟化點，在317℃分解，共聚PAN的Tg大約在85~100℃范圍內，共聚組分不同、共聚量的差異，使Tg隨之變化。共聚含量越多，Tg越低。預氧化的溫度控制在玻璃化溫度和裂解溫度之間，即200~300℃之間。預氧化的目的是使熱塑性PAN線形大分子鏈轉化為非塑性耐熱梯形結構，使其在炭化高溫下不熔不燃、保持纖維形態，熱力學處于穩定狀態。預氧化的梯形結構使炭化效率顯著提高，大大降低了生產成本。同時，預氧絲（預氧化纖維OF）也是一種重要的中間產品，經深加工可制成多種產品，直接進入市場，并已在許多領域得到實際應用。

? ? ? ? ?PAN原絲經預氧化處理后轉化為耐熱梯形結構，再經過低溫炭化（300~1000℃）和高溫炭化（1000~1800℃）轉化為具有亂層石墨結構的碳纖維。在這一結構轉化過程中，較小的梯形結構單元進一步進行交聯、縮聚，且伴隨熱解，在向亂層石墨結構轉化的同時釋放出許多小分子副產物。同時，非碳元素O、N、H逐步被排除，C逐漸富集，最終形成含碳量90%以上的碳纖維。

? ? ? ? 另外，通過對碳纖維的進一步石墨化還可以獲得高模量石墨纖維或高強度高模的MJ系列的高性能碳纖維。即在2000~3000℃高的熱處理溫度下牽伸石墨化，使碳纖維由無定型、亂層石墨結構向三維石墨結構轉化。

? ? ? ? 對于碳纖維來說，預氧化時間為近百分鐘，炭化時間為幾分鐘，石墨化時間較短，一般只有幾秒到數十秒。

? ? ? ? 1、實現原絲 高純化、高強化、致密化 以及 表面光潔無暇 是制備高性能碳纖維的首要任務。碳纖維系統工程需從原絲的聚合單體開始，實現一條龍生產。原絲質量既決定了碳纖維的性質，又制約其生產成本。優質PAN原絲是制造高性能碳纖維的首要必備條件，這是多年經驗的總結。

? ? ? ? 2、雜質缺陷最少化，這是提高碳纖維拉伸強度的根本措施，也是科技工作者研究的熱門課題。在某種意義上說，提高強度的過程實質上就是減少、減小缺陷的過程。

? ? ? ? 3、在預氧化過程中，保證均質化的前提下，盡可能縮短預氧化時間。這是降低生產成本的方向性課題。

? ? ? ? 4、研究高溫技術和高溫設備以及相關的重要構件。高溫炭化溫度一般在1300~1800℃，石墨化一般在2500~3000℃。在如此高的溫度下操作，既要連續運行、又要提高設備的使用壽命，所以研究新一代高溫技術和高溫設備就顯得格外重要。如在惰性氣體保護、無氧狀態下進行的微波、等離子和感應加熱等技術。

1、預氧化爐碳

? ? ? ? 目前，大型預氧化爐采用多層運行方式以提高生產效率。按照加熱空氣的組件在預氧化爐的內部與外部的區別，這些大型預氧化爐可以分為內熱循環式和外熱循環式兩種。外熱式可利用廢氣進行再次熱交換，利于節能，如日本東麗公司的千噸級預氧化裝置就為該形式；而內熱循環由于受熱風均勻性限制，一般應用于小型或試驗線中。圖3為一種外熱循環式預氧化爐示意圖。

? ? ? ? 圖3所示的預氧化爐均為鋼板框架焊接結構，分為三層，熱風從頂部進入爐膛，通過上層爐體安裝的孔板，形成一定的溫度梯度，均勻穿過絲束，使絲束發生預氧化反應，從下層的循環風出口通過過濾和再加熱后，從頂部循環進入。為控制進入爐膛內部的熱空氣量，上部爐體設有解壓門(見圖示)，壓力到設定值時，解壓門自動打開卸荷。由于PAN原絲易蓄熱，容易過熱而引起失火，故在上部爐體設有消防噴水管路。由于爐體高大，故內部設有走臺。中部爐體部分在操作側設有移動門，移動門可正向移出，移動門上設有透明觀察窗口，便于觀察絲束預氧化情況。由于該種形式的輥體在爐膛外部，因此在爐膛與外界之間設有預熱室，預熱室內部的熱風循環系統是單獨分開的。

2、炭化設備

? ? ? ? 炭化爐一般分為低溫炭化爐（300~1000℃）和高溫炭化爐（1000~1800℃）兩種。預氧絲先經過低溫炭化爐，然后再進入高溫炭化爐，兩者形成溫度梯度，以適應纖維結構的轉化。低溫炭化爐如圖4、圖5所示。

高溫炭化爐如圖6所示。

? ? ? ? 將耐熱梯型結構的有機預氧絲經過高溫熱處理轉化為含碳量在92%以上的無機碳纖維，實現這一轉化的關鍵設備是碳化爐。工程實踐與研究表明：其核心技術是寬口碳化爐及其配套的迷宮密封、廢氣排除和牽伸系統。對于百噸級碳纖維生產線，爐口寬度需在1 m以上，而且要正壓操作，就需非接觸式迷宮密封裝置；為使熱解廢氣不污染纖維，排除系統要暢通而瞬時排出；牽伸系統則是制造高性能碳纖維重要手段。

3、石墨化爐

? ? ? ? 目前使用的石墨化爐大多是以石墨管為發熱體的臥式爐，圖5為一種塔姆式石墨化爐示意圖。

? ? ? ? 另外，還有以高能等離子體為熱源的石墨化爐、高頻石墨化爐，分別如圖6、圖7所示。

? ? ? ? 日本是全球最大的碳纖維生產國，日本的三家企業：日本東麗、日本東邦和日本三菱麗陽目前擁有全球丙烯腈基碳纖維 50%以上的市場份額。目前，世界碳纖維技術主要掌握在日本公司手中， 其生產的碳纖維無論質量還是數量上均處于世界領先地位，日本東麗更是世界上高性能碳纖維研究與生產的 “ 領頭羊” 。碳纖維最成熟的技術在日本。

? ? ? ? 美國是繼日本之后掌握碳纖維生產技術的少數幾個發達國家之一，同時又是世界上最大的丙烯腈基碳纖維消費國，約占世界總消費量的 1/3。

? ? ? ? 世界碳纖維的生產主要集中在日本、 美國、 德國等少數發達國家和我國的臺灣省。其中， 碳纖維最大生產商日本東麗、 日本東邦、 日本三菱麗陽的產量合計占全球產量的一半以上。

? ? ? ? 2017 年全球碳纖維產能區域分布

參考資料：

[1]

[2]?

碳材料的發展趨勢

發展趨勢：前景廣闊

現今碳纖維制造工藝的技術關鍵點的研究進展及未來發展趨勢，碳纖維行業總體技術尚不成熟穩定，產品質量及性價比相對較低。不過，隨著我國高端碳纖維技術碳纖維制造工藝的技術關鍵點的研究進展及未來發展趨勢的不斷突破以及生產向規模化和穩定化發展，企業布局逐漸向高附加值的下游應用領域延伸，我國碳纖維行業將逐步實現進口替代，企業盈利能力有望逐步恢復，市場走向良性健康發展道路。

尤其是在***正式發布的《中國制造2025》中，對我國制造業轉型升級和跨越發展作了整體部署，明確了建設制造強國的戰略任務和重點，選擇10大優勢和戰略產業作為突破點，力爭到2025年達到國際領先地位或國際先進水*。

前瞻產業研究院預計，碳纖維行業將出現如下發展趨勢：

——更多本行業研究分析詳見前瞻產業研究院《中國碳纖維行業深度調研與投資戰略規劃分析報告》。

碳纖維未來的發展前景如何？

碳纖維是一種高性能材料碳纖維制造工藝的技術關鍵點的研究進展及未來發展趨勢，與樹脂、金屬、陶瓷等基體復合制備成結構材料之后，可廣泛應用于軍工、航天、交通、新能源、汽車輕量化以及體育用品等領域。2020年，全球碳纖維產能排名前三的國家分別是美國、中國和日本。從生產企業看，日本東麗與卓科泰克合并后，碳纖維產能達5.37萬噸，在行內遙遙領先。

多家中國企業如中復神鷹、江蘇恒神和光威復材的產能也超過5000噸。從細分市場看，小絲束碳纖維市場中，日本企業占據競爭優勢。日本東麗、東邦和三菱三家企業占據全球小絲束碳纖維市場份額的49%。大絲束碳纖維市場中，美國赫氏領先全球，占據了58%的全球市場份額。

1、碳纖維的定義與分類

碳纖維是由有機纖維經過一系列熱處理轉化而成，含碳量高于90%的無機高性能纖維，是一種力學性能優異的新材料，具有碳材料的固有本性特征，又兼備紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。同時由于其獨特的高強高模優異性能，與樹脂、金屬、陶瓷等基體復合制備成結構材料之后，可廣泛應用于軍工、航天、交通、新能源、汽車輕量化以及體育用品等領域。

按力學性能分類，碳纖維可以分為大絲束碳纖維和小絲束碳纖維。前者主要應用于工業，后者主要應用于國防軍工、航空航天、體育等領域。

2、碳纖維產能區域分布-美、中、日三足鼎立

2020年，美國、日本和中國碳纖維理論產能占全球碳纖維理論產能的59.8%。其中，美國的碳纖維理論產能最大，為3.73萬噸;排行第二的是中國，其碳纖維理論產能為3.62萬噸;排名第三的是日本，碳纖維理論產能為2.92萬噸。

3、全球碳纖維主要生產企業碳纖維制造工藝的技術關鍵點的研究進展及未來發展趨勢：東麗+卓爾泰克遙遙領先，多家中國企業產能超五千噸

從產能角度看，2020年全球碳纖維領先企業集中在日本和美國。東麗與卓爾泰克合并后，總產能在業內一枝獨秀，達約5.37萬噸。西格麗集團和三菱麗陽分別位列第二和第三，產能分別為1.48萬噸和1.41萬噸。近年來隨著中國碳纖維技術的發展，中國的民族企業產能也有所上升，其中中復神鷹的產能在2020年實現超過8000噸，江蘇恒神的產能超過5000噸，光威復材的產能超過5000噸。

4、小絲束碳纖維市場競爭格局：日企優勢較大

在全球小絲束碳纖維市場競爭中，日本企業占據了優勢地位。2020年，日本東麗、東邦和三菱三家占據全球小絲束碳纖維市場份額的49%。其中日本東麗產能占全球小絲束總產能的26%，東邦小絲束產能占全球小絲束總產能的13%，三菱占10%排第三。

5、大絲束碳纖維市場競爭格局：美國赫氏穩占第一

大絲束碳纖維主要應用于工業領域，包括：紡織、醫藥、衛生、機電、土木建筑、交通運輸和能源等。2020年，在大絲束碳纖維的領域中，美國赫氏為全球主要的大絲束供應商，占據了58%的全球市場份額，其次是占比31%的德國SGL，和占比9%的日本三菱，其碳纖維制造工藝的技術關鍵點的研究進展及未來發展趨勢他企業僅占剩余的2%。

—— 更多行業相關數據請參考前瞻產業研究院《中國碳纖維行業深度調研與投資戰略規劃分析報告》

碳纖維 發展前景

前景不錯，據《2016-2021年中國碳纖維行業深度調研與投資戰略規劃分析報告》顯示，國內外碳纖維產業差距大,國內碳纖維企業面臨較大困境。我國企業無論從企業總產能還是單線產能都與國外相差很大,國內碳纖維產品質量穩定性不夠、產業鏈不完整,碳纖維復合材料的設計能力、制備成本以及應用范圍都與國外有不少差距。由于國外碳纖維企業在制備工藝和生產設備方面領先我國較多,他們對我國低價傾銷國內能夠量產的T300 和T700,致使國內碳纖維企業的成本和市場價格出現了倒掛,從而虧損嚴重。我國碳纖維企業多達30 多家,產業集中度低、同質化嚴重,產品質量與國外差距較大,一時難以與國外大企業抗衡。

報告顯示，國內目前碳纖維產能超過2 萬噸,但多為低質量重復建設,單線產能小,“十三五”期間又規劃了1.5 萬噸左右的產能,而2015 年國內碳纖維需求量在1.5 萬噸左右,國外企業占據了80%的市場,2020 年,國內碳纖維的市場空間為2~3 萬噸,所以國內碳纖維產能面臨過剩,單線產能小、產品質量低的碳纖維企業會面臨關停,能夠布局全產業鏈、單線產能上千噸的碳纖維生產龍頭會受到投資者青睞;碳纖維設備的制造產業和碳纖維復合材料的應用產業在盈利能力上比碳纖維及復合材料的制備產業樂觀很多,國產碳纖維設備已逐漸能滿足碳纖維生產的需求。

受益于國內對千噸級碳纖維生產線的較多需求,碳纖維設備會比碳纖維及復合材料更早實現進口替代,碳纖維復合材料在海洋工程、航天軍工以及汽車等工業領域都體現了較好的應用前景,同時碳纖維復合材料的價格在降低,所以碳纖維復合材料的應用會越來越廣。

關于碳纖維制造工藝的技術關鍵點的研究進展及未來發展趨勢和碳纖維的發展與應用的介紹到此就結束了，不知道你從中找到你需要的信息了嗎 ？如果你還想了解更多這方面的信息，記得收藏關注本站。