2023碳纖維行業(yè)發(fā)展分析 碳纖維復(fù)合材料未來潛力巨大

• 黃文玉 2023年4月7日 來源：互聯(lián)網(wǎng) 282 11
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碳纖維是一種含碳量在90%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。碳纖維的主要用途是作為增強材料與樹脂、金屬、陶瓷及炭等復(fù)合，制造先進復(fù)合材料。

一、碳纖維的概況

碳纖維是一種含碳量在90%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。碳纖維的主要用途是作為增強材料與樹脂、金屬、陶瓷及炭等復(fù)合，制造先進復(fù)合材料。碳纖維增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其比強度及比模量在現(xiàn)有工程材料中是最高的。

碳纖維質(zhì)量比金屬鋁輕，但強度卻高于鋼鐵，并且具有高硬度、高強度、重量輕、高耐化學(xué)性、耐高溫的特性。碳纖維耐高溫居所有化纖之首，用腈綸和粘膠纖維做原料，經(jīng)高溫氧化碳化而成，是制造航天航空等高技術(shù)器材的優(yōu)良材料。碳纖維具有碳材料的固有本征特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維，這也使其在航空航天、土木工程、軍事、賽車與其他競技體育運動制品很受歡迎。

碳纖維制品，就是指以碳纖維預(yù)浸布為原材料，通過不同的加工方法，加工成為能夠滿足使用要求的材料制品。由于碳纖維擁有極高的材質(zhì)特性，因此碳纖維制品的強度大，硬度高，遠超過同體積同重量的金屬材質(zhì)。因此，碳纖維制品在航空、航海、軍工等高科技工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

二、碳纖維行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析

目前，碳纖維材料在高速列車上的應(yīng)用還有一定的局限性，大多數(shù)產(chǎn)品仍處于研究開發(fā)階段，僅部分產(chǎn)品得到實際應(yīng)用，因此，應(yīng)用前景非常廣泛。碳纖維是最重要的無機高性能纖維，這點是由其材料本性、產(chǎn)業(yè)技術(shù)復(fù)雜性、應(yīng)用領(lǐng)域重要性和市場規(guī)模性等因素決定的，其首個市場化應(yīng)用是1972年市售的碳纖維增強樹脂釣魚竿。此后，碳纖維應(yīng)用快速向以航空航天器主結(jié)構(gòu)材料為代表的高端化發(fā)展。

碳纖維的物理性質(zhì)主要是表現(xiàn)在具有很強的抗拉力和纖維柔軟可加工性，它的拉伸強度可以達到一定的范圍，而且在經(jīng)過了高溫的石墨化處理后，密度可以達到很低，還有就是它在使用的過程中自身的重量是很很輕的，所以說很多的材料都是應(yīng)用了它的物理性質(zhì)來進行應(yīng)用的。碳纖維的化學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)在它具有很好的耐腐蝕性，在很多的強酸和強堿性溶液中都可以保持自身的特性不會改變，而且通過對它的表面進行處理，還可以增加它的耐油性和抗輻射的能力，所以說它的化學(xué)性質(zhì)也是它被廣泛應(yīng)用的一大優(yōu)點。

我國與20世紀(jì)60年代中期開始研制碳纖維，從零開始到現(xiàn)在能自主生產(chǎn)碳纖維經(jīng)歷了很多艱辛。現(xiàn)在中國大大小小的碳纖維生產(chǎn)加工廠家已經(jīng)多不勝數(shù)，主要集中在長三角和珠三角地區(qū)，看到中國的經(jīng)濟發(fā)展如此之迅速，外國對國內(nèi)采取的一系列措施，這對中國來說是挑戰(zhàn)也是機遇。過去中國碳纖維行業(yè)“有產(chǎn)能，無產(chǎn)量”的現(xiàn)象較為嚴(yán)重，產(chǎn)能利用率低于國際水平，主要是由于碳纖維行業(yè)核心技術(shù)始終掌握在國外部分企業(yè)手中，中國大部分企業(yè)尚達不到T300水平，產(chǎn)品技術(shù)含量較低、質(zhì)量較差。近年中國碳纖維行業(yè)在自主研發(fā)有所突破，產(chǎn)能利用率有上升趨勢。2020年中國碳纖維產(chǎn)能達到3.62萬噸，國內(nèi)實際碳纖維供應(yīng)量約為1.85萬噸。

據(jù)不完全統(tǒng)計，我國已規(guī)劃及在建的碳纖維產(chǎn)能共計14.07萬噸/年，數(shù)量十分可觀，且產(chǎn)能利用率穩(wěn)步提升，預(yù)計未來我國碳纖維供需緊張的格局將逐漸緩和。數(shù)據(jù)顯示，2010-2020年，我國碳纖維總需求量中對于國產(chǎn)碳纖維的占比從4.8%提高到當(dāng)前的37.8%，相比2019年的31.7%，增長率達53.8%，國產(chǎn)替代趨勢明顯。

2020年，國內(nèi)碳纖維需求量達4.88萬噸，同比增長達29%，高于全球平均水平。預(yù)計到2025年，國內(nèi)碳纖維總需求將接近14.95萬噸，國產(chǎn)碳纖維的市場占比也將逐漸提高。

根據(jù)中研普華產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2023-2028年中國碳纖維行業(yè)發(fā)展分析與投資前景預(yù)測報告》顯示：

目前，全球碳纖維及其復(fù)合材料已在各個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，包括航空航天、風(fēng)電葉片、體育休閑、壓力容器、碳/碳復(fù)合材料、交通建設(shè)等領(lǐng)域。碳纖維需求量前三的下游應(yīng)用領(lǐng)域分別為風(fēng)電葉片、航空航天及體育休閑領(lǐng)域，分別占總需求的29%，15%和14%。在中國碳纖維行業(yè)發(fā)展過程中，國家給予了大力支持，極大地促進了碳纖維行業(yè)發(fā)展。企業(yè)和投資機構(gòu)也紛紛看好碳纖維行業(yè)的發(fā)展前景，各路資本的大量涌入，為碳纖維行業(yè)帶來了刺激效應(yīng)，使其呈現(xiàn)出前所未有的新熱點和新動態(tài)。同時，碳纖維行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，其并購需求和活躍度也十分明顯。

當(dāng)前，中國的高鐵建設(shè)正處于繁榮時期，通過多年的努力和積淀，中國已全面掌握高速鐵路的核心技術(shù)，行業(yè)總體水平已躋身于世界先進行列。交錯密布的軌道上，高鐵風(fēng)馳電掣般的“中國速度”代表著“中國制造”已經(jīng)走在自主知識產(chǎn)權(quán)引導(dǎo)發(fā)展的道路上。在此過程中，碳纖維新材料的運用不僅推動著高速列車行駛的輕量化，也將帶動高鐵制造業(yè)實現(xiàn)全新的變革，進一步提升“中國速度”。

碳纖維復(fù)合材料在軌道交通車輛應(yīng)用對車輛的節(jié)約能耗以及性能優(yōu)化有著很重要的作用，但是在推行過程中也存在一些難度。第一個是因為碳纖維材料制作成本難度大、成本高，與鋁合金金屬車體制作成本相比，碳纖維車體的制作成本是其兩倍。再者就是對大型車體的研發(fā)技術(shù)要求較高，對于人才技術(shù)的要求都比較高，所以目前在軌道交通車輛上應(yīng)用較多的主要是一些承載結(jié)構(gòu)件、內(nèi)飾件等。

三、碳纖維復(fù)合材料未來發(fā)展?jié)摿薮?/span>

碳纖維復(fù)合材料在軌道列車上的專利主要集中在車體、轉(zhuǎn)向架、車外設(shè)備、內(nèi)裝四個方面。其中車體和轉(zhuǎn)向架的開發(fā)和應(yīng)用專利比較多。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，到2025年，中國高鐵里程將超過3.8萬公里，且現(xiàn)役的高鐵列車超過了2500輛。列車的節(jié)能性、環(huán)保性、舒適性、便利性已成為高鐵列車未來的發(fā)展方向。而碳纖維因其優(yōu)秀的性能越來越受到軌道車輛研制企業(yè)的關(guān)注及采用，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

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