碳纖維（carbon fiber，簡(jiǎn)稱CF）是一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度、高模量纖維的新型纖維材料。既有碳材料“硬”的固有特征，又兼?zhèn)浼徔椑w維“柔”的可加工性，被譽(yù)為新材料之王。未來(lái)隨著風(fēng)力發(fā)電、汽車工業(yè)、飛機(jī)制造、高壓容器等產(chǎn)業(yè)需求的大幅增長(zhǎng)，以及體育休閑領(lǐng)域的平穩(wěn)發(fā)展，碳纖維市場(chǎng)需求增速將愈發(fā)顯著。
20世紀(jì)初，行業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展階段
國(guó)際上PAN基碳纖維的生產(chǎn)，從20世紀(jì)60年代起步，經(jīng)過(guò)70-80年代的穩(wěn)定，90年代的飛速發(fā)展，到21世紀(jì)初其生產(chǎn)工藝技術(shù)已經(jīng)成熟。并且隨著風(fēng)力發(fā)電和新能源汽車的研發(fā)生產(chǎn)，碳纖維材料的應(yīng)用開(kāi)始全面普及。起初，碳纖維主要用于軍工和宇航，經(jīng)過(guò)40余年的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域正在向工業(yè)領(lǐng)域和普通民用領(lǐng)域擴(kuò)大。
圖表1：全球碳纖維發(fā)展歷程及主要階段分析
產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)合緊密，制作工藝成熟
完整的碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈包含從一次能源到終端應(yīng)用的完整制造過(guò)程。從石油、煤炭、天然氣均可以得到丙烯。丙烯經(jīng)氨氧化后得到丙烯腈，丙烯腈聚合和紡絲之后得到聚丙烯腈（PAN）原絲，再經(jīng)過(guò)預(yù)氧化、低溫和高溫碳化后得到碳纖維，并可制成碳纖維織物和碳纖維預(yù)浸料，作為生產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料的原材料；碳纖維經(jīng)與樹(shù)脂、陶瓷等材料結(jié)合，形成碳纖維復(fù)合材料，最后由各種成型工藝得到下游應(yīng)用需要的最終產(chǎn)品。
圖表2：碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈分析
分類情況多樣，原絲類型為主要分類形式
碳纖維可以按照原絲類型、形態(tài)、制造條件和方法、力學(xué)性能和用途等不同維度進(jìn)行分類。其中按原絲類型將碳纖維分為聚丙烯腈（PAN）原絲、瀝青纖維、粘膠絲三種；按照用途可將碳纖維分為宇航級(jí)和工業(yè)級(jí)兩類；兩種方法是國(guó)際上普遍適用的碳纖維分類方法。
圖表3：全球碳纖維分類情況匯總
下游需求旺盛，全球碳纖維需求量不斷增加
碳纖維的制造技術(shù)主要根據(jù)航空航天的應(yīng)用而優(yōu)化發(fā)展，國(guó)際碳纖維需求主要集中在工業(yè)應(yīng)用、航天航空和體育休閑三個(gè)方面。2008-2014年，全球碳纖維需求穩(wěn)定，2015年后，隨著新能源發(fā)電和新能源汽車等下游行業(yè)的發(fā)展，碳纖維的需求量不斷增加。2015年，全球碳纖維需求量增速近年最快為27.85%，增至68.4千噸；2016年增速稍有回落但仍上升變動(dòng)位76.5千噸。
圖表4：2008-2017年全球碳纖維需求量及增速變動(dòng)（單位：千噸，%）
碳纖維優(yōu)勢(shì)明顯，應(yīng)用領(lǐng)域涉及廣泛
從全球碳纖維細(xì)分領(lǐng)域看：2016年，風(fēng)電葉片領(lǐng)域全球碳纖維的需求最為廣闊，需求量為18千噸，約占全球需求總量的23%；航空航天碳纖維的全球需求規(guī)模始終居于主要地位，2016年的應(yīng)用需求量為17.6千噸，占比約為23%。其余領(lǐng)域包含體育休閑、汽車和混配模成型的碳纖維需求比例均超過(guò)10%。隨著新能源和全民運(yùn)動(dòng)概念的提升，相關(guān)領(lǐng)域的碳纖維需求占比將不斷增加。
圖表5：2016年全球碳纖維需求及應(yīng)用占比（單位：千噸，%）
由以上的分析看出，碳纖維具有其他任何材料無(wú)可比擬的高比強(qiáng)度（強(qiáng)度比密度）及高比剛度（模量比密度）性能。憑借其高強(qiáng)度和高密度的產(chǎn)品特征，且兼耐腐蝕、耐疲勞等特性，廣泛應(yīng)用于國(guó)防工業(yè)以及高性能民用領(lǐng)域。涉及航空航天、海洋工程、裝備新能源、工程機(jī)械、交通設(shè)施等，是一種國(guó)家亟需、應(yīng)用前景廣闊的戰(zhàn)略性新材料。隨著全球環(huán)境保護(hù)力度的增強(qiáng)、新能源汽車和全民運(yùn)動(dòng)等應(yīng)用領(lǐng)域的普及，全球碳纖維的應(yīng)用范圍將繼續(xù)擴(kuò)展。
