碳纖維（carbon fiber，簡稱CF）是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。既有碳材料“硬”的固有特征，又兼備紡織纖維“柔”的可加工性，被譽為新材料之王。未來隨著風力發電、汽車工業、飛機制造、高壓容器等產業需求的大幅增長，以及體育休閑領域的平穩發展，碳纖維市場需求增速將愈發顯著。
20世紀初，行業進入快速發展階段
國際上PAN基碳纖維的生產，從20世紀60年代起步，經過70-80年代的穩定，90年代的飛速發展，到21世紀初其生產工藝技術已經成熟。并且隨著風力發電和新能源汽車的研發生產，碳纖維材料的應用開始全面普及。起初，碳纖維主要用于軍工和宇航，經過40余年的發展，其應用領域正在向工業領域和普通民用領域擴大。
圖表1：全球碳纖維發展歷程及主要階段分析
產業鏈結合緊密，制作工藝成熟
完整的碳纖維產業鏈包含從一次能源到終端應用的完整制造過程。從石油、煤炭、天然氣均可以得到丙烯。丙烯經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，再經過預氧化、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浸料，作為生產碳纖維復合材料的原材料；碳纖維經與樹脂、陶瓷等材料結合，形成碳纖維復合材料，最后由各種成型工藝得到下游應用需要的最終產品。
圖表2：碳纖維產業鏈分析
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、制造條件和方法、力學性能和用途等不同維度進行分類。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和工業級兩類；兩種方法是國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
碳纖維的制造技術主要根據航空航天的應用而優化發展，國際碳纖維需求主要集中在工業應用、航天航空和體育休閑三個方面。2008-2014年，全球碳纖維需求穩定，2015年后，隨著新能源發電和新能源汽車等下游行業的發展，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位76.5千噸。
圖表4：2008-2017年全球碳纖維需求量及增速變動（單位：千噸，%）
碳纖維優勢明顯，應用領域涉及廣泛
從全球碳纖維細分領域看：2016年，風電葉片領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模始終居于主要地位，2016年的應用需求量為17.6千噸，占比約為23%。其余領域包含體育休閑、汽車和混配模成型的碳纖維需求比例均超過10%。隨著新能源和全民運動概念的提升，相關領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可比擬的高比強度（強度比密度）及高比剛度（模量比密度）性能。憑借其高強度和高密度的產品特征，且兼耐腐蝕、耐疲勞等特性，廣泛應用于國防工業以及高性能民用領域。涉及航空航天、海洋工程、裝備新能源、工程機械、交通設施等，是一種國家亟需、應用前景廣闊的戰略性新材料。隨著全球環境保護力度的增強、新能源汽車和全民運動等應用領域的普及，全球碳纖維的應用范圍將繼續擴展。
