耐化學(xué)腐蝕性好：碳纖維純碳含量高，而碳又是最穩(wěn)定的化學(xué)元素之一，導(dǎo)致其在酸、堿環(huán)境中表現(xiàn)均十分穩(wěn)定，可制成各類化學(xué)防腐制品。

抗疲勞能力強(qiáng)：碳纖維結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，據(jù)高分子網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，其復(fù)合材料經(jīng)應(yīng)力疲勞數(shù)百萬次循環(huán)試驗(yàn)后，強(qiáng)度保留率仍有 60%，而鋼材為 40%，鋁材為 30%，玻璃鋼則只有 20%-25%。

碳纖維可以按照原絲種類、力學(xué)性能、絲束規(guī)格等不同維度進(jìn)行分類，不同 類別的碳纖維分類標(biāo)準(zhǔn)如下：

碳纖維根據(jù)原絲種類主要分為聚丙烯腈（PAN）基碳纖維、瀝青基碳纖維和 粘膠基碳纖維。其中，PAN 基碳纖維由于生產(chǎn)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，產(chǎn)品力學(xué)性能優(yōu)異，用途廣泛，自 20 世紀(jì) 60 年代問世以來，迅速占據(jù)主流地位，占碳纖維總量的 90%以上；瀝青基、粘膠基的產(chǎn)量規(guī)模較小。因此，一般主流碳纖維指 PAN 基碳纖維。

碳纖維根據(jù)拉伸強(qiáng)度和拉伸模量這兩項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)來分類，可分為高強(qiáng)型、 高強(qiáng)中模型、高模型、高強(qiáng)高模型。在實(shí)際使用中，龍頭企業(yè)日本東麗的產(chǎn)品編 號(hào)通常被作為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如日本東麗的碳纖維產(chǎn)品編號(hào)有 T300、T800、M30 等多種，其中 T 表示強(qiáng)度，M 表示模量。強(qiáng)度上，T 后綴的數(shù)字越大代表產(chǎn)品的強(qiáng)度越大；模量上，M 后綴的數(shù)字越大代表產(chǎn)品的模量越大。

按照每束碳纖維中單絲根數(shù)，碳纖維可以分為小絲束和大絲束兩大類別。一 般按照碳纖維中單絲根數(shù)與 1,000 的比值命名，例如，12K 指單束碳纖維中含有 12,000 根單絲的碳纖維。早期小絲束碳纖維以 1K、3K、6K 為主，逐漸發(fā)展出 12K 和 24K。

小絲束碳纖維性能優(yōu)異但價(jià)格較高，一般用于航天軍工等高科技領(lǐng) 域，以及體育用品中產(chǎn)品附加值較高的產(chǎn)品類別，主要下游產(chǎn)品包括飛機(jī)、導(dǎo)彈、 火箭、衛(wèi)星和釣魚桿、高爾夫球桿、網(wǎng)球拍等。一般認(rèn)為 40K 以上的型號(hào)為大 絲束，包括 48K、50K、60K 等。大絲束產(chǎn)品性能相對(duì)較低但制備成本亦較低， 因此往往運(yùn)用于基礎(chǔ)工業(yè)領(lǐng)域，包括土木建筑、交通運(yùn)輸和能源等。隨著目前碳

纖維制作工藝的提升及產(chǎn)品價(jià)格的下降，小絲束在工業(yè)領(lǐng)域的運(yùn)用已逐步拓寬。

2）碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈情況

碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈上游主要由化石原料、碳纖維原料及碳纖維原絲組成。產(chǎn)業(yè)鏈中游主要為碳纖維相關(guān)設(shè)備供應(yīng)商及碳纖維復(fù)合材料生產(chǎn)廠商，主要承擔(dān)制造商的角色，即采購碳纖維原料，利用相關(guān)設(shè)備設(shè)計(jì)并制造出各類碳纖維復(fù)合材料，并銷售于下游的航空航天、汽車等領(lǐng)域。產(chǎn)業(yè)鏈下游主要為碳纖維的應(yīng)用領(lǐng)域，如航空航天、汽車領(lǐng)域、體育休閑、風(fēng)電葉片等。

3）碳纖維復(fù)合材料

復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過物理或化學(xué)的方法，在宏觀上組成具有新性能的材料。各種材料在性能上互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。

纖維復(fù)合材料由基體材料和增強(qiáng)纖維材料組成：

①基體材料分為金屬和非金屬兩大類。金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。非金屬基體主要有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。

②增強(qiáng)材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、石棉纖維、晶須、金屬絲等。

目前碳纖維復(fù)合材料以樹脂基復(fù)合材料（CFRP）為主，占全部碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)份額的 80%以上。

（2）全球碳纖維市場(chǎng)情況

1）全球碳纖維需求情況

根據(jù)行業(yè)研究報(bào)告數(shù)據(jù)，2015-2022 年全球碳纖維需求市場(chǎng)規(guī)?？焖偕仙?，全球市場(chǎng)碳纖維需求量從53,000 噸增加至135,000 噸，復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到23.71%。全球碳纖維市場(chǎng)需求 2019 年突破 10 萬噸，2022 年全球碳纖維市場(chǎng)需求量為135,000 噸，同比增長(zhǎng) 14.4%。

根據(jù)賽奧碳纖維《2022 全球碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)報(bào)告》，2025 年全球碳纖維市場(chǎng)需求將達(dá)到 18.84 萬噸，2030 年全球碳纖維市場(chǎng)需求將達(dá)到 34.17 萬噸。

2）全球碳纖維需求細(xì)分領(lǐng)域

全球碳纖維需求頭部效應(yīng)明顯，風(fēng)電葉片、體育休閑、航空航天等行業(yè)占據(jù)全球過半碳纖維需求量。根據(jù)賽奧碳纖維《2022全球碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)報(bào)告》，2022 年全球碳纖維需求中，風(fēng)電葉片需求量占比 25.7%（34.70 千噸）、體育休

閑 17.8%（24.00 千噸）、航空航天 14.9%（20.10 千噸）、壓力容器 11.0%（14.80千噸）、碳碳復(fù)材 6.7%（9.00 千噸）。

3）大絲束碳纖維占市場(chǎng)主導(dǎo)地位，小絲束市場(chǎng)前景廣闊

2022 年全球大絲束產(chǎn)品市場(chǎng)份額約占 50%（67.5 千噸），主要系風(fēng)電等民用市場(chǎng)保持增長(zhǎng)，持續(xù)拉動(dòng)大絲束需求。小絲束產(chǎn)品市場(chǎng)份額低于全球大絲束，市場(chǎng)份額占比 37.7%（50.8 千噸）。高模量和中模量相對(duì)而言較少，合計(jì)占比 12%左右。

未來在碳纖維工業(yè)應(yīng)用中，大力發(fā)展大絲束領(lǐng)域并追求降低成本將成為行業(yè)發(fā)展一大趨勢(shì)。小絲束需求也會(huì)隨著光伏、儲(chǔ)氫、航空航天等領(lǐng)域的發(fā)展而持續(xù)增長(zhǎng)。

（3）中國(guó)碳纖維市場(chǎng)情況

1）中國(guó)碳纖維需求情況

經(jīng)過多年的發(fā)展，中國(guó)已經(jīng)成為碳纖維大國(guó)。2020 到 2022 年，中國(guó)市場(chǎng)全球占比分別是 45.7%、53%與 55%，均為全球第一；中國(guó)運(yùn)行產(chǎn)能全球占比分別為 21.1%、30.5%與 43%，2021 年及 2022 年均為全球第一。

據(jù)賽奧碳纖維研究報(bào)告數(shù)據(jù)，2015-2022 年，中國(guó)市場(chǎng)碳纖維需求量從 16,789噸增加至 74,429 噸，復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到 23.71%；2022 年，中國(guó)碳纖維的總需求達(dá)到 74,429 噸，相較 2021 年的 62,379 噸，同比增長(zhǎng)了 19.32%。隨著體育休閑、風(fēng)電、航空航天、軍工、碳碳復(fù)材、壓力容器等傳統(tǒng)及新興下游應(yīng)用領(lǐng)域的快速發(fā)展，我國(guó)碳纖維市場(chǎng)有望保持較快增速。

2）中國(guó)碳纖維需求細(xì)分領(lǐng)域

國(guó)內(nèi)碳纖維下游各細(xì)分領(lǐng)域發(fā)展勢(shì)頭良好，碳纖維市場(chǎng)空間巨大。其中，體育休閑碳纖維需求高達(dá) 23,000 噸，需求量占比 30.9%；國(guó)內(nèi)風(fēng)電發(fā)展迅猛，風(fēng)電裝機(jī)高速增長(zhǎng)，風(fēng)電葉片需求量較大，對(duì)碳纖維的需求持續(xù)高漲，風(fēng)電葉片對(duì)碳纖維需求量高達(dá) 17,500 噸，占比 23.5%；

碳碳復(fù)材、電子電器已經(jīng)成為特色優(yōu)勢(shì)應(yīng)用市場(chǎng)，對(duì)碳纖維需求占比分別為 9.1%、2.7%；航空航天軍工及壓力容器迅猛發(fā)展，大幅度縮小了與國(guó)際的差距，目前碳纖維需求 7,800 噸，占比 10.5%；汽車及混配模成型會(huì)因?yàn)橹袊?guó)新能源車的高速發(fā)展而應(yīng)用潛力巨大，碳纖維需求占比分別為 3.2%、5.4%。

3）國(guó)產(chǎn)替代趨勢(shì)日益明顯

國(guó)內(nèi)碳纖維市場(chǎng)發(fā)展迅猛，國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程加速，國(guó)產(chǎn)替代趨勢(shì)日益明顯。2015年，國(guó)產(chǎn)碳纖維僅 2,500 噸，占據(jù)國(guó)內(nèi)碳纖維市場(chǎng)份額 14.89%；2022 年，國(guó)產(chǎn)碳纖維用量歷史上首次超越了進(jìn)口量，高達(dá) 45,000 噸，且在中國(guó)市場(chǎng)總需求量的比例快速提升至 60.5%，比 2021 年增長(zhǎng)了 53.8%。雖然國(guó)產(chǎn)碳纖維出口量較小，但在國(guó)內(nèi)碳纖維市場(chǎng)上發(fā)展迅速，已逐漸形成競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，2015-2022 年國(guó)產(chǎn)碳纖維年復(fù)合增長(zhǎng)率（CAGR）為 51.12%。

（4）碳纖維及復(fù)合材料裝備

1）碳纖維制備工藝流程

原絲和碳絲是產(chǎn)業(yè)鏈的核心環(huán)節(jié)。產(chǎn)業(yè)鏈上游企業(yè)先從石油、煤炭、天然氣等化石燃料中制得丙烯，并經(jīng)氨氧化后得到丙烯腈；丙烯腈經(jīng)聚合和紡絲之后得到聚丙烯腈（PAN）原絲；然后，產(chǎn)業(yè)鏈中下游企業(yè)再經(jīng)過預(yù)氧化、低溫和高溫碳化后得到碳纖維。

碳纖維制備流程：PAN 基原絲通過放絲裝置恒張力均勻的依次通過各級(jí)預(yù)氧化爐、低溫碳化爐、高溫碳化爐、表面處理及水洗，然后依次進(jìn)入熱輥干燥、上漿、熱風(fēng)干燥、熱輥干燥進(jìn)入卷繞機(jī)收絲，最后經(jīng)過自動(dòng)包裝線包裝為成品碳纖維。其中，預(yù)氧化爐為熱風(fēng)循環(huán)爐，纖維在預(yù)氧化爐內(nèi)空氣氛圍下發(fā)生氧化反應(yīng)，形成耐熱梯形結(jié)構(gòu)。

低溫碳化爐和高溫碳化爐為電加熱爐，纖維在低溫碳化爐和高溫碳化爐內(nèi)氮?dú)夥諊掳l(fā)生反應(yīng)，脫除非碳元素。碳絲制備流程中涉及的主要設(shè)備包括放紗架、預(yù)氧化爐組、低溫碳化爐、高溫碳化爐、表面處理浴池、上漿浴池、干燥機(jī)、卷繞機(jī)、廢氣處理系統(tǒng)、廢氣系統(tǒng)管道以及廠房?jī)?nèi)界定的設(shè)備管道。

碳纖維可制成碳纖維織物和碳纖維預(yù)浸料；碳纖維與樹脂、陶瓷等材料結(jié)合，可形成碳纖維復(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。在碳纖維復(fù)合材料成型工藝中，涉及的主要設(shè)備包括纏繞設(shè)備、拉擠設(shè)備、特殊成型模具等。

2）碳纖維裝備發(fā)展情況

①國(guó)外碳纖維設(shè)備廠商率先發(fā)展，長(zhǎng)期技術(shù)壟斷

工藝裝備是碳纖維產(chǎn)品穩(wěn)定性的核心內(nèi)容之一。早期，國(guó)內(nèi)原絲紡絲線、原絲卷繞機(jī)，碳化線上的恒張力重型放卷紗架、預(yù)氧化爐、高低溫碳化爐、超高溫碳化爐、碳絲卷繞機(jī)，大部分為進(jìn)口設(shè)備。

以預(yù)氧化爐設(shè)備為例，2009 年，世界 8 大碳纖維生產(chǎn)商中，有 5 家在其新線上采用美國(guó) Despatch 公司的預(yù)氧化爐，其他新興碳纖維國(guó)家如韓國(guó)、印度、巴西等，均采用了美國(guó) Despatch 公司的預(yù)氧化技術(shù)，該公司也是當(dāng)時(shí)唯一一家把設(shè)備賣到日本、美國(guó)和歐洲的預(yù)氧化爐公司。

②國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程加速，實(shí)現(xiàn)碳纖維主要設(shè)備國(guó)產(chǎn)化供應(yīng)

上世紀(jì) 80 年代，國(guó)內(nèi)企業(yè)試圖引進(jìn)國(guó)外碳纖維設(shè)備，但世界各知名碳纖維公司均基于巴黎統(tǒng)籌委員會(huì)的限制，不轉(zhuǎn)讓技術(shù)、不出售設(shè)備，我國(guó)碳纖維設(shè)備發(fā)展十分緩慢。21 世紀(jì)初，科技部把碳纖維列入“863 計(jì)劃”新材料領(lǐng)域，碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展加速，國(guó)內(nèi)碳纖維設(shè)備和技術(shù)開始加速發(fā)展，碳纖維裝備國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程持續(xù)加快，目前已實(shí)現(xiàn)碳纖維主要設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化供應(yīng)。