我國碳纖維產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀分析：近兩年來我國碳纖維產(chǎn)業(yè)高速增長

• 黃婷 2024年2月20日 來源：互聯(lián)網(wǎng) 1418 94
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碳纖維，指的是含碳量在90%以上的高強度高模量纖維。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，指的是含碳量在90%以上的高強度高模量纖維。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。

碳纖維主要由碳元素組成，具有耐高溫、抗摩擦、導(dǎo)熱及耐腐蝕等特性 外形呈纖維狀、柔軟、可加工成各種織物，由于其石墨微晶結(jié)構(gòu)沿纖維軸擇優(yōu)取向，因此沿纖維軸方向有很高的強度和模量。碳纖維的密度小，因此比強度和比模量高。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。

碳纖維直徑只有5微米，相當(dāng)于一根頭發(fā)絲的十到十二分之一，強度卻在鋁合金4倍以上。?

據(jù)中研產(chǎn)業(yè)研究院《2024-2029年碳纖維產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢分析報告》分析：

隨著各行業(yè)對碳纖維的需求不斷增加，特別是在風(fēng)力渦輪機葉片等大批量應(yīng)用中，迫切需要低成本的碳纖維。此外，美國和歐洲對運輸車輛溫室氣體排放的監(jiān)管更加嚴(yán)格，引發(fā)了更多低成本碳纖維的研發(fā)。汽車結(jié)構(gòu)，如車身面板、車頂和車輛地板，是剛度驅(qū)動的，其中碳纖維在輕量化和增強性能方面表現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢。與航空航天和飛機結(jié)構(gòu)相比，汽車的機械要求中等或較低。對于商用車來說，要盈利，低成本碳纖維至關(guān)重要，這已經(jīng)轉(zhuǎn)化為人們對開發(fā)具有中等強度和高剛度性能的低成本碳纖維的濃厚興趣。

碳纖維的制造基本上涉及前驅(qū)體合成、纖維紡絲、穩(wěn)定化、碳化和表面處理五個步驟，其中前驅(qū)體材料占商業(yè)化PAN基碳纖維生產(chǎn)總成本的近53%。通常，商業(yè)碳纖維在碳化之后經(jīng)過電解表面活化，然后通過將碳纖維粗紗拉伸通過上漿乳液或分散體浴而施加上漿。施膠分散體與纖維和基體的官能團強烈相互作用。施膠分散體通常包含與聚合物基質(zhì)相同的化學(xué)類別，以確保化學(xué)相容性。施膠的碳纖維表現(xiàn)出高表面能，有利于基體對纖維的良好潤濕。

碳纖維比玻璃纖維具有明顯的優(yōu)勢，因為它具有更高的比拉伸模量(>3倍)、更高的比拉伸強度和更高的抗疲勞性能。然而，為航空航天工業(yè)開發(fā)的碳纖維的高成本阻礙了其在風(fēng)力渦輪機結(jié)構(gòu)中的大量使用。碳纖維的已知優(yōu)點是提高了剛度重量比(作為 57 米長葉片的增強材料，與無堿玻璃纖維相比高出 4 倍，相當(dāng)于減輕了 27% 的重量 )和實現(xiàn)細長使用更少的殼體材料、更薄的翼型和更好的空氣動力性能的葉片設(shè)計。

事實上，風(fēng)力渦輪機結(jié)構(gòu)中的碳纖維消耗量已從 2004 年的約 800 噸增加到 2021 年的 30 噸以上，這意味著自開始使用碳纖維以來增長了 36 倍。未來幾年將會出現(xiàn)穩(wěn)定和急劇的增長，例如，預(yù)計2025年僅風(fēng)力渦輪機行業(yè)的碳纖維需求量將超過81噸

據(jù)悉，翔安機場航站樓主樓屋蓋選用雙坡三層三重檐疊落設(shè)計，遠看神似振翅欲飛的白鷺。為有效支撐整個航站樓的鋼結(jié)構(gòu)，施工單位將碳纖維拉桿大規(guī)模應(yīng)用在大跨空間結(jié)構(gòu)中，維持了整個鋼結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定。

碳纖維材料比鋼鐵強度高幾倍，比混凝土輕到5-7倍，可以用于加強建筑結(jié)構(gòu)，增加其承重和抗震能力。大噸位碳纖維復(fù)合材料拉桿具有優(yōu)秀的性能和較好的空間環(huán)境適應(yīng)能力，可以顯著提高空間結(jié)構(gòu)的技術(shù)性能和經(jīng)濟效益。隨著空間技術(shù)的發(fā)展和對輕質(zhì)復(fù)合材料的需求增加，碳纖維復(fù)合材料在建筑空間結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用與需求也在不斷增加。

目前，中復(fù)碳芯碳纖維復(fù)合材料拉擠技術(shù)已經(jīng)持續(xù)研發(fā)深耕十余年，并廣泛涉獵橋梁、建筑以及風(fēng)電能源等其他領(lǐng)域。丹江口水庫特大橋(世界最大跨徑部分地錨式斜拉橋)使用的碳纖維錨桿、上海石化物流通道和清華廊橋使用的自錨式板索、臨泉河大橋使用的CFRP絞合索、蘇州嘉盛咖啡館使用的碳纖維平行索以及配套的錨具結(jié)構(gòu)均由中復(fù)碳芯制作。

與此同時，該企業(yè)的碳纖維拉擠棒材還在青島鳳凰山路跨風(fēng)河大橋(國內(nèi)首座應(yīng)用3000MPa高強度碳纖維吊桿的橋梁工程)使用的碳纖維平行索、西安-灃邑大橋使用的碳纖維拉索、上海美的全球創(chuàng)新園區(qū)懸臂結(jié)構(gòu)斜拉索中被廣泛使用。

我國碳纖維產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀分析

近年來，國內(nèi)風(fēng)電裝機量快速增長，國家能源局最新數(shù)據(jù)顯示，今年前7個月，國內(nèi)風(fēng)電新增裝機量達2631萬千瓦，累計裝機量達3.9億 千瓦。而隨著平價時代到來，風(fēng)機大型化趨勢尤為凸顯，陸上風(fēng)機單機容量最高突破10兆瓦，海上風(fēng)機單機容量突破18兆瓦，葉片長度也在不斷刷新行業(yè)紀(jì)錄。

快速大型化給風(fēng)機葉片材料性能帶來全新考驗，傳統(tǒng)玻璃纖維復(fù)合材料性能不足的情況下，碳纖維成為最新的“潛力股”。

2022年，全球風(fēng)機葉片對碳纖維的需求量占到全球碳纖維需求總量的25.7%，我國風(fēng)機葉片碳纖維需求量也占碳纖維整體需求的23.5%。與航空航天、軍工科技等領(lǐng)域相比，風(fēng)機葉片所需的碳纖維產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)有所不同，技術(shù)成本相對更低，生產(chǎn)過程中，可根據(jù)不同性能、工藝和成本，設(shè)計不同應(yīng)用性能和生產(chǎn)工藝參數(shù)，相對快速實現(xiàn)碳纖維量產(chǎn)。

在此情況下，近兩年來我國碳纖維產(chǎn)業(yè)高速增長。數(shù)據(jù)顯示，2022年，國產(chǎn)碳纖維產(chǎn)能達到11.2萬噸，供應(yīng)量首次超過進口量。

早在2017年，國際市場上已有整機制造商開啟了碳纖維葉片的應(yīng)用，LM、西門子歌美颯、維斯塔斯等跨國企業(yè)也都有百米級碳纖維葉片產(chǎn)出。隨著國內(nèi)海上風(fēng)電市場的蓬勃發(fā)展，2022年，國內(nèi)海上大葉片發(fā)展實現(xiàn)了全面趕超。目前，國內(nèi)市場上已有大量海上風(fēng)機葉片采用碳纖維設(shè)計，國內(nèi)主流整機和葉片廠商也都規(guī)劃了下一代海上大兆瓦機組，更大的海上風(fēng)機碳纖維葉片也都在開發(fā)之

對于如何實現(xiàn)碳纖維復(fù)合材料規(guī)模化應(yīng)用，這將始于全產(chǎn)業(yè)鏈聯(lián)動的顛覆式開發(fā)創(chuàng)新，并需要全產(chǎn)業(yè)協(xié)同并解決共性技術(shù)問題，進一步構(gòu)建低成本開發(fā)路徑。同時，還需要圍繞新能源汽車轉(zhuǎn)型升級，通過集成化和功能化開發(fā)，實現(xiàn)低成本和高價值的雙協(xié)同，打造不止于“輕”的高價值場景。

先進的量產(chǎn)制造技術(shù)將有助于碳纖維復(fù)合材料的規(guī)?；瘧?yīng)用。混合使用連續(xù)和非連續(xù)纖維可進一步拓展碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用范圍，實現(xiàn)異形實體部件的復(fù)材化。此外，數(shù)據(jù)表明，回收后的碳纖維仍有很好的力學(xué)性能和利用價值，不僅能用于要求相對較低的應(yīng)用場景，還可減少能源消耗，這將進一步完善產(chǎn)業(yè)鏈。

如果想要了解更多碳纖維產(chǎn)業(yè)詳情分析，可以點擊查看中研普華研究報告《2024-2029年碳纖維產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢分析報告》。

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  2024-2029年碳纖維產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢分析報告

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