碳纖維概述

碳纖維 (CF或者石墨纖維)是直徑約為5-10微米的纖維，主要由碳原子組成。碳纖維具有幾個優(yōu)點，包括高剛度、高抗拉強度、低重量、高耐化學(xué)性、耐高溫和低熱膨脹。這些特性使得碳纖維在航空航天、土木工程、軍事和賽車運動以及其他競賽運動中非常受歡迎。

(資料圖片)

碳纖維是由有機纖維經(jīng)碳化和石墨化處理而得到的微晶石墨材料，碳纖維具有輕質(zhì)、高強、耐高溫、耐疲勞、抗腐蝕、導(dǎo)熱和導(dǎo)電等特性，是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料。碳纖維除了應(yīng)用在航空航天等高技術(shù)領(lǐng)域外，還可用在文體用品、紡織機械、醫(yī)療器械生物工程和運輸車輛等方面。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。

碳纖維具備出色的力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性，密度比鋁低、強度比鋼高，是目前已大量生 產(chǎn)的高性能纖維中具有最高的比強度和最高的比模量的纖維，具有質(zhì)輕、高強度、高模量、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐腐蝕、耐 疲勞、耐高溫、膨脹系數(shù)小等一系列其他材料所不可替代的優(yōu)良性能，廣泛應(yīng)用于航空航天、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，是發(fā)展國防軍工與國民經(jīng)濟的重要戰(zhàn)略物資。

實踐中，碳纖維多按其力學(xué)性能分類。實踐中，拉伸強度及模量是國際碳纖維分類的主要標(biāo)準(zhǔn)，業(yè)內(nèi)一般采用日本東 麗(TORAY)分類法。2011 年《聚丙烯腈基碳纖維》國家標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布實施，標(biāo)志著我國的碳纖維行業(yè)有了自己的 分類方法與標(biāo)準(zhǔn)。按力學(xué)性能分類，碳纖維可分為高強型(GQ)、高強中模型(QZ)、高模型(GM)、高強高模 型(QM)，碳纖維在應(yīng)用時多是作為增強材料而利用其優(yōu)良的力學(xué)性能，因此使用中更多的是按其力學(xué)性能分類。

中國碳纖維材料行業(yè)發(fā)展分析

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(jìn)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。

我國在陶瓷基復(fù)合材料研究方面起步相對較晚。近年來通過國家項目的支持，目前國內(nèi)相關(guān)高校和研究單位在陶瓷基復(fù)合材料的研究取得了較大的突破。但是目前陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用還主要集中在軍工、航天領(lǐng)域，在其他民用領(lǐng)域的應(yīng)用規(guī)模還相對有限。

接下來一段時期內(nèi)，陶瓷基復(fù)合材料行業(yè)的發(fā)展方向?qū)⒅饕蜍娹D(zhuǎn)民發(fā)展，軍轉(zhuǎn)民的過程是行業(yè)發(fā)展規(guī)模迅速膨脹的階段。碳纖維復(fù)合材料作為新材料產(chǎn)業(yè)中的新興領(lǐng)域，是國家“十三五”計劃重點支持的項目。近年來，碳纖維復(fù)合材料備受市場青睞，新產(chǎn)品的研發(fā)也也是企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重點攻關(guān)項目。

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。

近幾年成為主要工藝之一，目前在碳碳復(fù)材中發(fā)展迅速，主要由光伏爐所需的熱場碳碳復(fù)材的快速發(fā)展而推動的。

根據(jù)《化纖工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》，"十四五"時期，提高碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯纖維、聚酰亞胺纖維、聚苯硫醚纖維、聚四氟乙烯纖維、連續(xù)玄武巖纖維的生產(chǎn)與應(yīng)用水平，提升高性能纖維質(zhì)量一致性和批次穩(wěn)定性。進(jìn)一步擴大高性能纖維在航空航天、風(fēng)力和光伏發(fā)電、海洋工程、環(huán)境保護、安全防護、土工建筑、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域應(yīng)用。具體碳纖維復(fù)合材料行業(yè)規(guī)劃圍繞碳纖維復(fù)合材料以及高性能纖維創(chuàng)新平臺展開。

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。

據(jù)中研產(chǎn)業(yè)研究院《2022-2027年中國碳纖維材料行業(yè)發(fā)展分析及投資戰(zhàn)略預(yù)測報告》分析：

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(jìn)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(jìn)一步提升“中國速度”。

在高鐵制造對碳纖維表現(xiàn)出明顯需求態(tài)勢時，不少碳纖維加工制造企業(yè)也及時瞄準(zhǔn)了高鐵這一市場，主動對接產(chǎn)業(yè)。碳纖維原絲是在2000-3000攝氏度的高溫中預(yù)氧化、碳化而成的，能夠耐高溫上千攝氏度。但是在具體的應(yīng)用中，碳纖維原絲主要是以碳纖維復(fù)合材料的形式出現(xiàn)的，因此，必須使該復(fù)合材料在發(fā)揮原絲優(yōu)異性能的同時，還兼具其它方面的特性，以達(dá)到高鐵環(huán)保、安全等方面的高標(biāo)準(zhǔn)。

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。資料顯示，截止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(dá)53.8%，國產(chǎn)替代趨勢明顯。2020年，國內(nèi)碳纖維需求量達(dá)4.88萬噸，同比增長達(dá)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。

碳纖維材料行業(yè)發(fā)展趨勢預(yù)測

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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