2023碳纖維行業(yè)發(fā)展分析 碳纖維復(fù)合材料未來(lái)潛力巨大

• 黃文玉 2023年4月7日 來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng) 282 11
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碳纖維是一種含碳量在90%以上的高強(qiáng)度、高模量纖維的新型纖維材料。碳纖維的主要用途是作為增強(qiáng)材料與樹(shù)脂、金屬、陶瓷及炭等復(fù)合，制造先進(jìn)復(fù)合材料。

一、碳纖維的概況

碳纖維是一種含碳量在90%以上的高強(qiáng)度、高模量纖維的新型纖維材料。碳纖維的主要用途是作為增強(qiáng)材料與樹(shù)脂、金屬、陶瓷及炭等復(fù)合，制造先進(jìn)復(fù)合材料。碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，其比強(qiáng)度及比模量在現(xiàn)有工程材料中是最高的。

碳纖維質(zhì)量比金屬鋁輕，但強(qiáng)度卻高于鋼鐵，并且具有高硬度、高強(qiáng)度、重量輕、高耐化學(xué)性、耐高溫的特性。碳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。碳纖維具有碳材料的固有本征特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代增強(qiáng)纖維，這也使其在航空航天、土木工程、軍事、賽車與其他競(jìng)技體育運(yùn)動(dòng)制品很受歡迎。

碳纖維制品，就是指以碳纖維預(yù)浸布為原材料，通過(guò)不同的加工方法，加工成為能夠滿足使用要求的材料制品。由于碳纖維擁有極高的材質(zhì)特性，因此碳纖維制品的強(qiáng)度大，硬度高，遠(yuǎn)超過(guò)同體積同重量的金屬材質(zhì)。因此，碳纖維制品在航空、航海、軍工等高科技工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

二、碳纖維行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析

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(kāi)發(fā)階段，僅部分產(chǎn)品得到實(shí)際應(yīng)用，因此，應(yīng)用前景非常廣泛。碳纖維是最重要的無(wú)機(jī)高性能纖維，這點(diǎn)是由其材料本性、產(chǎn)業(yè)技術(shù)復(fù)雜性、應(yīng)用領(lǐng)域重要性和市場(chǎng)規(guī)模性等因素決定的，其首個(gè)市場(chǎng)化應(yīng)用是1972年市售的碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂釣魚(yú)竿。此后，碳纖維應(yīng)用快速向以航空航天器主結(jié)構(gòu)材料為代表的高端化發(fā)展。

碳纖維的物理性質(zhì)主要是表現(xiàn)在具有很強(qiáng)的抗拉力和纖維柔軟可加工性，它的拉伸強(qiáng)度可以達(dá)到一定的范圍，而且在經(jīng)過(guò)了高溫的石墨化處理后，密度可以達(dá)到很低，還有就是它在使用的過(guò)程中自身的重量是很很輕的，所以說(shuō)很多的材料都是應(yīng)用了它的物理性質(zhì)來(lái)進(jìn)行應(yīng)用的。碳纖維的化學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)在它具有很好的耐腐蝕性，在很多的強(qiáng)酸和強(qiáng)堿性溶液中都可以保持自身的特性不會(huì)改變，而且通過(guò)對(duì)它的表面進(jìn)行處理，還可以增加它的耐油性和抗輻射的能力，所以說(shuō)它的化學(xué)性質(zhì)也是它被廣泛應(yīng)用的一大優(yōu)點(diǎn)。

我國(guó)與20世紀(jì)60年代中期開(kāi)始研制碳纖維，從零開(kāi)始到現(xiàn)在能自主生產(chǎn)碳纖維經(jīng)歷了很多艱辛。現(xiàn)在中國(guó)大大小小的碳纖維生產(chǎn)加工廠家已經(jīng)多不勝數(shù)，主要集中在長(zhǎng)三角和珠三角地區(qū)，看到中國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展如此之迅速，外國(guó)對(duì)國(guó)內(nèi)采取的一系列措施，這對(duì)中國(guó)來(lái)說(shuō)是挑戰(zhàn)也是機(jī)遇。過(guò)去中國(guó)碳纖維行業(yè)“有產(chǎn)能，無(wú)產(chǎn)量”的現(xiàn)象較為嚴(yán)重，產(chǎn)能利用率低于國(guó)際水平，主要是由于碳纖維行業(yè)核心技術(shù)始終掌握在國(guó)外部分企業(yè)手中，中國(guó)大部分企業(yè)尚達(dá)不到T300水平，產(chǎn)品技術(shù)含量較低、質(zhì)量較差。近年中國(guó)碳纖維行業(yè)在自主研發(fā)有所突破，產(chǎn)能利用率有上升趨勢(shì)。2020年中國(guó)碳纖維產(chǎn)能達(dá)到3.62萬(wàn)噸，國(guó)內(nèi)實(shí)際碳纖維供應(yīng)量約為1.85萬(wàn)噸。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)已規(guī)劃及在建的碳纖維產(chǎn)能共計(jì)14.07萬(wàn)噸/年，數(shù)量十分可觀，且產(chǎn)能利用率穩(wěn)步提升，預(yù)計(jì)未來(lái)我國(guó)碳纖維供需緊張的格局將逐漸緩和。數(shù)據(jù)顯示，2010-2020年，我國(guó)碳纖維總需求量中對(duì)于國(guó)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(zhǎng)率達(dá)53.8%，國(guó)產(chǎn)替代趨勢(shì)明顯。

2020年，國(guó)內(nèi)碳纖維需求量達(dá)4.88萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)達(dá)29%，高于全球平均水平。預(yù)計(jì)到2025年，國(guó)內(nèi)碳纖維總需求將接近14.95萬(wàn)噸，國(guó)產(chǎn)碳纖維的市場(chǎng)占比也將逐漸提高。

根據(jù)中研普華產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2023-2028年中國(guó)碳纖維行業(yè)發(fā)展分析與投資前景預(yù)測(cè)報(bào)告》顯示：

目前，全球碳纖維及其復(fù)合材料已在各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，包括航空航天、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。碳纖維需求量前三的下游應(yīng)用領(lǐng)域分別為風(fēng)電葉片、航空航天及體育休閑領(lǐng)域，分別占總需求的29%，15%和14%。在中國(guó)碳纖維行業(yè)發(fā)展過(guò)程中，國(guó)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(jī)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(lái)了刺激效應(yīng)，使其呈現(xiàn)出前所未有的新熱點(diǎn)和新動(dòng)態(tài)。同時(shí)，碳纖維行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，其并購(gòu)需求和活躍度也十分明顯。

當(dāng)前，中國(guó)的高鐵建設(shè)正處于繁榮時(shí)期，通過(guò)多年的努力和積淀，中國(guó)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(cuò)密布的軌道上，高鐵風(fēng)馳電掣般的“中國(guó)速度”代表著“中國(guó)制造”已經(jīng)走在自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)引導(dǎo)發(fā)展的道路上。在此過(guò)程中，碳纖維新材料的運(yùn)用不僅推動(dòng)著高速列車行駛的輕量化，也將帶動(dòng)高鐵制造業(yè)實(shí)現(xiàn)全新的變革，進(jìn)一步提升“中國(guó)速度”。

碳纖維復(fù)合材料在軌道交通車輛應(yīng)用對(duì)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(guò)程中也存在一些難度。第一個(gè)是因?yàn)樘祭w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(duì)大型車體的研發(fā)技術(shù)要求較高，對(duì)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。

三、碳纖維復(fù)合材料未來(lái)發(fā)展?jié)摿薮?/span>

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(gè)方面。其中車體和轉(zhuǎn)向架的開(kāi)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(guó)高鐵里程將超過(guò)3.8萬(wàn)公里，且現(xiàn)役的高鐵列車超過(guò)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(lái)的發(fā)展方向。而碳纖維因其優(yōu)秀的性能越來(lái)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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