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碳纤维行业深度研究报告

一、新材料之王：碳纤维性能优异，复合材料应用广泛

碳纤维在可量产纤维材料中性能最佳，是目前工程上可以大规模应

用的比强度最高的材料，其具有优异的物理、化学性能，在军工及民

用领域都有着广泛的应用，被称为21世纪的“黑色黄金”。碳纤维

复合材料即以碳纤维为增强体，以树脂、碳质、金属、陶瓷等为基体

所形成的复合材料，在结合增强体与基体优异性能的同时，应用范围

更加广泛。

1.1碳纤维性能优异，PAN基碳纤维占据主流地位

碳纤维：“新材料之王”。碳纤维（CarbonFiber）是由聚丙烯腈

（PAN）等有机纤维在1000~3000℃高温的惰性气体氛围中经氧化碳化

后制成的，含碳量在90%以上的无机高分子纤维，是目前可以获得的最

轻的无机材料之一。碳纤维的比强度和比模量等力学性能优异，且具

有低密度、耐腐蚀、耐高温、耐摩擦、抗疲劳、高震动衰减性、高导

电导热性、低热膨胀系数、高电磁屏蔽性等特点，其易加工、可设计

的性能使其广泛应用于航空航天、军工、能源、体育用品、汽车工业、

轨道交通和建筑补强等领域，是国防军工和国民经济不可或缺的战略

新兴材料，被誉为“新材料之王”。

按照原料不同，碳纤维可分为PAN基、粘胶基、沥青基碳纤维。按

照原材料不同，碳纤维主要分为粘胶基（纤维素基、人造丝基）、沥

青基（各向同性、中间相）和聚丙烯腈（PAN）基三大类。目前以聚丙

烯腈为原料制成的PAN基碳纤维占据主流地位，产量占碳纤维总量的

90%以上，如无特殊说明，本文所指碳纤维皆为PAN基碳纤维。

按照丝束大小，碳纤维可分为大丝束和小丝束碳纤维。一般按照碳

纤维中单丝根数与1000的比值命名，如12K指单束碳纤维中含有

12000根单丝的碳纤维。通常将24K及以下的碳纤维称为小丝束碳纤维，

初期以1K、3K、6K为主，后逐渐发展为12K和24K，主要应用于国防

军工等高科技领域以及体育休闲用品。通常将48K以上碳纤维称为大

丝束碳纤维，包括48K、60K、80K等（部分领域25K也可称为大丝

束），主要应用于能源、交运、建筑等工业领域。

按照力学性能，碳纤维可分为通用型和高性能型碳纤维。业内通常

采用日本东丽（TORAY）公司分类法，按照拉伸强度及模量标准进行分

类。其中通用型碳纤维强度为1000MPa、模量为100GPa左右。高性能

型碳纤维又分为高强型（强度2000MPa、模量250GPa以上）和高模型

（模量300GPa以上）和高强高模型等（强度4000MPa以上、模量

300GPa以上）。

1.2碳纤维产业链涉及较多工艺，复合材料应用广泛

碳纤维产业链从上游原油开始，延伸到终端军工、民用等各项应用：

原油经过炼制、裂解及氨氧化得到丙烯腈；丙烯腈经聚合和纺丝之后

得到聚丙烯腈（PAN）原丝；再经过预氧化、碳化后得到PAN基碳纤维；

碳纤维中加入树脂、上浆剂等形成碳纤维复合材料，最后由各种成型

加工工艺得到满足不同下游需求的最终产品

以碳纤维为增强体的复合材料性能更优，应用更广。复合材料通常

由基体和增强体通过一系列反应生成，除具有各材料组分自身独有的

性能外，还因为不同材料组分的界面结合效应使之具有更优异的综合

性能。碳纤维力学性能优异，但作为结构材料很少单独使用，一般是

经过深加工制成编织布等中间产物或者作为增强体加工成复合材料再

进行使用。

碳纤维作为复合材料的增强材料，根据不同性能要求和使用目的可

以选用不同的基体材料，其中碳纤维增强树脂基复合材料CFRP是应用

最广泛的碳纤维复合材料（碳纤维含量约65%），其在全球碳纤维复合

材料市场中的消费占比超过80%。

二、军民两用优异材料，驱动碳纤维需求持续走高

碳纤维本身具备低比重、高强度的优异属性，与其他材料复合制成

的碳纤维复合材料具有高强轻量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳等特点，

因此在诞生之初便作为战略性物资应用于国防、航空航天等军用行业。

之后随着商业化的顺利推进及成本的不断降低，碳纤维优异属性被广

泛认知，应用范围持续拓宽，并逐步在民用领域大放光彩，成为军民

两用的优异新材料品种。

2.1全球碳纤维需求持续增长，中国结构性差异蕴含机遇

2.1.1全球碳纤维需求以风电叶片、航空航天、体育及汽车为主

全球碳