中國粉體網(wǎng)訊 新材料產(chǎn)業(yè)是戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，也是高技術(shù)競爭的關(guān)鍵領(lǐng)域。數(shù)據(jù)顯示，2022年我國新材料產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值約6.8萬億元，比2012年增長了近6倍，年均復(fù)合增長率超過20%。今年1至9月，新材料產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值已超過5萬億元，保持兩位數(shù)增長。加速爆發(fā)的新材料，究竟“新”在何處？一束碳纖維，為何可拉動兩架大飛機(jī)？和傳統(tǒng)材料相比，碳纖維又有怎樣的過人之處？
來源：中復(fù)神鷹
細(xì)如發(fā)絲、輕若鴻毛、強(qiáng)過鋼鐵
碳纖維是一種碳含量在95%以上的無機(jī)纖維，由不同原料經(jīng)聚合、紡絲、氧化、高溫碳化而成。根據(jù)原料種類，碳纖維主要有聚丙烯腈基碳纖維、粘膠基碳纖維和瀝青基碳纖維3種。其中，以石油化工產(chǎn)品丙烯腈為主要原料的聚丙烯腈基碳纖維，占世界碳纖維總產(chǎn)量的90%以上，是高性能碳纖維的最主要來源。
碳纖維具有細(xì)如發(fā)絲、輕若鴻毛、強(qiáng)過鋼鐵等優(yōu)異性能。碳纖維直徑通常為5—7微米，只有頭發(fā)絲1/10左右粗細(xì)，密度較小，一般為鋼的1/5、鈦的2/5、鋁的3/5。雖然“身輕體薄”，碳纖維強(qiáng)度卻非常高，一般為鋼的35倍。實(shí)際應(yīng)用中，通常會將一定數(shù)量的碳纖維“細(xì)絲”像編繩子一樣纏繞起來，一束標(biāo)準(zhǔn)的12K（即1.2萬根）碳纖維不到一支鉛筆粗，卻可以承受130千克左右的重量。與此同時，碳纖維能在3000攝氏度高溫下安然無恙，在零下100攝氏度到100攝氏度之間，其尺寸基本保持不變，并且能在高腐蝕性環(huán)境里使用，可謂“真金不怕火煉”。憑借強(qiáng)度高、模量高、耐高溫、耐腐蝕、重量輕等諸多優(yōu)異性能，碳纖維在現(xiàn)代制造業(yè)中應(yīng)用前景廣闊，被譽(yù)為“工業(yè)黑色黃金”。
應(yīng)用場景豐富多樣
碳纖維一般不單獨(dú)應(yīng)用于下游領(lǐng)域，常作為增強(qiáng)材料，與樹脂、金屬、陶瓷等基體形成復(fù)合材料，其中以樹脂基復(fù)合材料應(yīng)用最為廣泛。從應(yīng)用場景上看，全球碳纖維材料一半以上應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域，包括航空航天、風(fēng)電葉片、體育休閑、汽車工業(yè)等細(xì)分市場。
碳纖維葉片應(yīng)用已成趨勢。與玻璃纖維相比，碳纖維的比模量和比強(qiáng)度均大幅增加，碳纖維復(fù)合材料比玻璃纖維復(fù)合材料密度更低、強(qiáng)度更高，突破了玻璃纖維材料的性能極限，可保障風(fēng)機(jī)葉片在增加長度的同時降低重量。
汽車領(lǐng)域。碳纖維復(fù)合材料所具備的優(yōu)點(diǎn)，適用于汽車外觀件、車身結(jié)構(gòu)、底盤結(jié)構(gòu)件等多個場景，是汽車深度輕量化的理想材料。目前，碳纖維復(fù)合材料已應(yīng)用到寶馬7系、寶馬iX、奧迪A8、蔚來ES6、雪佛蘭等車型。
在航空航天領(lǐng)域，碳纖維的用量常被作為衡量航空航天裝備水平的重要標(biāo)志。碳纖維復(fù)合材料可以用于飛機(jī)、衛(wèi)星、火箭等的制造，還能幫助產(chǎn)品減小噪聲、節(jié)約燃料。
在體育運(yùn)動裝備制造中，碳纖維也能一展身手。如在網(wǎng)球拍、自行車、高爾夫球桿、滑雪板、皮劃艇制造中，充分發(fā)揮碳纖維材料重量輕的優(yōu)勢，可以減輕運(yùn)動員“負(fù)擔(dān)”。
全球需求持續(xù)攀升
世界上具備碳纖維研發(fā)和規(guī)�；a(chǎn)能力的國家屈指可數(shù)，中國便是其中之一。2021年，我國首次成為全球最大的碳纖維生產(chǎn)國；2022年，國產(chǎn)碳纖維用量首次超越進(jìn)口量。今年五月，全球單體最大年產(chǎn)2.5萬噸高性能碳纖維項目，在西寧全面投產(chǎn)。隨著國產(chǎn)化碳纖維大規(guī)模生產(chǎn)，曾經(jīng)被進(jìn)口限制推高的價格應(yīng)聲回落，受限于成本的需求大量釋放。
根據(jù)國家能源局?jǐn)?shù)據(jù)，2023年上半年國內(nèi)風(fēng)電新增裝機(jī)量22.99GW，同比增長78%，風(fēng)電葉片大型化、輕量化需求高速增長進(jìn)一步拉動碳纖維市場需求。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，2023年上半年國內(nèi)光伏新增裝機(jī)量78.42GW，同比增長154%，碳/碳復(fù)材作為光伏領(lǐng)域的熱場耗材需求急劇增長進(jìn)一步拉動碳纖維市場需求上漲。近年來，在全球能源轉(zhuǎn)型驅(qū)動及“雙碳”戰(zhàn)略及能源改革大背景下，碳纖維在氫能領(lǐng)域的應(yīng)用需求也在同步上漲。根據(jù)東麗公司發(fā)布的《Medium-Term Management Program Project AP-G2025》（中期管理計劃項目AP-G2025）預(yù)測，隨著對綠色能源的需求增長，2022-2025年全球壓力容器用碳纖維復(fù)合年增長率高達(dá)42%；2025年，在壓力容器領(lǐng)域，碳纖維需求量預(yù)計將接近4萬噸。
小結(jié)
作為新型材料領(lǐng)域的明星，碳纖維只是新材料飛速發(fā)展的一個縮影。無論是從0到1的突破，還是從1到100的深耕，以碳纖維為代表的新材料，不斷通過技術(shù)創(chuàng)新，撬動產(chǎn)品升級，推動產(chǎn)業(yè)躍遷。
參考資料：
人民日報.高性能碳纖維：應(yīng)用前景廣闊的新材料
中國復(fù)合材料學(xué)會.盤點(diǎn)國內(nèi)碳纖維發(fā)展兩大“潛力股”領(lǐng)域
光明網(wǎng).一束碳纖維，可拉動兩架大飛機(jī)！“新材料之王”打開5萬億元“新風(fēng)口”
中復(fù)神鷹碳纖維股份有限公司2023年半年度報告
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/黑金）
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