碳纤维及其复合材料在航空航天、工业和体育休闲用品三大领域应用日趋广泛，市场需求逐年增加。碳纤维以其质轻、高强度、高模量、耐高低温和耐腐蚀等特点最早应用于航空航天领域，如大型飞机、无人机、人造卫星等，后伴随着碳纤维生产成本的降低逐步应用于工业和体育领域。从全球市场看，碳纤维市场需求一直不断增加。2020年全球碳纤维需求继2019年之后再次突破10万吨级，达到10.69万吨。

 

预浸料是树脂基复材产业链中的重要中间材料

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碳纤维复材按照基体的不同可以分为五大类，其中树脂基复合材料（CFRP）下游的应用最为广泛，超过 80%。按基体的不同，碳纤维复材可分为树脂基复合材料（CFRP）、碳／碳复合材料（C／C）、金属基复合材料（CFRM）、陶瓷基复合材料（CFRC）及橡胶基复合材料（CFRR）等。其中，树脂基复合材料（CFRP），由于其比模量、比强度高、抗疲劳性好、以及优良的耐热性等特点，被广泛应用于宇宙飞行器外表面防热层及火箭喷嘴（酚醛树脂基）、航空航天结构材料（环氧树脂基）、建筑补强等领域。

 

碳纤维预浸料是树脂基复合材料产业链中的重要中间材料。目前大部分先进复合材料产品都是由预浸料铺迭后固化而成的。完整制造过程包括：从石油、煤炭、天然气均可以得到丙烯，丙烯经氨氧化后得到丙烯腈，丙烯腈聚合和纺丝之后得到聚丙烯腈(PAN)原丝，再经过预氧化、低温和高温碳化后得到碳纤维，并制成碳纤维织物和碳纤维预浸料，最后再将其加工成碳纤维复材。因此，预浸料是增强纤维浸渍树脂基体后制备复合材料的半成品，是由原料向制品过渡的重要中间产品。

 

树脂和生产工艺对预浸料产品性能影响较大

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基体树脂的作用主要有两点：第一，将纤维定向、定位黏结成一体；第二，在产品过程中传递应力。不同类型树脂基体的基本性能有差异，例如酚醛型环氧树脂可提高树脂体系的反应活性和耐热性，双酚 A 型环氧树脂可调节树脂体系的粘度。一般来说，通过单一的树脂很难满足工艺性能要求，通常是采用几种树脂组合来实现工艺操作，如采用几种不同环氧树脂组合来提高常温或低温下树脂体系的粘度。

 

对于热固性预浸料，目前主要的预浸料制备方法是干法工艺，是传统湿法工艺的改进，技术难度高和设备投资大。传统的工艺是通过湿法制造预浸料，但是存在设备简单、溶剂挥发、树脂含量控制精度不高等缺点。后来研发了干法工艺，由于干法制备过程中不需要溶剂溶解树脂，所以不存在溶剂挥发的问题，且树脂含量控制精度较湿法高，因而逐渐替代了湿法工艺。干法也称热熔法，首先是将树脂在高温下熔融，然后通过不同的方式浸渍增强纤维制成预浸料。按树脂熔融后的加工状态，可以将干法分为一步法和两步法。其中一步法是直接将纤维通过含有熔融树脂的胶槽浸胶，然后烘干收卷。两步法是先在制膜机上将熔融后的树脂均匀涂覆在浸胶纸上制成薄膜，然后与纤维或织物叠合进行高温处理。但是，干法工艺对设备的要求高，制作工艺繁琐，对树脂的熔点有要求。特别是对厚度较大的预浸料，树脂容易浸透不均匀。

 

对于热塑性预浸料，目前常用的方法包括热熔法、粉末法浸渍法、悬浮浸渍法、纤维混杂法、原位聚合法等。热塑性树脂的热熔法与热固性树脂的热熔法相似。粉末法是制备热塑性预浸料比较典型的方法，是将带静电的树脂粉末沉积到被吹散的纤维上，再经过高温处理使树脂熔融嵌入到纤维中。粉末法的特点是能快速连续生产热塑性预浸料，纤维损伤少，工艺过程历时少，聚合物不易分解，具有成本低的潜在优势。这种方法的不足之处在于适于这种技术的树脂粉末直径在5～10μm为宜，而制备直径在10μm以下的树脂颗粒难度较大。

 

悬浮预浸法主要过程是纤维通过事先配制好的悬浮液，使树脂粒子均匀分布在纤维上，然后加热烘干悬浮剂，同时使树脂熔融浸渍纤维得到预浸料。与熔融法一样，该法存在技术难度高和设备投资大的缺点。纤维混杂法是先将热塑性树脂纺成纤维或纤维膜带，再根据含胶量的多少将增强纤维与树脂纤维按一定比例紧密地并合成混合纱，然后将混合纱织制成一定的产品形状，最后通过高温作用使树脂熔融，嵌入纤维中。但制取直径极细（＜10μm）的热塑性树脂纤维较为困难，同时过程中易造成纤维损伤，因而限制了这一技术的应用 。

 

航空航天市场的快速发展将直接带动碳纤维复材产业链景气度上升

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在航空航天领域，碳纤维复合材料在结构轻量化方面发挥重要作用。与常规材料相比，碳纤维复合材料可使飞机减重20%～40%，可克服金属材料容易出现疲劳和被腐蚀的缺点，增强飞机耐用性。由于其性能优势，碳纤维复合材料在飞机的用量比例、范围逐步提高，从20世纪70年代被用于尾翼级的部件制造逐渐发展到今天被广泛应用于机翼、口盖、前机身、中机身、整流罩等更多核心部件的制造中。

 

客机领域：国产客机快速发展带动碳纤维复材需求量增加

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碳纤维复材主要用在客机的承力构件中，并伴随着客机的升级换代用量逐步提升。从20世纪80年代开始，碳纤维复合材料开始应用在客机上的非承力构件，在早期的B757、B767上，碳纤维复合材料的占比仅为4%，随着碳纤维相关技术的不断突破，碳纤维复合材料逐渐作为次承力构件和主承力构件应用在民航客机上，其质量占比也开始逐步提升，到A380时，复材占比已达到 25%，具体应用在客机主承力结构部件如主翼、尾翼、机体、中央翼盒、压力隔壁等，次承力结构部件如辅助翼、方向舵及客机内饰材料等。在最新 B787及A350上，复材用料占比都达到50%以上。

 

我国国产客机市场潜力大，未来C919、CR929的批量交付将带动碳纤维复材需求量提升。我国国产大客机项目正在不断推进中，根据中国商飞官网披露的数据，C919大型客机已于2015年11月2日完成总装下线，在2017年5月5日成功首飞，累计收获28家客户、815架订单。2021年，中国东方航空与中国商飞正式签署购机合同，首批引进5架，预计将在今年交付。

 

在2019年4月27日在杭州云栖小镇举行的2050大会上，中国商飞披露了几个国产客机（按重量占比）统计的复合材料比例：ARJ-21的复材含量占比为2%，C919的复材含量占比为11.5%，CR929的复材含量占比超过50%。综合来看，伴随着国产大飞机的批量交付，碳纤维复材的市场需求有望提升，进而带动预浸料的需求增加。

　

无人机以及航天领域：减重需求迫切，刺激碳纤维需求提升

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无人机对复合材料的用量比例高，其快速发展将直接带动碳纤维复材需求量上升。无人机由于具备低成本、轻结构、高机动、大过载、高隐身、长航程的技术特点，对减重的需求较为迫切。无人机在民用领域的应用较为广泛，其在灾情巡逻、环境监控、大地测量、空中摄影及气象观察等民用领域的用途越来越广。在2021年7月的河南灾情来看，翼龙无人机对灾情探测发挥了重要作用。展望未来，在无人机应用日益广泛、数量提升的背景下，碳纤维复材需求量有望增加。

 

航天领域碳纤维复材用量较高，伴随航天的快速发展，碳纤维复材需求量有望增加。一般而言，航天飞行器的重量每减少1公斤，就可使运载火箭减轻500公斤，因此，在航空航天工业中普遍采用先进的碳纤维复合材料。以美国、欧洲的卫星为例，得益于高性能复合材料的应用，其结构质量不到总重量的10%。目前来看，卫星的微波通信系统、能源系统和各种支撑结构件等已经基本做到了复合材料化。

 

境外高技术产品禁运为国内碳纤维产业链厂商提供发展机遇

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碳纤维及其复合材料行业竞争激烈，国外企业占据优势。在目前的碳纤维复合材料行业中，国外的企业已经凭借其先进技术、丰富资金和高端人才等优势在技术含量高、附加值高的复合材料行业中占据主流地位。作为碳纤维领域主要的技术发源地，并得益于其强大的工业基础和制造业的长期积累，日本和欧美等国家和地区在高性能碳纤维及碳纤维复合材料领域已经形成先发优势：在碳纤维预浸料、芳纶纸蜂窝、碳纤维构件及构件维修业务领域，美国企业均拥有较强的实力；日本企业在碳纤维预浸料和芳纶领域实力较强；韩国企业在芳纶领域拥有一定的实力；欧洲企业在复合材料构件和构件维修领域实力较强。

 

海外碳纤维及其复材对中国的禁运为国产厂商提供重大发展机遇。自 2020年下半年以来，日本、美国加强了对碳纤维出口中国的政策管控，导致国内碳纤维境外供应难度进一步加大。海外厂商对中国碳纤维及其复材的禁运，虽在一定程度上打压了中国碳纤维产业链下游的一些企业，但也为产业链上、中游的一些企业提供重大发展机遇。

 

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