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碳纖維產業發展趨勢:碳纖維可以與樹脂、陶瓷等材料結合形成碳纖維復合材料，具有優異的力學性能，密度低，重量輕，比強度高。它是國防和軍事領域的重要戰略物資。全球碳纖維主要應用于風力發電、航空航天、運動休閑、汽車等子行業。航空航天是最有價值的應用領域:航空航天是消費量最大、價值最高的下游市場，是碳纖維復合材料市場需求最大的細分領域。碳纖維復合材料不僅滿足航空航天技術對減輕結構材料重量的要求，而且滿足結構材料高比模量和高比強度的要求。碳纖維復合材料具有性能和功能的可設計性，在民用、軍用航空和國防航空領域發揮著不可替代的作用。碳纖維在航空上的使用，可以在不降低強度的情況下，有效降低結構質量，實現更高的飛行性能。主要用于生產機翼、襟翼、前機身、中機身、整流罩等零部件。碳纖維減輕戰斗機重量是實現超音速巡航性能和增強隱身力的關鍵。未來國產大飛機的量產和國防軍用飛機的更新換代，將拉動碳纖維的市場需求。
碳纖維的分類:按原絲類型分:聚丙烯腈(PAN)基、瀝青基(各向同性、中間相)；粘膠基(纖維素基、人造絲基)。按產品形態可分為長絲、短纖維和短切纖維。根據制造條件和方法分類:碳纖維、石墨纖維、氧化纖維、活性碳纖維和氣相生長碳纖維。按力學性能可分為通用型和高性能型:通用型碳纖維強度約1000MPa，模量約100GPa；高性能型分為高強度型和高型號，超高強度型和超高型號。按絲束大小可分為小絲束和大絲束:小絲束的碳纖維初期以1K、3K、6K為主，逐步發展到12K、24K，用于航空航天、運動休閑等領域。一般48K以上的碳纖維稱為大絲束碳纖維，包括48K、60K、80K等。，用于工業領域。海外碳纖維產業從技術積累、需求發掘、產業化、產能放大、充分競爭，到現在的并購整合，發展至今。碳纖維產業發展初期，主要是受航空航天減重需求的推動。隨著工藝技術的不斷提高，碳纖維的成本逐漸降低。美國和日本開始將碳纖維應用于體育用品等民用領域，民用產品的應用促使碳纖維需求大幅增長。海外碳纖維產業已進入快速發展期。
我國聚丙烯腈基碳纖維的研究始于20世紀60年代，最早從事碳纖維研發的機構有山西省煤炭化學研究所、長春應用化學研究所、中國科學院化學研究所(北京)。然而，由于技術基礎薄弱，設備技術落后，西方國家的技術封鎖，聚丙烯腈基碳纖維的國產化技術長期處于低水平。2002年第一條二甲基亞砜原絲工程線建成后，國產聚丙烯腈基碳纖維進行了改造升級。中國科技部設立了“863”計劃，重點支持國產聚丙烯腈基碳纖維的工程化研究。國家發改委和工信部也加大了對工程化、產業化和應用的支持力度，國產碳纖維進入有序發展階段。碳纖維產業鏈包括上游原料供應、中游原絲加工、碳纖維相關產品、碳纖維復合材料生產加工、核心機械制造和下游應用市場。核心環節是前驅體、碳纖維、織物、預浸料、復合材料等步驟的中游環節，占整個產業鏈成本的一半以上。聚丙烯腈基碳纖維占碳纖維的90%以上。聚丙烯腈基碳纖維的生產主要包括兩個過程:原絲生產和原絲碳化。原絲生產工藝主要包括聚合、脫泡、計量、紡絲、拉伸、水洗、上油、干燥和卷繞。碳化工藝包括鋪絲、預氧化、低溫碳化、高溫碳化、表面處理、定型烘干、絡絲等步驟。碳纖維市場核心技術突破后，隨著材料應用的進一步推廣，全球產能需求劇增。2019年，全球碳纖維需求首次突破10萬噸。
中國碳纖維產能利用率有待提高:中國碳纖維有產能但無產量。目前國內生產的碳纖維都是小絲束，其中12K占90%以上，1K、3K、6K都有自己的產量。不同型號、不同應用領域的碳纖維價格相差很大，從每公斤幾十元到上千元不等，一些特殊用途的碳纖維價格甚至達到每公斤上萬元。我國碳纖維行業技術不成熟導致大量產能盲目上馬，無法實現下游應用，實際產能開工率低。中國碳纖維行業受禁運影響嚴重，發展緩慢。然而，碳纖維作為一種重要的戰略物資，對國家安全、國計民生意義重大。強有力的政策支持為我國碳纖維產業發展提供了良好的政策環境，有助于我國碳纖維生產企業專注于技術開發，解決實際應用問題，真正將碳纖維及復合材料應用到需要的領域。碳纖維技術相繼突破了小絲束和大絲束的技術突破。我國小絲束碳纖維材料的發展始于軍事，目前航空航天是一個重要的應用領域。碳纖維復合材料是大型集成結構的理想材料。與常規材料相比，碳纖維復合材料可使飛機重量減輕20%-40%，并具有克服金屬材料疲勞和腐蝕等缺點的能力，從而增強飛機的耐久性。復合材料的良好成形性可以大大降低結構設計成本和制造成本。在軍事航空領域得到了廣泛應用和迅速發展，碳纖維復合材料的滲透率越來越高。雖然大絲束碳纖維的連續性能并不比航天級小絲束好，但其技術壁壘也相當高。作為工業級碳纖維，其核心驅動力在于低成本，因此如何在保證大絲束的情況下有效控制成本極為重要。
隨著未來生產技術的進一步提升和核心技術的不斷突破，以及航空航天等高端領域和風電汽車等民用社會經濟領域的持續高質量發展，碳纖維的需求市場有望加速增長。全球碳纖維主要用于風力發電、航空航天、運動休閑行業、汽車等子行業。2019年，風電和航空航天是碳纖維最大的應用領域，分別占總需求的25%和23%，其次是運動休閑，占15%的市場份額，汽車排名第四，占11%的市場份額。從金額上看，航空航天占據了碳纖維市場的半壁江山，這主要是由于其行業的特殊性。飛機和飛機制造對碳纖維的強度、壽命和穩定性都有嚴格的要求，所以航空級碳纖維的價格遠遠高于其他行業。從產能來看，2019年日本東麗及其收購的Zoltek占比32%，是行業龍頭企業。其他主要制造商包括德國SGL、日本三菱麗陽、日本東邦、臺塑、美國Hexcel、美國Cytec等。，而在軍工、航空等高端領域，日美企業占比更大。中國的碳纖維研究與日本同時起步，但產業化進程緩慢。外企依然封鎖國門，國內企業未來發展潛力巨大。碳纖維是一種高科技密集型產品，涉及精餾提純、聚合物合成、化纖紡絲、高溫處理、表面處理、界面科學等多個學科。產業鏈長，產品系列多，生產工藝復雜。產業發展涉及產、學、研、用各個環節。進口碳纖維替代特征初顯。我國碳纖維國產化率為32%，進口部分主要依賴日本和臺灣省。核心技術尚未突破，依賴進口機械:中國碳纖維產業的發展受到原絲供應和高溫碳化爐設備制造的制約。
目前國產碳纖維普遍性能控制能力較弱。例如，高性能聚丙烯腈原絲的質量問題一直存在缺陷，尤其是對分子量分布等微觀指標的控制研究程度較低。美國和日本壟斷原絲供應，中國先進原絲很大程度上依賴進口，紡絲原液、噴絲板組件等制備技術。還不完美。在碳纖維制造過程中，與碳化器相關的關鍵技術和專用設備，我國與世界領先企業差距較大。碳化器是纖維被碳化的地方。根據最高工作溫度，可細分為低溫碳化器和高溫碳化器。為了獲得高模量，需要超高溫碳化器或石墨化爐。高溫處理設備是碳纖維生產線的核心和關鍵設備，其穩定性和可靠性直接影響碳纖維生產線的連續運行和碳纖維產品的性能。由于國外設備生產技術的壟斷，國內只能制造小型的國產碳化塔設備。碳纖維生產壁壘高，生產效率低，影響成本優化:紡絲和氧化碳化難以控制。上游聚丙烯腈(PAN)原絲經過預氧化、低溫和高溫碳化得到碳纖維。碳纖維中游可制成碳纖維織物和碳纖維預浸料；對下游預浸料進行加工和成型，以獲得相應的最終產品。通常碳纖維的生產成本約為51%，約2.2kg原絲生產1kg碳纖維。原絲生產過程中，折舊和能耗占總量的40%。提高生產效率可以有效降低折舊和噸能耗。碳纖維的材料加工成本太高。目前90%以上的碳纖維生產使用聚丙烯腈基碳纖維，聚丙烯腈基碳纖維的生產工藝比傳統的金屬加工工藝復雜得多。
