碳纤维行业的发展与挑战

行业动态 / 2024-01-05 10:56:37

碳纤维是一种高强度、高模量的纤维材料，其碳含量超过90%。具有低密度和轻质化的特点，碳纤维比钢铁强度高出16倍，比凯夫拉纤维的杨氏模量高出2倍。碳纤维既具备纤维的柔软性，又有碳材料的固有属性。

碳纤维复合材料由碳纤维和金属、陶瓷、树脂等基体制成。作为复杂的技术产业代表，碳纤维的制作工艺多种多样。上游原材料要求高，中间过程产出复杂，需要稳定的核心机械设备。

根据原材料的不同，碳纤维分为聚丙烯腈（PAN）基碳纤维、沥青基碳纤维和黏胶基碳纤维三类。其中，PAN基碳纤维占绝对主导地位，约占90%以上，其次是沥青基碳纤维约占6-8%，黏胶基碳纤维产量最低。黏胶基碳纤维主要用于耐烧蚀材料和隔热材料，强度较低。沥青基碳纤维具有较好的弹性模量和热导率，但抗拉强度和抗压强度较低，且沥青提取成本较高。PAN基碳纤维综合性能最好，价格适中，生产难度较沥青基碳纤维更低，种类也更多，是全球碳纤维市场的主流产品。

根据丝束大小，碳纤维通常分为大丝束碳纤维和小丝束碳纤维。尽管过去大丝束碳纤维由于其抗拉强度较低，与小丝束碳纤维存在较大差距，一直没有得到重视和广泛应用。然而，近年来，大丝束碳纤维的性能提升，价格优势更加明显，在工业领域具有更强的竞争力。

碳纤维的制造过程核心是将纺丝过程中获得的原丝经过一系列高温热处理工艺转变为碳纤维。PAN原丝是制造碳纤维的关键原材料，其性能在很大程度上决定了碳纤维的性能。国内大部分碳纤维生产厂家采用PAN聚合溶液制备原丝，该法结合间歇或半连续聚合工艺流程。加工处理原丝是碳纤维生产过程中至关重要的环节，高温处理设备的稳定性直接关系到生产链的运转能力和产品性能。

大丝束碳纤维复合材料具有更大的市场潜力。工业用碳纤维对价格更加敏感，对碳纤维的性能要求不像航空航天和军工领域那样高，因此从产业升级和经济学的角度来看，大丝束碳纤维复合材料具有更大的市场。尽管许多龙头企业已投入大量资金积极研发创新的大丝束纤维，但由于我国起步较晚，产品与国外存在较大差距，产业链不完善，基础薄弱，技术相对落后，实现大规模工业化生产仍面临许多技术难题。

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