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中国碳纤维的研究和产业进展  碳纤维是由粘胶、腈纶、芳纶、聚酰亚胺等纤维在高温下烧制而成，属于化纤的高端品种。其力学性能优异，轻于铝，却强于铁，且具有高弹性模量、耐高低温、耐腐蚀、耐疲劳等优异特性。碳纤维因其优良的性能而被广泛应用到风电行业、航空航天、汽车工业、建筑行业等领域，被誉为 21 世纪的“新材料之王”[1]。 01 中国碳纤维的发展 国内碳纤维发展历程 国内对碳纤维的研究起步不比国外的晚，70年代初就已经开始组建研究团队，但是质量比国外差、成本又高，只能部分应用于军工上，同时80 年代中后期开始的很长一段时间，以美国为首的碳纤维企业，对军用、航天、高端市场的碳纤维生产技术进行严格的技术封锁，导致我国没有且无法掌握对碳纤维的核心技术，使一些昂贵的进口设备变成废铜烂铁，大大挫伤了国家对碳纤维的研发及投入的信心。 直到进入21 世纪，在师昌绪先生的带领和重视下，国内才开始重视对碳纤维的再次研究、攻关。从威海的光威，到中复神鹰，到恒神，到吉林碳谷，从国防到民用，从情怀到效益，我国的碳纤维发展也开始朝着高强高模低成本的方向快速发展。截止2021年，我国在军用领域已基本实现碳纤维的国产化[2]。 国内碳纤维发展现状 进入21 世纪，国内碳纤维的研究及应用飞速发展。由于近年来我国对军机的需求、以北斗导航系统为首的航天技术的发展、风电叶片的大量需求、民用航空的快速发展等，也让国家对碳纤维全产业链的投入加大。2021 年江苏恒神国产碳纤维首次盈利，也迎来了国产纤维首次全行业盈利；2022 年2 月份，世界首创由碳纤维材料制备的北京冬季奥运会火炬外壳亮相；同时各碳纤维企业正在加大发展力度:2021 年9 月中国建材西宁万吨碳纤维基地投产，10 月吉林化纤年产600 吨的高性能碳纤维首条碳化线试车成功，2022 年1 月上海石化的1.2 万吨/年的48 K 大丝束碳纤维生产设备到场，2022 年3 月新疆隆炬新材料5 万吨/年的高性能碳纤维项目复工[2]。 国内碳纤维研究现状 目前国产碳纤维的性能基本能与国外碳纤维相媲美。王芬等人发现国产T800 级的干喷湿纺SYT55 碳纤维的拉伸性能已达同级别进口湿法纺丝和干喷湿纺丝碳纤维水平，且在拉伸、弯曲、压缩等性能更优。SYT55 碳纤维直径(5.28μm)最小，SYT55 和进口湿法纺丝T800H 与树脂的界面效果、断裂界面较好，说明国产的SYT55 与树脂匹配性好[3]。 张月义等人，发现与进口高模高强M54J级碳纤维相比，国产QM4055 级碳纤维拥有更高的石墨化程度、更完美的晶体结构、更圆的截面、更均一且低的粗糙度，以及稍高的表面活性。与AC531树脂分别制备复合材料，国产碳纤维复合材料，压缩强度提高34%，拉伸强度提高31%，层间剪切强度提高19%，弯曲强度提高16%[4]。 顾红星等人，发现与国外同类产品相比，两种国产的湿法纺丝、干喷湿纺的T800 级碳纤维(分别编号HF40A、HF40S)，力学性能均达到同一水平。湿法纺丝的碳纤维表面存在大量沟槽，干喷湿纺碳纤维表面则更光滑，前者与EM301 树脂制备的复合材料，剪切强度更大，接触角稍小，表面自由能稍大[5]。 2023年“超高强高模碳纤维（HF55M）工程化关键制备技术” 项目取得重要进展，纤维拉伸模量≥377GPa，断裂伸长率≥1.50％，目前该款产品通过了多家应用单位多批次试用，并已实现批量销售，能够满足未来国防及高端装备领域对碳纤维复合材料性能均衡化的要求，具有良好的社会和经济效益[6]。 02 中国碳纤维产业发展 碳纤维行业产业链  上游分析 聚丙烯腈基已成为碳纤维市场主流 碳纤维按照原丝类型可分为聚丙烯腈基、沥青基、粘胶基等。其中聚丙烯腈基碳纤维因生产工艺简单、原料来源丰富及优越的结构和功能特性迅速占据市场，2020年全球产量占有率达到91%[7]。黏胶基和沥青基碳纤维用途较单一，产量也较为有限。沥青基碳纤维保持约1000吨年产量，被日、美企业平分秋色；粘胶基碳纤维基本停产，有可能完全退出碳纤维市场。聚丙烯腈国内产能不断释放，出口量逐渐赶超进口。 中游分析 大丝束开启产业化布局 · 小丝束碳纤维力学性能优异，但成本较高，抑制了下游企业应用碳纤维的积极性。而大丝束碳纤维最大的优势为在相同的生产条件下可大幅度提高碳纤维的单线产能，实现生产的低成本化。大丝束碳纤维生产技术难度更大，体现在原丝、预浸料和碳化等多个环节的均匀性和毛丝控制等方面[7]。 · 此前大丝束碳纤维生产技术主要掌握在美国、德国、日本的几家大公司手中。 碳纤维拥有高研发壁垒 · 碳纤维属于技术密集型产品，产业链长，产品系列众多，生产技术繁杂，且研发周期长，同时对产品性能与质量稳定性要求严苛。只有具备生产线长周期连续稳定运行的技术水平及管理能力，才能保证产品质量的稳定性。 · 工艺技术革新与规模生产是碳纤维降本增效的两大重要举措。 下游分析 碳纤维的应用领域 · 航空航天领域。碳纤维被广泛应用于航空航天领域，如飞机机身、机翼、火箭外壳、导弹和卫星的制造等，可以大幅度减轻结构重量，提高性能[8]。 · 汽车工业。碳纤维用于制造汽车车身、底盘、轮毂和刹车盘等，可提高汽车的性能和安全系数[9]。  · 体育器材。碳纤维用于制造高尔夫球杆、网球拍、自行车等运动器材，因其轻量化、高强度和耐用性。 · 建筑领域。碳纤维也应用于建筑领域，如大型桥梁和建筑物的建设等。 · 化工和海洋领域。碳纤维具有良好的耐腐蚀性，可用于制造化工设备的储罐、管道以及海洋平台和船舶等[9]。 · 电子和机械领域。碳纤维应用于制造风力发电叶片[9]、电磁屏蔽材料、人工韧带等。 此外，碳纤维的主要用途是作为增强材料与树脂、金属、陶瓷及炭等复合，制造先进复合材料。 参考文献 [1]杨璐,孟迎,赵亚维,等.碳纤维研究进展及市场现状[J].合成纤维,2023,52(06):32-36 43.DOI:10.16090/j.cnki.hcxw.2023.06.018. [2]刘姝瑞,张玮,张明宇,等.碳纤维的发展现状及开发应用[J].纺织科学与工程学报,2023,40(01):80-89. [3] 王芬，刘亮，刘府，等．T800 级碳纤维及复合材料性能对比研究［J］．高科技纤维与应用，2020，45( 5) : 8－14． [4] 张月义，陈洞，丛宗杰，等．QM4055 级碳纤维结构与性能分析［J］．高科技纤维与应用，2019，44( 4) : 52－58 45． [5] 顾红星，张淑斌，张明，等．不同制备工艺 T800 级碳纤维性能比较［J］．化工新型材料，2021，49 ( 5) : 171 －174 179． [6].中国碳纤维产业链创新发展论坛暨2023年中国化纤协会碳纤维分会年会召开[J].高科技纤维与应用,2023,48(06):86. [7]赵怡雯. 2023年中国碳纤维行业报告 碳纤维行业步入高速增长期，国产替代进行时[C]//上海艾瑞市场咨询有限公司.2023艾瑞咨询6月研究报告会论文集.[出版者不详],2023:27.DOI:10.26914/c.cnkihy.2023.066794. [8]刘姝瑞,张玮,张明宇,等.碳纤维的发展现状及开发应用[J].纺织科学与工程学报,2023,40(01):80-89. [9]【最前沿】一文读懂“碳纤维” (qq.com)  编辑：文庆 校对：张颖、阮文惠、毛嘉安、李江田  |
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来自： herahera > 《碳纤维生产线及政策》
