两年一度的珠海航展上，中俄合作研制的280座远程宽体客机CR929，以1∶1的展示样机首次亮相国际航展。在这款最新一代的大型飞机上，复合材料使用比例有望超过50%。同样，在去年5月5日首飞的C919大客机上，使用的复合材料占到飞机结构重量的12%。这里的复合材料，主要就是碳纤维复合材料。

1、大飞机上的碳纤维

据航空专家介绍，为提高飞机的先进性、环保性，碳纤维复合材料目前是飞机轻量化的主要手段，也是未来的主流趋势。由于具有轻质量、高强度、抗疲劳、耐腐蚀、成型工艺性良好、成本低等特点，碳纤维复合材料在航空装备上的大量应用可有效提高性能、减轻结构重量、降低运营成本、增强市场竞争力，因此在飞机结构中的应用越来越多。

“碳纤维复合材料在飞机上的用量和应用部位已成为衡量飞机结构先进性的重要指标，也是航空公司购买飞机时的重要参考指标。大力发展航空复合材料技术已经成为国内外航空制造企业的共识。”新材料企业康得集团负责人钟玉认为。

除了航空领域，不少固体运载火箭的复合材料壳体，也都是用碳纤维缠绕而成，高端跑车上，碳纤维更是一种主要的先进材料。专家介绍说，碳纤维是一种含碳量90%以上的无机高分子特种纤维，同钛、钢、铝等金属材料相比，碳纤维具有比重小、强度高、模量大、耐高温、耐摩擦、耐腐蚀等优异性能和纤维的柔软可加工性。和另外一种同为“碳系”的“神奇材料”石墨烯相比，碳纤维目前的商业用途更为明确。

2、碳纤维的优越性

对于飞机来说，具备一定的抗冲击损伤能力才能保证飞机更加平稳地飞行。因此，需要保证碳纤维复合材料具备抗冲击能力。对碳纤维复合材料抗冲击能力的评测具有一定的技术指标，只有达标的碳纤维复合材料才能被运用于飞机制造当中。使用碳纤维复合材料时，还需要考虑飞机蒙皮的损伤容限性能，针对不同的飞机部位的要求，使用性能不同的碳纤维复合材料。由于碳纤维复合材料通过.上浆剂，结构设计等可能会展现出不同的性能，因此，针对碳纤维复合材料不同的性能进行不同的评测，确定不同的参数，然后再将其运用到飞机制造当中，才能保证飞机具备相应的抗冲击能力，在飞行的过程当中降低出现问题的几率，保证乘客的安全。

虽然碳纤维复合材料性质优良，力学性质突出，能够有效的提升飞机结构的质量，改善飞机性能，增加飞机飞行的安全性与稳定性，但是，并不是飞机的整体结构都采用碳纤维复合材料。相比较于一些金属材料，碳纤维复合材料价格昂贵，在一些高端飞机当中所占比重较高，而在一些民用的客机当中比重相对较少。飞机制造选用材料时，注重的是性价比，在一些可以被替代的时候，可以不选用碳纤维复合材料，但是对于一些较为重要的区域，为了保证结构的稳定，需要使用碳纤维复合材料进行建造。研究人员经过多次实验发现，认为以实现性价比为前提民用的客机采用碳纤维复合材料最好不要超过25%。

碳纤维复合材料应用于飞机制造中能够实现其轻量化目标，但是制造成本问题也是不容忽视的。只有帮助降低碳纤维复合材料的成本，碳纤维复合材料才能在飞机制造当中更加广泛地运用，这就涉及到降低碳纤维复合材料的制备成本与提升成型技术这两方面。所谓的制备成本，就是控制碳纤维复合材料的原材料，在保证原材料质量合格的基础上采用价格合理的材料进行复合，进而使得最终的碳纤维复合材料成本下降。在成型工艺技术当中，通过修改技术方案，技术路线等方式，优化材料制备工艺，提升材料成型技术，降低材料制备失败的可能性，提升材料制备的速度，也是有效的手段之一。

3、碳纤维的冗长产业链

2002年，吉林石化公司和长春工业大学承担了吉林省重点高技术攻关项目“T300碳纤维及原丝的稳定生产关键技术”研究任务，用时2年，一举突破了T300碳纤维及原丝的稳定生产关键技术，在吉林石化建成小丝束聚丙烯腈(PAN)原丝中试装置，年产量10万吨。成功解决了国产高性能碳纤维“有无”问题，缓解了国防建设对结构材料用国产高性能碳纤维极为迫切的需求。

到2005年，中国基本追平日本东丽，实现了碳纤维的稳定自主生产。之后碳纤维才开始在中国逐步形成产业，军工领域之外，如球拍、鱼竿等民用级碳纤维产品出现在市场上，走入国人的生活中。

碳纤维的产业链按照从上到下的顺序，依次是：

上游：石油、轻油、丙烯、丙烯腈、聚丙烯腈。主要供应商是中石化、东华能源、卫星石化和万华化学。

中游：中间品包括碳纤维原丝、碳纤维、碳纤维织物、预浸料和复合材料。主要供应商包括光威复材、精功科技、双一科技、中复神鹰、吉林化纤、恒神股份等企业。

下游：而碳纤维的下游应用则更加广泛，如航空航天、风电叶片、汽车制造、轨道交通和体育器材等。

4、国际上的竞争与赶超

虽然中国在2002年自主突破了碳纤维生产技术，但是早起产品单一，且产能有限。日本在这一时期陆续放开了对中国碳纤维材料的出口，但是在一个缺少竞争的市场中，日本人表现的十分傲慢。1981年，波音公司的设计师在理论中提出需求高强度、大伸长的碳纤维，作为制造大型客机的一次结构材料。也就是说，新一代的波音飞机上将不会出现任何拼接，焊接的工艺，而是由又轻、又结实、耐腐蚀、耐烧灼且具有延展性的碳纤维材料一体成型。

为此日本东丽公司研发出T800H碳纤维，拉伸模量高达690GPa，是目前PAN基石墨纤维中最高的，是今天制造A380和B787的主要增强纤维。随着航空公司订单的增加，2000年前后日本开始有限保障波音等航空企业的订单。而对中国企业的态度概括起来就是十个字：通识性涨价，赏赐性供给。什么是单边霸权？这就是单边霸权！我不仅涨价，卖不卖给你还看你哄的我开不开心！在这样的背景之下，以威海光威为代表的一批企业开始摸索自己生产碳纤维。这些企业一开始可能只是想自己造鱼竿、造球拍、造汽车的时候不用看日本人的脸色，但是没想到攻克的却是国家级的技术课题。2005年4月，和吉林石化几乎同时，威海光威的CCF-1碳纤维通过863计划验收，达到世界先进水平。

从规模角度看，目前全球碳纤维市场规模约为106.9万吨。作为一种高技术壁垒的新材料，应用范围十分广泛。其中29%风电、15%航空航天、14%体育休闲、12%汽车、9%混配摸成型、8%压力容器、5%碳碳复材、4%建筑材料，还有电缆芯、船舶、电子电器、静电辐射防护等领域各占1%左右。经过美国和日本长达40年的垄断，中国作为后来者奋起直追，从全球范围来看，中国、美国和日本三国产能分别为4.50万吨、3.73万吨和2.92万吨，占全球总产能6成以上，已经成为全球第一大碳纤维生产国。

但是从行业角度看，日本和美国依旧占据主导地位，竞争优势明显。国产碳纤维质量难以提升的根本在于上游PAN原丝的制备工艺差异。PAN原丝作为碳纤维的主要制备材料，其质量能够在品质、成本、和产量三方面影响碳纤维的生产制造。对于现代碳纤维生产，要求喂入丝束数量在100以上，且细度均匀稳固，而品质较低的PAN原丝则会在生产过程中出现缠结、断丝等情况，不仅难以稳定生产，还加大了生产损耗，提高生产成本。

除此之外，高纯度原丝可以将碳纤维的天然缺陷性降低到最小，而国产原丝的碱、碱土金属、铁都远高于国外原丝，在纤维碳化过程中杂质逸走形成空隙，从而使制得碳纤维稳定性不足。中国碳纤维工业化生产技术主要集中在T300、T700系列，近90%的国产碳纤维产品仍属于中低规格的通用型级别，难以满足现代国防和高端工业领域的需求。具体一点说，2020年，风电领域用的碳丝进口依赖度85%。

除了技术、产能上行业竞争也很激烈。

2020 年，碳纤维运行产能前五大公司日本东丽 Toray(包括收购的美国卓尔泰克Zoltek)产能5.45万吨、德国西格里SGL产能1.50万吨、日本三菱丽阳MRC1.43万吨、日本东邦Toho1.26万吨、美国赫氏HEXCEL1.02 万吨，前五家公司合计产能 10.66万吨，占全球总产能的 62%。我国国内碳纤维企业主要以中复神鹰、恒神股份、光威复材等企业为主。2020年全世界增加的产能主要是卓尔泰克在匈牙利的5000吨/年产能，以及碳谷+宝旌增加的2000吨，中复神鹰增加的2000吨，光威增加的2000吨，晓星公司增加的2000吨。

目前国际先进工艺生产碳纤维的碳收率是65%~85%，而我国平均只能到45%。同时由于开工不足、损耗率较高、计量方式有区别等因素，我国平均开工率不足30%。但是随着全球范围内风力发电和新能源汽车的快速增长，尤其是新能源汽车的电池盒需求量暴增，碳纤维行业的需求也将会越来越大。随着汽车轻量化和风力发电的不断发展，全球的碳纤维在工业领域的应用将越来越多。虽然目前我们风电领域所需的碳纤维80%依赖进口，但是毕竟被日美垄断了40年。从无到有，从弱到强是所有产业的必经之路。与芯片一样，道阻且长，但是行则将至。

随着航空航天、汽车轻量化、风电、轨道交通等行业领域对碳纤维的需求爆发，碳纤维工业应用开始进入规模化生产。业内预测，预计到2025年，需求量将超过33万吨。对如此巨大而重要的市场，国内企业既要通过掌握关键技术来实现碳纤维的稳定批量生产和大规模工程化应用，同时也要瞄准国产新一代碳纤维及其复合材料及早研发和布局，从而牢牢站稳全球高端碳纤维市场一席之地。

来源：人民日报，江苏博实碳纤维，天阅财经观察