我们都知道，新材料是制造业的“底盘”，也是支撑国家发展战略性新兴产业的基础。而碳基材料，可以说是皇冠上的明珠。碳基材料凭借其丰富的结构形貌，拥有一个大家族，也被应用于上至航天，下至轨道交通等各行各业。

一、政策和玩家齐发力碳基材料

碳基材料是主要以煤、石油或它们的加工产物等有机物质作为主要原料经过一系列加工处理过程得到的一种非金属材料，其主要成分是碳。金刚石、石墨烯、碳纳米管、碳复合材料都属于碳基材料。

碳基复合材料的上游分为基体、增强体和其他材料，其中基体包括石墨碳和碳纤维，增强体则有碳化硅；中游包括碳/碳复合材料产品、碳/陶复合材料产品；下游应用在半导体、航天航空、汽车行业、光伏发电以及化工行业等。

按照维度划分，碳基材料可分为零维、一维、二维和三维材料。其中，零维材料有碳量子点、富勒烯等；一维材料有碳纤维、碳纳米管、碳纳米线等；二维材料有石墨烯等；三维材料也称体材料，包含各类立体的本征或复合体系。

碳基材料之所以能重新进入上涨通道，离不开政策和玩家的齐发力。一纸政策很有可能影响整个行业5年以上的发展基础，国家把碳基新材料纳入发展规划，绝对是一个标志性的里程碑。

而产业玩家们需要做的就是埋头苦干、拼命硬干。

比如金博股份（688598）旗下的“高纯大尺寸先进碳基复合材料产能扩建项目”，就已经开始实现产能释放，明年就是实现达产。天宜上佳（688033）更多的是走合作路线、已经和兵器集团、内蒙古和光等企业签订协议，共同研究碳基复合材料的应用。

金博股份虽然第三季度营收和归母净利润都是同比下滑，但从前三季度累计来看，营收和净利润分别增长了29%和49%，还是非常有希望实现圆满收官的。

二、受制于人，正视差距

目前我国亟待攻克的“卡脖子”品种有三大类：一是碳纤维及其制品，如高性能聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、黏胶基碳纤维、碳纤维预浸料、复合材料和碳纸等；二是特种石墨，如机械密封用石墨、抗烧蚀石墨、核石墨和高导热泡沫石墨等；三是功能碳材料，如中间相碳微球、电容炭、硬碳、石墨烯导热膜和导电炭黑等。

中国科学院炭材料重点实验室副主任陈成猛表示，我国碳基材料行业与发达国家相比仍然存在一定差距。在基础炭材料领域，高精尖品种大量依赖进口，仍面临“卡脖子”风险，亟须提高自主创新能力，加强科技攻关。在前沿炭材料领域，我国处于与国际并行乃至领跑状态，相关产业正加速崛起，“如何在低成本大规模制备的基础上，开拓应用场景，推进产业化，对于抢占新兴产业制高点具有重要战略意义”。

碳基新材料高端产品仍处于产业化初始阶段，高强高模碳纤维、聚酰胺66等产品仍面临国际贸易和技术壁垒。此外，关键制造装备也处于以引进为主、研制和仿制为辅的状态，高端分析测试设备更是基本依赖进口，具有工匠精神的专业工程技术人才出现断层。

碳纤维树脂基复合材料制造工艺装备落后，自动化程度低，大规模工业化生产成套工艺与装备研发能力不足。国内碳纤维树脂基复合材料结构应用以跟踪替代为主，自主设计应用能力较弱，自动化成型工艺的应用比例不足20%。复合材料设计和工艺技术落后使复合材料性能离散大、减重效率和成品率低、成本高，已经成为制约复合材料应用的突出问题。

近几年，我国在碳纤维原丝的生产方面取得了较大的进步，但是与国际先进技术水平之间的差距还是很明显的。例如，美日的碳纤维龙头企业所采用的干喷湿纺工艺，在国内尚未真正普及，仅中复神鹰在干喷湿纺工艺上取得了千吨级的突破。美日的原丝生产已经能达到T1100高强度碳纤维和M60J高模量这种水平，而国产碳纤维企业的产品还集中在T300、T400这类中低端产品上，能够批量化生产达到T700水平的比例并不多。

国内碳纤维树脂基复合材料应用水平与发达国家也存在明显的差距。国外研制的B787、A350等大型客机复合材料用量达到了50%以上。国内研制的ARJ21支线客机复合材料用量不足2%，正在研制的C919复合材料用量仅达10%左右，且大部分构件主要直接从国外进口预浸料制造生产，树脂基复合材料在大型客机等民用航空领域难以形成规模。

碳基复合材料研发设计环节最为薄弱，已严重制约我国先进复合材料应用的发展。国际上认为培养一个成熟的复合材料设计师至少需要10年，国内严重缺乏有经验的设计人员，这直接普遍影响到复合材料的应用发展。例如国内很少有人真正掌握铺层设计的原则和方法，不了解材料许用值和结构设计值的来源及用法，不知道复合材料强度、刚度计算的工程方法，不了解国际上通行的分析和验证用的“积木式”（BBA-Building Block Approach）方法，没有具体掌握复合材料连接设计、疲劳耐久性设计、损伤容限设计、稳定性设计、环境影响及其防护设计、修理设计等许多具体设计技术和要领。

设计方面还存在规范手册和软件开发等问题。国外十分重视有组织的制订相应规范，例如各大飞机公司均有自己的《复合材料设计手册》，至于专门用于复合材料设计分析软件的Sizer等软件的开发和应用等。在应用领域，如风机叶片的设计，国外已大量应用先进复合材料，成为碳纤维应用大户，但国内进展缓慢，一个重要原因是我国叶片多是进口，没有原始设计产权，自主设计时也没有引进商提供的载荷数据作为参考。

碳基复合材料成本较高，是制约其扩大应用发展的主要障碍之一。西方发达国家纷纷制订低成本的复合材料发展计划，发展低成本的复合材料综合技术，如美国由国防部出面联合工业界于1996年发起并执行一个10年的低成本复合材料计划，即CAI(Composite Afforability Initiative)计划，并已用在F-35和B787等机型的工程应用中，宣称要降低总成本的50%。欧洲则继TANGO计划后又有ASK计划等，目的要减轻结构重量的30%，节省成本的30%，由多国多部门联合执行。

碳纤维中低端产品成本居高不下，缺乏国际竞争力。国产碳纤维高端产品缺乏，T300/T700级碳纤维满足国防应用需求，T800、M40、M40J和M55J已突破工程化制备技术，更高性能的T1100G碳纤维、TORAYCAM40X碳纤维还处于跟踪研发阶段；宇航级T300、T700级国产碳纤维价格国外在1000元人民币/kg以内，国内在3000-4000元人民币/kg，缺乏国际竞争力，因此真正具有竞争力和可持续健康发展的碳纤维龙头产业尚未形成。

最后，创新是技术发展的灵魂，事关国民经济发展的命脉，但在碳基复合材料技术领域原创创新能力不足。要能不断开发出新的有竞争力的适销对路的产品投放市场获取效益，以碳纤维复合材料自行车为例，2020年，全球碳纤维自行车市场规模达到183百万美元，预计2026年可以达到229百万美元，从车架、车把、车叉、座管到曲柄最后到车圈中国台湾用27年完成复合材料化的进程，技术含量很高，市场占有率全球领先。

三、碳纤维，抢抓机遇

在碳基材料中，你如果问哪个细分领域最有爆发的潜力，笔者觉得被誉为黑色黄金的碳纤维或许是个不错的答案。

需求是所有行业成长的压舱石，去年全球碳纤维的需求量有11.8万吨，咱们国家就占据了6.2万吨，预计到了三年后，国内碳纤维的需求量将接近16万吨，复合增长率超过26%，这个数字其实还是非常具有吸引力的。

而这背后，首先风电叶片仍然是需求的绝对主力（用量占比超过35%），像叶片中的关键机构如主梁、梁帽等，都比较依赖碳纤维。除了风电行业本身保持高速增长外，能使碳纤维提升在叶片中的用量的另一个因素，就是风机的大型化。

当叶片重量随着长度增加呈几何级数增长，使得风机载荷增大、风机部件成本增加，这个时候，碳纤维的叶片比玻璃钢的轻30%以上的优良特性就可以充分体现了。

当然了，不少读者可能会关心碳纤维在叶片上应用的成本会居高不下。其实笔者找到了专业机构给出的测算，当碳纤维价格降低到80元/kg时，或许是碳纤维加速渗透的临界点。而为了达到这个临界值，需要国内大丝束碳纤维的快速实现国产替代、快速扩产，主要玩家也是正在朝着这个方向努力。

所以，虽然目前碳基材料仍然存在低端产品已经能实现自给自足的现象，但不少高端产品系列仍然需要依赖于进口，自主创新和技术攻关能力仍需要补强，设计、工艺、设备一个环节都不需要掉队。

面对行业广阔发展空间和高端供给约束的矛盾，碳基材料能走多远，就要看矛盾何时破除。

文章来源： 星空财富BJ，前沿材料PLUS