碳纤维是高性能纤维的典型代表，具有密度低、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳以及良好的阻尼、减震、降噪等特点，特别突出的是具有高比强度和高比模量两大特性。作为军民两用的高技术材料， 碳纤维已广泛应用于航空航天、国防军事等尖端领域以及体育休闲用品、医疗器械、建筑、海洋工程、轨道交通、风力发电、压力容器等民用行业，对国民经济发展和国防现代化建设具有关键性和决定性的作用。按原材料类型分类，主要分为聚丙烯腈基（PAN基）碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维。PAN基碳纤维因成品品质优异、工艺简单及力学性能优良等优势，成为碳纤维主流，产量约占全球碳纤维总产量的90%以上，因此，目前提到碳纤维一般指PAN基碳纤维。除此之外，其按力学性能分类，碳纤维可分为高强型、高强中模型、高模型、高强高模型；按丝束规格分类，又可分为大丝束碳纤维和小丝束碳纤维。
从全球碳纤维的应用端来看，碳纤维广泛应用于航空航天、海洋工程、新能源装备、工程机械、交通设施等领域，总量一半以上应用在工业领域，是一种应用前景十分广阔的战略性新材料。其中，风电叶片领域、航空航天领域、体育休闲领域、汽车工业领域总计占比约70%。下面就一些重点应用领域进行展开讲解。聚丙烯腈基碳纤维在航空航天领域的应用
基于碳纤维复合材料在结构轻量化中无可替代的材料性能，在航空中得到了广泛应用和快速发展，从1969年起美国战机碳纤维的使用量比重开始持续增加达到36%，美国B2隐身战略机上碳纤维复合材料占比超过了50%。目前国外先进导弹武器结构已经实现全面复合材料化，而我国导弹复合材料应用比例还有较大提升空间。一般来说，标准模量通用型T300级碳纤维主要应用导弹主次承力结构件和防隔热部件。高强中模T800级和高模碳纤维主要用于飞行器和导弹等主承力结构件，而高强高模碳纤维主要应用于卫星承力结构件。随着近年民用航空产业的发展，民用飞机对于 碳纤维复合材料的使用量也逐步上升，如 B787和A350等，以及我国商飞的C919等。航空主要使用3K、6K、12K碳纤维。预计2020-2023年需求量不变；到2025年需求量将达到2.63万吨，贡献全球增量的10.6%（以2020年为基准）。航空航天市场中的民用航空市 场，至少需要3年才可能恢复到2019年的应用数量。当疫情得到进一步控制，市场复苏加上单通道飞机广泛采用碳纤维对市场的激增作用，航 空航天市场依然将会是碳纤维应用中举足轻重的一环。C919
聚丙烯腈基碳纤维在工业领域的应用
工业领域内,包括应用于:汽车的车身材料、汽车顶及前后保险杠、发动机机罩、传动轴、刹车片、轮毂等；在建筑业，大丝束碳纤维应用于增强水泥和修补加固建筑工程；在生物医疗方面，由于其优良的生物相容性和力学相容性被应用于人工假肢或骨材，并有望于应用于人体其他部位；在风力发电领域中，碳纤维增强塑料应用于风力发电机叶片部位正逐渐大受欢迎;在电力工业中，应用于输电导线的芯材;在油田工业中，应用于抽油杆。其中风电领域：预计到2023年、2025年全球碳纤维需求将增长至15万吨、20万吨，增长主要受风电叶片领域需求驱动。风电叶片领域2023年、2025年对碳纤维的需求量或将达到6万吨、9.3万吨，对应贡献了全球需求增量的68.2%、67.4%（以2020年为基准）。碳中和背景下，能源结构型调整势在必行，利好风电领域。中国明确提出了“碳中和碳达峰”的目标，美国将重新加入“巴黎气候协定”，并制定“2035 无碳发电，2050 让美国实现碳中和”的目标，欧盟则提出了2050年实现碳中和的目标。政策驱动下，预计未来5年中国及全球风电新增项目容量将持续增长，中国新增容量将增长至66GW，全球增长至119GW。风机大型化趋势，叠加Vesta专利到期影响，将拉动大丝束碳纤维需求增长。大丝束碳纤维性能优越，可以使得叶片减重30%，因此超过3MW的风机和超过50米的风电叶片需要运用到大丝束碳纤维。同时Vestas将碳纤维风电叶片制作低成本化，随着专利即将到期，国内风电厂将积极开发此类风电叶片，大丝束碳纤维需求将快速增长。Vestas碳纤维风电叶片
聚丙烯腈基碳纤维在储氢领域的应用
压力容器领域2023年、2025年对碳纤维的需求量或将达到1.5万吨、2.19万吨，对应贡献了全球需求增量的14.37%、14.06%（以2020年为基准）。碳纤维缠绕复合材料储氢气瓶，是利用碳纤维丝束浸在环氧树脂后，与铝合金或 者高分子内胆进行缠绕，再将其固化成型脱模，从而具有质量轻，耐疲劳，抗高低温冲击，稳定性好等特点。同时较三型瓶，四型瓶碳纤维虽用量提升，但总成本下降。在同等工作压力状态下，四型瓶成本较三型瓶低7%-11%，因此储氢瓶大丝束碳纤维的需求量将实现快速增长。在天然气汽车（NGV）和燃料电池汽车（FCV）中，Ⅳ型高压储气瓶可以有效降低重量，还可以储存更多燃料，有效提升汽车续航里程，经济性明显，未来几年天然气汽车和燃料电池汽车将会是Ⅲ型、Ⅳ型高压储氢瓶的主要应用方向。碳纤维储氢瓶
聚丙烯腈基碳纤维在体育领域的应用
碳纤维在体育休闲市场中，主要使用于高尔夫球杆、曲棍球棍、网球拍、钓鱼竿、自行车架、滑雪板、赛艇等高端体育休闲市场。该块应用主要基于碳纤维的轻质、高强度、高模量、耐腐蚀等特点。例如碳纤维复合材料制作的高尔夫球杆比金属杆减重近50%，碳纤维自 行车较铝材减重40%且实现更高的车架精度。钓鱼竿、球拍、滑雪板、高尔夫球杆等体育用品的碳纤维多使用大丝束碳纤维（≥24K）。在亚洲，用于制造运动休闲产品的碳纤维比世界上任何其他地区都多。在亚洲，特别是在中国，碳纤维越来越多地用于制造管状复合材料物体，如高尔夫俱乐部和网球拍，其他体育用品包括钓鱼杆、箭头、滑雪装备、赛车、自行车架、球拍、棒球棒和运动墙。体育休闲领域碳纤维需求：预计2023年、2025年对碳纤维的需求量将达到约1.8万吨、2.0万吨，对应贡献了全球需求增量的6.0%、4.6% （以2020年为基准）。疫情之下，群体运动的碳纤维器材，如曲棍（冰）球杆、滑雪杆等，有较大幅度的下滑；而个人运动休闲的器材反而上升，主要有高尔夫球杆，自行车及钓鱼竿。另外，欧美这些年一直流行健康、绿色出行，对电动自行车也有较大的需求增长。碳纤维高尔夫球杆
聚丙烯腈基碳纤维在乐器领域中的应用
传统木质小提琴一般都需要在恒温恒湿的条件下保存，并且温度和湿度不能太高，即使是这样木质小提琴在空气中受水分及微生物等的作用会发生破裂及腐蚀，其声学品质随时间延长下降严重。而碳纤维小提琴就可以避免木质小提琴的这些缺点，主要是由于碳纤维复合材料具有耐高温、耐腐蚀、防潮、尺寸稳定及抗微生物等特点，假如用碳纤维制作，小提琴音色在较长时间内仍能保持很好的原始特点。共鸣音板是钢琴的重要部件，起到对琴弦振动声音的共振、美化与辐射作用传统的钢琴实木音板主要有实木音板及三层实木复合音板，前者选材极其苛刻，如对木材所含的天然缺陷数目、木材间的纹理色差、木材的生长轮宽度与变异系数等有极高的要求，且稳定性差；后者降低了选材的要求，尺寸稳定性有所提高，但仍存在出材率低，整块音板振动均匀性差等缺点。目前，采用碳纤维复合材料的音板具有很好的振动传导性及力学性能，尺寸稳定性以发音效果稳定，音板各个方向的振动传播均匀，成本有所降低。
碳纤维小提琴
市场现状
目前全球碳纤维市场：300亿元规模，11%复合增速，是一个长期成长赛道。2022年全球碳纤维市场规模44亿美元（约合人民币300亿元），2014-2022年CAGR 约11%；需求量13.5万吨，2008-2022年CAGR约10%，应用领域的持续拓宽带动市场稳定扩容。碳纤维的需求特点：降本和创新供给驱动需求持续成长。纵观碳纤维的需求成长历史：①一方面源自降本驱动，碳纤维价格由1970年约260美元/kg持续下降至2010年代15-30美元/kg，从而适用更多领域。②另一方面源自创新供给驱动，碳纤维产品的创新性、定制性强，在相关应用得以被研发、验证、生产前往往没有相应的需求，也因此碳纤维的需求快速增长往往伴随着产能的快速增长，而产能的增长又与研发的推进情况较同步。国内外市场对比—总量：中国大陆需求量占全球55%，近年增速中枢26%高于海外。2017-2022年中国大陆的需求量占全球的比例从28%提升至55%。2018-2022年中国大陆碳纤维需求量增速中枢达到26%，处于快速渗透期，而海外发达国家市场自1960年代发展至今，需求量增长相对更为稳定。行业专家预计，到2030年，航空航天市场：8-10万吨；风电：19-20万吨；氢气瓶及CNG气瓶：18万吨；汽车+轨道交通：9-10万吨，功能材料：5-6万吨。可以预期，未来10年，从商业上，碳纤维的应用主驱动是工业，辅驱动是航空航天；从技术发展上，碳纤维依然是航空航天及工业的双驱动模式。国家政策
“十二五”规划提出重点围绕聚丙烯氰基碳纤维技术开展技术提升;“十三五”规划时期将高性能碳纤维列入高端材料;“十四五”规划提出要加强碳纤维等高性能纤维及其复合材料的研发应用，为未来碳纤维行业的技术进步提供了良好的政策环境。根据《化纤工业高质量发展的指导意见》，“十四五”时期，提高碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维、聚酰亚胺纤维、聚苯硫醚纤维、聚四氟乙烯纤维、连续玄武岩纤维的生产与应用水平，提升高性能纤维质量一致性和批次稳定性。进一步扩大高性能纤维在航空航天、风力和光伏发电、海洋工程、环境保护、安全防护、土工建筑、交通运输等领域应用。具体碳纤维复合材料行业规划围绕碳纤维复合材料以及高性能纤维创新平台展开。未来展望
经过多年的奋力攻关，国内PAN基碳纤维取得了长足的进步，面对国家“十四五”发展规划和2035年远景目标，碳纤维产业必将进入前所未有的新的发展阶段，势必在“碳达峰、碳中和”行动方案中大有可为。在新形势下要实现可持续发展，还要做到：
