全球高性能纤维复合材料行业现状与发展趋势

一、 行业概况

高性能纤维及其复合材料行业在全球范围内呈现出快速发展的态势。这些材料以其超越传统材料的性能，正日益成为多个行业的重要组成部分。碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维和超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维等是其中的代表性产品。

在2023年全球经济下行的影响下，高性能纤维及其复合材料行业亦受其波及。然而近期疫情下的行业变化对这些材料提供了新应用场景的需求，例如在医疗防护装备中的使用。同时，全球气候变化应对策略的实施和国际局势的变化，为高性能材料的发展提供了新的动力和方向，尤其是在环境友好型和可持续性材料的研发上。

我国截止2022碳纤维总产能已超4.43万t/a 并形成中复神鹰、恒神、威海拓展、钢科碳材料、国兴碳纤维、上海石化、宝旌炭材料、新创碳谷、福维高性能碳 纤维、中安信科技、蓝星纤维、中简科技、方大江城、凯美克、郝氏炭纤维等一批大中小型企业，其具体新建产能情况统计如下。

技术创新是推动高性能纤维及复合材料行业发展的关键因素。近年来，该行业在材料强度、耐用性、轻量化以及生产效率方面取得了显著进步。碳纤维的强度和模量不断提高，芳纶和UHMWPE纤维在防弹服和装甲车辆方面的应用日益广泛。此外，复合材料的回收和再利用技术也在不断发展，以应对环境挑战，国际上近期较为突出的研究成果，京都大学的矢野浩之教授与日本Hexachemical公司共同成立新公司“ネイチャ－ギフト”研究了CNF表面改性技术与表面处理剂，用途包括汽车、家电、通信设备等。CNF增强树脂与未增强树脂的性能对比如表 2 所示。

中国在高性能纤维及其复合材料行业中的地位正在迅速提升。中国不仅是这些材料的重要生产国，同时也在技术创新和应用开发方面展现出强劲的动力。中国的研发重点包括提高产品性能、降低成本和开发新应用领域，尤其是在航空航天和新能源汽车领域。例如南京南京航空航天大学在分析碳纤维表面形态的基础上，研发出具有良好浸润性的环氧树脂基体，并研究了缠绕张力对复合材料界面及其力学性能的影响。由于张力能起重要作用，他们采用不同张力制备不同的NOL（美国海军军械实验室）环，当缠绕张力为30 N时，NOL的拉伸强度和层间剪切强度（ILSS）各达到2 712 MPa和75 MPa的峰值（图 1），这点对研发高压容器至关重要。

三、未来趋势与挑战

展望未来，高性能纤维及其复合材料行业将面临诸多机遇和挑战。一方面，技术创新和新应用领域的拓展将为行业带来新的增长点；另一方面，原材料成本、环境可持续性和国际贸易政策等因素可能成为行业发展的挑战。对于环境可持续性而言，行业需关注原材料的采购、生产过程的能耗以及产品的回收再利用。原材料价格波动和供应链稳定性也是需要重点关注的问题。

另一方面，随着技术的不断进步，高性能纤维及其复合材料有望在更多领域得到应用，如可再生能源、生物医学和智能制造等。这些新兴领域的探索不仅将推动材料科学的前沿发展，也为行业提供了新的市场机遇。针对全球市场和技术趋势，中国的发展策略应聚焦于以下几个关键点：

1. 技术创新：持续投资于研发，加强原材料和生产工艺的创新，提高产品质量和性能。

2. 产业升级：推动从低端生产向高端制造的转变，强化高性能纤维及其复合材料在关键行业中的应用。

3. 国际合作与竞争：积极参与国际合作，同时在保护知识产权的前提下与国际竞争对手进行技术竞争和市场拓展。

4. 环境与可持续发展：在确保行业发展的同时，重视环保和可持续性问题，发展绿色生产过程。

四、结论

全球高性能纤维及其复合材料行业正处于快速发展阶段，面临着多重机遇和挑战。新冠疫情、气候变化和国际局势的变化对该行业产生了重大影响。在此背景下，中国在全球高性能纤维及复合材料行业中的地位不断提升，应继续推动技术创新和产业升级，同时注重环境保护和可持续发展，以保持其在全球市场中的竞争优势。我国的主要高性能纤维如碳纤维、对位

芳纶、间位芳纶、UHMWPE纤维、PPS纤维等品类正迈 向万吨级规模，其中碳纤维总产能未来 5 年内有望突破 10万t/a。从纤维品种看，到2025年我国研发和生产的品 种将是全球最全的，只有聚酰胺酰亚胺（PAI）、聚酮、 聚苯并咪唑、酮酐类聚酰亚胺纤维目前未见有单位研制，但可找到替代品；在复合材料应用方面，高性能产 品基本可满足航空航天和国防军工的需求，中档产品的 大市场是风电叶片、高压容器、C/C复合材料制品、体 育休闲用品、建筑补强材料等，低成本产品则面向汽车和一般产业用途。到2030年左右我国有望实现高性能纤 维及其复合材料强国的目标。