碳纤维产业发展背景一、产业方面自 20 世纪 60 年代碳纤维首次商业化以来，碳纤维产业规模不断扩大，产品品质不断提高，2014 年全球碳纤维产能（365 天连续生产 12K/24K 碳纤维丝束计算）已达到 12.6 万 t。
尽管碳纤维与传统的玻璃纤维在价格上仍不能相比，但高性能碳纤维以其高比强度、高模量、可设计、防腐蚀和抗疲劳等突出特点，具有玻璃纤维所不能比拟的优势，已成为发展先进武器装备的关键材料，并在航空航天、国防军工、风能产业、土木工程、体育休闲等领域得到了广泛应用。
当前，国际复合材料产业呈现蓬勃发展态势，据估计，未来 5 年先进复合材料将以每年 5%的增速发展，而随着民用航空、汽车工业等领域的快速发展，全球高性能碳纤维需求量的年增幅可达 10%，亚太地区将会有更高的增长率，即碳纤维及其复合材料产业将面临前所未有的发展空间和机遇。
根据前躯体原料的不同，碳纤维可分为聚丙烯腈基（PAN）、沥青基和粘胶基碳纤维等。
由于粘胶基碳纤维在制备过程中会释放出毒性物质二硫化碳，且工艺流程长、生产成本高、整体性能不高，因此目前在国际碳纤维产业领域，前 2 种碳纤维获得了更大规模的生产和应用。
其中，PAN 基碳纤维又占据绝对优势，国际市场占有率超过90%。
PAN 基碳纤维的 9 大生产商包括：日本东丽工业株式会社（简称“东丽”）、日本东邦化学工业株式会社（简称“东邦”）、日本三菱丽阳株式会社（简称“三菱丽阳”）、美国赫氏有限公司（Hexcel）、美国氰特工业公司（Cytec）、美国卓尔泰克公司（Zoltek，已被东丽收购）、台湾塑料工业股份有限公司（简称“台塑”）、土耳其阿克萨集团（AKSA）和德国西格里碳素集团（SGL）。
沥青基碳纤维的生产和应用居其次，主要生产企业 3 家，分别是 Cytec、三菱丽阳和东丽。
PAN 基碳纤维分为小丝束（1～24K）和大丝束（36K 及以上）２类。
全球小丝束碳纤维市场主要被东丽、东邦、三菱丽阳 3 家公司所垄断，而来自中国、土耳其和韩国的企业，正不断扩充小丝束的全球产能，同时也降低了３家日本公司的市场份额。
大丝束碳纤维生产商主要有 Zoster、SGL 和三菱丽阳３家。
另外，中国蓝星(集团)总公司英国分公司拥有大丝束碳纤维原丝的供应能力，Cytec 于 2014 年与德国 Dormagen 的腈纶纤维生产商 DralonGmbH 公司合作开展低成本大丝束碳纤维的研制开发。
预计在未来 10 年中，其他制造商也会陆续加入大丝束碳纤维生产领域。
为满足高速发展的航空航天与汽车市场对碳纤维的需要，几乎所有的碳纤维巨头都宣布了扩产计划。
例如，东丽拥有以日本本土为核心的日美法韩 4 个生产基地，目前已形成 11 000 ～12 000ｔ/a 的 T700S 和 4 500ｔ/a 的 T800 碳纤维生产能力，并宣布 PAN基碳纤维的总产能于2015 年达到27 100ｔ，2020 年扩大至50000ｔ。
另外，Hexcel 在欧洲大幅度扩产，三菱在美国与本土扩产，Cytec 已经基本完成美国的双倍产能扩产计划，SGL 也在美国接连扩产。
各企业的碳纤维生产已基本实现了全球布局，为进一步实现从原丝到下游复合材料制品的全产业链一体化协调发展奠定了硬件基础。
我国碳纤维的发展经历了艰苦的过程，在国家科技和产业化示范计划支持下，近 10 年来我国碳纤维制备与应用技术，实现了从“无”到“有”的转变，出现了前所未有的产业化建设高潮，初步建立起国产碳纤维制备技术研发、工程实践和产业建设的较完整体系，产品质量不断提高，碳纤维及其复合材料技术发展速度明显加快，有效缓解了国防建设重大工程对国产高性能碳纤维的迫切需求，部分型号用碳纤维及其复合材料的国产化自主保障问题基本解决。
目前，T300 级碳纤维已实现千吨级产业化，产品成功应用于航空航天和武器装备，民用市场正在推广；T700 级碳纤维千吨级生产线已经建成，产品进入应用考核；国产 T800 级高强中模碳纤维吨级线建成并已批量生产；高模及高模高强碳纤维的产业化仍为空白，其工程化制备关键技术急需突破；更高等级的高强中模和高强高模碳纤维制备关键技术亟待攻关。
截至 2014 年底，我国已拥有碳纤维生产企业近 40 家，理论设计总产能达到 1.96 万 t。
已建成 6 条千吨产能（含配套的原丝生产能力）、7 条 500t 产能的碳纤维生产线（含配套的原丝生产能力），拥有千吨级以上规模生产线的企业 4 家，五百吨级的企业（或企业联合体）5 家，主体产品为 12K 及以下的小丝束 PAN 基碳纤维。
据统计，2007 年以来，国内碳纤维产量逐年增加，从 2007 年的约 200t，增加到 2014 年的约 2 600t，但产能释放能力弱的问题依然非常突出，2014 年的碳纤维实际产量不足设计产能的 20%。
一方面，我国碳纤维企业普遍开工不足、设备闲置、产能浪费，生产成本居高不下；另一方面，受国际碳纤维行业巨头的蓄意压制，碳纤维售价一跌再跌，甚至跌至成本以下，碳纤维企业面临着生产越多亏损越多的局面。
目前，我国碳纤维企业长期面对“内忧外患”困扰，几乎全部处于亏损状态，大部分企业只能减产甚至停产，生存状况不容乐观。
二、技术方面目前，国外高强、高强中模碳纤维的产业化制备技术成熟，规模化、自动化程度高，关键核心技术掌握在日、美等国手中。
其中，东丽凭借其强大实力研制并形成了包括 T300、T700、T800、T1000 等在内的高强系列和包括 M35J、M40、M40J、M55J、M60J、M70J 等在内的高模和高模高强系列产品，一直占领着碳纤维技术的制高点，令对手望其项背。
美国 Hexcel 经过多年的研究，在 IM9 高强中模碳纤维基础上，研制出 IM10 碳纤维，主要力学性能超过日本东丽 T1000，并成功应用于大型客机。
IM10 推出２年半后的 2014 年初，东丽宣布推出 T1100 碳纤维，重新夺回碳纤维技术的领先地位。
目前，低成本技术已成为碳纤维及其复合材料发展的迫切需求和重要趋势。
为了进一步推进行业的快速发展，国外各碳纤维生产商正开展碳纤维产品规模化、稳定化和低成本化生产技术方面的研究。
三、碳纤维应用领域现状1. 航空航天领域航空航天是国际碳纤维应用的传统市场，几十年来，航空航天领域的碳纤维复合材料用量稳步增长。
美国等发达国家先后开发了碳纤维-酚醛防热复合材料、高强高韧碳纤维—环氧复合材料、耐高温碳纤维复合材料等系列产品，广泛应用于战略导弹、运载火箭、先进战机、卫星、飞机发动机导向叶片、机翼和涵道部件等。
碳纤维已成为航空航天、尖端武器装备必不可少的战略基础材料。
国外碳纤维复合材料在战斗机、直升机、无人机上的用量早已达到或超过机身总重的 50%，波音 787“梦幻航线”和空客 A350XWB 宽体客机上，碳纤维复合材料主、次结构件质量占比也已达到 50%。
碳纤维复合材料的使用大大的减轻了机身质量，提高了飞机燃油经济性。
目前，我国航空航天用碳纤维复合材料体系基本建立，先后发展出了酚醛、环氧、双马、聚酰亚胺等多种树脂基体，构建了碳纤维—酚醛烧蚀防热和碳纤维—环氧、碳纤维—双马结构承载 2 大复合材料系列，逐渐进入成熟应用阶段，应用范围和应用比例逐步扩大；建立了预浸料铺层模压、缠绕、热压罐、液体成型等多种工艺手段，并在多种型号上得到应用，形成了较为完备的复合材料设计、制造、检测、应用一体化体系，为我国航空航天事业的跨越发展提供了重要支撑。
另外，我国自行研制的碳纤维复合材料刹车预制件，性能已全面达到国外水平。
采用这一预制件技术所制备的国产碳/碳刹车盘已批量装备于国防重点型号的军用飞机，并在 B757-200 型民航飞机上使用，在其他机型上的使用正在实验考核中。
2. 建筑工程领域建筑工程一直都是通用级碳纤维应用的重点领域。
目前，美国和欧洲国家的部分老旧桥梁、古旧建筑都面临着较为严峻的工程修复问题，因此，碳纤维补强材料多以粘贴片材的形式应用。
一些新型的加固方法，如外贴预应力片材加固、网格加固、嵌入式加固等也在基础设施加固工程中得到了应用。
日本由于频繁地震的原因，多年前就开始了碳纤维耐震补强材料和技术的研究与应用。
随着设计、施工水平的提高，碳纤维及其复合材料也独立或作为主要受力材料被应用于隧道、飞机跑道、停机坪、高速公路等工程。
另外，桥梁用碳纤维斜拉索、高层建筑电梯用碳纤维拉索、碳纤维增强水泥、碳纤维网格增强混凝土等也已成为目前碳纤维在国外建筑工程领域应用的新形式。
我国拥有全球最大的土木建筑市场，碳纤维在加固道路、桥梁、楼房建筑结构领域的应用正呈现不断增长的的趋势。
我国自 20 世纪90 年代开始进行碳纤维复合材料在土木工程、建筑补强中的应用研究，目前已有数十个高校和科研院所在建筑补强用碳纤维复合材料的制备及应用关键技术研究领域开展了深入工作，并在产品生产、装备制造、材料评价及设计体系、应用技术等方面取得了大量成果。
工程应用方面，碳纤维布及碳纤维复合材料板成为重要的结构加固材料，并得到了广泛的应用，先后被用于人民大会堂、天安门城楼、北京工人体育场、军事博物馆、京沈高速公路桥、北京地铁隧道、北京国贸立交桥、中石油输油管道等众多重大基础设施、公共设施和工业设施。
但与国外相比，我国该领域碳纤维复合材料的应用尚处于起步阶段，仍存在材料类型单一、应用技术单一的问题，急需进一步的深入研究和实践。
3. 能源领域随着风电叶片大型化的不断推进，碳纤维复合材料的应用也越来越多。
国外风电叶片制造商早已在大型叶片的制造中规模化使用了碳纤维，同时碳纤维叶片的制造也真正实现了全产业链的共同进步。
碳纤维制造领域，东丽、Zoltek 等企业，针对风能市场的特殊需求纷纷推出专用的碳纤维产品，如 24K T620s 和 50K Panex 35 ；中间制品领域，Gurit、Hexcel、ACG 等中间产品制造商开发了叶片专用碳纤维预浸料，如 Spar Preg TM、Hextool TM 和 Dform TM；在叶片成型工艺方面，除了改良的预浸料技术——低压中温预浸料真空袋法，还开发了新型真空导入成型技术——液体成型工艺。
目前，国外至少有 6 家大型风电企业正在采用碳纤维复合材料或碳纤维/玻璃纤维混杂复合材料生产大型或特大型风机叶片，其中起步较早、技术较成熟、应用较多的是丹麦 Vestas、美国 GE 和西班牙 Gamesa 等公司。
国内目前仅有连云港中复连众复合材料集团有限公司（以下简称“中复连众”）和中材科技风电叶片股份有限公司（以下简称“中材叶片”）实现碳纤维在风电叶片中的规模化应用。
其中，中复连众自2009 年开始碳纤维在风机叶片上的应用研究，并于 2012、2013 年分别实现了进口和国产碳纤维主梁在 75m/6MW 叶片上的应用，同时完成了叶片的全尺寸静力和频率测试，目前正在准备挂机。
