碳纤维在可量产纤维材料中性能最佳，是目前工程上可以大规模应用的比强度最高的材料， 其具有优异的物理、化学性能，在军工及民用领域都有着广泛的应用，被称为 21 世纪的 “黑色黄金”。

　　碳纤维复合材料即以碳纤维为增强体，以树脂、碳质、金属、陶瓷等为基体所形成的复合材料，在结合增强体与基体优异性能的同时，应用范围更加广泛。

　　碳纤维：“新材料之王”。碳纤维（Carbon Fiber）是由聚丙烯腈（PAN）等有机纤维在 1000~3000℃高温的惰性气体氛围中经氧化碳化后制成的，含碳量在 90%以上的无机高分子纤维，是目前可以获得的最轻的无机材料之一。

　　碳纤维的比强度和比模量等力学性能优异，且具有低密度、耐腐蚀、耐高温、耐摩擦、抗疲劳、高震动衰减性、高导电导热性、低热膨胀系数、高电磁屏蔽性等特点，其易加工、可设计的性能使其广泛应用于航空航天、军工、能源、体育用品、汽车工业、轨道交通和建筑补强等领域，是国防军工和国民经济不可或缺的战略新兴材料，被誉为“新材料之王”。

　　按照原料不同，碳纤维可分为 PAN 基、粘胶基、沥青基碳纤维。按照原材料不同，碳纤维主要分为粘胶基（纤维素基、人造丝基）、沥青基（各向同性、中间相）和聚丙烯腈（PAN）基三大类。

　　目前以聚丙烯腈为原料制成的 PAN 基碳纤维占据主流地位，产量占碳纤维总量的 90%以上，如无特殊说明，本文所指碳纤维皆为 PAN 基碳纤维。

　　一般按照碳纤维中单丝根数与 1000 的比值命名，如 12K 指单束碳纤维中含有 12000 根单丝的碳纤维。

　　通常将 24K 及以下的碳纤维称为小丝束碳纤维，初期以 1K、3K、6K 为主，后逐渐发展为 12K 和 24K，主要应用于国防军工等高科技领域以及体育休闲用品。

　　通常将 48K 以上碳纤维称为大丝束碳纤维，包括 48K、60K、80K 等（部分领域 25K 也可称为大丝束），主要应用于能源、交运、建筑等工业领域。

　　业内通常采用日本东丽（TORAY）公司分类法，按照拉伸强度及模量标准进行分类。其中通用型碳纤维强度为 1000MPa、模量为 100GPa 左右。

　　高性能型碳纤维又分为高强型（强度 2000MPa、模量 250GPa 以 上）和高模型（模量 300GPa 以上）和高强高模型等（强度 4000MPa 以上、模量 300GPa 以上）

　　碳纤维产业链从上游原油开始，延伸到终端军工、民用等各项应用：原油经过炼制、裂解及氨氧化得到丙烯腈；丙烯腈经聚合和纺丝之后得到聚丙烯腈（PAN）原丝；再经过预氧化、碳化后得到 PAN 基碳纤维；碳纤维中加入树脂、上浆剂等形成碳纤维复合材料，最后由各种成型加工工艺得到满足不同下游需求的最终产品。

　　复合材料通常由基体和增强体通过一系列反应生成，除具有各材料组分自身独有的性能外，还因为不同材料组分的界面结合效应使之具有更优异的综合性能。

　　碳纤维力学性能优异，但作为结构材料很少单独使用，一般是经过深加工制成编织布等中间产物或者作为增强体加工成复合材料再进行使用。

　　碳纤维作为复合材料的增强材料，根据不同性能要求和使用目的可以选用不同的基体材料，其中碳纤维增强树脂基复合材料 CFRP 是应用最广泛的碳纤维复合材料（碳纤维含量约 65%），其在全球碳纤维复合材料市场中的消费占比超过 80%。

　　碳纤维本身具备低比重、高强度的优异属性，与其他材料复合制成的碳纤维复合材料具有高强轻量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳等特点，因此在诞生之初便作为战略性物资应用于国防、航空航天等军用行业。

　　之后随着商业化的顺利推进及成本的不断降低，碳纤维优异属性被广泛认知，应用范围持续拓宽，并逐步在民用领域大放光彩，成为军民两用的优异新材料品种。

　　过去 10 余年间，随着碳纤维下游应用渗透率的提升，全球碳纤维需求量稳步增长，2019 年全球碳纤维需求量首次突破 10 万吨，相较 2008 年 CAGR 达 10%。

　　2020 年受疫情影响下游航空业受损明显，但其他产业需求旺盛，全年需求量仍较 19 年同比提升 3%达到 10.7 万吨，据赛奥碳纤维技术预测，2025 年全球碳纤维需求量有望达到 20 万吨，5 年 CAGR 将达 13.3%，未来或将持续处于高速增长期。

　　全球范围来看，碳纤维下游应用较为分散，各产业应用蓬勃发展，风电叶片、航空航天、体育及汽车为主要应用领域。

　　按用量计，风电叶片近年来快速发展，现已成为全球第一大碳纤维消费市场，2020 年需求量 3.06 万吨占比 29%，航空航天、体育休闲及汽车分别占比 15%、14%和 12%。

　　值得关注的是，若以金额计，航空航天产业以 9.87 亿美元排名第一，占比高达 38%，体现出航空航天领域碳纤维产品的高产值，而风电叶片虽用量大，但其使用的碳纤维是低成本的大丝束产品，因此金额计占比仅约 16%。

　　上文提到，小丝束碳纤维产品生产工艺要求严格且难度大，生产成本较高，故多用于航空航天等高科技及高附加值领域，航空航天领域产品单价约 60 美元/吨。

　　而大丝束产品性能相对逊色但胜在生产成本低，以风电叶片为代表的碳纤维产品单价低至 14 美元/kg，因此在风电、电缆等基础工业领域需求旺盛，2020 年大丝束产品需求占比约 45%，较 2019 年提高 2 个 PCT。

　　我国碳纤维行业目前已逐渐步入快速发展期，相关能源产业竞争优势明显，在“双碳”政策目标指引下，风电、光伏、氢能等产业有望迎来加速发展，碳纤维市场空间广阔。

　　根据赛奥碳纤维数据，我国碳纤维需求从 2008 年的 0.8 万吨增长至 2020 年的 4.9 万吨，期间 CAGR 高达 16%，明显高于同期全球增速。

　　此外，我国碳纤维需求总量全球占比也在不断提高，2020 年达到 45.7%，较 2008 年提升近 23 个 PCT。

　　受益于下游风电领域需求拉动，风电叶片已超过体育休闲位列我国第一大碳纤维消费市场，2020 年需求占比 41%。

　　相较于全球碳纤维需求分布领域的多点开花，我国碳纤维需求分布集中于中低端领域，风电叶片与体育休闲合计占比达 71%，当前民用需求领域具备更强的成长性，而航空航天、汽车、电子电气等高端领域需求合计占比不足 10%，结构性差异明显。

　　未来伴随我国碳纤维产品国产化率以及产业链供应能力的进一步提升，碳纤维需求结构将逐步向全球范围更成熟且附加值更高的消费结构靠拢，相关高端产业领域蕴含转型发展机遇，未来航空航天、风电叶片、汽车等领域有望成为国内最大的需求增长点。

　　航天事业的发展,与机体材料、结构材料、发动机材料以及各类组件材料的创新化应用密不可分，使用先进材料,是实现航天器材高性能、轻量化、长寿命、低成本的重要保障。

　　碳纤维复合材料作为先进材料的典型代表，贯穿整个先进复合材料的发展历程，是目前航天器结构应用范围最广、技术成熟度最高的先进材料，同时也是实现航天器结构轻量化、多功能化的关键材料。

　　目前航天器结构用碳纤维以高强高模 PAN 基碳纤维为主，树脂基体已逐步采用耐热性更好、吸湿率更低、尺寸稳定性更高的高性能氰酸酯来代替传统的环氧树脂。

　　与其他航空航天金属复材相比，碳纤维复材拥有更高的比强度、比模量以及更轻的重量，同时碳纤维复材的耐高温性非常好，机件在使用过程中能够承受温度交变的影响而不产生材料性质变化，为碳纤维复合材料在航空航天领域的广泛应用打下了坚实的基础。

　　（1）装备大幅度减重，降低能耗的同时可增加有效载荷，且由于零件和紧固件较少，装配成本进一步降低；（2）优异的力学性能；（3）具备在高低温环境下以及腐蚀性介质中的尺寸稳定性；（4）材料结构可设计，实现结构功能一体化；（5）可满足不同的性能需求，如电磁屏蔽、热烧蚀防护等。

　　碳纤维复合材料凭借优异的高模轻量、耐高温性、抗疲劳性及阻燃性等特点，不断满足航空领域涌现的材料升级需求。

　　碳纤维复合材料作为飞机结构件材料可使结构质量减轻 30％~40％，其应用已从最初的前机身段、机翼外翼、整流壁板等次承力结构逐步发展到当今的机翼、机身等主承力结构。

　　采用碳纤维复合材料不仅可实现构件轻量化和设计自由化，还可在实现整体成型的基础上减少零件数量（零件使用减少 61.5%，紧固件使用减少 61.3%），降低生产装配成本，并进一步提高生产效率。碳纤维及复合材料对军用飞机性能提升显著。

　　为满足新一代战斗机对高机动性、超音速巡航及隐身的需求，军用战斗机于 80 年始大量采用复合材料结构。

　　通过在军机主结构、次结构以及特殊部位等方面的应用，碳纤维复合材料的结构减重和功能化应用能够给军用飞机带来机动性、作战半径、滞空时间、飞行速度等众多指标的提升。

　　碳纤维复合材料作为新一代国防装备的战略基础材料，加速发展相关的技术及应用是提升国防实力、保持军事地位的重要前提，因此碳纤维在军用领域的应用及发展均领先于民用航空领域。

　　同时，伴随生产工艺及产品性能的持续提升，碳纤维复合材料应用领域不断拓宽，并进一步延伸至涡轮发动机等军用航空应用领域。

　　碳纤维复合材料用量已成为衡量军用装备先进性的重要标志，未来我用航空领域对碳纤维的需求驱动主要来自两大方面：

　　据 Flight Global，目前我国有约 60%的军用飞机面临退役，战斗机将进行快速更新换代，以三代、四代战斗机为标志的新一代空战力量将逐步占据主流，新机型批量生产有望加速。

　　上世纪 70 年代初，美国第三代战斗机 F14A 上的碳纤维复合材料的用量占比仅有 1%，至 2000 年战斗机 F35 的碳纤维复合材料用量占比已提高至 36%，在最新一代欧洲台风战斗机的占比更是达到 70%，碳纤维复合材料的用量已经成为衡量军用装备先进性和可靠性的重要标志。

　　碳中和目前已成为全球共识，各个国家和地区相继出台能源转型时间表，意图在新一轮的能源中占得先机。

　　风能作为一种取之不尽、环保清洁的能源拥有无可比拟的生命力与发展潜能，在当前全球碳中和的合力推动下，风电装机热度逐年走高，2020 年实现累计风电装机量 743GW，十年 CAGR 达 14%。

　　2020 年全球新增风电装机量 93GW，其中陆上风电占比 93%，海上风电占比约 7%。考虑到全球各国能源转型的紧迫性以及在风电领域持续的资金、政策加码，全球风电装机量在“抢装潮”退去后仍有望保持高速增长态势。

　　根据 GWEC，2025 年全球新增风电装机量预计将突破 112GW，其中海上风电占比将超 21%，未来 4 年海风新增装机量复合增速（21%）将显著领先于陆风（4%）。

　　中国风电装机贡献主要增量。我国于 2020、2021 年分别经历陆上、海上风电“抢装潮”后，预计后续风电装机量增长将逐步回归正常水平。

　　我国历年新增风电装机量约占全球同期新增装机量的 40%-50%左右，2020 年更是高达 70%以上，为全球风电增长的主要贡献力量。

　　海上风电资源禀赋显著，风电开发重点逐渐向海上风电转移。与陆上风电相比，海上风电具有十分突出的资源禀赋：

　　全球主要国家和地区相继出台系列政策推动海上风电发。