碳纖維是高性能纖維的典型代表，具有密度低、耐高溫、耐腐蝕、抗疲勞以及良好的阻尼、減震、降噪等特點，特別突出的是具有高比強度和高比模量兩大特性。作為軍民兩用的高技術材料， 碳纖維已廣泛應用于航空航天、國防軍事等尖端領域以及體育休閑用品、醫療器械、建筑、海洋工程、軌道交通、風力發電、壓力容器等民用行業，對國民經濟發展和國防現代化建設具有關鍵性和決定性的作用。按原材料類型分類，主要分為聚丙烯腈基（PAN基）碳纖維、瀝青基碳纖維和粘膠基碳纖維。PAN基碳纖維因成品品質優異、工藝簡單及力學性能優良等優勢，成為碳纖維主流，產量約占全球碳纖維總產量的90%以上，因此，目前提到碳纖維一般指PAN基碳纖維。除此之外，其按力學性能分類，碳纖維可分為高強型、高強中模型、高模型、高強高模型；按絲束規格分類，又可分為大絲束碳纖維和小絲束碳纖維。
從全球碳纖維的應用端來看，碳纖維廣泛應用于航空航天、海洋工程、新能源裝備、工程機械、交通設施等領域，總量一半以上應用在工業領域，是一種應用前景十分廣闊的戰略性新材料。其中，風電葉片領域、航空航天領域、體育休閑領域、汽車工業領域總計占比約70%。下面就一些重點應用領域進行展開講解。聚丙烯腈基碳纖維在航空航天領域的應用
基于碳纖維復合材料在結構輕量化中無可替代的材料性能，在航空中得到了廣泛應用和快速發展，從1969年起美國戰機碳纖維的使用量比重開始持續增加達到36%，美國B2隱身戰略機上碳纖維復合材料占比超過了50%。目前國外先進導彈武器結構已經實現全面復合材料化，而我國導彈復合材料應用比例還有較大提升空間。一般來說，標準模量通用型T300級碳纖維主要應用導彈主次承力結構件和防隔熱部件。高強中模T800級和高模碳纖維主要用于飛行器和導彈等主承力結構件，而高強高模碳纖維主要應用于衛星承力結構件。隨著近年民用航空產業的發展，民用飛機對于 碳纖維復合材料的使用量也逐步上升，如 B787和A350等，以及我國商飛的C919等。航空主要使用3K、6K、12K碳纖維。預計2020-2023年需求量不變；到2025年需求量將達到2.63萬噸，貢獻全球增量的10.6%（以2020年為基準）。航空航天市場中的民用航空市 場，至少需要3年才可能恢復到2019年的應用數量。當疫情得到進一步控制，市場復蘇加上單通道飛機廣泛采用碳纖維對市場的激增作用，航 空航天市場依然將會是碳纖維應用中舉足輕重的一環。C919
聚丙烯腈基碳纖維在工業領域的應用
工業領域內,包括應用于:汽車的車身材料、汽車頂及前后保險杠、發動機機罩、傳動軸、剎車片、輪轂等；在建筑業，大絲束碳纖維應用于增強水泥和修補加固建筑工程；在生物醫療方面，由于其優良的生物相容性和力學相容性被應用于人工假肢或骨材，并有望于應用于人體其他部位；在風力發電領域中，碳纖維增強塑料應用于風力發電機葉片部位正逐漸大受歡迎;在電力工業中，應用于輸電導線的芯材;在油田工業中，應用于抽油桿。其中風電領域：預計到2023年、2025年全球碳纖維需求將增長至15萬噸、20萬噸，增長主要受風電葉片領域需求驅動。風電葉片領域2023年、2025年對碳纖維的需求量或將達到6萬噸、9.3萬噸，對應貢獻了全球需求增量的68.2%、67.4%（以2020年為基準）。碳中和背景下，能源結構型調整勢在必行，利好風電領域。中國明確提出了“碳中和碳達峰”的目標，美國將重新加入“巴黎氣候協定”，并制定“2035 無碳發電，2050 讓美國實現碳中和”的目標，歐盟則提出了2050年實現碳中和的目標。政策驅動下，預計未來5年中國及全球風電新增項目容量將持續增長，中國新增容量將增長至66GW，全球增長至119GW。風機大型化趨勢，疊加Vesta專利到期影響，將拉動大絲束碳纖維需求增長。大絲束碳纖維性能優越，可以使得葉片減重30%，因此超過3MW的風機和超過50米的風電葉片需要運用到大絲束碳纖維。同時Vestas將碳纖維風電葉片制作低成本化，隨著專利即將到期，國內風電廠將積極開發此類風電葉片，大絲束碳纖維需求將快速增長。Vestas碳纖維風電葉片
聚丙烯腈基碳纖維在儲氫領域的應用
壓力容器領域2023年、2025年對碳纖維的需求量或將達到1.5萬噸、2.19萬噸，對應貢獻了全球需求增量的14.37%、14.06%（以2020年為基準）。碳纖維纏繞復合材料儲氫氣瓶，是利用碳纖維絲束浸在環氧樹脂后，與鋁合金或 者高分子內膽進行纏繞，再將其固化成型脫模，從而具有質量輕，耐疲勞，抗高低溫沖擊，穩定性好等特點。同時較三型瓶，四型瓶碳纖維雖用量提升，但總成本下降。在同等工作壓力狀態下，四型瓶成本較三型瓶低7%-11%，因此儲氫瓶大絲束碳纖維的需求量將實現快速增長。在天然氣汽車（NGV）和燃料電池汽車（FCV）中，Ⅳ型高壓儲氣瓶可以有效降低重量，還可以儲存更多燃料，有效提升汽車續航里程，經濟性明顯，未來幾年天然氣汽車和燃料電池汽車將會是Ⅲ型、Ⅳ型高壓儲氫瓶的主要應用方向。碳纖維儲氫瓶
聚丙烯腈基碳纖維在體育領域的應用
碳纖維在體育休閑市場中，主要使用于高爾夫球桿、曲棍球棍、網球拍、釣魚竿、自行車架、滑雪板、賽艇等高端體育休閑市場。該塊應用主要基于碳纖維的輕質、高強度、高模量、耐腐蝕等特點。例如碳纖維復合材料制作的高爾夫球桿比金屬桿減重近50%，碳纖維自 行車較鋁材減重40%且實現更高的車架精度。釣魚竿、球拍、滑雪板、高爾夫球桿等體育用品的碳纖維多使用大絲束碳纖維（≥24K）。在亞洲，用于制造運動休閑產品的碳纖維比世界上任何其他地區都多。在亞洲，特別是在中國，碳纖維越來越多地用于制造管狀復合材料物體，如高爾夫俱樂部和網球拍，其他體育用品包括釣魚桿、箭頭、滑雪裝備、賽車、自行車架、球拍、棒球棒和運動墻。體育休閑領域碳纖維需求：預計2023年、2025年對碳纖維的需求量將達到約1.8萬噸、2.0萬噸，對應貢獻了全球需求增量的6.0%、4.6% （以2020年為基準）。疫情之下，群體運動的碳纖維器材，如曲棍（冰）球桿、滑雪桿等，有較大幅度的下滑；而個人運動休閑的器材反而上升，主要有高爾夫球桿，自行車及釣魚竿。另外，歐美這些年一直流行健康、綠色出行，對電動自行車也有較大的需求增長。碳纖維高爾夫球桿
聚丙烯腈基碳纖維在樂器領域中的應用
傳統木質小提琴一般都需要在恒溫恒濕的條件下保存，并且溫度和濕度不能太高，即使是這樣木質小提琴在空氣中受水分及微生物等的作用會發生破裂及腐蝕，其聲學品質隨時間延長下降嚴重。而碳纖維小提琴就可以避免木質小提琴的這些缺點，主要是由于碳纖維復合材料具有耐高溫、耐腐蝕、防潮、尺寸穩定及抗微生物等特點，假如用碳纖維制作，小提琴音色在較長時間內仍能保持很好的原始特點。共鳴音板是鋼琴的重要部件，起到對琴弦振動聲音的共振、美化與輻射作用傳統的鋼琴實木音板主要有實木音板及三層實木復合音板，前者選材極其苛刻，如對木材所含的天然缺陷數目、木材間的紋理色差、木材的生長輪寬度與變異系數等有極高的要求，且穩定性差；后者降低了選材的要求，尺寸穩定性有所提高，但仍存在出材率低，整塊音板振動均勻性差等缺點。目前，采用碳纖維復合材料的音板具有很好的振動傳導性及力學性能，尺寸穩定性以發音效果穩定，音板各個方向的振動傳播均勻，成本有所降低。
碳纖維小提琴
市場現狀
目前全球碳纖維市場：300億元規模，11%復合增速，是一個長期成長賽道。2022年全球碳纖維市場規模44億美元（約合人民幣300億元），2014-2022年CAGR 約11%；需求量13.5萬噸，2008-2022年CAGR約10%，應用領域的持續拓寬帶動市場穩定擴容。碳纖維的需求特點：降本和創新供給驅動需求持續成長。縱觀碳纖維的需求成長歷史：①一方面源自降本驅動，碳纖維價格由1970年約260美元/kg持續下降至2010年代15-30美元/kg，從而適用更多領域。②另一方面源自創新供給驅動，碳纖維產品的創新性、定制性強，在相關應用得以被研發、驗證、生產前往往沒有相應的需求，也因此碳纖維的需求快速增長往往伴隨著產能的快速增長，而產能的增長又與研發的推進情況較同步。國內外市場對比—總量：中國大陸需求量占全球55%，近年增速中樞26%高于海外。2017-2022年中國大陸的需求量占全球的比例從28%提升至55%。2018-2022年中國大陸碳纖維需求量增速中樞達到26%，處于快速滲透期，而海外發達國家市場自1960年代發展至今，需求量增長相對更為穩定。行業專家預計，到2030年，航空航天市場：8-10萬噸；風電：19-20萬噸；氫氣瓶及CNG氣瓶：18萬噸；汽車+軌道交通：9-10萬噸，功能材料：5-6萬噸。可以預期，未來10年，從商業上，碳纖維的應用主驅動是工業，輔驅動是航空航天；從技術發展上，碳纖維依然是航空航天及工業的雙驅動模式。國家政策
“十二五”規劃提出重點圍繞聚丙烯氰基碳纖維技術開展技術提升;“十三五”規劃時期將高性能碳纖維列入高端材料;“十四五”規劃提出要加強碳纖維等高性能纖維及其復合材料的研發應用，為未來碳纖維行業的技術進步提供了良好的政策環境。根據《化纖工業高質量發展的指導意見》，“十四五”時期，提高碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯纖維、聚酰亞胺纖維、聚苯硫醚纖維、聚四氟乙烯纖維、連續玄武巖纖維的生產與應用水平，提升高性能纖維質量一致性和批次穩定性。進一步擴大高性能纖維在航空航天、風力和光伏發電、海洋工程、環境保護、安全防護、土工建筑、交通運輸等領域應用。具體碳纖維復合材料行業規劃圍繞碳纖維復合材料以及高性能纖維創新平臺展開。未來展望
經過多年的奮力攻關，國內PAN基碳纖維取得了長足的進步，面對國家“十四五”發展規劃和2035年遠景目標，碳纖維產業必將進入前所未有的新的發展階段，勢必在“碳達峰、碳中和”行動方案中大有可為。在新形勢下要實現可持續發展，還要做到：
