相比大丝束碳纤维，小丝束碳纤维的生产工艺 控制要求更严格，生产成本也较高，但丝束越小制造 出来的产品也越轻薄，性能也越高。小丝束碳纤维主 要应用于航空航天、军工等高端领域；工艺要求相对 不那么严格、生产成本相对较低的大丝束碳纤维主 要应用于汽车、风力发电等工业领域。未来，碳纤维 的性能有望得到进一步改善，成本也会更低，其应用 范围会更广。
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上海化工 Shanghai Chemical Industry
Vol.44 No碳纤维产业发展研究报告
顾佳杰
上海市化工科学技术情报研究所 （上海 200030）
摘 要 介绍了国内外碳纤维的市场及其应用情况，并对聚丙烯腈基碳纤维的原丝制备工艺进行了剖析。 关键词 碳纤维 市场 应用 原丝 生产工艺 中图分类号 TQ342+.74
2.0
断后延 伸率 /% 0.6~1.2
1.0
0.7
根的被称为大丝束碳纤维 （也称工业级大丝束），另 外还包括 60 k、120 k、180 k、320 k 和 360 k 等。
每束碳纤维丝束的数量小于 24 k 及以下的碳 纤维称为小丝束碳纤维（也称宇航级小丝束），另外 还有 1 k、3 k、6 k、12 k 和 24 k 等[4]。
碳纤维（carbonfiber，简称 CF）是由有机纤维在 惰性气体保护下经过高温（1 000～3 000 ℃）分解与 碳化方式形成的含碳量在 90%以上的一种新型高 分子材料。其强度比钢铁高，密度比铝小，具有轻质、 高强度、高弹性模量、耐高低温、耐腐蚀、耐疲劳等优 异特性，在航空航天、汽车、能源、体育休闲等领域具 有较高的应用价值，被称为 21 世纪的“黑色黄金”[1]。 以碳纤维性能为标准值 1，其与其他材料的性能对 比见图 1[2]。
1 市场情况
1.1 全球市场 1.1.1 产能情况
2017 年碳纤维理论产能为 147 kt/a，整体平均 开工率在 70%左右，近 10 年的年均增长率为 9.3%， 历年碳纤维产能情况如图 2 所示。
目前全球最大的碳纤维制造商为日本的东丽株
作者简介：顾佳杰 男 1985 年生 硕士研究生 工程师 主要从事化工行业技术情报的研究工作
图 1 碳纤维和其他材料性能对比
按原丝类型，碳纤维通常可分为三类：聚丙烯腈 （PAN）基碳纤维、沥青（Pitch）基碳纤维和黏胶（Rayon） 基碳纤维。其中，PAN 基碳纤维因生产工艺简 单、成本较低、力学性能优良等特点，已成为当今世 界产量最高、应用最广的一种碳纤维，市场占有率高 达 90%以上；而沥青基碳纤维市场占有率在 7%左 右。表 1[3]为 3 种主要原料碳纤维性能的对比。
在下游应用方面（见表 2），碳纤维在军事、工业 和民用等领域都有应用，主要为：航空航天、汽车工 业、风电叶片，体育用品、混配模成型、压力容器、建 筑补强、电子电器，等等。其中：风电叶片为最大应用 领域，用量约占 23.5%；航空航天为第二大应用领 域，占 22.8% ； 体 育 休 闲 为 第 三 大 应 用 领 域，占 15.7%。而应用价值占比位于前三位的分别是航空航 天（48.9%），体育休闲（12.9%），风电叶片（11.8%）。 1.2 国内市场 1.2.1 产能情况
图 5 全球碳纤维需求情况
图 3 2017 全球碳纤维主要制造商
从地域分布[4]来看（见图 4）：碳纤维产能居前三 的仍分别是美国、日本和中国，但世界格局从之前 的欧美企业主打大丝束与新兴市场、日本企业主打 小丝束与传统市场，变为了 2017 年的全球大小丝 束 + 新老市场的混业经营。日本三大巨头的市场垄 断地位在增强，依然是世界碳纤维发展的主力。尤
图 4 2017 年全球碳纤维理论产能国家分布情况渊kt窑a-1冤
1.1.2 需求情况 2017 年全球碳纤维需求量约在 8.42 万 t 左右，
预计在 2019 年突破 10 万 t 大关。近 10 年碳纤维需 求量平均年增长率为 9.8%，预计未来仍将以 10%左 右的速率增长。历年全球碳纤维需求情况见图 5[4]。
按每束丝束数量，碳纤维可分为小丝束和大丝 束两种。
通常，每束碳纤维数量大于 48 000（简称 48 k）
碳纤维
PAN 基 沥青基 黏胶基
表 1 三类碳纤维性能对比
抗拉强 度 /GPa
>3.5
抗拉模 量 /GPa
>230
密度 / （g·cm-3）
1.76~1.94
1.6
379
1.7
2.1~2.8 414~552
其是在东丽收购卓尔泰克，三菱加大大丝束碳纤维 的投入后，日本企业在工业级碳纤维方面的抱负更 加明显。虽然日本的能源及人工成本均比较高，但其 技术上的巨大优势完全可以弥补这两个短板。将来 随着技术的成熟与市场竞争的加大，日本企业必然 会在大用户的周边建厂，或加大到综合成本相对较 低的国家建厂的力度。目前东丽旗下的匈牙利和墨 西哥基地有望超过中国台湾、韩国，成为国际重要的 碳纤维产地。
第3期
顾佳杰：碳纤维产业发展研究报告
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图 2 2008—2017 年全球碳纤维产能
式会社（Toray，以下简称“东丽”），在其成功收购美 国最大的大丝束碳纤维生产商卓尔泰克公司 （Zoltek，下称“卓尔泰克”）之后，已毫无疑问地成为 全球碳纤维领域的霸主，总产能达到 42 kt/a。目前东 丽在美国、墨西哥、法国、意大利、德国、匈牙利、韩国 及日本都有生产基地。国际上其他主要碳纤维生产 企业分别为德国的西格里碳素集团（SGL，下称“西 格里”），日本的三菱丽阳株式会社（MRC，下称“三 菱 丽 阳 ”）和 东 邦 机 械 工 业 株 式 会 式（TOHO，下 称 “东邦”），中国台湾的台塑集团（FPC），美国的赫氏 公司(Hexcel)和氰特公司（Cytec，已被苏威收购），中 国大陆的中复神鹰碳纤维有限公司、江苏恒神股份 有限公司、精功集团有限公司、威海光威复合材料有 限公司、兰州蓝星碳纤维有限公司和中安信科技有 限公司，另外还有韩国的晓星集团（Hyosung）和泰光 工业公司（TKI），土耳其的阿克萨公司（DowAksa）， 以及俄罗斯的 UMATex。韩国晓星、泰光是日本东丽 在韩国的产业转移承接企业，都是资深的化纤企业， 对碳纤维有很大的战略安排，未来随着技术的日渐 成熟，这些企业会成为碳纤维的重要生产厂家。各公 司生产能力具体如图 3 所示[4]。