碳纤维是由碳元素组成的含碳量高于90%的无机高分子纤维，具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、导热和导电等优点，是国民经济和国防建设不可或缺的战略性新材料，在航空航天、汽车工业、风力发电、医疗器械等领域获得广泛的应用。一、军工市场为碳纤维短期最主要的增长需求，发展潜力大。
早在年，美空军寻找能更耐烧蚀的材料来制造航天飞机，与此同时，美国联合碳化物公司成功研制出粘胶基碳纤维。自20世纪70年代至今，国外军用飞机从最初将复合材料用于尾翼级的部件制造到今天用于机翼、机身、整流罩等。从年起，美国F14A战机碳纤维复合材料用量仅有1%，到美国F-22和F35为代表的第四代战斗机上碳纤维复合材料用量达到24%和36%，在美国B-2隐身战略轰炸机上，碳纤维复合材料占比更是超过了50%。
在航空领域，我军战斗机以二代和三代机为主，老式战机占比较高，将会逐渐替换成以三代、四代战斗机为标志的新一代空战力量，这将在很大程度上推动军用飞机的需求，为我国军用飞机制造业提供了难得的发展机遇，这也将拉动对高端碳纤维复合材料的需求。
二、汽车轻量化为碳纤维带来巨大发展空间。近年，出于环保和节能的需要，汽车轻量化已经成为世界汽车发展的潮流，各大汽车厂商都积极参与，很多高端汽车已采用碳纤维工艺。世界主要汽车厂都在碳纤维领域大举投入，如奔驰与东丽成立合资企业，通用与帝人成立合资企业，奥迪、大众、兰博基尼等也纷纷与碳纤维生产企业开始合作。
随着节能减排和续航里程的需求，未来中国汽车，尤其是新能源车市场碳纤维应用前景广阔。以每年新增传统汽车万辆、新能源电动车万辆进行测算，假设传统汽车碳纤维渗透率约为10%，新能源汽车碳纤维渗透率约20%，以宝马i3中碳纤维为参考，单车用量为kg，车企接受的碳纤维价格约为60元/kg，据此估测，未来国内车用碳纤维市场空间可达亿元。
三、碳纤维的分类及其材料制作碳纤维一般按照原材料来源划分，碳纤维主要可以分为聚丙烯腈（PAN)基碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶剂碳纤维以及酚醛基碳纤维。其中，PAN基碳纤维因生产工艺相对简单，工艺较成熟，产品力学性能好，成本较低，是碳纤维的主打产品，约占全球碳纤维总产量的90%。沥青基碳纤维是碳纤维的第二大品种，产量约占全球7%。
PAN基碳纤维制作工艺。PAN基碳纤维的制备流程复杂。可以总体分为两步：1）PAN单体制造PAN原丝。其基本生产过程为聚合-脱泡-计量-喷丝-牵引-水洗-上油-烘干收丝。原丝制备是至关重要的一环。制备高纯度、高强度、高致密化以及高表面光洁度的原丝是制备高性能碳纤维的首要条件。在PAN基碳纤维生产中，原丝约占总成本的50%-60%。2）PAN原丝的碳化。包括的过程为放丝-预氧化-低温碳化-高温碳化-表面处理-上浆烘干-收丝卷绕。
而碳纤维的应用，则是碳纤维通过与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成碳纤维复合材料，可应用于国防航空、运动休闲、土木建筑等多种领域。
四、碳纤维的投资机会碳纤维的制备设备是核心。碳纤维设备对碳纤维的生产至关重要，决定了碳纤维的产品质量。由上游石油化工行业获得的聚丙烯腈到碳纤维复合材料的形成，主要用到的设备有纺丝设备、预氧化炉、碳化炉、石墨化炉和复合材料成型设备。其中由于碳化过程要求精细化结构，所以需要用碳化炉和石墨化炉两重工艺。
碳化的目的是为了产生石墨结构。碳化炉分为高温碳化炉和低温碳化炉，高温碳化炉的温度一般在-度，采用石墨发热体作为热源，用低电压大电流变压器实施调控。低温碳化炉的温度在-度，在惰性气体的保护下，梯形结构经过热解使非碳原子逸出而发生缩聚反应，生成乱层石墨烯结构或者石墨结构，最终生成含碳量92%以上的无机碳纤维。
碳纤维石墨化处理的主要目的是引起纤维石墨化晶体取向,以提高碳纤维的弹性模量。生产碳纤维是在高温密封的石墨化炉内进行，炉两端用高纯氩气气封。发热体为石墨材料，石墨管既是高温炉的炉管又是发热元件，加热温度一般在℃-℃。被氧化非常关键。石墨化炉的准确测温、炉体发热材料、石墨管表面质量要求以及石墨化炉保温材料都是影响石墨化炉性能的关键因素。
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撰稿人：张日清
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