碳纖維及其復合材料在航空航天、工業和體育休閑用品三大領域應用日趨廣泛，市場需求逐年增加。碳纖維以其質輕、高強度、高模量、耐高低溫和耐腐蝕等特點早應用于航空航天領域，如大型飛機、無人機、人造衛星等，后伴隨著碳纖維生產成本的降低逐步應用于工業和體育領域。從市場看，碳纖維市場需求一直不斷增加。2020年碳纖維需求繼2019年之后再次突破10萬噸級，達到10.69萬噸。

 

預浸料是樹脂基復材產業鏈中的重要中間材料

　　碳纖維復材按照基體的不同可以分為五大類，其中樹脂基復合材料（CFRP）下游的應用為廣泛，超過 80%。按基體的不同，碳纖維復材可分為樹脂基復合材料（CFRP）、碳／碳復合材料（C／C）、金屬基復合材料（CFRM）、陶瓷基復合材料（CFRC）及橡膠基復合材料（CFRR）等。其中，樹脂基復合材料（CFRP），由于其比模量、比強度高、抗疲勞性好、以及優良的耐熱性等特點，被廣泛應用于宇宙飛行器外表面防熱層及火箭噴嘴（酚醛樹脂基）、航空航天結構材料（環氧樹脂基）、建筑補強等領域。

　　碳纖維預浸料是樹脂基復合材料產業鏈中的重要中間材料。目前大部分先進復合材料產品都是由預浸料鋪迭后固化而成的。完整制造過程包括：從石油、煤炭、天然氣均可以得到丙烯，丙烯經氨氧化后得到丙烯腈，丙烯腈聚合和紡絲之后得到聚丙烯腈(PAN)原絲，再經過預氧化、低溫和高溫碳化后得到碳纖維，并制成碳纖維織物和碳纖維預浸料，后再將其加工成碳纖維復材。因此，預浸料是增強纖維浸漬樹脂基體后制備復合材料的半成品，是由原料向制品過渡的重要中間產品。

 

樹脂和生產工藝對預浸料產品性能影響較大

　　基體樹脂的作用主要有兩點：，將纖維定向、定位黏結成一體；第二，在產品過程中傳遞應力。不同類型樹脂基體的基本性能有差異，例如酚醛型環氧樹脂可提高樹脂體系的反應活性和耐熱性，雙酚 A 型環氧樹脂可調節樹脂體系的粘度。一般來說，通過單一的樹脂很難滿足工藝性能要求，通常是采用幾種樹脂組合來實現工藝操作，如采用幾種不同環氧樹脂組合來提高常溫或低溫下樹脂體系的粘度。

　　對于熱固性預浸料，目前主要的預浸料制備方法是干法工藝，是傳統濕法工藝的改進，技術難度高和設備投資大。傳統的工藝是通過濕法制造預浸料，但是存在設備簡單、溶劑揮發、樹脂含量控制精度不高等缺點。后來研發了干法工藝，由于干法制備過程中不需要溶劑溶解樹脂，所以不存在溶劑揮發的問題，且樹脂含量控制精度較濕法高，因而逐漸替代了濕法工藝。干法也稱熱熔法，先是將樹脂在高溫下熔融，然后通過不同的方式浸漬增強纖維制成預浸料。按樹脂熔融后的加工狀態，可以將干法分為一步法和兩步法。其中一步法是直接將纖維通過含有熔融樹脂的膠槽浸膠，然后烘干收卷。兩步法是先在制膜機上將熔融后的樹脂均勻涂覆在浸膠紙上制成薄膜，然后與纖維或織物疊合進行高溫處理。但是，干法工藝對設備的要求高，制作工藝繁瑣，對樹脂的熔點有要求。特別是對厚度較大的預浸料，樹脂容易浸透不均勻。

　　對于熱塑性預浸料，目前常用的方法包括熱熔法、粉末法浸漬法、懸浮浸漬法、纖維混雜法、原位聚合法等。熱塑性樹脂的熱熔法與熱固性樹脂的熱熔法相似。粉末法是制備熱塑性預浸料比較典型的方法，是將帶靜電的樹脂粉末沉積到被吹散的纖維上，再經過高溫處理使樹脂熔融嵌入到纖維中。粉末法的特點是能快速連續生產熱塑性預浸料，纖維損傷少，工藝過程歷時少，聚合物不易分解，具有成本低的潛在優勢。這種方法的不足之處在于適于這種技術的樹脂粉末直徑在5～10μm為宜，而制備直徑在10μm以下的樹脂顆粒難度較大。

　　懸浮預浸法主要過程是纖維通過事先配制好的懸浮液，使樹脂粒子均勻分布在纖維上，然后加熱烘干懸浮劑，同時使樹脂熔融浸漬纖維得到預浸料。與熔融法一樣，該法存在技術難度高和設備投資大的缺點。纖維混雜法是先將熱塑性樹脂紡成纖維或纖維膜帶，再根據含膠量的多少將增強纖維與樹脂纖維按一定比例緊密地并合成混合紗，然后將混合紗織制成一定的產品形狀，后通過高溫作用使樹脂熔融，嵌入纖維中。但制取直徑極細（＜10μm）的熱塑性樹脂纖維較為困難，同時過程中易造成纖維損傷，因而限制了這一技術的應用 。

　　航空航天市場的快速發展將直接帶動碳纖維復材產業鏈景氣度上升

　　在航空航天領域，碳纖維復合材料在結構輕量化方面發揮重要作用。與常規材料相比，碳纖維復合材料可使飛機減重20%～40%，可克服金屬材料容易出現疲勞和被腐蝕的缺點，增強飛機耐用性。由于其性能優勢，碳纖維復合材料在飛機的用量比例、范圍逐步提高，從20世紀70年代被用于尾翼級的部件制造逐漸發展到今天被廣泛應用于機翼、口蓋、前機身、中機身、整流罩等更多核心部件的制造中。

 

客機領域：國產客機快速發展帶動碳纖維復材需求量增加

　　碳纖維復材主要用在客機的承力構件中，并伴隨著客機的升級換代用量逐步提升。從20世紀80年代開始，碳纖維復合材料開始應用在客機上的非承力構件，在早期的B757、B767上，碳纖維復合材料的占比僅為4%，隨著碳纖維相關技術的不斷突破，碳纖維復合材料逐漸作為次承力構件和主承力構件應用在民航客機上，其質量占比也開始逐步提升，到A380時，復材占比已達到 25%，具體應用在客機主承力結構部件如主翼、尾翼、機體、翼盒、壓力隔壁等，次承力結構部件如輔助翼、方向舵及客機內飾材料等。在新 B787及A350上，復材用料占比都達到50%以上。

　　我國國產客機市場潛力大，未來C919、CR929的批量交付將帶動碳纖維復材需求量提升。我國國產大客機項目正在不斷推進中，根據商飛官網披露的數據，C919大型客機已于2015年11月2日完成總裝下線，在2017年5月5日成功飛，累計收獲28家客戶、815架訂單。2021年，東方航空與商飛正式簽署購機合同，批引進5架，預計將在今年交付。

　　在2019年4月27日在杭州云棲小鎮舉行的2050大會上，商飛披露了幾個國產客機（按重量占比）統計的復合材料比例：ARJ-21的復材含量占比為2%，C919的復材含量占比為11.5%，CR929的復材含量占比超過50%。綜合來看，伴隨著國產大飛機的批量交付，碳纖維復材的市場需求有望提升，進而帶動預浸料的需求增加。

　　無人機以及航天領域：減重需求迫切，刺激碳纖維需求提升

　　無人機對復合材料的用量比例高，其快速發展將直接帶動碳纖維復材需求量上升。無人機由于具備低成本、輕結構、高機動、大過載、高隱身、長航程的技術特點，對減重的需求較為迫切。無人機在民用領域的應用較為廣泛，其在災情巡邏、環境監控、大地測量、空中攝影及氣象觀察等民用領域的用途越來越廣。在2021年7月的河南災情來看，翼龍無人機對災情探測發揮了重要作用。展望未來，在無人機應用日益廣泛、數量提升的背景下，碳纖維復材需求量有望增加。

　　航天領域碳纖維復材用量較高，伴隨航天的快速發展，碳纖維復材需求量有望增加。一般而言，航天飛行器的重量每減少1公斤，就可使運載火箭減輕500公斤，因此，在航空航天工業中普遍采用先進的碳纖維復合材料。以美國、歐洲的衛星為例，得益于高性能復合材料的應用，其結構質量不到總重量的10%。目前來看，衛星的微波通信系統、能源系統和各種支撐結構件等已經基本做到了復合材料化。

　　境外高技術產品禁運為國內碳纖維產業鏈廠商提供發展機遇

　　碳纖維及其復合材料行業競爭激烈，國外企業占據優勢。在目前的碳纖維復合材料行業中，國外的企業已經憑借其先進技術、豐富資金和高端人才等優勢在技術含量高、附加值高的復合材料行業中占據主流地位。作為碳纖維領域主要的技術發源地，并得益于其強大的工業基礎和制造業的長期積累，日本和歐美等和地區在高性能碳纖維及碳纖維復合材料領域已經形成先發優勢：在碳纖維預浸料、芳綸紙蜂窩、碳纖維構件及構件維修業務領域，美國企業均擁有較強的實力；日本企業在碳纖維預浸料和芳綸領域實力較強；韓國企業在芳綸領域擁有一定的實力；歐洲企業在復合材料構件和構件維修領域實力較強。

　　海外碳纖維及其復材對的禁運為國產廠商提供重大發展機遇。自 2020年下半年以來，日本、美國加強了對碳纖維出口的政策管控，導致國內碳纖維境外供應難度進一步加大。海外廠商對碳纖維及其復材的禁運，雖在一定程度上打壓了碳纖維產業鏈下游的一些企業，但也為產業鏈上、中游的一些企業提供重大發展機遇。