碳纤维到底是一种什么样的材料？为什么会很贵？

大家常说的「碳纤维」实际上「碳纤维增强复合材料」的简称。「碳纤维增强复合材料」的英文全称为「Carbon Fiber Reinforced Polymer」，简称CFRP。

碳纤维增强复合材料的成型工艺主要分为三步：成型、固化、脱模。

前期的准备工作包括： 模具准备、胶液配制、碳纤维织物的准备。

我们讲「碳纤维」很贵，其实指的是以「碳纤维增强复合材料」原材料所加工出来的零部件的价格很贵。而贵，则是因为「材料成本」和 「工艺成本」比较高。

「碳纤维增强复合材料」就是「碳纤维」材料按一定的方向排布，并使用粘合聚合材料所形成的材料。粘合聚合物通常是热固性树脂，例如环氧树脂， 有时也会使用其它热固性或热塑性聚合物，例如聚酯，乙烯基酯或尼龙。除碳纤维外，复合材料还可含有芳族聚酰胺，超高分子量聚乙烯，铝或玻璃纤维。最终「碳纤维增强复合材料」产品的性质也可受到引入结合基质的添加剂类型的影响。

碳纤维增强复合材料的最基本构成单元是碳丝（Carbon Fiber Filament），碳丝的基本原材料是预聚物（Prepolymer）聚丙烯腈（PAN），人造丝或石油沥青。然后通过化学和机械方法是碳丝成为碳纤维织物，用于碳纤维制件。

碳纤维增加复合材料制品主要因工艺不同而不同，碳纤维增强复合材料成型方法有很多种：

分为干法（预浸料铺叠）和湿法（纤维织物和树脂胶交替使用）。手糊成型也用于制备预浸料毛坯，以用于模压等二次成型工艺中。这种方法是将碳纤维布片层压成在模具上形成最终产品的方法。通过选择织物纤维的排列和编织以优化所得材料的强度和刚度性质。然后用环氧树脂填充模具并加热或空气固化。这种制造方法常用于非受力性零件，比如引擎盖。

针对铺叠而成的预浸料，需要通过一定工艺施加压力使其紧贴模具，在一定温度和压力下固化成型。真空袋法利用真空泵将成型袋内抽成真空，使袋与模具之间的负压形成压力，使复合材料紧贴模具。在真空袋法的基础上，后来又衍生出了真空袋-热压罐的成型方法。相比只使用真空袋的方法，热压罐可以提供更高的压力，并且对制件进行加热固化（代替了自然固化的过程），这样的制件结构更加紧实，表面质量更好，能够有效的消除气泡（气泡会很大影响制件的强度）整体质量更高。实际上，真空袋法的过程，跟手机贴膜有异曲同工之妙，消除气泡都是一大主要任务。

压缩成型是一种有利于批量化、大规模生产的成型办法。模具通常由上下两件制成，我们称之为阳模和阴模。成型过程是将预浸料铺叠而成的毛坯放入金属对模中，在一定的温度和压力作用下，使毛坯在模腔内受热塑化、受压流动并充满模腔，再而成型固化而获得制品。 然而，由于模具需要非常高精度的CNC加工，因此该方法相比前几种具有更高的初始成本。

对于形状复杂或者呈旋转体的形状的制件，可以使用细丝卷绕器通过将细丝缠绕在心轴或芯上的方法来制件，在缠绕完成后固化并除去芯模。比如悬架系统使用的管状节臂就可以使用这种方法制成。

树脂传递模塑（Resin Transfer Moulding，RTM）是目前比较热门的一种成型方法。其基本步骤为：

1.将准备好的的碳纤维织物坯件放置在模具中，并闭合模具。

2.将液体热固性树脂注入其中，浸润增强材料并固化。

总的来说，「材料成本」首当其冲，相比传统的金属材料，碳纤维增强复合材料所使用的碳丝和树脂材料的成本就很高。其次， 「工艺成本」也相当昂贵。相比传统的铸造、锻造等金属加工工艺，碳纤维增强复合材料的工序更加复杂、难度更大，人力、设备成本也水涨船高。除此之外，碳纤维增强复合材料的制件后处理工艺也会更复杂，包括制件的喷涂工艺、安装等。

但是，昂贵的价格，并不能阻止碳纤维增强复合材料越来越广泛的应用。与传统金属材料相比，碳纤维材料在强度、刚度、抗冲击性能上有相对优势，在单位重量上的绝对优势，成为其在赛车领域被广泛应用的主要原因。

碳纤维增强复合材料在赛车领域的最核心应用就是使用在Formula 1上的单体壳车身（Monocoque）。迈凯伦车队在1980年率先开始在底盘上应用碳纤维材料。1983年，迈凯伦车队成为第一支在Formula 1赛场使用碳纤维材料单体壳底盘车身的车队，他们将这项技术应用于McLaren MP4/1C。从此之后，这项技术就再也没有离开过F1赛场，并在赛车领域继续拓展应用。比如碳纤维材料的变速箱壳体、碳纤维材质的悬架A臂等等。

随着碳纤维成型技术的不断发展，碳纤维增强复合材料的成本得到了进一步的控制，虽然相比传统的冲压、铸造、机加工工艺成本依然偏高，但由于其特殊的性能，在民用车上应用越来越广泛。尤其是近些年来，电动汽车和混合动力汽车的发展又给碳纤维增强复合材料提供了更宽广的用武之地。比如前些年的BMW i3/i8和最近将要国产上市的极星 1。

与BMW i3/i8的定位不同，极星 1是一台「豪华高性能电驱混合动力GT轿跑」。也正是基于GT轿跑车的定位，极星 （Polestar）在碳纤维的使用上很具有代表性。同时，也吸取了一些BMW使用碳纤维增强复合材料的教训。有选择性的使用碳纤维增强复合材料。

在极星 1的底盘上有一个使用碳纤维增强复合材料的地板加固件，Polestar的工程师将其称作“蜻蜓”（Dragonfly）。正如同“蜻蜓”这个曼妙的名称一样，这个加固件的初衷旨在于在车身地板中部使用碳纤维材料的地板加固件，改善车身结构、提高扭转刚度，让底盘针对驾驶员输入的响应如同“蜻蜓”一般轻盈、迅敏。与此，同时“蜻蜓”结构与同样采用碳纤维增强复合材料的车顶纵梁和车顶横梁、以及一体式碳纤维前机盖相结合，为车辆整体性与抗扭刚度的提升起到了一定作用。其中的纵梁和横梁，便是来自碳纤维缠绕成型技术。

极星 1上使用的碳纤维增强复合材料，其强度达到了T700级，在这一级别的材质中，每1平方米的碳纤维丝可承受的拉力高达4.9Gpa，相当于4.9万倍的大气压强。这类材质目前被广泛应用于航空航天领域，例如中国一些大型固体火箭发动机上的结构件就采用了这类材质。而在一些民用飞机的二级结构件中，经常采用的则是相对强度低一些的T300级碳纤维材质。这样的材料选择，让其很好的延续了在车身安全上的盛名。

碳纤维增强复合材料大规模使用在极星 1以下部件上。在车身外部，包括发动机罩，挡泥板，后挡板，行李箱盖，侧板，车门和整个车顶结构。在车辆内部，包括整流罩（车架的前部），位于后座后面的包裹架。 Polestar 1上最大的CFRP零件是侧面车身，尺寸为300cm x 114cm，而最小的是A柱延伸，尺寸为38.6cm x 31.7cm。这些结构件则使用了树脂传递模塑成型技术。

大量CFRP零部件的使用，有助于推动一款GT轿跑的轻量化工作。这在以后也会成为电动车的发展趋势之一。

以极星 1为例，碳纤维增强复合材料的使用，使其成功减重230kg，并提高了大幅提高了纯电续航里程。其纯电续航里程150km的成绩已经是所有插电混合动力车型当中几乎最优秀的存在了。

为了更好的保证生产质量，极星（Polestar）成都生产基地同样值得期待。毕竟，现代化的工厂是车辆良好性能的最大保障。而对于碳纤维增强复合材料来说，工艺的保证也是至关重要。极星成都生产基地是极星在全球范围内的首个生产制造中心，也是国内首家具备完整碳纤维车身装配制造工艺的汽车制造工厂。

碳纤维增强复合材料后处理以及装配工艺同样是高昂的成本来源之一。尤其是打磨、调整安装和喷漆。与传统的金属材料制件有很大区别。

以极星 1的碳纤维车身制造工艺为例，就需要经过四大流程：

从历史角度来讲，「碳纤维增强复合材料」已经是久经淬炼的老技术了。但在新的技术变革的今天，这样的技术会派上新用场，焕发出新的光彩，并在民用领域大展拳脚。而极星 1（Polestar 1）显然已经走在了前列。

碳纤维到底是一种什么样的材料？为什么会很贵？

大家常说的「碳纤维」实际上「碳纤维增强复合材料」的简称。「碳纤维增强复合材料」的英文全称为「Carbon Fiber Reinforced Polymer」，简称CFRP。

碳纤维增强复合材料的成型工艺主要分为三步：成型、固化、脱模。

前期的准备工作包括： 模具准备、胶液配制、碳纤维织物的准备。

我们讲「碳纤维」很贵，其实指的是以「碳纤维增强复合材料」原材料所加工出来的零部件的价格很贵。而贵，则是因为「材料成本」和 「工艺成本」比较高。

「碳纤维增强复合材料」就是「碳纤维」材料按一定的方向排布，并使用粘合聚合材料所形成的材料。粘合聚合物通常是热固性树脂，例如环氧树脂， 有时也会使用其它热固性或热塑性聚合物，例如聚酯，乙烯基酯或尼龙。除碳纤维外，复合材料还可含有芳族聚酰胺，超高分子量聚乙烯，铝或玻璃纤维。最终「碳纤维增强复合材料」产品的性质也可受到引入结合基质的添加剂类型的影响。

碳纤维增强复合材料的最基本构成单元是碳丝（Carbon Fiber Filament），碳丝的基本原材料是预聚物（Prepolymer）聚丙烯腈（PAN），人造丝或石油沥青。然后通过化学和机械方法是碳丝成为碳纤维织物，用于碳纤维制件。

碳纤维增加复合材料制品主要因工艺不同而不同，碳纤维增强复合材料成型方法有很多种：

分为干法（预浸料铺叠）和湿法（纤维织物和树脂胶交替使用）。手糊成型也用于制备预浸料毛坯，以用于模压等二次成型工艺中。这种方法是将碳纤维布片层压成在模具上形成最终产品的方法。通过选择织物纤维的排列和编织以优化所得材料的强度和刚度性质。然后用环氧树脂填充模具并加热或空气固化。这种制造方法常用于非受力性零件，比如引擎盖。

针对铺叠而成的预浸料，需要通过一定工艺施加压力使其紧贴模具，在一定温度和压力下固化成型。真空袋法利用真空泵将成型袋内抽成真空，使袋与模具之间的负压形成压力，使复合材料紧贴模具。在真空袋法的基础上，后来又衍生出了真空袋-热压罐的成型方法。相比只使用真空袋的方法，热压罐可以提供更高的压力，并且对制件进行加热固化（代替了自然固化的过程），这样的制件结构更加紧实，表面质量更好，能够有效的消除气泡（气泡会很大影响制件的强度）整体质量更高。实际上，真空袋法的过程，跟手机贴膜有异曲同工之妙，消除气泡都是一大主要任务。

压缩成型是一种有利于批量化、大规模生产的成型办法。模具通常由上下两件制成，我们称之为阳模和阴模。成型过程是将预浸料铺叠而成的毛坯放入金属对模中，在一定的温度和压力作用下，使毛坯在模腔内受热塑化、受压流动并充满模腔，再而成型固化而获得制品。 然而，由于模具需要非常高精度的CNC加工，因此该方法相比前几种具有更高的初始成本。

对于形状复杂或者呈旋转体的形状的制件，可以使用细丝卷绕器通过将细丝缠绕在心轴或芯上的方法来制件，在缠绕完成后固化并除去芯模。比如悬架系统使用的管状节臂就可以使用这种方法制成。

树脂传递模塑（Resin Transfer Moulding，RTM）是目前比较热门的一种成型方法。其基本步骤为：

1.将准备好的的碳纤维织物坯件放置在模具中，并闭合模具。

2.将液体热固性树脂注入其中，浸润增强材料并固化。

总的来说，「材料成本」首当其冲，相比传统的金属材料，碳纤维增强复合材料所使用的碳丝和树脂材料的成本就很高。其次， 「工艺成本」也相当昂贵。相比传统的铸造、锻造等金属加工工艺，碳纤维增强复合材料的工序更加复杂、难度更大，人力、设备成本也水涨船高。除此之外，碳纤维增强复合材料的制件后处理工艺也会更复杂，包括制件的喷涂工艺、安装等。

但是，昂贵的价格，并不能阻止碳纤维增强复合材料越来越广泛的应用。与传统金属材料相比，碳纤维材料在强度、刚度、抗冲击性能上有相对优势，在单位重量上的绝对优势，成为其在赛车领域被广泛应用的主要原因。

碳纤维增强复合材料在赛车领域的最核心应用就是使用在Formula 1上的单体壳车身（Monocoque）。迈凯伦车队在1980年率先开始在底盘上应用碳纤维材料。1983年，迈凯伦车队成为第一支在Formula 1赛场使用碳纤维材料单体壳底盘车身的车队，他们将这项技术应用于McLaren MP4/1C。从此之后，这项技术就再也没有离开过F1赛场，并在赛车领域继续拓展应用。比如碳纤维材料的变速箱壳体、碳纤维材质的悬架A臂等等。

随着碳纤维成型技术的不断发展，碳纤维增强复合材料的成本得到了进一步的控制，虽然相比传统的冲压、铸造、机加工工艺成本依然偏高，但由于其特殊的性能，在民用车上应用越来越广泛。尤其是近些年来，电动汽车和混合动力汽车的发展又给碳纤维增强复合材料提供了更宽广的用武之地。比如前些年的BMW i3/i8和最近将要国产上市的极星 1。

与BMW i3/i8的定位不同，极星 1是一台「豪华高性能电驱混合动力GT轿跑」。也正是基于GT轿跑车的定位，极星 （Polestar）在碳纤维的使用上很具有代表性。同时，也吸取了一些BMW使用碳纤维增强复合材料的教训。有选择性的使用碳纤维增强复合材料。

在极星 1的底盘上有一个使用碳纤维增强复合材料的地板加固件，Polestar的工程师将其称作“蜻蜓”（Dragonfly）。正如同“蜻蜓”这个曼妙的名称一样，这个加固件的初衷旨在于在车身地板中部使用碳纤维材料的地板加固件，改善车身结构、提高扭转刚度，让底盘针对驾驶员输入的响应如同“蜻蜓”一般轻盈、迅敏。与此，同时“蜻蜓”结构与同样采用碳纤维增强复合材料的车顶纵梁和车顶横梁、以及一体式碳纤维前机盖相结合，为车辆整体性与抗扭刚度的提升起到了一定作用。其中的纵梁和横梁，便是来自碳纤维缠绕成型技术。

极星 1上使用的碳纤维增强复合材料，其强度达到了T700级，在这一级别的材质中，每1平方米的碳纤维丝可承受的拉力高达4.9Gpa，相当于4.9万倍的大气压强。这类材质目前被广泛应用于航空航天领域，例如中国一些大型固体火箭发动机上的结构件就采用了这类材质。而在一些民用飞机的二级结构件中，经常采用的则是相对强度低一些的T300级碳纤维材质。这样的材料选择，让其很好的延续了在车身安全上的盛名。

碳纤维增强复合材料大规模使用在极星 1以下部件上。在车身外部，包括发动机罩，挡泥板，后挡板，行李箱盖，侧板，车门和整个车顶结构。在车辆内部，包括整流罩（车架的前部），位于后座后面的包裹架。 Polestar 1上最大的CFRP零件是侧面车身，尺寸为300cm x 114cm，而最小的是A柱延伸，尺寸为38.6cm x 31.7cm。这些结构件则使用了树脂传递模塑成型技术。

大量CFRP零部件的使用，有助于推动一款GT轿跑的轻量化工作。这在以后也会成为电动车的发展趋势之一。

以极星 1为例，碳纤维增强复合材料的使用，使其成功减重230kg，并提高了大幅提高了纯电续航里程。其纯电续航里程150km的成绩已经是所有插电混合动力车型当中几乎最优秀的存在了。

为了更好的保证生产质量，极星（Polestar）成都生产基地同样值得期待。毕竟，现代化的工厂是车辆良好性能的最大保障。而对于碳纤维增强复合材料来说，工艺的保证也是至关重要。极星成都生产基地是极星在全球范围内的首个生产制造中心，也是国内首家具备完整碳纤维车身装配制造工艺的汽车制造工厂。

碳纤维增强复合材料后处理以及装配工艺同样是高昂的成本来源之一。尤其是打磨、调整安装和喷漆。与传统的金属材料制件有很大区别。

以极星 1的碳纤维车身制造工艺为例，就需要经过四大流程：

从历史角度来讲，「碳纤维增强复合材料」已经是久经淬炼的老技术了。但在新的技术变革的今天，这样的技术会派上新用场，焕发出新的光彩，并在民用领域大展拳脚。而极星 1（Polestar 1）显然已经走在了前列。

碳纤维到底是一种什么样的材料？为什么会很贵？

碳纤维是由有机纤维在1000°C以上裂解碳化形成的含碳量高于90%的无机纤维，碳纤维呈黑色，其质轻、强度高，同时具有易于成型、耐腐蚀、耐高温等多种优良性质，已经被广泛应用于军工、航空航天、体育用品、汽车工业等诸多领域。碳纤维按照力学性能和丝束大小进行分类，例如高模量型、中模量型和标准模量型；大丝束和小丝束型。

碳纤维可以通过使聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶纤维或酚醛纤维碳化而制成。最常用的碳纤维主要是聚丙烯腈碳纤维和沥青碳纤维。高性能的碳纤维基本都由聚丙烯腈纤维生产。聚丙烯腈基碳纤维的生产主要包括两个过程：生丝生产和生丝碳化。生丝的生产过程主要包括聚合、脱气、计量、纺丝、拉伸、洗涤、上油、干燥、接收的过程。碳化过程主要包括送丝、预氧化、低温碳化、高温碳化、表面处理、上浆和干燥以及缠绕和缠绕等过程。

碳纤维产业链工业流程复杂，技术难度大，工艺水平要求高，使得行业进入壁垒极大。以丙烯腈（PAN）基碳纤维产业链为例，产品从原材料开始，经历聚合纺丝、碳化、编织、浸润与成型等多个步骤，形成原丝、碳纤维及织物、碳纤维预浸料以及碳纤维复合材料等多个中间产品。由于流程中每一步的工艺调整都会直接影响下游产品的品质与性能，因此是否能够保持稳定的制备与工艺水平是整个产业链的技术核心。除此之外，不同客户由于诉求不同，对碳纤维及其相关产品的性能要求也就有所不同。因此，能否根据客户要求，改变制备方法和工艺流程，灵活调整产品性能也是整个产业链的一大技术难点。

行行查数据库（https://www.hanghangcha.com/#/）

全球碳纤维行业的发展可以分为四个阶段：

第一阶段为上世纪70年代到上世纪80年代前叶，该时期碳纤维工业化刚刚起步，只能在体育休闲等低端领域进行使用，后期在航空领域作为次承力结构进行少量使用；

第二阶段为上世纪80年代后期和90年代前期，这时碳纤维的使用领域得到了扩展，开始在飞机的主承力结构上进行使用；

进入90年代中后期，碳纤维开始进入压力容器、机械、船舶和建筑等工业领域；

本世纪随着航空工业的复苏、风电行业的迅猛发展以及汽车工业引入碳纤维车身，碳纤维的应用领域进一步扩展，尤其是近5年，全球碳纤维的需求量几乎实现了翻倍。

全球碳纤维需求在过去10多年得到了快速的增长，据统计2019年全球需求为103.7千吨，2009-2019年均复合增长率为11.3%，2014-2019年的年均复合增长率为14.2%。预计未来几年年均增长率仍能保持10%-20%的水平。

全球碳纤维行业经历了50-60年的努力，在2019年把碳纤维的需求第一次做到10万吨以上。随着核心技术的不断突破，尤其是下游的航空航天、风电和汽车等碳纤维主要应用场景的发展，同时伴随着碳纤维成本的降低和性价比的提升，预计2025年行业的总需求将达到20万吨左右，而2030年有望达到40万吨以上。

中国碳纤维的需求约占全球的三分之一以上，2019年国内需求量为3.78万吨。并且随着中国飞行器制造、休闲用品市场和风电行业的发展，中国碳纤维行业需求增速也位居全球前列。目前我国的碳纤维市场仍然是供不应求的状态，由于需求高速增长和技术相对落后的原因，我国的碳纤维大量依赖进口。

全球的碳纤维需求从规格上看，标准模量（拉伸模量为230-265GPA）仍然是市场主流，占据市场份额的80%以上；中等模量（270-315GPA）占到18%，高模量碳纤维（拉伸模量超过315GPA）占到1%。标模产品中，小丝束和大丝束大约各占一半。2019年的碳纤维市场跟2017年的相比，各规格的产品比例相对比较稳定。

全球的碳纤维主要应用在风电、航空航天、体育休闲和汽车等细分行业，具体来看2019年风电和航空航天是碳纤维最大的应用领域，分别占总需求的25%和23%，其次是体育休闲占到15%的市场份额，汽车位列第四占据11%的市场份额。

但从金额上来看，航空航天占据碳纤维市场的一半左右，这主要是由于其行业的特殊性所致，飞机和航空器制造对于碳纤维的强度、寿命和稳定性等性能指标要求极为严格，因此航空航天级别的碳纤维价格远远高于其他行业所需要的碳纤维。

未来驱动碳纤维增长的子行业主要是风电、压力容器和航空航天，未来六年的增长率预计分别为22.3%、15.3%和11.7%。风电市场主要受到VESTAS等风电巨头的产量增长拉动，压力容器主要受到各国发展氢能源汽车，高强储氢罐有望迎来高速增长，航空航天主要受到波音787及空客350的产能的变化。

碳纤维到底是一种什么样的材料？为什么会很贵？

碳纤维是由有机纤维在1000°C以上裂解碳化形成的含碳量高于90%的无机纤维，碳纤维呈黑色，其质轻、强度高，同时具有易于成型、耐腐蚀、耐高温等多种优良性质，已经被广泛应用于军工、航空航天、体育用品、汽车工业等诸多领域。碳纤维按照力学性能和丝束大小进行分类，例如高模量型、中模量型和标准模量型；大丝束和小丝束型。

碳纤维可以通过使聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶纤维或酚醛纤维碳化而制成。最常用的碳纤维主要是聚丙烯腈碳纤维和沥青碳纤维。高性能的碳纤维基本都由聚丙烯腈纤维生产。聚丙烯腈基碳纤维的生产主要包括两个过程：生丝生产和生丝碳化。生丝的生产过程主要包括聚合、脱气、计量、纺丝、拉伸、洗涤、上油、干燥、接收的过程。碳化过程主要包括送丝、预氧化、低温碳化、高温碳化、表面处理、上浆和干燥以及缠绕和缠绕等过程。

碳纤维产业链工业流程复杂，技术难度大，工艺水平要求高，使得行业进入壁垒极大。以丙烯腈（PAN）基碳纤维产业链为例，产品从原材料开始，经历聚合纺丝、碳化、编织、浸润与成型等多个步骤，形成原丝、碳纤维及织物、碳纤维预浸料以及碳纤维复合材料等多个中间产品。由于流程中每一步的工艺调整都会直接影响下游产品的品质与性能，因此是否能够保持稳定的制备与工艺水平是整个产业链的技术核心。除此之外，不同客户由于诉求不同，对碳纤维及其相关产品的性能要求也就有所不同。因此，能否根据客户要求，改变制备方法和工艺流程，灵活调整产品性能也是整个产业链的一大技术难点。

行行查数据库（https://www.hanghangcha.com/#/）

全球碳纤维行业的发展可以分为四个阶段：

第一阶段为上世纪70年代到上世纪80年代前叶，该时期碳纤维工业化刚刚起步，只能在体育休闲等低端领域进行使用，后期在航空领域作为次承力结构进行少量使用；

第二阶段为上世纪80年代后期和90年代前期，这时碳纤维的使用领域得到了扩展，开始在飞机的主承力结构上进行使用；

进入90年代中后期，碳纤维开始进入压力容器、机械、船舶和建筑等工业领域；

本世纪随着航空工业的复苏、风电行业的迅猛发展以及汽车工业引入碳纤维车身，碳纤维的应用领域进一步扩展，尤其是近5年，全球碳纤维的需求量几乎实现了翻倍。

全球碳纤维需求在过去10多年得到了快速的增长，据统计2019年全球需求为103.7千吨，2009-2019年均复合增长率为11.3%，2014-2019年的年均复合增长率为14.2%。预计未来几年年均增长率仍能保持10%-20%的水平。

全球碳纤维行业经历了50-60年的努力，在2019年把碳纤维的需求第一次做到10万吨以上。随着核心技术的不断突破，尤其是下游的航空航天、风电和汽车等碳纤维主要应用场景的发展，同时伴随着碳纤维成本的降低和性价比的提升，预计2025年行业的总需求将达到20万吨左右，而2030年有望达到40万吨以上。

中国碳纤维的需求约占全球的三分之一以上，2019年国内需求量为3.78万吨。并且随着中国飞行器制造、休闲用品市场和风电行业的发展，中国碳纤维行业需求增速也位居全球前列。目前我国的碳纤维市场仍然是供不应求的状态，由于需求高速增长和技术相对落后的原因，我国的碳纤维大量依赖进口。

全球的碳纤维需求从规格上看，标准模量（拉伸模量为230-265GPA）仍然是市场主流，占据市场份额的80%以上；中等模量（270-315GPA）占到18%，高模量碳纤维（拉伸模量超过315GPA）占到1%。标模产品中，小丝束和大丝束大约各占一半。2019年的碳纤维市场跟2017年的相比，各规格的产品比例相对比较稳定。

全球的碳纤维主要应用在风电、航空航天、体育休闲和汽车等细分行业，具体来看2019年风电和航空航天是碳纤维最大的应用领域，分别占总需求的25%和23%，其次是体育休闲占到15%的市场份额，汽车位列第四占据11%的市场份额。

但从金额上来看，航空航天占据碳纤维市场的一半左右，这主要是由于其行业的特殊性所致，飞机和航空器制造对于碳纤维的强度、寿命和稳定性等性能指标要求极为严格，因此航空航天级别的碳纤维价格远远高于其他行业所需要的碳纤维。

未来驱动碳纤维增长的子行业主要是风电、压力容器和航空航天，未来六年的增长率预计分别为22.3%、15.3%和11.7%。风电市场主要受到VESTAS等风电巨头的产量增长拉动，压力容器主要受到各国发展氢能源汽车，高强储氢罐有望迎来高速增长，航空航天主要受到波音787及空客350的产能的变化。

碳纤维到底是一种什么样的材料？为什么会很贵？

性能车和超级跑车才会用到这种高级材料，高精尖产业也会应用到碳纤维，比如航空航天领域、船舶领域以及建筑领域，常见的顶级球拍、高端钓鱼竿以及高端拍摄器材都会见到碳纤维，所以，碳纤维到底为什么这么贵？

首先我们要知道碳纤维是什么，简单点说就是将有机纤维通过高温（1000℃以上）碳化形成无机纤维，而这种含碳量高于95%的无机纤维就是我们口中的碳纤维，准确的说是碳丝。

碳丝是制作碳纤维复合材料最基本的单位，但碳纤维最关键、也是技术含量最高的一步，就是碳丝的制作。高等级的碳丝都是绝密工艺，强度用T表示，韧性用M表示。拿强度为例，目前民用最高等级是T1100，而T700、T800以上级只有美，德，日三国能生产，并且这三国是禁止批量出口中国的。所以技术上的卡脖子，成为了碳纤维贵的重要因素之一。

碳丝本身的横向强度比较高，就像筷子一样直接掰很容易断，但横向拉却没问题，所以需要把很多碳纤维编织在一起提升强度，碳纤维按纤维数量不同可分为小丝束和大丝束，丝束再通过编制形成了软性的碳纤维布，这可以理解为布料的纺织或者是编竹筐，实际的过程也跟织布或者编织极为相似，相对难度较低。

接下来又到了费工费力的关键一步，将这些软质的碳纤维布制成坚硬的碳纤维成品。其实这一步并不存在着较高科技含量，但却很大程度上提升了碳纤维成品价格，那就是人工成本和时间成本。碳纤维成型一般都是用碳纤维布铺在模具上，与其紧密贴合，然后通过涂抹树脂固化，接下来再将下一块碳纤维布旋转一定角度后，铺在上面，重复上述步骤，根据成品所需的强度来决定需要覆盖多少层碳纤维布。

之后再将其装入真空袋中，使其贴合更加紧密，之后再进行长时间的静置或通过烤箱等辅助使其固化，最后才能够后得到碳纤维成品。由于这个制作过程很难实现机械自动化量产，所以大部分都需要手工制作完成，而且手工技术的好坏也直接影响了碳纤维成品的品质，因此再这一环节，人工成本极其昂贵，制作效率也比较低。

既然碳纤维又贵，产量又低，为什么大伙还要用呢？碳的密度是铝的1/2，是钢的1/5。而在重量有所减轻的同时，碳纤维的强度却远远高于钢、铝这一类金属材料，碳纤维能在不牺牲机械性能的情况下减轻重量，因此在在很多情况下成为了金属替代品的最佳选择。

但由于高昂的价格，民用级别的碳纤维一般会出现在相对追求高强度与轻量化的高端产品中，比如以性能著称的布加迪、柯尼塞格等超跑，在极致的轻量化的同时，还要保证车身有足够的刚性，全碳车身自然是最佳的解决办法，不过价格也随着水涨船高，而且一旦出现磕碰，后期维修费用也高的惊人，因为碳纤维虽然很坚硬，不过一旦突破自身极限，就会像玻璃一样碎掉，没有办法像其他类型的车身覆盖件一样钣金喷漆或是进行其他修复，只能换一套新的。

除了这些日常中比较难见到的超跑之外，生活中也有一些比较常见的碳纤维的应用，我们在看羽毛球比赛时，林丹使用的球拍就是用碳纤维制作而成的，因为足够轻，所以能够减少一定的体力消耗，提升挥拍的速度，同时碳纤维高强度的特点也在这里展现了它的优势。

因为以林丹挥拍扣杀的力度，普通的羽毛球拍恐怕承受不起，报废的命运应该是逃不过的。

还有高端的相机三脚架也会采用碳纤维材料来降低重量，一方面是更轻更硬，另一方面……当然，碳纤维会看起来更有档次。

看，碳纤维！先不说它能明显减轻多少，但看起来会显得很“贵”

碳纤维到底是一种什么样的材料？为什么会很贵？

性能车和超级跑车才会用到这种高级材料，高精尖产业也会应用到碳纤维，比如航空航天领域、船舶领域以及建筑领域，常见的顶级球拍、高端钓鱼竿以及高端拍摄器材都会见到碳纤维，所以，碳纤维到底为什么这么贵？

首先我们要知道碳纤维是什么，简单点说就是将有机纤维通过高温（1000℃以上）碳化形成无机纤维，而这种含碳量高于95%的无机纤维就是我们口中的碳纤维，准确的说是碳丝。

碳丝是制作碳纤维复合材料最基本的单位，但碳纤维最关键、也是技术含量最高的一步，就是碳丝的制作。高等级的碳丝都是绝密工艺，强度用T表示，韧性用M表示。拿强度为例，目前民用最高等级是T1100，而T700、T800以上级只有美，德，日三国能生产，并且这三国是禁止批量出口中国的。所以技术上的卡脖子，成为了碳纤维贵的重要因素之一。

碳丝本身的横向强度比较高，就像筷子一样直接掰很容易断，但横向拉却没问题，所以需要把很多碳纤维编织在一起提升强度，碳纤维按纤维数量不同可分为小丝束和大丝束，丝束再通过编制形成了软性的碳纤维布，这可以理解为布料的纺织或者是编竹筐，实际的过程也跟织布或者编织极为相似，相对难度较低。

接下来又到了费工费力的关键一步，将这些软质的碳纤维布制成坚硬的碳纤维成品。其实这一步并不存在着较高科技含量，但却很大程度上提升了碳纤维成品价格，那就是人工成本和时间成本。碳纤维成型一般都是用碳纤维布铺在模具上，与其紧密贴合，然后通过涂抹树脂固化，接下来再将下一块碳纤维布旋转一定角度后，铺在上面，重复上述步骤，根据成品所需的强度来决定需要覆盖多少层碳纤维布。

之后再将其装入真空袋中，使其贴合更加紧密，之后再进行长时间的静置或通过烤箱等辅助使其固化，最后才能够后得到碳纤维成品。由于这个制作过程很难实现机械自动化量产，所以大部分都需要手工制作完成，而且手工技术的好坏也直接影响了碳纤维成品的品质，因此再这一环节，人工成本极其昂贵，制作效率也比较低。

既然碳纤维又贵，产量又低，为什么大伙还要用呢？碳的密度是铝的1/2，是钢的1/5。而在重量有所减轻的同时，碳纤维的强度却远远高于钢、铝这一类金属材料，碳纤维能在不牺牲机械性能的情况下减轻重量，因此在在很多情况下成为了金属替代品的最佳选择。

但由于高昂的价格，民用级别的碳纤维一般会出现在相对追求高强度与轻量化的高端产品中，比如以性能著称的布加迪、柯尼塞格等超跑，在极致的轻量化的同时，还要保证车身有足够的刚性，全碳车身自然是最佳的解决办法，不过价格也随着水涨船高，而且一旦出现磕碰，后期维修费用也高的惊人，因为碳纤维虽然很坚硬，不过一旦突破自身极限，就会像玻璃一样碎掉，没有办法像其他类型的车身覆盖件一样钣金喷漆或是进行其他修复，只能换一套新的。

除了这些日常中比较难见到的超跑之外，生活中也有一些比较常见的碳纤维的应用，我们在看羽毛球比赛时，林丹使用的球拍就是用碳纤维制作而成的，因为足够轻，所以能够减少一定的体力消耗，提升挥拍的速度，同时碳纤维高强度的特点也在这里展现了它的优势。

因为以林丹挥拍扣杀的力度，普通的羽毛球拍恐怕承受不起，报废的命运应该是逃不过的。

还有高端的相机三脚架也会采用碳纤维材料来降低重量，一方面是更轻更硬，另一方面……当然，碳纤维会看起来更有档次。

看，碳纤维！先不说它能明显减轻多少，但看起来会显得很“贵”

碳纤维到底是一种什么样的材料？为什么会很贵？

1、什么是碳钎维

碳钎维：由碳元素组成的一种特种纤维。具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性。外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物，由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。主要用途是作为增强材料与树脂、金属、陶瓷及炭等复合，制造先进复合材料。

2、碳纤维的特性当握住由碳纤维制成的东西时，最容易识别的特征是它的重量轻。碳的密度是铝的1/2，是钢的1/5。

由于它可以在不牺牲机械性能的情况下减轻重量，使得它在许多情况下成为金属替代品的最佳选择，碳纤维复合材料也可以加工并用于制造特殊零件。

具有耐高温、耐腐蚀、抗摩擦、导电、导热及热膨胀系数小等特性。碳纤维具有高刚度、高拉伸强度和高杨氏模量。

碳纤维的密度小，因此比强度和比模量高。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度及比模量在现有工程材料中是最高的。

3、为什么贵

碳纤维主要是通过有机前驱体热解来获取，根据前驱体种类区分，碳纤维主要有聚丙烯腈基、沥青基和粘胶纤维基。其中，聚丙烯腈(PAN)基碳纤维由于其综合性能优异而成为碳纤维工业生产的主流。

当前，PAN高成本限制了碳纤维在特殊产品中的应用，在特殊产品中，高机械性能和轻量化比总成本更为重要。

碳纤维的制备是一个系统工程，它包含一系列复杂的物理化学反应，制备难度很高。特别是那些有不同结构、性能要求的部件，制作要求更高。一些高端技术只有少数发达国家拥有专利。

在生产过程中石墨化温度需2000度左右，能耗比较大，同时整个过程都需要充惰性气体，成本较高。

4、解决方案

考虑到PAN的高成本，正在进行大量研究以寻找便宜有机前驱体来源。一种有希望的选择是使用木质素，木质素是一种在树木中发现的天然芳香化合物。该生物聚合物目前被制浆和造纸工业大量加工，但基本上被视为废物。

一些造纸厂已经开始尝试分离一部分木质素，从而产生了一种廉价的，可再生的生物聚合物，并且可以将其纺成纤维。

碳纤维到底是一种什么样的材料？为什么会很贵？

1、什么是碳钎维

碳钎维：由碳元素组成的一种特种纤维。具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性。外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物，由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。主要用途是作为增强材料与树脂、金属、陶瓷及炭等复合，制造先进复合材料。

2、碳纤维的特性当握住由碳纤维制成的东西时，最容易识别的特征是它的重量轻。碳的密度是铝的1/2，是钢的1/5。

由于它可以在不牺牲机械性能的情况下减轻重量，使得它在许多情况下成为金属替代品的最佳选择，碳纤维复合材料也可以加工并用于制造特殊零件。

具有耐高温、耐腐蚀、抗摩擦、导电、导热及热膨胀系数小等特性。碳纤维具有高刚度、高拉伸强度和高杨氏模量。

碳纤维的密度小，因此比强度和比模量高。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度及比模量在现有工程材料中是最高的。

3、为什么贵

碳纤维主要是通过有机前驱体热解来获取，根据前驱体种类区分，碳纤维主要有聚丙烯腈基、沥青基和粘胶纤维基。其中，聚丙烯腈(PAN)基碳纤维由于其综合性能优异而成为碳纤维工业生产的主流。

当前，PAN高成本限制了碳纤维在特殊产品中的应用，在特殊产品中，高机械性能和轻量化比总成本更为重要。

碳纤维的制备是一个系统工程，它包含一系列复杂的物理化学反应，制备难度很高。特别是那些有不同结构、性能要求的部件，制作要求更高。一些高端技术只有少数发达国家拥有专利。

在生产过程中石墨化温度需2000度左右，能耗比较大，同时整个过程都需要充惰性气体，成本较高。

4、解决方案

考虑到PAN的高成本，正在进行大量研究以寻找便宜有机前驱体来源。一种有希望的选择是使用木质素，木质素是一种在树木中发现的天然芳香化合物。该生物聚合物目前被制浆和造纸工业大量加工，但基本上被视为废物。

一些造纸厂已经开始尝试分离一部分木质素，从而产生了一种廉价的，可再生的生物聚合物，并且可以将其纺成纤维。

碳纤维到底是一种什么样的材料？为什么会很贵？

简单类比就是一种很多股链条扭在一起形成的类似麻绳

每根链条都是有碳原子靠碳碳键连接在一起构成的

碳原子在周期表里的位置很天命，沿碳碳链方向比强度极高

工业制造中一般都是用特定规格聚丙烯腈纤维高温碳化形成，工艺不同产生的碳链长度也不同，扭在一起构成的纤维强度就分不同规格，就好比长绒棉和普通棉棉线。

实际使用中，碳纤维的作用就像是钢筋混凝土结构中的钢筋，配合不同特性的树脂材料构成复合材料

贵是因为碳化工艺精度要求比较高，需要大量的工艺数据才能形成稳定生产力。这跟高分子领域大量的特种纤维生产其实是一样的，先积累起数据来的，就会迅速形成垄断，你看杜邦。T1000跟T300生产流程和原料成本差别没那么悬殊，但是T1000工艺掌握的厂商少，所以可以买到很贵。

广东的那些厂作出T700后，T700售价打了2折。

哪天做出来长度过米的碳单体纤维，差不多就是三体里面说的飞刃纤维了

碳纤维到底是一种什么样的材料？为什么会很贵？

简单类比就是一种很多股链条扭在一起形成的类似麻绳

每根链条都是有碳原子靠碳碳键连接在一起构成的

碳原子在周期表里的位置很天命，沿碳碳链方向比强度极高

工业制造中一般都是用特定规格聚丙烯腈纤维高温碳化形成，工艺不同产生的碳链长度也不同，扭在一起构成的纤维强度就分不同规格，就好比长绒棉和普通棉棉线。

实际使用中，碳纤维的作用就像是钢筋混凝土结构中的钢筋，配合不同特性的树脂材料构成复合材料

贵是因为碳化工艺精度要求比较高，需要大量的工艺数据才能形成稳定生产力。这跟高分子领域大量的特种纤维生产其实是一样的，先积累起数据来的，就会迅速形成垄断，你看杜邦。T1000跟T300生产流程和原料成本差别没那么悬殊，但是T1000工艺掌握的厂商少，所以可以买到很贵。

广东的那些厂作出T700后，T700售价打了2折。

哪天做出来长度过米的碳单体纤维，差不多就是三体里面说的飞刃纤维了