碳纤维本身是一种脆性材料，但它为什么可以改善复合材料的韧性？

什么是碳纤维

碳纤维（CarbonFiber）是由聚丙烯腈（PAN）等有机纤维在1000~3000°C高温的惰性气体氛围中经氧化碳化后制成的，含碳量在90%以上的无机高分子纤维，是目前可以获得的最轻的无机材料之一。碳纤维的比强度和比模量等力学性能优异，且具有低密度、耐腐蚀、耐高温、耐摩擦、抗疲劳、高震动衰减性、高导电导热性、低热膨胀系数、高电磁屏蔽性等特点，其易加工、可设计的性能使其广泛应用于航空航天、军工、能源、体育用品、汽车工业、轨道交通和建筑补强等领域，是国防军工和国民经济不可或缺的战略新兴材料，被誉为“新材料之王”。按照原料不同，碳纤维可分为PAN基、粘胶基、沥青基碳纤维。按照原材料不同，碳纤维主要分为粘胶基（纤维素基、人造丝基）、沥青基（各向同性、中间相）和聚丙烯腈（PAN）基三大类。目前以聚丙烯腈为原料制成的PAN基碳纤维占据主流地位，产量占碳纤维总量的90%以上。

按照丝束大小，碳纤维可分为大丝束和小丝束碳纤维。一般按照碳纤维中单丝根数与1000的比值命名，如12K指单束碳纤维中含有12000根单丝的碳纤维。通常将24K及以下的碳纤维称为小丝束碳纤维，初期以1K、3K、6K为主，后逐渐发展为12K和24K，主要应用于国防军工等高科技领域以及体育休闲用品。通常将48K以上碳纤维称为大丝束碳纤维，包括48K、60K、80K等（部分领域25K也可称为大丝束），主要应用于能源、交运、建筑等工业领域。按照力学性能，碳纤维可分为通用型和高性能型碳纤维。业内通常采用日本东丽（TORAY）公司分类法，按照拉伸强度及模量标准进行分类。其中通用型碳纤维强度为1000MPa、模量为100GPa左右。高性能型碳纤维又分为高强型（强度2000MPa、模量250GPa以上）和高模型（模量300GPa以上）和高强高模型等（强度4000MPa以上、模量300GPa以上）。

市场空间

碳纤维本身具备低比重、高强度的优异属性，与其他材料复合制成的碳纤维复合材料具有高强轻量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳等特点，因此在诞生之初便作为战略性物资应用于国防、航空航天等军用行业。之后随着商业化的顺利推进及成本的不断降低，碳纤维优异属性被广泛认知，应用范围持续拓宽，并逐步在民用领域大放光彩，成为军民两用的优异新材料品种。过去10余年间，随着碳纤维下游应用渗透率的提升，全球碳纤维需求量稳步增长，2019年全球碳纤维需求量首次突破10万吨，相较2008年CAGR达10%。2020年受疫情影响下游航空业受损明显，但其他产业需求旺盛，全年需求量仍较19年同比提升3%达到10.7万吨，据赛奥碳纤维技术预测，2025年全球碳纤维需求量有望达到20万吨，5年CAGR将达13.3%，未来或将持续处于高速增长期。

我国碳纤维行业目前已逐渐步入快速发展期，相关能源产业竞争优势明显，在“双碳”政策目标指引下，风电、光伏、氢能等产业有望迎来加速发展，碳纤维市场空间广阔。根据赛奥碳纤维数据，我国碳纤维需求从2008年的0.8万吨增长至2020年的4.9万吨，期间CAGR高达16%，明显高于同期全球增速。此外，我国碳纤维需求总量全球占比也在不断提高，2020年达到45.7%，较2008年提升近23个PCT。预计到2025年，我国碳纤维需求量将达15万吨，5年CAGR达25%。

国产替代

受限于碳纤维关键生产技术匮乏及进口设备适配性不强，我国碳纤维行业长期存在“有产能，无产量”的现象，目前全球碳纤维实际产能集中在日美企业。2020年以来受疫情影响，碳纤维进口难度增加，叠加日本、美国等主要碳纤维供应国收窄了对国内碳纤维的供给，导致国内需求缺口持续扩大。外部多变的环境与内需旺盛的需求，在对我国碳纤维产业提出更高要求的同时也带来了更具确定性的发展契机，国产替代产品的质和量均将得到进一步提升。

全球碳纤维运行产能稳步增长，我国实际产量较低。从产能分布来看，全球碳纤维运行产能（处于正常生产状态且具备生产能力）稳步扩张，2020年达到17.2万吨，其中美国产能占比22%位列第一，中国大陆和日本产能占比分列第二、三名，三者合计占比60%。虽然我国运行产能占比达到21%，但由于较多国产碳纤维企业尚未实现关键技术突破，核心设备多为进口且适配性不强，生产线运行及产品质量不稳定，致使实际产量仅约1.8万吨，产能利用率不足60%，长期存在高产能、低产量的现象。碳纤维实际产能仍集中于日美企业。从企业产能份额占比来看，全球碳纤维市场依然为日、美企业所垄断，其中：（1）小丝束市场以日本企业（东丽、东邦、三菱）为主，CR3达49%，目前碳纤维核心生产技术主要掌握在日本公司手中，产品主要应用于航空航天等高端领域，日本东丽作为全球高性能碳纤维龙头企业，其在小丝束市场的份额占比超过26%。（2）大丝束市场以欧美企业（赫式、西格里）为主，CR3高达98%，美国产业链生态完备且生产要素具备全球优势，产品主要用于航天军工企业，其中赫式市场份额占比近60%。

2020年以来，全球新冠疫情影响持续扩散，全球贸易整体受到较大冲击，运力紧张且不确定性强，国外碳纤维出口国内的难度逐渐加大，国内碳纤维市场供不应求。国内碳纤维主要进口来源国为日本和美国，二者合计占比近40%，2020年底至2021年初，日本、美国先后加强了对碳纤维出口中国的政策管控，其中东丽因向未获日本《外汇及外国贸易法》许可的中国企业出口碳纤维而被实施行政处罚与出口禁运，美国对碳纤维等关键产品供应链进行出口审查以免于未来面临产品短缺，导致海外碳纤维供应能力进一步收紧。国内碳纤维供需缺口自2013年以来持续扩大，并于2020年增至约3万吨，以T700级小丝束产品为例，产品价格由2020年初的140元/千克上涨至2022年初的260元/千克，期间涨幅近86%。

产业链

原油经过精炼、裂解等一系列工艺得到丙烯，再通过氨氧化获得丙烯腈，丙烯腈（ACN）经过聚合、纺丝之后得到聚丙烯腈（PAN）原丝。原丝经过预氧化、低温和高温碳化、表面处理、上浆等环节得到碳纤维，同时可制造碳纤维织物和碳纤维预浸料。最终，将碳纤维与树脂、金属和陶瓷等基体材料结合可生产碳纤维复合材料，再通过相应成型工艺制成不同终端客户需要的工业产品。

上游

对于碳纤维生产企业而言，丙烯腈是其首要的原材料，它由丙烯和氨经氨氧化反应和精炼工艺制成。目前国内丙烯腈主要用于生产ABS树脂/塑料、AS树脂、丙烯酰胺、聚丙烯腈纤维（腈纶）等，同时还是丁腈橡胶、聚醚多元醇等许多石化产品必不可少的原料或中间体。丙烯腈的下游产品广泛应用于家电、服装、汽车、医药等国民经济中的各个领域。2016年之前，中国丙烯腈进口依存度长期保持在28%以上，随着斯尔邦丙烯腈装置于2016年投产，我国丙烯腈的进口依存度有所下降。之后我国丙烯腈产业国产替代步伐不断加快，产能供应持续发力，2021年1-11月丙烯腈总进口量仅为18.7万吨，已经低于丙烯腈出口数量。截至2021年10月，国内丙烯腈前四大厂商均具备45万吨以上的年产能，其中斯尔邦、上海赛科石化和浙江石化均拥有52万吨的年产能，居国内前列。斯尔邦、利华益集团和天辰齐翔等均有丙烯腈在建产能。其中，斯尔邦二期丙烷产业链项目共包含两套26万吨/年丙烯腈装置，其中一套预计2022年投产，届时总产能将达到78万吨；两套装置全部投产后，公司丙烯腈总年产能将达到104万吨，进一步巩固其行业龙头地位。

中游

企业通过聚合丙烯腈方式获得聚丙烯腈（虽然聚合本身的技术难度不是很高，但是要获得能够在后续过程中适合纺丝、氧化，碳化等流程的成品丙烯腈较为困难）。将聚丙烯腈置于纺丝设备中，经高压釜和喷头纺丝得到聚丙烯腈原丝（即PAN原丝）。原丝质量直接决定碳纤维性能。原丝通常占碳纤维总生产成本的51%，因此在原丝生产环节采用先进工艺，以提高原丝质量并压缩生产成本，对提升碳纤维企业市场竞争力至关重要。

碳纤维纺丝工艺分为湿喷湿纺和干喷湿纺两种。

传统湿法纺丝（湿喷湿纺）

具体方法是将喷丝板浸入凝固浴中，纺丝液从喷丝头挤出后，以细流的形态进入到凝固浴中，原液喷出后立即凝固。湿法纺丝的优点是操作流程简单易行，对生产环境和操作水平的要求较低，而且喷丝过程中的偶发性断丝不影响整体流程的进行。但该方法的明显缺点在于所得碳纤维性能不高。这种工艺得到的碳纤维表面有明显的沟槽形貌，属于径向收缩表皮塌陷的结果，也反映了碳纤维原丝不均一不致密的内部结构。而这种不均一光滑的粗糙沟渠结构会降低最终所得碳纤维的力学性能。造成这一现象的原因主要是从喷丝孔中直接喷射到凝固浴中，纤维的胀大效应与体积收缩效应同时进行，形成了不规则的沟渠状表面。由于湿法纺丝对碳纤维原丝的结构产生了负面影响，它一般用于生产T300、T400等性能较低的碳纤维生产。部分公司通过湿法纺丝生产高性能碳纤维，大多是在其他环节通过严控生产条件、研发新方法，才最终提高了碳纤维性能。但这些附加条件提高了企业生产成本，且因湿法纺丝工艺本身的束缚，碳纤维产品力学性能的提高空间较小。

干喷湿纺

干喷湿纺的具体方法是即将喷丝板与凝固浴脱离一段距离，使原液喷出后先经过一段空气层，使其在未凝固的条件下被牵伸均匀，再进入凝固浴进行双扩散。与湿喷湿纺相比，干喷湿纺主要有提效、增质两大优势。一方面，它可以进行高倍的喷丝头拉伸，纺丝速度是湿喷湿纺的3~4倍，可明显提高生产效率，从而大幅降低碳纤维单位生产成本。另一方面，干喷湿纺技术中纺丝可在空气层中形成一层致密的薄层，避免大孔洞的形成，因而质量优于湿喷湿纺。用干喷湿纺技术得到的纤维，结构比较均匀，皮芯层差异小，强度和弹性均有提高，截面结构近似圆形，纤维表面光滑，纤维内部缺陷少。因此通过干喷湿纺纺出的原丝致密性好，体密度较高，可制得高性能碳纤维。但干喷湿纺对纺丝工艺和原液质量提出了很高的要求。在生产过程中，任何一根原液由于不稳定因素断流，都会立即附着在喷丝板并向四周漫流，进一步粘连到邻近丝束，最终破坏整个喷丝板的正常生产。

下游

碳纤维应用：碳纤维结合树脂材料通过改变浸渍法、温度、步骤等程序控制碳纤维性能可以得到受力结构用碳纤维、耐焰碳纤维、活性碳纤维(吸附活性)、导电用碳纤维、润滑用碳纤维、耐磨用碳纤维，辅以成型工艺得到相应的碳纤维复合材料应用于航空航天、风电叶片、汽车用品等下游行业。目前国内的主要碳纤维产品以通用碳纤维为主，受限于国内技术工艺仍处于碳纤维初期，市场渗透率还有待提升，短期没有看到根据下游需求做定制化趋势，但碳纤维长期有望根据应用场景获取差异化优势。

全球范围来看，碳纤维下游应用较为分散，各产业应用蓬勃发展，风电叶片、航空航天、体育及汽车为主要应用领域。按用量计，风电叶片近年来快速发展，现已成为全球第一大碳纤维消费市场，2020年需求量3.06万吨占比29%，航空航天、体育休闲及汽车分别占比15%、14%和12%。值得关注的是，若以金额计，航空航天产业以9.87亿美元排名第一，占比高达38%，体现出航空航天领域碳纤维产品的高产值，而风电叶片虽用量大，但其使用的碳纤是低成本的大丝束产品，因此金额计占比仅约16%。

航空航天领域产品具备高附加值，大丝束产品份额持续提升。上文提到，小丝束碳纤维产品生产工艺要求严格且难度大，生产成本较高，故多用于航空航天等高科技及高附加值领域，航空航天领域产品单价约60美元/吨。而大丝束产品性能相对逊色但胜在生产成本低，以风电叶片为代表的碳纤维产品单价低至14美元/kg，因此在风电、电缆等基础工业领域需求旺盛，2020年大丝束产品需求占比约45%，较2019年提高2个PCT。未来在风电领域高景气叠加对部分小丝束产品替代的推动下，大丝束产品份额有望进一步提升我国碳纤维行业进入快速发展期，需求增长显著。

更多产业知识请关注 @我不是韭菜

碳纤维本身是一种脆性材料，但它为什么可以改善复合材料的韧性？

什么是碳纤维

碳纤维（CarbonFiber）是由聚丙烯腈（PAN）等有机纤维在1000~3000°C高温的惰性气体氛围中经氧化碳化后制成的，含碳量在90%以上的无机高分子纤维，是目前可以获得的最轻的无机材料之一。碳纤维的比强度和比模量等力学性能优异，且具有低密度、耐腐蚀、耐高温、耐摩擦、抗疲劳、高震动衰减性、高导电导热性、低热膨胀系数、高电磁屏蔽性等特点，其易加工、可设计的性能使其广泛应用于航空航天、军工、能源、体育用品、汽车工业、轨道交通和建筑补强等领域，是国防军工和国民经济不可或缺的战略新兴材料，被誉为“新材料之王”。按照原料不同，碳纤维可分为PAN基、粘胶基、沥青基碳纤维。按照原材料不同，碳纤维主要分为粘胶基（纤维素基、人造丝基）、沥青基（各向同性、中间相）和聚丙烯腈（PAN）基三大类。目前以聚丙烯腈为原料制成的PAN基碳纤维占据主流地位，产量占碳纤维总量的90%以上。

按照丝束大小，碳纤维可分为大丝束和小丝束碳纤维。一般按照碳纤维中单丝根数与1000的比值命名，如12K指单束碳纤维中含有12000根单丝的碳纤维。通常将24K及以下的碳纤维称为小丝束碳纤维，初期以1K、3K、6K为主，后逐渐发展为12K和24K，主要应用于国防军工等高科技领域以及体育休闲用品。通常将48K以上碳纤维称为大丝束碳纤维，包括48K、60K、80K等（部分领域25K也可称为大丝束），主要应用于能源、交运、建筑等工业领域。按照力学性能，碳纤维可分为通用型和高性能型碳纤维。业内通常采用日本东丽（TORAY）公司分类法，按照拉伸强度及模量标准进行分类。其中通用型碳纤维强度为1000MPa、模量为100GPa左右。高性能型碳纤维又分为高强型（强度2000MPa、模量250GPa以上）和高模型（模量300GPa以上）和高强高模型等（强度4000MPa以上、模量300GPa以上）。

市场空间

碳纤维本身具备低比重、高强度的优异属性，与其他材料复合制成的碳纤维复合材料具有高强轻量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳等特点，因此在诞生之初便作为战略性物资应用于国防、航空航天等军用行业。之后随着商业化的顺利推进及成本的不断降低，碳纤维优异属性被广泛认知，应用范围持续拓宽，并逐步在民用领域大放光彩，成为军民两用的优异新材料品种。过去10余年间，随着碳纤维下游应用渗透率的提升，全球碳纤维需求量稳步增长，2019年全球碳纤维需求量首次突破10万吨，相较2008年CAGR达10%。2020年受疫情影响下游航空业受损明显，但其他产业需求旺盛，全年需求量仍较19年同比提升3%达到10.7万吨，据赛奥碳纤维技术预测，2025年全球碳纤维需求量有望达到20万吨，5年CAGR将达13.3%，未来或将持续处于高速增长期。

我国碳纤维行业目前已逐渐步入快速发展期，相关能源产业竞争优势明显，在“双碳”政策目标指引下，风电、光伏、氢能等产业有望迎来加速发展，碳纤维市场空间广阔。根据赛奥碳纤维数据，我国碳纤维需求从2008年的0.8万吨增长至2020年的4.9万吨，期间CAGR高达16%，明显高于同期全球增速。此外，我国碳纤维需求总量全球占比也在不断提高，2020年达到45.7%，较2008年提升近23个PCT。预计到2025年，我国碳纤维需求量将达15万吨，5年CAGR达25%。

国产替代

受限于碳纤维关键生产技术匮乏及进口设备适配性不强，我国碳纤维行业长期存在“有产能，无产量”的现象，目前全球碳纤维实际产能集中在日美企业。2020年以来受疫情影响，碳纤维进口难度增加，叠加日本、美国等主要碳纤维供应国收窄了对国内碳纤维的供给，导致国内需求缺口持续扩大。外部多变的环境与内需旺盛的需求，在对我国碳纤维产业提出更高要求的同时也带来了更具确定性的发展契机，国产替代产品的质和量均将得到进一步提升。

全球碳纤维运行产能稳步增长，我国实际产量较低。从产能分布来看，全球碳纤维运行产能（处于正常生产状态且具备生产能力）稳步扩张，2020年达到17.2万吨，其中美国产能占比22%位列第一，中国大陆和日本产能占比分列第二、三名，三者合计占比60%。虽然我国运行产能占比达到21%，但由于较多国产碳纤维企业尚未实现关键技术突破，核心设备多为进口且适配性不强，生产线运行及产品质量不稳定，致使实际产量仅约1.8万吨，产能利用率不足60%，长期存在高产能、低产量的现象。碳纤维实际产能仍集中于日美企业。从企业产能份额占比来看，全球碳纤维市场依然为日、美企业所垄断，其中：（1）小丝束市场以日本企业（东丽、东邦、三菱）为主，CR3达49%，目前碳纤维核心生产技术主要掌握在日本公司手中，产品主要应用于航空航天等高端领域，日本东丽作为全球高性能碳纤维龙头企业，其在小丝束市场的份额占比超过26%。（2）大丝束市场以欧美企业（赫式、西格里）为主，CR3高达98%，美国产业链生态完备且生产要素具备全球优势，产品主要用于航天军工企业，其中赫式市场份额占比近60%。

2020年以来，全球新冠疫情影响持续扩散，全球贸易整体受到较大冲击，运力紧张且不确定性强，国外碳纤维出口国内的难度逐渐加大，国内碳纤维市场供不应求。国内碳纤维主要进口来源国为日本和美国，二者合计占比近40%，2020年底至2021年初，日本、美国先后加强了对碳纤维出口中国的政策管控，其中东丽因向未获日本《外汇及外国贸易法》许可的中国企业出口碳纤维而被实施行政处罚与出口禁运，美国对碳纤维等关键产品供应链进行出口审查以免于未来面临产品短缺，导致海外碳纤维供应能力进一步收紧。国内碳纤维供需缺口自2013年以来持续扩大，并于2020年增至约3万吨，以T700级小丝束产品为例，产品价格由2020年初的140元/千克上涨至2022年初的260元/千克，期间涨幅近86%。

产业链

原油经过精炼、裂解等一系列工艺得到丙烯，再通过氨氧化获得丙烯腈，丙烯腈（ACN）经过聚合、纺丝之后得到聚丙烯腈（PAN）原丝。原丝经过预氧化、低温和高温碳化、表面处理、上浆等环节得到碳纤维，同时可制造碳纤维织物和碳纤维预浸料。最终，将碳纤维与树脂、金属和陶瓷等基体材料结合可生产碳纤维复合材料，再通过相应成型工艺制成不同终端客户需要的工业产品。

上游

对于碳纤维生产企业而言，丙烯腈是其首要的原材料，它由丙烯和氨经氨氧化反应和精炼工艺制成。目前国内丙烯腈主要用于生产ABS树脂/塑料、AS树脂、丙烯酰胺、聚丙烯腈纤维（腈纶）等，同时还是丁腈橡胶、聚醚多元醇等许多石化产品必不可少的原料或中间体。丙烯腈的下游产品广泛应用于家电、服装、汽车、医药等国民经济中的各个领域。2016年之前，中国丙烯腈进口依存度长期保持在28%以上，随着斯尔邦丙烯腈装置于2016年投产，我国丙烯腈的进口依存度有所下降。之后我国丙烯腈产业国产替代步伐不断加快，产能供应持续发力，2021年1-11月丙烯腈总进口量仅为18.7万吨，已经低于丙烯腈出口数量。截至2021年10月，国内丙烯腈前四大厂商均具备45万吨以上的年产能，其中斯尔邦、上海赛科石化和浙江石化均拥有52万吨的年产能，居国内前列。斯尔邦、利华益集团和天辰齐翔等均有丙烯腈在建产能。其中，斯尔邦二期丙烷产业链项目共包含两套26万吨/年丙烯腈装置，其中一套预计2022年投产，届时总产能将达到78万吨；两套装置全部投产后，公司丙烯腈总年产能将达到104万吨，进一步巩固其行业龙头地位。

中游

企业通过聚合丙烯腈方式获得聚丙烯腈（虽然聚合本身的技术难度不是很高，但是要获得能够在后续过程中适合纺丝、氧化，碳化等流程的成品丙烯腈较为困难）。将聚丙烯腈置于纺丝设备中，经高压釜和喷头纺丝得到聚丙烯腈原丝（即PAN原丝）。原丝质量直接决定碳纤维性能。原丝通常占碳纤维总生产成本的51%，因此在原丝生产环节采用先进工艺，以提高原丝质量并压缩生产成本，对提升碳纤维企业市场竞争力至关重要。

碳纤维纺丝工艺分为湿喷湿纺和干喷湿纺两种。

传统湿法纺丝（湿喷湿纺）

具体方法是将喷丝板浸入凝固浴中，纺丝液从喷丝头挤出后，以细流的形态进入到凝固浴中，原液喷出后立即凝固。湿法纺丝的优点是操作流程简单易行，对生产环境和操作水平的要求较低，而且喷丝过程中的偶发性断丝不影响整体流程的进行。但该方法的明显缺点在于所得碳纤维性能不高。这种工艺得到的碳纤维表面有明显的沟槽形貌，属于径向收缩表皮塌陷的结果，也反映了碳纤维原丝不均一不致密的内部结构。而这种不均一光滑的粗糙沟渠结构会降低最终所得碳纤维的力学性能。造成这一现象的原因主要是从喷丝孔中直接喷射到凝固浴中，纤维的胀大效应与体积收缩效应同时进行，形成了不规则的沟渠状表面。由于湿法纺丝对碳纤维原丝的结构产生了负面影响，它一般用于生产T300、T400等性能较低的碳纤维生产。部分公司通过湿法纺丝生产高性能碳纤维，大多是在其他环节通过严控生产条件、研发新方法，才最终提高了碳纤维性能。但这些附加条件提高了企业生产成本，且因湿法纺丝工艺本身的束缚，碳纤维产品力学性能的提高空间较小。

干喷湿纺

干喷湿纺的具体方法是即将喷丝板与凝固浴脱离一段距离，使原液喷出后先经过一段空气层，使其在未凝固的条件下被牵伸均匀，再进入凝固浴进行双扩散。与湿喷湿纺相比，干喷湿纺主要有提效、增质两大优势。一方面，它可以进行高倍的喷丝头拉伸，纺丝速度是湿喷湿纺的3~4倍，可明显提高生产效率，从而大幅降低碳纤维单位生产成本。另一方面，干喷湿纺技术中纺丝可在空气层中形成一层致密的薄层，避免大孔洞的形成，因而质量优于湿喷湿纺。用干喷湿纺技术得到的纤维，结构比较均匀，皮芯层差异小，强度和弹性均有提高，截面结构近似圆形，纤维表面光滑，纤维内部缺陷少。因此通过干喷湿纺纺出的原丝致密性好，体密度较高，可制得高性能碳纤维。但干喷湿纺对纺丝工艺和原液质量提出了很高的要求。在生产过程中，任何一根原液由于不稳定因素断流，都会立即附着在喷丝板并向四周漫流，进一步粘连到邻近丝束，最终破坏整个喷丝板的正常生产。

下游

碳纤维应用：碳纤维结合树脂材料通过改变浸渍法、温度、步骤等程序控制碳纤维性能可以得到受力结构用碳纤维、耐焰碳纤维、活性碳纤维(吸附活性)、导电用碳纤维、润滑用碳纤维、耐磨用碳纤维，辅以成型工艺得到相应的碳纤维复合材料应用于航空航天、风电叶片、汽车用品等下游行业。目前国内的主要碳纤维产品以通用碳纤维为主，受限于国内技术工艺仍处于碳纤维初期，市场渗透率还有待提升，短期没有看到根据下游需求做定制化趋势，但碳纤维长期有望根据应用场景获取差异化优势。

全球范围来看，碳纤维下游应用较为分散，各产业应用蓬勃发展，风电叶片、航空航天、体育及汽车为主要应用领域。按用量计，风电叶片近年来快速发展，现已成为全球第一大碳纤维消费市场，2020年需求量3.06万吨占比29%，航空航天、体育休闲及汽车分别占比15%、14%和12%。值得关注的是，若以金额计，航空航天产业以9.87亿美元排名第一，占比高达38%，体现出航空航天领域碳纤维产品的高产值，而风电叶片虽用量大，但其使用的碳纤是低成本的大丝束产品，因此金额计占比仅约16%。

航空航天领域产品具备高附加值，大丝束产品份额持续提升。上文提到，小丝束碳纤维产品生产工艺要求严格且难度大，生产成本较高，故多用于航空航天等高科技及高附加值领域，航空航天领域产品单价约60美元/吨。而大丝束产品性能相对逊色但胜在生产成本低，以风电叶片为代表的碳纤维产品单价低至14美元/kg，因此在风电、电缆等基础工业领域需求旺盛，2020年大丝束产品需求占比约45%，较2019年提高2个PCT。未来在风电领域高景气叠加对部分小丝束产品替代的推动下，大丝束产品份额有望进一步提升我国碳纤维行业进入快速发展期，需求增长显著。

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碳纤维本身是一种脆性材料，但它为什么可以改善复合材料的韧性？

这个问题还是挺有意思的。

碳纤维复合材料的两部分分别是碳纤维和基地材料（环氧树脂之类的），按说这两个材料的韧性都不高，但放在一起却还不错。复合材料很厉害有没有。

补充一个类似的例子：卫生纸和冰都很弱，但是如果把卫生纸放在水里冻成冰块，就会比纸硬很多又不像单独的冰块那么脆。

说正经的。材料的韧性，比如断裂韧性，从定义上来说是断裂时材料所吸收的能量。碳纤维或者环氧树脂单独的脆性断裂并不能吸收太多能量，所以韧性相对较低。但当两个材料通过成型工艺做成碳纤维复合材料之后，（几乎）每一根碳纤维周围都是树脂基底材料，产生了超级多的界面。而每一次断裂的时候，裂纹沿着界面还会产生很多deviation (原谅我真的不知道该怎么说这个概念）。断裂就从单纯的一次性全断变成了在里面断来断去才行。所以断裂的时候能够为韧性提供贡献的除了两个材料本身，还有断裂通过这些界面时候所消耗（材料吸收）的能量。这也是为什么这两个单独都比较脆的材料做成复合材料后韧性会提高。

在很多情况下，复合材料的韧性会作为优先于强度的考量标准。所以也会有很多其他的方式去提高复合材料的韧性，比如早期的加入橡胶、环氧树脂夹层、到后来的各种纳米填料。其增加韧性的机理也各不相同，就不在此比较了。

碳纤维本身是一种脆性材料，但它为什么可以改善复合材料的韧性？

这个问题还是挺有意思的。

碳纤维复合材料的两部分分别是碳纤维和基地材料（环氧树脂之类的），按说这两个材料的韧性都不高，但放在一起却还不错。复合材料很厉害有没有。

补充一个类似的例子：卫生纸和冰都很弱，但是如果把卫生纸放在水里冻成冰块，就会比纸硬很多又不像单独的冰块那么脆。

说正经的。材料的韧性，比如断裂韧性，从定义上来说是断裂时材料所吸收的能量。碳纤维或者环氧树脂单独的脆性断裂并不能吸收太多能量，所以韧性相对较低。但当两个材料通过成型工艺做成碳纤维复合材料之后，（几乎）每一根碳纤维周围都是树脂基底材料，产生了超级多的界面。而每一次断裂的时候，裂纹沿着界面还会产生很多deviation (原谅我真的不知道该怎么说这个概念）。断裂就从单纯的一次性全断变成了在里面断来断去才行。所以断裂的时候能够为韧性提供贡献的除了两个材料本身，还有断裂通过这些界面时候所消耗（材料吸收）的能量。这也是为什么这两个单独都比较脆的材料做成复合材料后韧性会提高。

在很多情况下，复合材料的韧性会作为优先于强度的考量标准。所以也会有很多其他的方式去提高复合材料的韧性，比如早期的加入橡胶、环氧树脂夹层、到后来的各种纳米填料。其增加韧性的机理也各不相同，就不在此比较了。

碳纤维本身是一种脆性材料，但它为什么可以改善复合材料的韧性？

实名反对所有答案。没错，到目前为止的所有答案都是垃圾。

直接上数据：

T1100碳纤维 抗拉强度 7Gpa

45号钢 抗拉强度 0.3Gpa

按抗拉强度算，（高标号）碳纤维是地球上韧性最好的材料，没有之一； 按断裂吸收能量算，碳纤维是地球上韧性第二的材料（第一是特种玻璃纤维）。

哪怕是最弱的T300也有接近4Gpa的抗拉强度。

所以哪来的碳纤维韧性不高？跟水滴比吗？

啥都不懂的垃圾就滚一边去，不要强答一大篇然后误人子弟。

碳纤维本身是一种脆性材料，但它为什么可以改善复合材料的韧性？

实名反对所有答案。没错，到目前为止的所有答案都是垃圾。

直接上数据：

T1100碳纤维 抗拉强度 7Gpa

45号钢 抗拉强度 0.3Gpa

按抗拉强度算，（高标号）碳纤维是地球上韧性最好的材料，没有之一； 按断裂吸收能量算，碳纤维是地球上韧性第二的材料（第一是特种玻璃纤维）。

哪怕是最弱的T300也有接近4Gpa的抗拉强度。

所以哪来的碳纤维韧性不高？跟水滴比吗？

啥都不懂的垃圾就滚一边去，不要强答一大篇然后误人子弟。

碳纤维本身是一种脆性材料，但它为什么可以改善复合材料的韧性？

碳纤维增强复合材料的韧性不大吧，很脆，但是强度和模量都很高。

碳纤维本身是一种脆性材料，但它为什么可以改善复合材料的韧性？

碳纤维增强复合材料的韧性不大吧，很脆，但是强度和模量都很高。