(报告出品方/作者:光大证券,赵乃迪)1、 碳纤维——备受瞩目的轻量化材料1.1、 “黑金”——潜力深厚的材料明星碳纤维属于新一代增强纤维,百年发展铸就高技术壁垒碳纤维(Carbon Fiber)是由有机纤维在高温环境下裂解碳化形成碳主链结构,含碳量高于 90%的无机高性能纤维,具体含碳量随种类不同而不同。
碳纤 维是一种力学性能优异的新材料,一方面其具有碳材料的固有本性特征,如耐高 温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等,另一方面其又兼备纺织纤维的柔软可加工 性,属于新一代增强纤维。
回顾碳纤维技术百余年的发展历史,碳纤维材料的研发初期进展缓慢,成果 寥寥,但中期取得重大技术突破后便迎来了快速发展期。
碳纤维最早萌芽于 1880 年爱迪生等人发明的碳丝,直至 20 世纪中期高性能碳纤维才正式在美国问世。
20 世纪 70 年代以后,碳纤维凭借其优异的性能在下游产业中迅速商业化,更多 企业尝试将碳纤维应用于体育休闲、航空航天产业,获得了良好的市场反响。
进 入 21 世纪,碳纤维更是广泛应用于新能源装备、工业机器、建筑和汽车等多个 领域,成为当今世界不可或缺的战略性新材料。
碳纤维性能优异,下游应用场景多元在力学性能方面,碳纤维较金属、塑料和玻璃纤维有更高的拉伸模量和拉伸 强度,其拉伸模量一般是玻璃纤维的 3 倍、钛合金的 2 倍,拉伸强度至少是铝 合金的 9 倍、钢材的 6 倍。
同时,碳纤维的密度仅约为钢的 25%,钛合金的 40%。
因此碳纤维属于性能优越的轻量化材料,将其应用在风电、航空航天等领域中不仅可以提升产品的强度,还可以实现显著的减重。
在极端环境的适应力方面,碳纤维同样有出色的性能表现。
碳纤维耐超高温,非氧化气氛条件下可在 2000℃时使用,在 3000℃的高温下不会发生熔融软化。
碳纤维也耐低温,在-180℃低温下钢铁会变得比玻璃脆,而碳纤维依旧具有弹性。
此外,碳纤维耐浓盐酸、磷酸等介质侵蚀,耐腐蚀性超过黄金和铂金,同时也拥 有较好的耐油性能。
碳纤维还具有热膨胀系数小、导热系数大的特征,可以耐急 冷急热,即使从 3000℃的高温突然降到室温也不会炸裂。
优异的力学性能加之出色的环境适应力,使碳纤维成为众多生产、生活领域 不可替代的新材料。
比如,以碳纤维增强材料的树脂基复合材料(CFRP)既能 应用于宇宙飞行器等尖端领域,也在风电叶片、体育休闲和建筑结构补强等方面 发挥了重要作用。
碳/碳复合材料(碳纤维及其制品制成的增强复合材料,C/C) 以其低密度、耐烧蚀、高导热的优异性能在导弹、火箭、航天飞机等产品中得到 了有效运用。
伴随着社会经济的发展,碳纤维的应用场景有望持续拓宽,市场潜 力有望进一步提升。
碳纤维分类标准多样,大小丝束碳纤维技术逐个突破碳纤维可以根据原丝类型、力学性能和单丝数量进行分类。
依据原丝类型的不同,碳纤维可以分为聚丙烯腈(PAN)基碳纤维、沥青基 碳纤维和粘胶基碳纤维。
聚丙烯腈基碳纤维成品性能优异,工艺简单,是碳纤维 市场的主力产品,在世界碳纤维总产量中的占比约为 90%;沥青基碳纤维虽然 原料