碳纤维：飞行汽车轻量化关键材料，产业格局梳理

全球低空经济产业进程加速，飞行器减重成为关注热点，“新材料之王”碳纤维材料成为飞行器轻量化和降本的关键。

飞行器领域对碳纤维的需求明确，飞行汽车（eVTOL）中90%以上的复合材料是碳纤维。延展阅读：👉🏻飞行汽车eVTOL产业链全景梳理

碳纤维材料具有轻质坚固、高强高弹性以及耐高温等特性，有望成为低空经济上游材料核心增长点。

据罗兰贝格的报告《城市空中交通—一种新交通方式的兴起》预测，到2025年全球飞行汽车数量将达到3,000辆，到2050年将激增至98,000辆。预计小丝束碳纤维到2050年需求量为29.4万吨，市场空间将扩大至28.1亿元人民币。

01

碳纤维行业概览

碳纤维是高性能纤维之王，也被誉为“黑色黄金”。其制造过种是在1000-3000°C的高温惰性气体环境中，由有机纤维如聚丙烯腈(PAN)、沥青或粘胶等转化而来，其直径在5-10微米之间，含碳量高达90%以上，经过裂解碳化后形成碳主链结构。

这种含碳量超过90%的无机高分子纤维，是目前最轻的无机材料之一。

碳纤维在航空航天、军工、能源、体育用品、汽车以及建筑补强等众多领域均有广泛应用。

碳纤维复合材料在C919中的用量图示：

数据来源：《国产大型客机C919复合材料发展侧记》（杨洋）

作为单独的脆性材料而言，碳纤维使用场景较为有限，但是在复合材料中发挥重要的作用。

复合材料是由两种或两种以上的材料经过特定的复合工艺而得到的新型材料，不仅保留了原有组分的主要特性，更通过协同效应获得了原组分所无法比拟的特异性能。

碳纤维复合材料，主要由碳纤维与树脂、金属、陶瓷或橡胶等基材混合制成，其具有比强度高（轻质且坚固）和比模量高（单位密度下的弹性模量出众）的显著特点。

碳纤维复合材料制成的零部件质量仅为传统铝合金材质的15%-30%，具有显著的轻量化优势。

碳纤维根据纤维数量的不同，分为为小丝束与大丝束。

丝束数量小于24K（1K为一束有1000根丝）的碳纤维称为小丝束，主要用于国防军工、航空航天等高端技术领域，也被为“宇航级材料”。

24K及以上的为大丝束主要应用于民用领域，其成本低但是生产控制难度大，也称为“工业级材料”。

02

碳纤维产业链梳理

碳纤维产业链包含了从原料提炼到最终成型的全过程。

上游企业从石油、煤炭、天然气等化石燃料中提炼出丙烯，经过氨氧化反应得到丙烯腈，丙烯腈通过聚合和纺丝工艺加工成聚丙烯腈（PAN）原丝，这是碳纤维制备的关键前驱体。

产业链中下游的厂商接过PAN原丝，进行预氧化处理，使其转化为耐热梯形结构。经过低温碳化和高温碳化，PAN原丝逐渐转化为具有乱层石墨结构的碳纤维。

在中游环节中，制备高质量的PAN原丝是获得高性能碳纤维的前提条件。

碳纤维的制备过程中，氧化炉和碳化炉是核心设备。

氧化炉用于将PAN原丝转化为耐热梯形结构，而碳化炉则负责在高温下将原丝中的非碳元素逐渐排除，最终得到含碳量超过99%的高性能碳纤维。

由于碳纤维的产业链长，关键控制点多，生产过程中的每一个步骤带来的缺陷均将会传递到下一步并影响最终碳纤维的性能。各工序精确调控及之间的精密配合是制备出稳定的高性能碳纤维的关键。

碳纤维产业链图示：

资料来源：中科院宁波材料所

03

碳纤维产业竞争格局梳理

碳纤维的生产工艺流程复杂具有高壁垒，长期被海外厂商主导。

从产能分布来看，日本企业在全球小束丝碳纤维市场上占据着绝对的优势地位，主要包括东丽旗下的卓尔泰克、日本三菱等。

大丝束产能集中度更高主要分布在欧美地区，主要由美国的Hexcel和德国的SGL两家公司所控制，形成了双寡头垄断的局面。

国内布局大丝束方面，吉林化纤等领军企业正加速扩产，推动国内大丝束供应量的持续增长；上海石化已成功建设了国内首套万吨级大丝束碳纤维国产线，并实现了首套装置的交付；宝武碳业、兰州蓝星、新创碳谷等企业也在积极开展相关布局。

我国的小丝束碳纤维产业中复神鹰、光威复材和恒神股份的碳纤维产品覆盖了从T300级到T1000级以及M40级别的全系列产品。光威复材是碳纤维全产业中的领军企业；中复神鹰是与日本东丽对标的民用高性能碳纤维领导者。

此外，吉林系和宝旌系公司的碳纤维PAN原丝设计产能领先，吉林碳谷稳居国内原丝龙头。

产业链厂商中宝新创碳谷、中简科技、宝武碳业、兰州蓝星、新创碳谷、恒神股份、太钢钢科等也在加速布局。

结合eVTOL相关应用来看，吉林化纤是小鹏汇天合作方中国恒瑞的碳纤维材料供应商；光威复材已应用于无人机结构件，可用于eVTOL相关场景，包括为中航工业旗下单位研制无人直升机的碳纤维复合材料整体结构等；中复神鹰SYT55G（T800）碳纤维通过中国商飞PCD 预批准并取得材料规范；中航高科复合材料原材料产品能够满足低空飞行器设计要求，多个飞行汽车整机制造商已选用公司碳纤维复合材料原材料产品；中简科技ZT7系列碳纤维产品已经率先稳定批量在航空、航天领域。

碳纤维因其优异的性能近年来备受各领域关注。当前国家政策持续扶持低空经济，作为低空经济产业链材料关键环节，碳纤维下游需求空间广阔，未来应用场景有望进一步拓展。

来源：乐晴智库精选