第五節　技術展望

一、技術發展趨勢

（1）高性能化和輕質化。碳纖維復合材料需瞄準大型結構部件，要求不僅具備良好的強度和剛度，還需要具備一定的韌性，以保持較高的綜合性能。而隨著節能、降耗要求的日益提高，輕量化是交通裝備發展的重要方向，為復合材料的應用和技術提升提供了巨大的空間和迫切的需求。

（2）多功能化。隨著復合材料技術的日益成熟及應用領域的不斷擴大，在滿足力學性能要求的基礎上，實現多種功能協同作用是重點發展方向，如實現放熱、隔熱、減震降噪、隱身等功能。

（3）低成本化。成本高是制約碳纖維復合材料應用的重要因素。未來，低成本化將是碳纖維復合材料發展的大趨勢和永恒主題。實現低成本化的途徑包括：提速紡絲和碳化速率來降低碳纖維生產成本，采用高生產效率、高成品率并能充分發揮材料性能的制造工藝，合理的材料設計和應用等。

（4）新型纖維與上漿劑開發。為滿足不同客戶的需求和提高產品性能，研發特定用途的新型纖維和上漿劑，可織成織物、多軸向布、混合紗、三維織物等，更加適用于航空航天及一般民用部件。

二、市場前景

碳纖維經過半個多世紀的發展，已經從幼稚產業逐漸走向成熟，2009年，波音787飛機開始翱翔藍天，意味著碳纖維及其復合材料應用技術進入快速發展階段。技術成熟，應用安全，生產成本逐漸降低；差異化系列產品、新技術、新裝備快速涌現；諸多領域的產品經過了多年沉淀和儲備，正逐步進入市場化運行軌道；新能源利用、環境保護需求迫切。在未來5～10年內，碳纖維及其復合材料預計在以下十大領域會持續或局部泉涌式發展。

（1）航空航天領域是碳纖維及其復合材料應用不變的主題。隨著人類對太空的不斷探索，高速、長航程飛機是人類不斷追求的目標，對無人飛行器的研究也在不斷深入，這使得質輕高強的材料在此領域的應用越來越廣泛，高性能碳纖維及其復合材料就是其中之一，并且在各類航天器件、航空部件、系列無人機等方面將持續擴大應用。

（2）軍工應用將不斷加強。碳纖維因其重要的戰略特性，在軍工應用方面將進一步加強，軍民融合發展模式將使其應用速度進一步加快，用量進一步擴大，在除去目前已經成功應用的火箭、導彈、軍機、防彈裝甲等領域外，在彈藥制備、軍車通信、舟橋輕量化、兩棲裝備、武器膛筒、單體防護、后勤保障等方面，其應用領域和產品將不斷擴展。

（3）海洋探索及應用將不斷深入。利用碳纖維及其復合材料的高強防腐等優異特性，在深海AUV、水下滑翔機、深海浮標、水下機器人等領域，其應用被快速開發；海洋艦艇、海洋游艇、海島建設、海洋能源開發、跨海大橋建造等，將成為碳纖維后續在海上應用的主要擔當者。

（4）汽車及軌道交通應用不斷拓展。新能源汽車、高速軌道交通車輛、磁懸浮列車、空中軌道客車、地鐵、輕軌、城鐵等對質量敏感，目前技術基本成熟，應用驗證已經開始，后期發展速度將不斷加大。

（5）壓力容器系列產品開發及應用。安全可靠、輕量長壽是壓力容器的基本特性需求，碳纖維復合材料壓力容器恰能全面滿足其性能和應用要求，高壓、超高壓復合材料壓力容器的開發及應用，將大大推進其在新能源汽車、常規儲運、燃氣儲運、氫燃料電池儲氫瓶、高壓管道、深海承壓罐體、液壓柱體等領域系列產品的開發及應用。

（6）碳纖維復合材料在熱工及能源領域應用。碳纖維氈體是高溫爐的優良保溫材料，是制備太陽能單晶硅爐中必不可少的熱工隔熱層，其中的碳框、碳架、碳盤、加熱元件等均為碳碳復合材料；燃料電池電極材料、飛輪儲能材料、核電材料等，均需要高強度碳纖維；電力輸送，原油開采，油井傳感探測等也需要碳纖維復合材料的支撐，應用數量逐年呈遞增趨勢。

（7）風力發電新應用。新型風機葉片，采用拉擠碳板加強內部結構，大大改善了風機特性，提高了風力發電機的綜合性能；海洋大功率風力發電機的配置，需要碳纖維提供穩定、高效、長壽的保障；陸地低風速發電機需要碳纖維系統提供輕量化的槳葉及結構。因此，碳纖維在風力發電領域已進入大量推廣應用階段。

（8）基礎設施建設不斷拓展。陸地建筑加固，橋梁、隧道、海洋基地的建設，橋面預應力結構設計及應用、斜拉繩索替代，碳纖維正在成為基礎建設的主承力結構件，由簡單加固向取代鋼筋方面發展，用量不斷遞增。

（9）全民健康產業方興未艾。全民健康是和諧幸福社會的基本體現，輕量化、高強化體育器材的全民配備、競技器材的性能提升、殘疾人保障器材的開發應用、醫療器具的高效使用、家用氧氣瓶的健康保障、娛樂休閑產品的普及推廣等，都會使碳纖維及其復合材料應用不斷拓寬。

（10）環境保護勢在必行。保護好地球是人類賴以生存的基礎，可再生資源碳纖維的制備，可為活性碳纖維、低成本碳纖維的生產奠定良好的平臺，利用活性碳纖維的高吸附特性、孔徑可控制特性和催化劑可加載特性，可將碳纖維大量應用于空氣凈化、水凈化、污水處理、水產養殖等領域，為保護好我們的地球做出新貢獻。

三、碳纖維發展核心制約因素及對策

碳纖維及其復合材料制備是一個復雜過程，是典型的技術密集型產業，在研發、試制、生產、應用過程中，會形成不同的產品系列，會遇到各種各樣的技術難題，在碳纖維生產成本居高不下，企業負擔長期加重的條件下，如何突出重圍，探討策略如下。

（1）探索設立碳纖維產業一條龍格局發展模式。根據市場規律，單純碳纖維生產難以維系企業的長期發展。行業切入，典型制品開發應用，進行技術集成創新，形成本領域系列產品，掌握核心技術，并推廣至相關行業，形成交叉產品體系，以此可帶動碳纖維全產業鏈的發展，做到在碳纖維及其復合材料制品制備過程中，只會有正品、等外品和回收品，而不會有廢品、垃圾和廢料，形成碳纖維及其復合材料的健康循環體系。

（2）高度重視復合材料產品設計。碳纖維復合材料的結構設計遠比普通均質材料復雜，在產品開發過程中，涉及不同材料的基本特性、不同材料間的界面特性、結構及力學分析、應用環境及服役條件等諸多因素。充分發揮計算機應用技術的優勢，結合材料特性及力學基礎理論，建立相關性模型，開展大數據分析，形成真正的碳纖維復合材料設計與應用一體化。

（3）打造可持續研發平臺及人才隊伍。碳纖維的發展是一個長效機制，需要產業支持和引領，需要人才配套與穩定，需要工匠精神，需要不斷積累，需要產學研密切長期結合。縱觀各個行業，都給我們提出了強有力的佐證，一般企業無法提供系統全面、經驗豐富的科研人才，簡單研究機構無法提供綜合的科研條件，建設高端碳纖維及其復合材料開發應用平臺，不斷創新，形成產學研用完整配套，是碳纖維發展的核心。

希望在未來10年，我國碳纖維產業不斷壯大，形成擁有自己特色的強大碳纖維產業體系。