（报告出品方/作者：华安证券，郑小霞、邓承佯）

1碳纤维：黑色黄金，高性能纤维之王

1.1碳纤维是现代高科技领域的战略新材料

碳纤维是国际认可的现代高科技领域的战略新材料，被誉为“黑色黄金”。碳纤维（CarbonFiber，CF）是一种含碳量高于90%的纤维状碳化产物，通过有机纤维原丝（先驱体）在高温（-℃）惰性气体保护的条件下经过热解、碳化等一系列物理化学变化而制得。从分子结构上看，碳纤维可以看成是由片状石墨微晶沿纤维轴向方向排列而成，但真正的碳纤维达不到石墨的理想状态，且石墨层平面呈波浪状，平面间距明显大于石墨的0.nm。碳纤维具有显著的各向异性，沿其纤维轴向模量高，强度高，是一种高性能的增强纤维，具有良好的导电、导热、耐腐蚀、耐超高温等特性，同时还兼备纺织纤维的柔软可编织性。

碳纤维及其复合材料同其他金属及合金类材料相比，主要具备以下优势：（1）通常高模量碳纤维复合材料的单向材料比模量比铝合金大5-7倍，所制备的结构件可满足高刚度需求；（2）以高模量碳纤维为增强材料，通过合理的复合材料结构设计可获得热膨胀系数几乎为零的材料，满足高低温交变的应用场景中尺寸稳定性要求；（3）碳纤维的比重不足钢材的1/4，可满足结构件的轻量化要求。

碳纤维的大力发展，对国家的国防、经济、民生都起到更加重要的作用。碳纤维既具有碳材料质轻、高强度、高模量、耐腐蚀、耐疲劳、耐高温、导热、导电等优异的综合性能，同时还兼备纺织纤维的柔软可加工性，是国际认可的现代高科技领域的战略新材料，被誉为“黑色黄金”。由于人类对于生活质量的需求渐高，以及科技不断进步，尤其是在航空航天、军工制造等高尖端领域和汽车工业、建筑体育等民用领域对于先进材料的需求，传统材料及其复合材料渐渐无法满足，以碳纤维为代表的新型材料的出现和发展，促进了这些行业的发展，同时，伴随着能源的日益紧缺，在新能源领域，轻量化需求中，碳纤维也占据了一席之地。

PAN基碳纤维占碳纤维总量的90%以上，目前碳纤维一般指PAN基碳纤维。碳纤维可以按照状态、力学性能、丝束规格、原丝种类等不同维度进行分类。碳纤维按照状态可分为长丝、短纤维、短切纤维，按力学性能可分为通用型和高性能型，按照丝束规格可分为宇航级小丝束碳纤维和工业级大丝束碳纤维，按照原丝类型可分为聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维、酚醛基碳纤维。

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传递到下一步并影响最终碳纤维的性能。因此，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，了解并熟悉碳纤维的制备工艺显得尤其重要。

1.2PAN基碳纤维：应用最为广泛的一类碳纤维

PAN基碳纤维是以丙烯腈为前驱体，经聚合、纺丝、氧化稳定、碳化和石墨化等一系列复杂工艺制得，每个过程均涉及流体力学、传热、传质、结构和聚集态等多个单元过程同时进行，又相互联系的过程，影响因素较为复杂。

18世纪中，英国人斯旺和美国人爱迪生利用竹子和纤维素等经过一系列后处理制成了最早的碳纤维，将其用作灯丝并申请了专利。20世纪50年代，美国开始研究粘胶基碳纤维，年生产出品名“Thormei-25”的粘胶基碳纤维。同年日本进藤昭男首先发明了聚丙烯腈(PAN)基碳纤维。年日本东丽公司开始研制生产碳纤维的优质原丝，在年成功开发出T聚丙烯腈基碳纤维。年，英国皇家航空研究所的Watt等人改进技术，开创了生产高强度、高模量PAN基碳纤维的新途径。年，日本东丽公司成功研究出用特殊单体共聚而成的聚丙烯腈制备碳纤维的原丝，结合美国联合碳化物公司的碳化技术，生产出高强高模碳纤维。此后，美、法、德也都引进技术或自主研发生产PAN基原丝及碳纤维，但日本东丽公司的碳纤维研发与生产技术一直保持世界领先水平。根据碳纤维及其复合材料技术

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