第五节　技术展望

一、技术发展趋势

（1）高性能化和轻质化。碳纤维复合材料需瞄准大型结构部件，要求不仅具备良好的强度和刚度，还需要具备一定的韧性，以保持较高的综合性能。而随着节能、降耗要求的日益提高，轻量化是交通装备发展的重要方向，为复合材料的应用和技术提升提供了巨大的空间和迫切的需求。

（2）多功能化。随着复合材料技术的日益成熟及应用领域的不断扩大，在满足力学性能要求的基础上，实现多种功能协同作用是重点发展方向，如实现放热、隔热、减震降噪、隐身等功能。

（3）低成本化。成本高是制约碳纤维复合材料应用的重要因素。未来，低成本化将是碳纤维复合材料发展的大趋势和永恒主题。实现低成本化的途径包括：提速纺丝和碳化速率来降低碳纤维生产成本，采用高生产效率、高成品率并能充分发挥材料性能的制造工艺，合理的材料设计和应用等。

（4）新型纤维与上浆剂开发。为满足不同客户的需求和提高产品性能，研发特定用途的新型纤维和上浆剂，可织成织物、多轴向布、混合纱、三维织物等，更加适用于航空航天及一般民用部件。

二、市场前景

碳纤维经过半个多世纪的发展，已经从幼稚产业逐渐走向成熟，2009年，波音787飞机开始翱翔蓝天，意味着碳纤维及其复合材料应用技术进入快速发展阶段。技术成熟，应用安全，生产成本逐渐降低；差异化系列产品、新技术、新装备快速涌现；诸多领域的产品经过了多年沉淀和储备，正逐步进入市场化运行轨道；新能源利用、环境保护需求迫切。在未来5～10年内，碳纤维及其复合材料预计在以下十大领域会持续或局部泉涌式发展。

（1）航空航天领域是碳纤维及其复合材料应用不变的主题。随着人类对太空的不断探索，高速、长航程飞机是人类不断追求的目标，对无人飞行器的研究也在不断深入，这使得质轻高强的材料在此领域的应用越来越广泛，高性能碳纤维及其复合材料就是其中之一，并且在各类航天器件、航空部件、系列无人机等方面将持续扩大应用。

（2）军工应用将不断加强。碳纤维因其重要的战略特性，在军工应用方面将进一步加强，军民融合发展模式将使其应用速度进一步加快，用量进一步扩大，在除去目前已经成功应用的火箭、导弹、军机、防弹装甲等领域外，在弹药制备、军车通信、舟桥轻量化、两栖装备、武器膛筒、单体防护、后勤保障等方面，其应用领域和产品将不断扩展。

（3）海洋探索及应用将不断深入。利用碳纤维及其复合材料的高强防腐等优异特性，在深海AUV、水下滑翔机、深海浮标、水下机器人等领域，其应用被快速开发；海洋舰艇、海洋游艇、海岛建设、海洋能源开发、跨海大桥建造等，将成为碳纤维后续在海上应用的主要担当者。

（4）汽车及轨道交通应用不断拓展。新能源汽车、高速轨道交通车辆、磁悬浮列车、空中轨道客车、地铁、轻轨、城铁等对质量敏感，目前技术基本成熟，应用验证已经开始，后期发展速度将不断加大。

（5）压力容器系列产品开发及应用。安全可靠、轻量长寿是压力容器的基本特性需求，碳纤维复合材料压力容器恰能全面满足其性能和应用要求，高压、超高压复合材料压力容器的开发及应用，将大大推进其在新能源汽车、常规储运、燃气储运、氢燃料电池储氢瓶、高压管道、深海承压罐体、液压柱体等领域系列产品的开发及应用。

（6）碳纤维复合材料在热工及能源领域应用。碳纤维毡体是高温炉的优良保温材料，是制备太阳能单晶硅炉中必不可少的热工隔热层，其中的碳框、碳架、碳盘、加热元件等均为碳碳复合材料；燃料电池电极材料、飞轮储能材料、核电材料等，均需要高强度碳纤维；电力输送，原油开采，油井传感探测等也需要碳纤维复合材料的支撑，应用数量逐年呈递增趋势。

（7）风力发电新应用。新型风机叶片，采用拉挤碳板加强内部结构，大大改善了风机特性，提高了风力发电机的综合性能；海洋大功率风力发电机的配置，需要碳纤维提供稳定、高效、长寿的保障；陆地低风速发电机需要碳纤维系统提供轻量化的桨叶及结构。因此，碳纤维在风力发电领域已进入大量推广应用阶段。

（8）基础设施建设不断拓展。陆地建筑加固，桥梁、隧道、海洋基地的建设，桥面预应力结构设计及应用、斜拉绳索替代，碳纤维正在成为基础建设的主承力结构件，由简单加固向取代钢筋方面发展，用量不断递增。

（9）全民健康产业方兴未艾。全民健康是和谐幸福社会的基本体现，轻量化、高强化体育器材的全民配备、竞技器材的性能提升、残疾人保障器材的开发应用、医疗器具的高效使用、家用氧气瓶的健康保障、娱乐休闲产品的普及推广等，都会使碳纤维及其复合材料应用不断拓宽。

（10）环境保护势在必行。保护好地球是人类赖以生存的基础，可再生资源碳纤维的制备，可为活性碳纤维、低成本碳纤维的生产奠定良好的平台，利用活性碳纤维的高吸附特性、孔径可控制特性和催化剂可加载特性，可将碳纤维大量应用于空气净化、水净化、污水处理、水产养殖等领域，为保护好我们的地球做出新贡献。

三、碳纤维发展核心制约因素及对策

碳纤维及其复合材料制备是一个复杂过程，是典型的技术密集型产业，在研发、试制、生产、应用过程中，会形成不同的产品系列，会遇到各种各样的技术难题，在碳纤维生产成本居高不下，企业负担长期加重的条件下，如何突出重围，探讨策略如下。

（1）探索设立碳纤维产业一条龙格局发展模式。根据市场规律，单纯碳纤维生产难以维系企业的长期发展。行业切入，典型制品开发应用，进行技术集成创新，形成本领域系列产品，掌握核心技术，并推广至相关行业，形成交叉产品体系，以此可带动碳纤维全产业链的发展，做到在碳纤维及其复合材料制品制备过程中，只会有正品、等外品和回收品，而不会有废品、垃圾和废料，形成碳纤维及其复合材料的健康循环体系。

（2）高度重视复合材料产品设计。碳纤维复合材料的结构设计远比普通均质材料复杂，在产品开发过程中，涉及不同材料的基本特性、不同材料间的界面特性、结构及力学分析、应用环境及服役条件等诸多因素。充分发挥计算机应用技术的优势，结合材料特性及力学基础理论，建立相关性模型，开展大数据分析，形成真正的碳纤维复合材料设计与应用一体化。

（3）打造可持续研发平台及人才队伍。碳纤维的发展是一个长效机制，需要产业支持和引领，需要人才配套与稳定，需要工匠精神，需要不断积累，需要产学研密切长期结合。纵观各个行业，都给我们提出了强有力的佐证，一般企业无法提供系统全面、经验丰富的科研人才，简单研究机构无法提供综合的科研条件，建设高端碳纤维及其复合材料开发应用平台，不断创新，形成产学研用完整配套，是碳纤维发展的核心。

希望在未来10年，我国碳纤维产业不断壮大，形成拥有自己特色的强大碳纤维产业体系。