中邮证券碳纤维行业深度报告指出，碳纤维产业发展已形成高性能和低成本两条清晰路径。在航空航天领域，碳纤维复材性能持续提升，从20世纪80年代用量占比仅5%-6%的非承力构件，发展至用量占比达50%的主承力构件——T1100级碳纤维强度较T300提升98%、模量提升41%。在工业领域，大丝束碳纤维成本仅为小丝束的20%左右，推动风电叶片、汽车、压力容器等领域大规模应用。国内碳纤维供应能力迅速提升，仅主要企业在建及规划产能就已达15万吨，高性能与低成本双轮驱动格局日益清晰。
碳纤维分类体系与性能代际演进
碳纤维按丝束数量分为小丝束（<24K）和大丝束（≥48K）。小丝束碳纤维主要应用于国防军工和航空航天领域，大丝束碳纤维则广泛应用于风电、汽车、建筑等工业领域。按力学性能，碳纤维可分为高强型（拉伸强度3500-5000MPa）、高强中模型（4500-7500MPa）、高模型（3000-3500MPa，模量350-400GPa）和高强高模型四类。
日本东丽的碳纤维牌号体系是行业参照标准。T300系列（强度3530MPa、模量230GPa）是第一代碳纤维的代表；T800系列（强度5490MPa、模量294GPa）强度较T300提升56%、模量提升28%，成为第二代碳纤维主力；T1100系列（强度7000MPa、模量324GPa）较T800强度再提升20%、模量再提升10%，代表了第三代碳纤维的最高水平。碳纤维力学性能的持续突破，为其在航空航天领域的应用拓展奠定了材料基础。
表1：碳纤维性能代际演进对比| 代次 | 代表牌号 | 拉伸强度(MPa) | 拉伸模量(GPa) | 应用阶段 |
|---|
| 第一代 | T300 | 3,530 | 230 | 非承力构件 |
| 第二代 | T800/IM7 | 5,490 | 294 | 主承力构件 |
| 第三代 | T1100/IM10 | 7,000 | 324 | 验证推广阶段 |
高性能路径——航空航天需求驱动碳纤维性能持续升级
在航空航天领域，碳纤维复材的性能提升直接促进了其用量占比的大幅增长。20世纪80年代，碳纤维复材仅用作飞机非承力构件，用量占比只有5%-6%。随着碳纤维性能从T300提升至T800/IM7级别，复材逐渐用于次承力构件和主承力构件，用量占比达到50%以上。美国四代战机F-22在机翼、机身等主承力结构上大量采用IM7碳纤维和5250-4双马树脂复合材料，结构用量达24.2%。波音B787机身和机翼全部采用T800/3900-2高韧性环氧复合材料，空客A350复材用量占比超50%。
高模量碳纤维在航天领域有更好适用性。M系列碳纤维（M40J、M55JB、M60JB等）经高温石墨化处理获得高模量，耐受环境交变能力突出。阿拉伯通信卫星和法国宇航公司卫星中心承力筒采用M55J等高模量碳纤维；日本JERS-1卫星推力筒、仪器支架、支撑杆均使用M40J复合材料。随着国内武器装备发展和双通道民航客机发展，对第二代高性能碳纤维的需求有望快速增长。
低成本路径——大丝束碳纤维推动工业领域大规模应用
大丝束碳纤维（≥48K）是碳纤维工业化的关键路径。20世纪90年代中后期，大丝束碳纤维技术取得重大突破，拉伸强度达到并超过3600MPa（T300级），同时成本大幅降低。大丝束碳纤维主要借鉴民用腈纶原丝技术，其成本仅为小丝束碳纤维的20%左右。成本差异体现在多个环节：聚合组分纯度要求一般（成本降低）、纺丝速度更快、氧化碳化能耗更低、产品认证周期更短。
国外大丝束碳纤维拉伸强度4000-5000MPa、模量240-280GPa，性能处于T300至T700级水平。日本东丽PX35（50K）强度4137MPa、模量242GPa；德国西格里CT50-4.8（50K）强度4800MPa、模量280GPa。在风电叶片、汽车、压力容器等领域需求牵引下，大丝束碳纤维迎来发展热潮。风电机组大型化、轻量化促进了对碳纤维的需求；车载储氢气瓶成本75%以上来自碳纤维复合材料，一般选用价格便宜的T700S-24K或更大丝束碳纤维。
国内碳纤维产业展望——高性能突破+低成本扩产
国内碳纤维企业可分三类：航空航天军工应用企业（光威复材、中简科技等）、高性能工业应用企业（中复神鹰、恒神股份等）、低成本工业应用企业（吉林化纤、宝旌、上海石化等）。国内第二代碳纤维（T800级）力学性能已达东丽T800H水平，第三代碳纤维（T1100级）基本突破制备关键技术。光威复材CCF1100G强度6600MPa、模量340GPa；恒神股份HF60强度7000MPa、模量320GPa。
产能方面，2023年全球碳纤维需求量11.5万吨，国内需求量6.91万吨。仅主要企业在建及规划产能就超15万吨，中复神鹰连云港将新增3万吨，宝武碳业新增2万吨，恒神股份新增2万吨，新创碳谷和上海石化分别投建1.8万吨和1.2万吨，新疆隆炬规划5万吨。国内碳纤维供应能力迅速提升，高性能与低成本双路径并行发展格局清晰。
