碳纤维历经两次发展浪潮，应用领域不断拓宽
思瀚产业研究院    2024-10-18

碳纤维发展起源于 20 世纪 50-60 年代，美国、日本、英国等最早开发碳纤维生产工艺。1958 年，美国联合碳化物公司的 Roger Bacon 在氩气中加热人造丝，意外地生产出了碳纤维，从此，碳纤维材料的潜力逐渐得到认识。1960 年，H.I. Thompson 纤维玻璃公司（美国）的 Richard Millington 开发了将人造丝纤维中含碳量提高到 99wt%的方法。

20 世纪 60 年代，日本和英国公司领导了聚丙烯腈（PAN）基碳纤维生产的实验室技术开发。1959 年，日本大阪工程技术研究所的 Akio Shindo 成功使用低成本方法生产了碳含量约 55wt%的碳纤维；日本东丽工业于 1964 年试验生产 PAN 碳纤维，并于 1970 年与大阪工程技术研究所签订了 PAN 工艺的许可协议。英国皇家飞机公司的 W. Watt、L. N. Phillips 和 W.Johnson 于 1963 年为使用 PAN 纤维的碳纤维制造工艺申请了专利；随后，英国国家研究发展公司向 Rolls Royce、Morganite 和 Courtaulds 授予了该工艺许可。碳纤维复合材料工业开端于 20 世纪 70-80 年代。

碳纤维制造工艺发展过程中，美国、英国和日本进行了密切的合作。1970 年，东丽与美国联合碳化物公司签署合作协议，获得美国联合碳化物公司的碳化技术，美国联合碳化物公司则代理东丽的碳纤维产品。1971 年，东丽公司建立了 12 吨碳纤维生产线，并开始生产 T300 碳纤维，并且在 1972 年推出了第一个商业碳纤维复材产品——鱼竿。

1973 年石油危机使得飞机迫切需要减少机身重量以减少燃料消耗，随后，波音、空客等飞机制造商开始探索碳纤维复材的应用。1982 年，波音 757、波音 767 和航天飞机开始使用 T300 碳纤维。CFRP 进入了航空航天结构的工程应用，包括军用和民用飞机。

20 世纪 80 年代，凭借 1000 吨/年的单线生产能力，东丽已基本实现其现有产品系列的大部分，即初期的 T300、中期的 T800 和 T1000 以及后期的 M60J。随着碳纤维复材在飞机部件中的广泛应用，到 1988 年东丽碳纤维累计产量已超过 1 万吨。

碳纤维复材历经两次需求浪潮，第一次由航空航天领域带动。碳纤维复合材料的第一次应用浪潮出现在 20 世纪 90 年代至 00 年代，民航飞机制造商成功并逐步使用更多的碳纤维复合材料制造飞机机身，从而满足航空公司对降低燃油消耗、降低 CO2排放和降低维护成本、延长设计寿命、通过零件集成降低工具和装配成本的要求。1990 年，东丽的 CFRP 预浸料被波音公司用于波音 777 的主要机身结构。2003 年，波音公司启动波音 787 项目，在机身和主要结构中大量使用CFRP（50wt%）；2005 年，空客公司推出了 A350 XWB 项目，也大量使用 CFRP（53wt%）。

碳纤维复材的第二次需求浪潮由非航空航天工业领域带动。21 世纪 10 年代以来，碳纤维复合材料的应用从航空航天向非航空航天工业用途急剧扩展，并以大批量、低成本为特点。2007 年，Zoltek 与风力机 OEM 厂商维斯塔斯合作，在风机叶片中使用碳纤维。与玻璃纤维复合材料制成的叶片相比，在 60 米长叶片中采用碳纤维复合材料预计可减重 38%，成本降低 14%，并延长叶片寿命。2014年，东丽收购了 Zoltek，Zoltek 是全球领先的大丝束(＞50K)碳纤维供应商，其碳纤维产能将增加至 3.5 万吨/年。

更多行业研究分析请参考思瀚产业研究院官网，同时思瀚产业研究院亦提供行研报告、可研报告（立项审批备案、银行贷款、投资决策、集团上会）、产业规划、园区规划、商业计划书（股权融资、招商合资、内部决策）、专项调研、建筑设计、境外投资报告等相关咨询服务方案。