“黑色黄金”——碳纤维如何击破技术、装备、产品三重封锁“C位”出道？ 复材云集

在陶瓷、稀土、合金、有机硅等新型材料中，有一种材料具有十分独特的优越性，它就是被誉为“新材料之王”的碳纤维。小到球拍、钓鱼竿等民用产品，大到飞机、卫星和导弹等高精尖设备，都是碳纤维大展身手的领域。正是因为有着耐高温、耐腐蚀、重量轻等诸多特殊性能，碳纤维一直以来都是国外进行技术封锁和产品垄断的战略物资。再加上碳纤维的制造难度高、工艺复杂等原因，导致我国碳纤维的研究和发展在过去很长一个时期处于落后状态。

20世纪80年代，我国组织全国力量开展碳纤维研制攻关，近年来已相继实现了多个系列和级别的碳纤维国产化，而且解决了宇航级碳纤维的自主保障问题，使我国成为继日本、美国之后第三个掌握宇航级碳纤维技术的国家。

随着航空航天、风力发电、氢能源和新能源汽车等产业的发展，碳纤维行业正步入发展的快车道。在碳纤维的研究领域，我们实现了哪些重大突破？未来在碳纤维产业化的道路上，我们还有哪些问题亟待解决？

碳纤维为什么神奇

一桶标准的碳纤维，重约1公斤，长15000米。它的颜色黑黑的，其貌不扬，但是它确实很神奇。它是由我们人造的有机纤维经过高温转化得到的含碳量达到90%以上的一种无机纤维，也叫“黑黄金”。

为什么说是神奇的碳纤维呢？主要体现在五个方面。

第一是细如发丝。碳纤维直径大概在5—8微米。

第二是轻如鸿毛。碳纤维的密度是钢的五分之一，是钛的五分之二，是铝的五分之三。用碳纤维做成的自行车，重量仅仅5公斤，一位女士就可以很轻易地把它单手提起来。

第三是强如钢铁。碳纤维很强，首先它的强度高，一束标准12K碳纤维，可以承受130公斤左右的重量。其次碳纤维非常耐高温，碳纤维在3000 摄氏度下依然安然无恙。

第四是制备非常难。它的制备难度与航空发动机制造、芯片制造、微纳制造是可以比拟的，它也是集人类工业文明之大成的一个杰作。碳纤维制备流程非常长，它包括上百个细分的工序，目前统计有两千多个要控制的参数，是一个确确实实需要千锤百炼的过程。有专家统计，如果纯粹靠实验来研制碳纤维，所需要做的实验次数是10的6次方到10的7次方。如果每天做10次实验，碳纤维的研制需要上千年甚至更长的时间，所以是一个非常艰难的研发、制备过程。

第五是贵如黄金。因为碳纤维的制备非常难，流程非常长，所以它非常贵。目前宇航级的碳纤维，它的价格每公斤在千元到万元这个范围，是钢和铝合金的几十倍。

碳纤维还有其他很多优点，比方说它的耐腐蚀性能好，能耐各种酸、碱、油，还包括海洋环境，它的耐腐蚀性能优于黄金和白金。同时碳纤维还有一个非常奇特的特点，就是它的膨胀系数接近0，在负100摄氏度到正100摄氏度之间，它的尺寸基本保持不变。另外把碳纤维做成复合材料以后，它的抗疲劳性能非常好。

碳纤维有什么用

碳纤维材料从无到有，经历了100多年的历史。它的出现推动了相关领域的技术进步，同时也形成了一个巨大的消费市场。据相关数据统计，目前全球碳纤维产能已经突破了10万吨量级。如此数量的碳纤维究竟被应用在哪些领域？它又如何改变着我们的生活？ 

碳纤维有什么用？主要包括以下三个方面。

第一，碳纤维是航空航天竞争力的一个重要标志。中国已经成为世界上第三个自主拥有卫星导航系统的国家，在这方面碳纤维是功不可没的。北斗卫星，看起来就像一座房子带着两只翅膀，它的房子和翅膀都是用碳纤维复合材料做的。为什么要用碳纤维？首先，卫星要装足够多的仪器设备，要求它的结构重量比要小于5%，所以必须用碳纤维；其次，卫星的天线、相机等设备要求很高的精度，要解决热变形的问题，碳纤维正好有这方面的优势，所以现在包括北斗卫星在内的高性能卫星都是碳纤维复合材料化的卫星。

第二，碳纤维是提升竞技体育成绩的一个制胜法宝。碳纤维在体育器材上应用广泛。碳纤维的网球拍现在已经成为冠军选手必备的装备。用碳纤维制作的网球拍，最高球速可以达到每小时将近250公里，但是高性能的铝合金网球拍只能达到每小时200公里左右，速度提高了20%以上。刚刚退役的网球运动员费德勒，就是用Pro staff这种碳纤维网球拍获得了20届大满贯的冠军。

第三，碳纤维将是第四次工业革命一个重要物质支撑。即将到来的星际航行、清洁能源和人工智能时代，碳纤维也将大有作为。人类要进入宇宙空间，要探索月球，要进行载人登月，要探测火星，也有可能要进行载人火星探测，要探索其他行星和小行星。无论进入宇宙空间到驻留宇宙空间，再到探索宇宙空间，包括今后建立宇宙空间的科考站，碳纤维都是不可或缺的。

今后会有大量的智能机器人，以机器人为代表的智能装备，必须解决结构重量的问题，要轻量化，以保证它们的行走里程、续航时间等指标的完成。另外，这些智能装备、机器人必须具备动态响应特性，碳纤维的复合材料在这方面有其他材料不可比拟的优势。在第四次工业革命前夕，在即将进入智能化、智慧化社会这个过程中，碳纤维和碳纤维复合材料将发挥越来越重要的作用。

大丝束碳纤维

按丝束规格的不同，可以将其分为小丝束碳纤维和大丝束碳纤维。大丝束碳纤被称为民用工业新材料佼佼者。

碳纤维具有除一般碳素材料耐高温，耐磨擦，导电，导热及耐腐蚀等特性，还可表现出稳定的化学性能及物理性能。每束碳纤维中所含单纤维根数是碳纤维的一个重要的指标。

大丝束碳纤维通常指碳纤维根数在48000 根即（48k）以上的纤维束，包括50000（50k）、60000（60k）、120000（120k）、360000（360k）等，而小丝束碳纤维指纤维根数小于48k的碳纤维束，如1000（1k）、3000（3k）、12000（12k）、24000（24k）等。与小丝束相比大丝束受到制作工艺的限制其模量与强度稍显逊色，但是制作成本与售价具备高性价比，在工业领域尤其是风电领域得到了广泛应用。

大丝束碳纤维的每一根丝束都有4.8万根纤维，每一根纤维的直径只有头发丝直径的1/7到1/8，是一种含碳量在95%以上的高强度新型纤维材料。其力学性能优异，比重不到钢的四分之一，强度却是钢的7~9倍，并且还具有耐腐蚀的特性。

图1 大丝束碳纤维

1. 大丝束碳纤维的特点

虽然大丝束碳纤维和小丝束碳纤维有很多共同的优点，但是相对于小丝束碳纤维，大丝束碳纤维有很多特点，主要包括：

• 采用成本较低的民用聚丙烯腈（PAN）丝作为原丝

碳纤维原丝的制备是碳纤维开发和生产中最重要的技术之一。只有高性能的原丝才能生产出高质量的碳纤维。大丝束碳纤维使用低成本的专用PAN细丝作为原丝。用于制造小丝束碳纤维的特殊原丝几乎相同。但是，价格大约是小丝束碳纤维特殊原丝的四分之一，并且原丝的价格通常约占碳纤维制备成本的60％。因此，大丝束碳纤维的价格仅为小丝束碳纤维价格的50％至60％。

• 具有较高的性能价格比

在国外，碳纤维的性能通常通过其价格性能比来衡量，即每美元的强度，模量，比强比模量。与小丝束碳纤维相比，大丝束碳纤维的性价比高得多。

图2 大丝束和小丝束碳纤维的比较

相较于小丝束，大丝束产能在性能上偏弱，但性价比较强。从大丝束生产工艺可看出其生产成本较低，这也是大丝束的核心竞争力。

从性能上来看：大丝束碳纤维拉伸强度3.5-5.0 GPa、拉伸模量230-290GPa。相比之下，小丝束碳纤维力学性能更加优异，拉伸强度3.5-7.0 GPa、拉伸模量230-650GPa。
从成本上看：民用聚丙烯腈原丝是制备大丝束碳纤维的原丝，通常原丝价格约为制备碳纤维成本的50~60%左右，因此，大丝束碳纤维的售价可以控制到小丝束碳纤维的50%-60%左右。市场上的一些大丝束碳纤维主要性能已经接近甚至超过了部分小丝束碳纤维。

图3 大小丝束性能成本对比

2. 大丝束碳纤维主要应用领域

正是因为大丝束性价比高的特点，常把大丝束碳纤维运用于工业领域。碳纤维大丝束的性能虽然不比小丝束，但是其成本更低，随着科技的发展，大丝束的运用也更加广泛。其主要可以应用于机电、交通运输、土木建筑、能源、纺织等工业领域，因此也被称为工业级碳纤维。

根据《2016—2021全球碳纤维复合材料市场报告》，2021年国内碳纤维需求量占比前三的领域分别是风电叶片（36.10%）、体育休闲（28.10%）和碳/碳复材（11.30%）。

2021年国内大丝束的主要应用领域中风电叶片占比第一。国内碳纤维大丝束的主要具体细分应用领域有风电叶片、混配模成型、建筑、电缆芯与船舶。根据2021全球碳纤维复合材料市场报告中的数据，风电叶片占主要大丝束应用领域需求的78.4%，位居第一，第二与第三分别为占比10.5%的混配模成型与8.7%的建筑。

虽然大丝束碳纤维的工业领域应用繁多，其中风电叶片仍然是需求提振主力。无论是全部碳纤维类别还是大丝束碳纤维的应用领域中，风电叶片需求应用均排名第一。其中，2021年我国大丝束需求中风电叶片需求占比超过70%。风电叶片在技术与材料的不断变革中，尺寸更大、质量更轻、性能更强成为核心诉求，能够满足上述诉求的增强材料屈指可数，碳纤维走进人们视野。

海风的发展为碳纤维在风电叶片上的应用提供了进一步发展机遇。《“十四五”可再生能源发展规划》提供政策支撑，重点建设山东半岛、长三角、闽南、粤东和北部湾五大海上风电基地。2021年中国累计海上风电装机容量为26.39GW。海风叶片大型化趋势相比陆风更加明显，目前最长叶片已经超过120米，且大型叶片运输相比陆地便捷。加之维斯塔斯碳梁拉挤工艺专利到期，我国在拉挤工艺上已实现技术突破，后续拉挤碳梁规模应用将会进一步推动碳纤维在叶片应用渗透率提升。

3. 大丝束碳纤维的现状

碳纤维是世界各国发展高新技术、国防尖端技术和改造传统产业的物质基础和技术先导，是我国战略性新兴产业中最主要的发展方向之一。同时具有明显的军民两用特征，对国民经济发展和国防现代化建设具有非常重要的基础性、关键性和决定性作用。中国的碳纤维产业和国际先进水平存在较大差距。

• 发达国家主导碳纤维的技术演进

日本三大巨头强势垄断，美、德紧随其后。日本东丽一直以来是全球碳纤维制造的霸主，垄断波音公司碳纤维的供应，2020年，东丽与东邦、三菱在全球丙烯腈基碳纤维销量市占率达50%以上。

在碳纤维小丝束市场，东丽、东邦和三菱合计占据了全球小丝束碳纤维名义产能的 70%以上，占据垄断地位。美国紧随其后，美国赫氏拥有40多年美国军机开发应用碳纤维的经验，2020年赫氏与美国氰特销量的市占率达到12%。

在碳纤维大丝束市场，日本东丽收购美国ZOLTEK后成为全球大丝束碳纤维的领头羊，日本三菱也开始加大大丝束碳纤维的投入。德国SGL公司紧随其后，2020年的销量全球市占率达到23%。

如下表所示了截止2021年3月日本东丽公司碳纤维全球产能及分布情况；在2021年3月，日本东丽公司常规规格（小丝束）碳纤维全球产能为2.877万吨/年，美国分公司和本土产能分别为9,900吨/年和8,970吨/年，大丝束碳纤维理论产能为2.61万吨/年（2020年产能为2.54万吨），碳纤维合计产能为5.487万吨。

图8 日本东丽公司2021年3月全球碳纤维产能情况

下表显示了截止2022年3月日本东丽公司碳纤维全球产能及分布情况，其中常规规格（小丝束）碳纤维全球产能以及在法国、美国、韩国生产基地产能均保持不变；在大丝束碳纤维领域，日本东丽子公司Zoltek位于匈牙利、墨西哥生产基地产能由2.61万吨/年提高到2.90万吨/年；与2021年相比，碳纤维年总产能增加了3600吨。

图9 日本东丽公司2022年3月全球碳纤维最新产能情况

得益于全球风电等行业用碳纤维需求高速增长，东丽公司不断扩大大丝束碳纤维产能，2021年11月，日本东丽公司通过官网发布资讯，其美国子公司Zoltek将耗资约1.3亿美元（约140亿元人民币）于2023年前提升公司大丝束碳纤维。这也是公司于2021年内第二次宣布产能提升计划，在2021年6月，Zoltek公司已宣布将扩大其位于墨西哥瓜达拉哈拉工厂的碳纤维生产能力。

经过2021年内的两次产能提升计划，预计产线投产后，位于墨西哥Jalisco的Zoltek工厂大丝束碳纤维的年产能提升54%左右，达到20000吨以上，加上Zoltek在匈牙利工厂使得最终年产能合计提升至35000吨/年。此次东丽公司大丝束碳纤维年产能增加了3600吨也是产能快速扩张的结果。

• 高增长、高对外依存度是中国碳纤维的特点

据统计，2020年中国碳纤维的总需求约4.89万吨，虽然有新冠疫情的冲击但是仍然保持了29%的增速。

实际上，“十三五”期间，中国的碳纤维需求增速一直维持在两位数以上。

受益于下游应用的打开，“十四五”期间中国的碳纤维需求增速可能仍然维持在一个非常高的增速水平。不仅如此，中国的碳纤维也一直维持着高对外依存度，2021年碳纤维行业整体进口量为33064.56吨，较2020年上涨8.72%。 

• 外部环境倒逼国内碳纤维产业升级

西方国家限制我们发展主要是小丝束碳纤维，相关领域存在严格的技术封锁和产品禁运。对于工业领域用碳纤维，西方国家一直利用其先发优势，在价格上打压本土企业。

2020年以来，受全球新冠疫情的影响，全球碳纤维的贸易整体受到较大冲击，国外碳纤维出口国内的难度加大。

2020年下半年以来，日本、美国加强了对碳纤维出口中国的政策管控，导致碳纤维进口难度进一步较大。

2020年12月，因东丽子公司出口碳纤维流入了未获日本《外汇及外国贸易法》许可的中国企业，日本经产省对该公司实施了行政指导警告，要求东丽子公司防止再次发生此类事件，并彻底做好出口管理。从2020年底开始，东丽暂停了对华出口碳纤维业务。

2021年2月，美国总统拜登签署了行政命令，在联邦机构间展开为期100天的审查，以解决四个关键产品供应链中的漏洞，其中包括碳纤维，主要目标是增强供应链的弹性，以保护美国免于未来面临关键产品短缺。

材料产业取得突破的核心在于规模化生产，并且能够和上下游沟通应用过程中需要解决的问题。海外管控强化和疫情反复实际上为本土企业脱颖而出提供了一个良好的产业发展环境。

考虑到本土企业已经实现了大丝束碳纤维的技术突破，同时，国内的市场又在快速崛起。我们认为欧美对华出口管控加强有可能利大于弊。

4. 我国大丝束碳纤维的发展状况

众所周知，碳纤维是新能源、节能环保、高端装备制造、新能源汽车等战略性新兴产业发展的基础，也是重大基础设施建设的新型结构材料，更是大型飞机、卫星、船舶等装备研制和更新换代的重要基础。

碳纤维复合材料（CFRP）以其优异的性能在多个领域均有使用，但是由于碳纤维价格居高不下，加之复合材料的制备成本高，限制了其在民用领域中的大规模应用。目前汽车用碳纤维预浸料单价高达400元/kg，远远高于其他的轻量化材料，主要应用于豪华汽车和赛车，在汽车行业的应用总量很低。根据专业测算，汽车用碳纤维需要下降到60-100元/kg，经济性将能够铝合金相比。成本高是汽车用碳纤维大规模产业化的一大阻碍，是生产汽车用碳纤维产品的企业急需解决的一大难题。

碳纤维复合材料成本高的主要因素包括碳纤维原材料的生产成本较高和复合材料制备成本高等方面。因此，降低碳纤维复合材料成本的主要路径是降低碳纤维原材料成本，寻求低成本纤维生产工艺以及低成本的CFRP制备工艺。其中，碳纤维原材料生产包括原丝、预氧化、碳化、表面上浆和卷绕成本。

如下表所示，PAN原丝占碳纤维生产成本的51%，是主要因素，其次是预氧化和碳化，成本占比分别为16%、23%。因此，目前有效的解决方法之一是发展大丝束碳纤维和新型碳纤维，日本三菱、东丽及美国的卓尔泰克公司开发的大丝束碳纤维是低成本制造技术的典型代表。

• 用“中国技术”生产性能优异的碳纤维

碳纤维技术有着森严的技术壁垒，此前大丝束碳纤维生产技术主要掌握在美国、德国、日本的几家大公司手中。我国的石化企业经过多年努力成为是国内第一家、全球第四家掌握大丝束碳纤维技术的企业。

大丝束碳纤维研发的主要难点包括大丝束碳纤维制备过程中氧化反应放热的有效控制、一束丝4.8万根碳纤维的纺丝均匀稳定性控制，以及生产线连续运行周期和稳定性。

为了在大丝束碳纤维制备中真正用上“中国技术”，我国从装备到工艺，为大丝束碳纤维量身定制了专用生产线，根据大丝束碳纤维的生产要求自行设计氧化炉、碳化炉，不仅成功掌握了控制温度场的关键技术，而且进行了节能型设计，可实现能源综合利用。

此外，通过采用聚合物分子链结构调控技术获得良好热性能原丝，系统研究纺丝原液流变性能保证原丝质量稳定性，开发特殊的连续生产技术，大大减少停车次数，极大提高生产效率。

• 国产大丝束碳纤维已开始产业化布局

上海石化首条48K大丝束碳纤维国产线可实现规模化、高品质生产。该项目计划于2024年全部建成投产，届时将达到2.4万吨/年原丝、1.2万吨/年大丝束碳纤维产能。

自主研发大丝束碳纤维生产线投产，将给整个碳纤维市场带来最大的影响是随着碳纤维国产化的不断推进，对市场最大的影响是进口碳纤维价格的下降。

数据显示，随着国内碳纤维国产化的推进，进口碳纤维价格预计将从最高每吨4.5万美元降至每吨1万美元左右，这对于全产业链应用来说是一个利好消息。

数据显示，2021年全球碳纤维需求量约为11.8万吨，其中大丝束碳纤维需求量为51400吨，占比约43.5%，在新能源、风电、光伏、汽车、体育用品等下游市场的应用需求将逐渐爆发, 渗透率不断提升。

我国碳纤维行业正处于快速发展阶段，根据目前各企业已宣布的投资扩产计划，如果所有建设项目可以顺利投产落地，“十四五”末期，中国新增碳纤维产能将达21万吨以上，其中新增大丝束碳纤维产能达17.6万吨，中国大丝束产能扩张时代将随之开启。

预计2030年，我国大丝束碳纤维产值应该能达到500亿元量级，将带动千亿级的复合材料市场规模。除了大丝束碳纤维的研发和生产，中国石化也正大力推进碳纤维复合材料的研发和应用。中国石化有关负责人表示，在未来的碳纤维产业发展中，中国石化将在科研方面继续加大投入，产业方面加快布局，机制体制方面深化创新，应用场景全面推广，同时，坚持走自己的道路，做自己的特色产品。在“十四五”末，中国石化将在多种工艺流程实现通用级、大丝束、小丝束、高性能等产品的全面突破，进行总体布局，满足国家各个领域的需求，为引领和推动中国碳纤维产业发展做出贡献。

5. 大丝束碳纤维的市场前景

风能领域是主要驱动因素。截至2021年底，中国风电装机规模328GW，占全球比例为39.2%，其中2021年新增47.57GW。双碳背景下风电行业持续高景气，风电材料升级转型加速双碳背景下可再生能源发展进入快车道，风电是我国仅次于煤电和水电的第三大发电来源，也是发展最快的可再生能源之一。根据《“十四五”可再生能源发展规划》，到2025年，可再生能源发电量达到3.3万亿千瓦时，风电发电量较2020年实现翻倍，5年复合增速达到15%。随着我国风电产业的蓬勃发展和风电产业升级降本的过程中，叶片材料革新以及海风加速崛起带来的大丝束碳纤维材料正在迎来巨大的发展机遇。目前风能领域的碳纤维以24K-50K范围的高强度、标准拉伸模量、大丝束碳纤维为主，预计2025年风电材料市场总规模将超过1400亿元，较2021年翻倍。

鉴于大丝束碳纤维下游风电、光伏、储氢瓶、体育休闲、电子、汽车船舶等应用领域对其需求推动力不等，且大丝束碳纤维在工业应用上更具成本优势，大丝束碳纤维在2023年总需求为4.75万吨，同比增长48.38%。其中风电领域碳纤维需求为3.8万吨，同比增加61.31%。其中海风贡献了1.4万吨需求。预计在2025年我国风电领域碳纤维需求量达到7.82万吨，复合增长率超过40%。若碳纤维制造成本逐渐降低，碳纤维风电领域需求释放节奏将进一步加快。

供给创造需求的动态平衡有望是未来常态。若随着产能提升—规模效应体现—成本下降，而带来的价格下降，则下游应用领域的渗透率将会得到提升，未来大丝束碳纤维价格将会呈现：供给增加—价格下降—需求增加—价格上升—供给增加的动态平衡中，整体价格趋势将波动式下降。

我国在碳纤维领域的重大突破

性能优异的碳纤维，因为制备难、技术壁垒高等特点，逐渐成为全球在材料研究领域展开竞赛的目标。特别是由于发达国家对碳纤维技术进行严格的专利保护和全面的技术封锁，导致新兴国家在发展碳纤维上举步维艰。我国早在20世纪50年代后期就展开了碳纤维的技术研究，但由于基础研究落后，碳纤维的产业发展一直在低水平徘徊，与国外的差距逐渐拉大。

2000年以后，全球碳纤维供不应求，进口碳纤维非常困难，严重影响国防安全。在此关键时刻，2001年，83岁的战略科学家师昌绪院士给中共中央写了《关于加速开发高性能碳纤维的请示报告》，得到高度重视，对推动我国碳纤维研发与投入产生了深远影响。

历经多年艰苦攻关，如今我国宇航级碳纤维的产品性能已经达到国外同类产品水平。从落后到奋起直追，我国在碳纤维研究的关键技术上取得了哪些重大突破？未来在碳纤维应用领域，还有哪些亟待开拓的空间？

我们解决了国产宇航级碳纤维的有无，这是一个很不简单的事情。到目前为止，中国碳纤维主要的成绩体现在以下三个方面。

第一是突破了碳纤维制备的关键技术，相继实现了系列碳纤维（包括T300级、T700级和T800级）的国产化，解决了航天、航空等国防工业的自主保障问题。

第二是建立了若干个高水平碳纤维和复合材料的研究研制平台，形成了包括高校、科研院所、大型企业在内的研发格局，正在推动碳纤维和复合材料的发展进入一个新阶段，这个新阶段可以说是从量变到质变的过程。

第三是在这些工作的基础上，建立了百吨级的宇航级碳纤维生产线，后续又相继开工了工业级的一些碳纤维生产线，所以国外碳纤维的价格就发生了很大变化。大概2009年到2014年这5年，T700这种工业级的碳纤维价格降到了原来的三分之一，宇航级碳纤维价格降到了以前的十分之一。所以自主解决碳纤维的有无，无论是从经济上，还是从社会效益方面都有很大的贡献。

2010年后，地方政府的积极性和热情大涨，民营企业投资的热度非常高，所以国内的碳纤维生产线放量建设，最多的时候碳纤维企业达到了40多家。近两年这种放量的趋势正在放缓，在高质量发展的推动下，现在不再一味追求增加产能。近期我国大型国企正在寻求建立高水平的研发团队和研发平台，推动产业的升级和转型。

未来碳纤维的产业之路该如何走

在应用方面，现在碳纤维还比较普遍地存在用不起和不会用的问题，很多工业领域目前还不会用碳纤维。现阶段形成了碳纤维发展的一个天花板，但是这个天花板不是固定的。目前亟须解决以下几个问题。

实现物美价廉。要做到价廉，解决贵的问题，首先是降低成本，就是要把生产线的效率提上来，包括工艺装备的容量，聚合釜的容量，纺丝的幅宽，碳化的幅宽。这中间装备的设计和研制是非常关键的，应该尽快解决单线产能从数百吨级提高到两千吨级。

拓宽应用领域。要扩大应用，首先是扩大我国民用航空的应用。未来，中国在20年内需要9000架民用客机，年均大概是450架。如果每架飞机碳纤维平均用量能达到5吨，那么碳纤维的年均需求就可以达到2250吨，这个数量远远超出我国目前军用、国防、航空碳纤维的用量，可以有力地拉动碳纤维的应用和发展。

汽车轻量化和绿色低碳化这个发展潮流不可阻挡，也将为我国碳纤维和复合材料行业带来巨大的市场拉动力。据估计，2025年中国的汽车产量将达到3000万辆，如果每辆汽车用5公斤碳纤维，这样碳纤维的总用量也能达到15万吨，这是碳纤维一定要千方百计突破的一个应用出口。

还有一个很重要的方面，我国碳纤维在体育用品方面的用量，2020年已经达到了1.46万吨，但是主要是带料加工，用的主要还是国外的纤维，这是一个很大的市场。因为中国的人口基数大，同时还能带动我国健康产业碳纤维应用，这个市场也能达到数万吨的规模。

加大自主创新。要创新发展，加快解决高强、高模、高韧这一类碳纤维的自主发展问题。我们不可能从国外跟踪甚至引进来解决这个问题，需要做碳纤维和用碳纤维的人一起来解决第三代先进复合材料创新的问题，要抢占科技制高点。

另外，创新发展还有一个很重要的方向，就是要发展颠覆性的低成本技术，如果能实现这样一个目标，就是划时代的成就。要把碳纤维的价格降到每公斤10美元以下，现在距离这个目标还有比较大的距离。能不能另辟蹊径？从目前来看有两个方向。

第一就是变革性的原丝技术，不用现在的聚丙烯腈，用天然纤维（天然废物的纤维），像木质素，或者用非常容易制造的低成本的有机纤维，甚至还有人提出可以用澳大利亚的羊驼跟其他原材料一起混纺的纤维，这些途径都值得探索。目前迫切需要变革性的原丝技术，因为原丝的成本在碳纤维成本中占到了50%左右。

第二就是要发展变革性的碳化技术，碳化的成本也占到了碳纤维成本20%以上。现在有一些方向，要做短流程的碳化，用等离子体辅助的碳化这样一些变革性的碳化技术，碳纤维最终实现大规模工业应用，进入千家万户，要跨过这个门槛。

现在来看，世界上无论从碳纤维本身，还是从碳纤维的应用，仍然存在巨大的未知和没有开拓的空间。随着科技和工业革命的深入发展，碳纤维必将大展宏图，既能够帮助我们遨游太空，也将走入千家万户，真正成为第四次工业革命重要的助推力量。作者：李仲平院士、方鲲老师、刘康老师

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