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2025-04-08 36 新材料及矿产报告
碳纤维性能优越,被誉为 21 世纪新材料之王。碳纤维是由聚丙烯腈(PAN) (或沥青、粘胶)等有机材料在高温环境下裂解碳化形成的含碳量高于 90%的碳主链结构无机纤维。碳纤维性能优越,根据《高科技纤维与应 用》,碳纤维强度高(抗拉强度在 3500MPa 以上),模量高(弹性模量 在 230GPa 以上),且密度小(碳纤维密度是钢的 1/4,是铝合金的 1/2), 比强度高(比强度比钢大 16 倍,比铝合金大 12 倍)。此外,碳纤维耐 超高温(非氧化气氛条件下,可在 2000℃时使用)、耐低温、耐酸、耐 腐蚀、热膨胀系数小(可以耐急冷急热,即使从 3000℃的高温突然降到 室温也不会炸裂),导热系数大。PAN 基碳纤维是主流。按照原材料不同,碳纤维可分为聚丙烯腈(PAN) 基、沥青基、粘胶基碳纤维。根据中复神鹰招股说明书,PAN 基碳纤维 由于生产工艺相对简单,产品力学性能优异,用途广泛,占碳纤维总量 的 90%以上,因此目前碳纤维一般指 PAN 基碳纤维。
沥青基由于在材料制备、纺丝和氧化等过程中比 PAN 基碳纤维困难,从而成本较高,没 有得到大规模应用。但由于高性能沥青基碳纤维具备高刚性、高导热和 高功能性,在航空航天领域仍占有一席之地。粘胶基碳纤维由于生产效 率较低,制备成本相对更高,因此产量规模较小。 碳纤维最终以碳纤维复合材料形式应用在轻量化/高强/高模等领域。碳 纤维最终以碳纤维复合材料形式用于下游。相较其他材料,碳纤维复合 材料密度最低,根据《碳纤维复合材料在汽车轻量化中的应用》,高强度 型/高模量型碳纤维复合材料密度分别为 1.5/1.6g/cm³,减重率达到 55%-60%。同时,碳纤维复合材料强度/模量也高于大部分材料,高强 度型/高模量型碳纤维复合材料抗拉强度分别为 1400/1100Mpa,弹性模 量分别为 130/190Gpa(碳纤维复合材料的抗拉强度/弹性模量会小于碳 纤维碳丝)。因此在轻量化/高强/高模等应用领域,碳纤维复合材料的性 能优势明显。随着碳纤维成本和价格的下降,碳纤维复合材料应用领域 有望快速扩大。
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