碳纤维（carbon fiber，简称CF）是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。既有碳材料“硬”的固有特征，又兼备纺织纤维“柔”的可加工性，被誉为新材料之王。未来随着风力发电、汽车工业、飞机制造、高压容器等产业需求的大幅增长，以及体育休闲领域的平稳发展，碳纤维市场需求增速将愈发显著。
20世纪初，行业进入快速发展阶段
国际上PAN基碳纤维的生产，从20世纪60年代起步，经过70-80年代的稳定，90年代的飞速发展，到21世纪初其生产工艺技术已经成熟。并且随着风力发电和新能源汽车的研发生产，碳纤维材料的应用开始全面普及。起初，碳纤维主要用于军工和宇航，经过40余年的发展，其应用领域正在向工业领域和普通民用领域扩大。
图表1：全球碳纤维发展历程及主要阶段分析
产业链结合紧密，制作工艺成熟
完整的碳纤维产业链包含从一次能源到终端应用的完整制造过程。从石油、煤炭、天然气均可以得到丙烯。丙烯经氨氧化后得到丙烯腈，丙烯腈聚合和纺丝之后得到聚丙烯腈（PAN）原丝，再经过预氧化、低温和高温碳化后得到碳纤维，并可制成碳纤维织物和碳纤维预浸料，作为生产碳纤维复合材料的原材料；碳纤维经与树脂、陶瓷等材料结合，形成碳纤维复合材料，最后由各种成型工艺得到下游应用需要的最终产品。
图表2：碳纤维产业链分析
分类情况多样，原丝类型为主要分类形式
碳纤维可以按照原丝类型、形态、制造条件和方法、力学性能和用途等不同维度进行分类。其中按原丝类型将碳纤维分为聚丙烯腈（PAN）原丝、沥青纤维、粘胶丝三种；按照用途可将碳纤维分为宇航级和工业级两类；两种方法是国际上普遍适用的碳纤维分类方法。
图表3：全球碳纤维分类情况汇总
下游需求旺盛，全球碳纤维需求量不断增加
碳纤维的制造技术主要根据航空航天的应用而优化发展，国际碳纤维需求主要集中在工业应用、航天航空和体育休闲三个方面。2008-2014年，全球碳纤维需求稳定，2015年后，随着新能源发电和新能源汽车等下游行业的发展，碳纤维的需求量不断增加。2015年，全球碳纤维需求量增速近年最快为27.85%，增至68.4千吨；2016年增速稍有回落但仍上升变动位76.5千吨。
图表4：2008-2017年全球碳纤维需求量及增速变动（单位：千吨，%）
碳纤维优势明显，应用领域涉及广泛
从全球碳纤维细分领域看：2016年，风电叶片领域全球碳纤维的需求最为广阔，需求量为18千吨，约占全球需求总量的23%；航空航天碳纤维的全球需求规模始终居于主要地位，2016年的应用需求量为17.6千吨，占比约为23%。其余领域包含体育休闲、汽车和混配模成型的碳纤维需求比例均超过10%。随着新能源和全民运动概念的提升，相关领域的碳纤维需求占比将不断增加。
图表5：2016年全球碳纤维需求及应用占比（单位：千吨，%）
由以上的分析看出，碳纤维具有其他任何材料无可比拟的高比强度（强度比密度）及高比刚度（模量比密度）性能。凭借其高强度和高密度的产品特征，且兼耐腐蚀、耐疲劳等特性，广泛应用于国防工业以及高性能民用领域。涉及航空航天、海洋工程、装备新能源、工程机械、交通设施等，是一种国家亟需、应用前景广阔的战略性新材料。随着全球环境保护力度的增强、新能源汽车和全民运动等应用领域的普及，全球碳纤维的应用范围将继续扩展。
