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　　高性能纖維是指具有特殊的物理化學結構、性能和用途，或具有特殊功能的化學纖維，一般具有極高的抗拉強度、楊氏模量，同時具有耐高溫、耐輻射、抗燃、耐高壓、耐酸、耐堿、耐氧化劑腐蝕等其他特性，被廣泛應用于航空航天、國防軍工、交通運輸、工業工程、土工建筑、乃至生物醫藥和電子產業等領域。

　　高性能纖維復合材料是以高性能纖維作為增強材料，樹脂作為基體，通過加工成型得到的復合材料，具有質輕、高強高模、抗疲勞、耐腐蝕、可設計性強、易加工成型等優異性能。

　　一、我國高性能纖維及復合材料行業產業鏈上下游概述：

　　我國高性能纖維及復合材料行業產業鏈上游主要由增強材料、基體材料和生產設備等產業組成，中游主要由復合材料、金屬基復合材料、纖維增強樹脂基復合材料、纖維增強陶瓷基復合材料等產業組成，下游主要為市場應用，如軍工裝備、汽車工業、環保、信息通信、建筑加固、風電葉片、醫療器械、體育休閑。

　　1、高性能纖維及復合材料行業產業鏈上游：增強材料、基體材料、生產設備

　　增強材料：碳纖維、芳綸纖維、玻璃纖維、超高分子量聚乙烯纖維、聚酰亞胺纖維、聚苯硫醚纖維、聚四氟乙烯纖維、氧化鋁纖維、玄武巖纖維

　　碳纖維：聚丙烯腈、瀝青、粘膠纖維

　　芳綸纖維：對苯二甲酰氯、對苯二胺、間苯二甲酰氯、間苯二胺

　　玻璃纖維：葉臘石

　　超高分子量聚乙烯纖維：超高分子量聚乙烯樹脂

　　聚酰亞胺纖維：聚酰亞胺樹脂

　　聚苯硫醚纖維：聚苯硫醚樹脂

　　聚四氟乙烯纖維：聚四氟乙烯樹脂

　　氧化鋁纖維：金屬鋁的無機鹽

　　玄武巖纖維：玄武巖

　　基體材料：樹脂基體、金屬基體、陶瓷基體、橡膠基體

　　生產設備：聚合設備、紡絲設備、高溫熔制設備、拉絲設備、氧化設備、碳化設備、成型設備

　　2、高性能纖維及復合材料行業產業鏈中游：復合材料、金屬基復合材料、纖維增強樹脂基復合材料、纖維增強陶瓷基復合材料

　　金屬基復合材料：鋁基復合材料、銅基復合材料、鈦基復合材料、鎳基復合材料

　　3、高性能纖維及復合材料行業產業鏈下游：軍工裝備、汽車工業、環保、信息通信、建筑加固、風電葉片、醫療器械、體育休閑

　　二、我國高性能纖維及復合材料市場發展現狀

　　高性能纖維及其復合材料主要包括碳纖維、有機纖維、陶瓷纖維及其復合材料，是結構輕量化的首選材料，也是極端服役環境不可替代的功能材料。在世界各國一系列重大科技工程和研究計劃的推動下，全球高性能纖維及其復合材料前沿技術不斷取得突破，產業化步伐也逐漸跨入成熟發展階段。我國高性能纖維及復合材料在我國相關部委的支撐和推動下，經過數十年發展，通過各類科技項目實施、專項能力建設和國家級創新研究機構設立等措施，技術與產業發展均取得了可喜成績。

　　1、核心技術不斷突破，產品性能逐步提高

　　國內已突破基本型(T300級)碳纖維的研制、工程化及航空航天應用關鍵技術，實現重點型號的自主保障;突破了濕法高強型(T700G級)碳纖維的研制和工程化關鍵技術，完成了部分裝備的應用研究;開展了高強中模型(T800H級)碳纖維的工程化及其應用關鍵技術攻關，已進入重點型號考核驗證和試用階段;開展了高強高模碳纖維研發，M40級碳纖維已應用于航天領域，M40J級碳纖維進入地面考核驗證階段，突破了十噸級M55J碳纖維關鍵技術;基本突破了系列民用干噴濕紡碳纖維產業化技術，正在進行高端碳纖維的攻關、應用研究和民用領域的應用推廣。在瀝青基碳纖維方面，突破了高純可紡中間相瀝青和連續高導熱瀝青基碳纖維(P120級)制備關鍵技術。

　　在芳綸纖維方面，突破對位芳綸和雜環芳綸關鍵技術，建成多套工業化裝置。基本型對位芳綸(Kevlar29級)實現穩定批量生產和供應，高強型對位芳綸(Kevlar129級)實現國產化供應，在光纜、膠管、防彈等領域實現批量應用;雜環芳綸產品性能達到俄羅斯Armos同等水平，在固體火箭發動機、高端防彈等領域實現批量應用。UHMWPE纖維實現與國際優勢企業比肩，不僅可以部分替代進口，而且具備一定出口創匯能力。PI纖維斷裂強度達到3.5GPa，模量140GPa，實現了耐高溫型、高強高模型PI纖維的商品化。國內科研機構陸續突破連續碳化硅纖維及其復合材料的工程化制備技術，開展了工程應用驗證，同時也初步建立了氧化鋁纖維、氮化硅纖維、系列陶瓷前驅體等驗證試驗線。

　　2、產業規模逐年擴大，積累了一定工業化經驗

　　2019年，我國碳纖維的需求量約為3.8×10 4 t(見圖1)，但超三分之二用量為國外碳纖維;我國碳纖維運行產能約為2.6×10 4 t，實際銷量約為 1.2×10 4 t。國產小絲束碳纖維實現銷售約7000t，并在逐步擴大市場份額，其余為國產大絲束碳纖維。中國超高增長需求的主要驅動者是風電葉片市場，為國內碳纖維企業帶來了難得的發展機遇。

　　在芳綸纖維方面，我國建成了多條千噸級對位芳綸生產線，2019年我國對位芳綸產量達到2800t，2020年預計將達到5000t;間位芳綸產能超15000t，產量達到11000t，我國成為間位芳綸的主要生產國之一。2019年我UHMWPE纖維產能約為33000t，產量為23000t，出口為3355t，產品具有一定的國際競爭力。

　　3、高性能纖維及其復合材料的戰略支撐作用日益凸顯

　　我國高性能纖維復合材料應用技術日趨成熟，應用部位由次承力構件擴大到主承力構件，由單一功能材料向多功能、結構功能一體化轉變，有效緩解了國家重大工程、國防重點裝備的迫切需求。高性能纖維及其復合材料產業也由開拓推廣期向快速擴張和穩定成長期邁進，復合材料應用領域由航空、航天、兵器等擴展到了風力發電、軌道交通、汽車等眾多民用領域;產業規模不斷擴大，如國內碳纖維銷售額達30億元規模，優勢企業近年陸續在內蒙古、青海等中西部地區投資擴產工程，這將對中西部地區科技與經濟發展起到積極的帶動作用，支撐新興產業的區域均衡發展。

　　新材料產業是國家戰略性新興產業的重要組成，對實現我國創新驅動發展具有重要的支撐作用。高性能纖維及其復合材料是引領新材料技術與產業變革的排頭兵，廣泛應用于航空航天、軌道交通、艦船車輛、新能源、健康產業和基礎設施建設等重要領域，集軍事價值與經濟價值于一身，是各國軍事發展與經濟競爭的焦點之一。

　　三、高性能纖維及復合材料重點應用領域

　　由于具有優異的性能，復合材料已經廣泛應用于各個領域，而本期系列文章將全面盤點復合材料的主要應用領域，其中包括：航空航天、汽車工業、建筑、能源、儲能、基礎設施、海洋、管道和儲罐、體育與娛樂、運輸等十大領域。

　　1、航空航天領域

　　歐洲空客(Airbus)和美國波音(Boeing)等主要航空原始設備制造商已顯示出在航空領域大規模應用復合材料的潛力，而美國宇航局(NASA)則一直在尋求復合材料制造商為火箭和其他航天器提供創新的復合材料解決方案。

　　波音公司開發的每一代新飛機中復合材料的比例都在增加，其中波音787夢幻客機的復合材料比例最高超過了50%。波音787夢幻客機的主要結構部件是由更多的碳纖維“夾芯”復合材料和先進的碳纖維層壓材料制成的，從而擺脫了陳舊的玻璃纖維復合材料(閱讀原文)。

　　另一方面，芳綸纖維廣泛用于建造前緣和后緣機翼組件以及非常堅硬、非常輕的艙壁、燃料箱和地板。此外，由嵌入普通基體材料中的高強度剛性纖維組合而成的先進復合材料也廣泛應用于航空航天工業。

　　2、汽車工業領域

　　作為最大的復合材料終端應用市場，汽車行業對復合材料并不陌生。除了開創性的車輛設計，復合材料還有助于使車輛更輕、更省油。汽車需要可靠、同步的機構，其部件能夠承受摩擦、腐蝕和溫度波動。

　　復合材料已經廣泛用于一系列汽車結構零部件，從前照燈的前照燈外殼到發動機罩下的電氣和隔熱部件，再到汽車車身外部零件、內部結構和裝飾部件。以下列舉復合材料在汽車零部件中的常見應用：導流板和擾流板、進氣歧管、電池外殼和蓋、保險杠和保險杠橫梁、氣缸蓋(如氣門、搖臂、凸輪)蓋、車窗/天窗框架、前端格柵開口板、前向前照燈的殼體、隔熱板(例如發動機、變速器)、支柱和覆蓋物。

　　3、建筑領域

　　建筑界在對復合材料的理解和使用方面正經歷大幅地增長。復合材料在大型項目中為建筑師和設計師提供了高性能和價值，并且它們在商業和住宅建筑中的使用越來越多。

　　在建筑領域，碳纖維的高強度特性正在發揮積極作用。碳纖維強度極高、柔軟易鋪，可用于修補加固建筑物，使其如同全新建筑物。碳纖維層壓板廣泛用于提高樓板和柱子的承重。此外，碳纖維可以抵抗地震損壞，因此還可用于新建建筑物的結構加固，也可以作為鋼筋預制件的替代品。

　　4、儲能領域

　　多功能儲能復合材料 (MESC)是通過將電池層嵌入結構中，互鎖鉚釘固定電池層，有助于提高機械性能。實驗測試顯示：MESC 可具有與其他材料相當的電化學行為。而與軟包電池相比，在 60% 的封裝效率下，MESC 獲得了 15 倍的機械剛度。

　　復合材料在儲能領域的其他代表性應用包括：航空航天用氫氣罐、氫燃料電池系統、天然復合材料材質電池。

　　5、基礎設施領域

　　嚴格意義上基礎設施與建筑兩者無嚴格區分，近年來隨著新型、低成本、高性能結構復合材料的出現，基礎設施建設已進入了一個新階段。纖維增強塑料 (FRP) 不僅可以在許多承重結構中代替鋼材，而且用內部或外部粘合的纖維增強塑料 (FRP) 加固混凝土梁也已被證明是可行的。

　　由玻璃纖維、芳綸或碳纖維制成的復合材料越來越多地被考慮用于預張緊、后張緊或增強混凝土。為了取代腐蝕鋼筋，FRP 系統最終可能用于混凝土橋面或其他室外混凝土地板結構。

　　耐腐蝕特性是碳纖維在基建領域備受青睞的主要因素之一。碳纖維不會腐蝕生銹，因此碳纖維混凝土層可以減薄很多，因為不需要像鋼芯一樣考慮防腐，這樣極大減少了建筑物的混凝土使用量，同時還附帶其它益處，譬如減少成本，加快施工進度，縮短干燥時間等。此外，因為具有良好的導電性，碳纖維可用于屏蔽電磁干擾，可以傳遞樓宇參數信息，成為智能樓宇不可分割的一部分。

　　6、新能源領域

　　通過制造能夠利用可持續能源的結構，復合材料在可再生能源中的使用將發揮越來越重要的作用。與金屬結構相比，重量更輕、運輸和安裝成本更低，最重要的是，結構整個生命周期內的維護成本更低，這些因素已經將復合材料定位為事實上的材料，可為大型項目提供經濟的解決方案。

　　風力渦輪機葉片的輕量化和復雜的翼型形狀使復合材料成為該領域的領導者，使用的模具設計用于以最少的勞動力經濟地制造葉片。目前的研究和開發旨在滿足陸基和離岸系統渦輪和轉子葉片所需的尺寸增加。

　　7、海洋領域

　　幾十年來，FRP 復合材料已成功用于海洋應用領域，例如雷達罩和質量結構、超級游艇、工作船和休閑船。最近，FRP已用于不太知名的應用，例如軸承、螺旋槳、商業艙蓋、排氣裝置和頂部結構。

　　玻璃纖維復合材料在海洋應用中的使用是GRP應用的第一個重要領域之一。它徹底改變了在多個領域設計和制造大型復合材料結構的能力。船舶在英國通過多種工藝制造，包括手工鋪設的 GRP、樹脂灌注、熱塑性塑料和用于競賽游艇的高性能碳纖維預浸料。

　　賽艇比任何其他海洋結構物更廣泛地使用復合材料。由于特殊要求，所用材料不是典型的海洋建筑材料。最小重量和最大剛度在其設計中至關重要，以便能夠以最大速度航行，并抵抗海浪和海洋環境中其他因素的影響。

　　碳纖維增強環氧樹脂復合材料通常用于以蜂窩或泡沫為芯的船體、框架、龍骨、桅桿、桿和吊桿、碳絞盤卷筒和軸系。在不同的國際航行條件下，使用FRP有助于提高性能，并將航行缺陷和故障的危險降至最低。

　　8、管道系統領域

　　復合材料管道系統在化工廠中的應用已經超過 25 年。20世紀70年代，復合材料在工業應用中的使用變得廣泛。如今，復合材料管道和儲罐的安裝在地上和地下、商業、市政和住宅應用中呈上升趨勢。隨著新化工設施的開發和舊設施的擴大，低成本天然氣正在進一步擴大市場。

　　復合材料管道典型應用及產品包括：空氣污染控制、水產養殖、化學加工、海水淡化、石油和天然氣、水和廢水處理、管道、管件和襯里、管道系統、油箱內襯、儲油罐、工藝容器、洗滌器、閥門。

　　9、運動休閑領域

　　一直以來，碳纖維在體育用品領域的表現都很突出，從賽車到滑雪、高爾夫、垂釣以及網球，碳纖維均得到廣泛應用。隨著碳纖維日益普及以及價格回落，已在體育用品中得到更多應用。

　　現在，許多球拍、滑雪板、雪橇、曲棍球棍、釣竿、高爾夫球桿、自行車、沖浪板、風箏、鞋子以及其它體育產品均采用了碳纖維。(更多資料可閱讀<碳纖維在體育休閑領域的應用>)。

　　目前，在10項最受歡迎的戶外運動和休閑活動中，有 7 種產品使用了復合材料。玻璃纖維和碳纖維增強復合材料繼續在釣魚竿、網球拍、皮劃艇槳的翼梁/軸、帆板桅桿和板、曲棍球棒、風箏和自行車車把中取代木材和金屬。

　　10、交通運輸領域

　　運輸行業有一種趨勢是使用更大的車輛。無論是公共汽車、火車還是鉸接式卡車，想法都很簡單：攜帶更多的貨物。面臨的挑戰是找到安全承載更大負載的方法，同時節省燃料并減少對環境的影響。復合材料為這一挑戰提供了令人印象深刻的答案。

　　長期以來汽車和運輸行業在復合材料市場中占有較大份額，該行業致力于遵守嚴格的法規，例如美國和歐洲政府制定的平均燃油效率(CAFE)標準和歐洲排放標準(EES)。為了減少對全球氣候造成不利影響的二氧化碳(CO2)排放，這些地區的汽車制造商正在集中精力生產具有復合材料的輕型汽車，以符合政府法規并提高汽車的燃油效率。

　　四、 高性能纖維及復合材料涉及行業

　　高性能纖維及制品制造：玻璃纖維及制品制造、高性能碳纖維及制品制造、石墨纖維制造、陶瓷纖維及制品制造、有機纖維制造、生物基化學纖維制造。

　　高性能纖維復合材料制造：高性能熱固性樹脂基復合材料制造、高性能熱塑性樹脂基復合材料制造。

　　其它高性能復合材料制造：金屬基復合材料制造、陶瓷基復合材料制造、碳碳復合材料制造、其它結構復合材料制造

　　五、 高性能纖維及復合材料部分相關企業

　　【五度易鏈】致力于通過繪制產業鏈全景圖，明確精準招商路徑，研究產業鏈各個環節的企業分布情況。依據產業鏈現狀，分析重點產品上下游及配套環節，摸清家底，剖析產業鏈、提取價值鏈，變“地毯式招商”為“地圖式招商”，讓招商引資工作更有方向性、針對性、實效性。

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