在航空航天、新能源汽车、高端装备制造等战略性新兴产业领域,碳纤维因轻量化、高强度特性,成为推动产业升级的关键材料。广泛用于航空航天、新能源、体育用品等领域。其分类直接关联性能与用途,以下从三大核心维度解析主流分类标准。
一、按原料来源划分
目前全球商业化生产的碳纤维,主要依据原料来源分为三大类,不同原料路线决定了材料的基础性能与成本结构。
1.PAN基碳纤维是当前市场的绝对主力,占全球总产量的90%以上。其以聚丙烯腈(PAN)为原料,经纺丝、预氧化、碳化等工艺制成,具有高强度、高模量的均衡特性,且生产工艺成熟可控,广泛应用于风电叶片、体育用品、压力容器等领域。
2.沥青基碳纤维则以煤沥青或石油沥青为原料,分为各向同性与各向异性两类。其中各向异性沥青基碳纤维具有超高模量特性,导热系数是PAN基材料的3~5倍,用于卫星散热、精密电子等高端领域,产能较少。
3.粘胶基碳纤维是历史最悠久的品类,以粘胶纤维为原料制成,具有优异的耐高温性与耐腐蚀性,其主要应用于防火服、高温过滤材料等特殊领域,但因其强度偏低、生产周期长,当前市场份额不足5%。
二、按性能指标分级
通常根据拉伸强度(σ)和弹性模量(E)将碳纤维划分为不同等级。
1.通用级碳纤维是成本低、产量大,主要用于体育休闲用品、建筑加固材料以及普通压力容器。这类产品对性能要求相对宽松,生产工艺门槛较低,国内多数中小型碳纤维企业均以生产通用级产品为主。
2.高性能碳纤维又细分为中强中模、高强中模、高强高模等多个细分品类。其中高强中模碳纤维是航空航天领域的核心材料,用于制造飞机机身、机翼蒙皮等承力结构件,目前国际主流机型的碳纤维用量已占机身重量的20%-50%。而高强高模碳纤维则主要用于导弹弹体、火箭发动机壳体等极端环境下的结构件,技术壁垒极高,全球仅少数企业能够量产。
三、按丝束数量分类
碳纤维丝束数量是指每束纤维包含的单丝根数,是决定材料加工方式与应用领域的另一重要指标,行业内通常将丝束数量≥48K的产品称为大丝束碳纤维,<48K的称为小丝束碳纤维。
1.小丝束碳纤维(主要为1K、3K、6K、12K)具有丝束均匀性好、可编织性强的特点,适合制造复杂形状的构件,如航空航天领域的一体化结构件、高端医疗器械的精密部件等。但由于单丝根数少,生产效率较低,成本相对较高。
2.大丝束碳纤维(主要为48K、60K、120K)则凭借生产效率高、单位成本低的优势,成为工业领域规模化应用的首选。在风电叶片领域,60K、120K大丝束碳纤维已成为主流,能够大幅降低叶片制造成本;在新能源汽车领域,大丝束碳纤维制成的复合材料部件,可实现车身减重30%以上,同时提升碰撞安全性。
综上,碳纤维从原料、性能、丝束数量三大核心维度可清晰划分品类,明确的分类体系不仅帮助下游企业精准匹配材料与场景,也为上游技术研发提供方向,随着应用拓展,未来碳纤维分类将更精细化,进一步推动产业适配多元定制需求。