碳纖維複合材料是一種由碳纖維和基體材料組成的先進結構材料。碳纖維具有質量輕、高強度和高剛性的特性，而基體材料通常為聚合物樹脂，如環氧樹脂。這些材料相互作用，形成了一種性能優越且應用廣泛的複合材料。碳纖維複合材料的優點包括：質量輕、高強度、高剛性、抗腐蝕、高溫穩定性、設計靈活性、高電絕緣性和環保性。
根據Global Market Insights報告，預計2022年至2030年將以6%的年複合增長率增長，主要應用於航空、風能和汽車領域，如圖1所示。隨著這些產業的發展，碳纖維的市場需求也在不斷增加。此外，碳纖維在建築和基礎設施領域也具有很大的潛力，可以用於製造強化材料，增加結構的安全性和耐久性。
圖1 碳纖複合材料市場（資料來源：Global market insights）
碳纖複合材料可以分為熱固性和熱塑性兩種類型。熱固性碳纖複合材料是由碳纖維增強物質和熱固性樹脂（如環氧樹脂）組成的。這種材料在製造過程中需要加熱固化，因此製程比較複雜和耗時。一旦固化，熱固性材料就不可再加工或重新塑造，這限制了其可塑性。熱塑性碳纖複合材料是由碳纖維增強物質和熱塑性聚合物（如PP或PA6）組成的。這種材料在受熱後可以變軟並重新塑造，具有再加工和可回收的能力，這有助於減少廢棄物和資源浪費。此外，熱塑性碳纖複合材料也比較容易塑型，適合需要特殊形狀的應用。隨著市場對於回收與減碳的需求，熱塑碳纖在未來市場成長趨勢可期，依據Profshare market research報告，碳纖熱塑複合材料市場規模將從2019年35億美元預計到2027年達到85億美元，複合年增長率為11.4%，如圖2。
圖2 熱塑碳纖市場規模預估（資料來源：Profshare market research）
碳纖維近年來應用於交通載具有越來越廣泛的趨勢，早期應用於航空產業，使用碳纖維可以減輕機身的重量，提高燃油效率，同時具有足夠的機械強度和結構穩定性。碳纖應用於飛機機身結構、機翼和尾翼、起落架、飛機推進系統、內部組件，如座椅框架、內飾板、飛機的內部裝潢等。波音777X系列和787型飛機，機身複合材料的用量都達到了50%。波音777X飛機的主翼由碳纖複材製成，其翼展長約72 m。碳纖複材機翼不僅強度高、柔性好，且末端可折疊，同時可滿足機場的停機需求。
車輛製造業如BMW、保時捷等國際大廠也紛紛投資了碳纖維成型設備來用於生產，此一行徑也將加速碳纖維製程邁入自動化的技術開發，相關零組件生產商，也都競相投入複合材料製作開發。BMW汽車7系列中，在B柱、車頂縱梁/前橫樑、門檻梁、中央通道及C柱採用了碳纖維與高強鋼結合的方式，來強化車身剛性並減少整體重量，不但可以增強車輛安全性，更可以降低能源消耗。Mercedes-Benz將碳纖維複合材質大量運用在車體前段、座艙、車門與後段等車身結構上，僅引擎室與懸吊結構保留鋁合金材質，在車體技術上運用高強度碳纖維複合材料，將分別比起運用鋁合金與鋼材達到減重30%與 50%的輕量化效益。
中國產業概況：
根據產業專家表示，近來中國的碳纖維行業有望迎來爆發式增長，有以下因素：
1. 有利政策出台
2023年以來，低空經濟相關政策頻繁出台。目前深圳、珠海、合肥、蕪湖、蘇州等城市已經制定實施方案，產業發展有望加速。在政策推動下，低空經濟發展加速。碳纖維複合材料因質量輕、高強度等特點成為無人機主力結構件材料。其中，eVTOL作為低空經濟的重要載體之一，其主流的設計方案均採用碳纖維作為主要機身結構材料。
根據德邦證券測算，單台eVTOL對碳纖維的需求在100公斤至400公斤之間，有望拉動千噸級需求。中信證券研報顯示，低空經濟產業鏈長、輻射範圍廣，上遊主要為構建各類低空產品的原材料，包括金屬原材料、特種橡膠與高分子材料等。隨著碳纖維複合材料性能的不斷提升和成本降低，預計未來碳纖維將在更多行業發揮關鍵作用，特別是在輕量化和環保方面的需求將推動碳纖維應用進一步增長。
2. 大量資金湧入
根據《2023年全球碳纖維複合材料市場報告》，2023年，中國碳纖維運行產能為14.08萬噸，比去年增長25.7%。進入2024年，國內碳纖維產能持續增長。據百川盈孚統計，今年一季度中國碳纖維新增產能6800噸/年，同比增長33.4%，環比增長5.66%。
光威覆材董事長盧釗鈞認為，低端碳纖維材料很快將進入紅海市場。「作為頭部企業，破局之路的關鍵在於全產業鏈布局及產品質量提升。」
3. 市場前景看好
面對低空經濟帶來的巨大市場前景，國內碳纖維產業繼續擴張。「近期，碳纖維國產化方面取得顯著進展，尤其是在高性能碳纖維領域。隨著國內技術突破和產能擴張，國產碳纖維會逐漸替代進口產品，市場認可度將進一步提升。」業內專家表示。中商產業研究院預計，2024年中國碳纖維市場規模將達到171.4億元。隨著中國碳纖維產業崛起，實現自主可控。
在輕量化、材料強度、模量等方面，碳纖維複合材料較傳統合金及其他覆合材料具備明顯優勢。前期市場拓展相對受限於價格較高，隨著碳纖維成本降低，其應用領域將進一步拓寬。