碳纤维预浸料的使用场景和主流制备工艺详解

一、行业发展概况

碳纤维预浸料作为碳纤维增强复合材料的核心中间载体，通过碳纤维增强体与树脂基体的精准复合，将碳纤维高比强度、轻量化的特性与树脂的成型性、功能性深度融合，成为高端制造领域实现性能突破的关键材料。在国家新材料战略和 “双碳” 目标双重驱动下，我国碳纤维预浸料行业进入加速发展阶段，已形成从技术研发到规模化生产的完整产业体系。

政策层面，《“十四五” 原材料工业发展规划》《重点新材料首批次应用示范指导目录》等国家级文件明确将高性能碳纤维及其预浸料列为重点发展方向，多地政府配套出台研发补贴、首台套保险、产业园区建设等扶持政策。当前行业呈现 “技术追赶 + 政策驱动 + 需求牵引” 的发展特征。

二、碳纤维预浸料的制备方式

碳纤维预浸料的制备核心是实现碳纤维与树脂基体的均匀复合，通过精准控制工艺参数确保纤维取向、树脂含量及界面结合力的稳定性，其制备技术路线可按树脂类型和工艺方式分为不同类别。

（一）核心分类体系

按树脂基体类型，预浸料可分为热固性和热塑性两大类，其中热固性预浸料为当前主流产品，热塑性预浸料因可回收性成为发展热点；按纤维排列方式，可分为单向纤维预浸料（UD，适用于单向承力场景）和纤维织物预浸料（适用于双向承力场景）；按制备工艺，主要分为树脂溶液法和树脂热熔法，后者占市场主导地位。

（二）主流制备工艺详解

1. 树脂溶液法

该工艺主要适用于织物预浸料制备，核心流程为将树脂溶解于特定溶剂形成树脂溶液，通过浸渍槽使碳纤维织物充分浸润，随后经烘干去除溶剂，得到含预定树脂含量的预浸料。其优势在于设备投资较低、纤维浸润性好，适用于小批量生产或特殊树脂体系；但存在溶剂挥发污染环境、树脂含量控制精度有限、生产效率较低等不足，且需配套环保处理设备满足工信部《碳纤维行业规范条件（2023 年本）》要求。

2. 树脂热熔法

作为当前主流制备工艺，热熔法无需溶剂，通过树脂熔融与碳纤维复合，具有环保、高效、树脂含量控制精准等优势，可分为一步法和两步法两种技术路线。

一步法工艺直接将熔融树脂与碳纤维在线复合，通过精确控制树脂熔融温度（如 PA6 基体需 250-280℃）、辊压压力（5-10MPa）和牵引速度，实现树脂对碳纤维的均匀包裹。该工艺流程短、生产效率高，适合连续化大规模生产，产品厚度公差可控制在 ±10μm 以内，满足汽车、风电等批量应用领域需求。

两步法工艺先通过挤出机制备均匀的树脂膜，再将树脂膜与碳纤维在加热辊压设备中复合，使树脂熔融浸润纤维。该工艺可精准控制树脂含量（误差 ±1%），纤维体积分数控制精度达 ±1%，干斑率低于 0.1%，适用于航空航天等高端场景。以上海联净电磁感应加热辊为例，其温度精度达 ±1℃，机械精度 0.005mm，可生产厚度公差≤±5μm 的高端预浸料，满足航空级产品孔隙率低于 1% 的要求。

3. 关键工艺控制要点

辊压工序是制备核心，通过加热钢辊对压实现树脂均匀分布，需根据碳纤维类型和树脂性能调整辊压压力、温度和速度；树脂体系适配性直接影响产品性能，如航空级预浸料需选用双酚 A 型环氧 + 芳香胺固化剂体系，引入纳米 SiO₂改性提升耐高温性；质量控制需符合行业规范，确保预浸料厚度一致性、树脂含量均匀性及无气泡、干斑等缺陷，其中纤维体积分数、干斑率等指标需通过在线检测设备实时监控。

（三）工艺技术发展趋势

当前制备工艺正朝着智能化、高效化、精准化方向发展，核心突破包括：采用激光在线监测技术，将纤维体积分数控制精度提升至 ±0.5%；开发电磁感应加热辊等高精度设备，优化温度场分布；推动浸渍工艺自动化，减少人为干预导致的性能波动；针对热塑性预浸料，完善预浸与辊压一体化工艺，提升生产效率与产品稳定性，契合汽车等产业规模化量产需求。

三、碳纤维预浸料的核心应用场景

碳纤维预浸料的应用核心在于 “场景化定制”，通过树脂体系配方、纤维浸润工艺与成型工艺的精准匹配，满足不同领域的工况需求，目前已广泛应用于航空航天、汽车、风电、无人机等高端制造领域，三大核心应用领域贡献超 70% 市场需求。

（一）航空航天领域：极致可靠性导向

航空航天是碳纤维预浸料的高端核心应用场景，主要用于机身蒙皮、机翼主梁、尾翼结构等主承力部件，需承受万米高空 - 55℃~120℃的温度剧变、高频气动载荷及雷击冲击，要求疲劳循环次数达 10⁷次无裂纹、界面剪切强度（IFSS）达 85MPa 以上。

该领域主要采用 T800 级及以上小丝束碳纤维单向预浸料，树脂体系选用双酚 A 型环氧 + 芳香胺固化剂，引入 3% 添加量的 50nm 纳米 SiO₂改性，使固化后玻璃化转变温度（Tg）提升至 180℃以上，弯曲模量达 140GPa，宽温域内强度保留率超 90%。成型工艺适配热压罐固化与自动纤维铺放（AFP）技术，如波音 787 机身桶段采用 T800 碳纤维预浸料，通过 AFP 工艺实现 12m 长段体一体化铺层，减少焊缝 80%，减重 30%；空客 A350 机翼蒙皮采用热压罐工艺（120—180℃、0.5—0.8MPa）固化，制品孔隙率控制在 0.1% 以下，拉伸强度达 1800MPa。

我国在该领域的国产化替代稳步推进，中复神鹰、光威复材等企业的航空级预浸料已通过相关验证，逐步应用于国产客机和航天装备，打破国际垄断。

（二）汽车轻量化领域：量产效率导向

在 “双碳” 目标推动下，汽车轻量化成为产业升级核心方向，碳纤维预浸料因减重效果显著（整车重量每降低 10%，续航里程提升 5%-10%），广泛应用于电池包上盖、底盘护板、车门内板、A 柱加强件等部件。该领域对预浸料的核心需求是低成本、短周期、可量产，同时需兼顾结构强度与环保性。

树脂体系方面，热塑性树脂（PP、PEEK 等）逐步替代传统热固性环氧，实现二次成型与回收利用，某车企采用碳纤维织物 / PP 预浸料制造电池包上盖，制品减重 40%，抗冲击强度达 50kJ/m²，废弃后可机械破碎再生，再生料性能保留率超 85%。工艺适配方面，高压树脂传递模塑（HP-RTM）、短切预浸料模塑等技术广泛应用，短切预浸料将 5-50mm 短切碳纤维重新定向排列，成型时间从 40 分钟压缩至 10 分钟，某车企应用该技术制造车门内板，成本从 1200 元降至 850 元，重量减轻 42%。

用材策略上采用 “梯度用材”，承力部位选用 T700 级连续碳纤维预浸料，非承力部位使用短切碳纤维与玄武岩纤维混杂预浸料，可降低 35% 碳纤维用量成本。目前新能源汽车电池盒体领域预浸料渗透率已突破 18%，HP-RTM 生产线年产能可达 10 万件，良品率提升至 92%，契合汽车规模化生产需求。

（三）风电领域：耐候性导向

风电产业的大型化、海上化趋势推动碳纤维预浸料需求增长，主要用于风电叶片蒙皮、主梁及前缘补强，需承受户外极端环境（紫外线、高湿度、盐雾侵蚀），确保 20 年服役周期内性能衰减低于 10%。

该领域预浸料采用乙烯基酯树脂 + 抗紫外助剂（如纳米 TiO₂）体系，经 1000h 紫外老化测试强度衰减 < 5%，5% NaCl 溶液 1000h 盐雾测试无明显腐蚀，完美适配海上风场环境。成型工艺以真空袋压为主，前后缘及叶根补强区采用玻璃纤维预浸料，中材叶片等企业率先试用中温固化玻璃纤维预浸料进行前缘补强，在保证性能的同时降低污染物排放。

针对叶片大型化趋势，预浸料适配自动铺带铺丝技术，主梁成型应用碳纤维预浸料较传统灌注工艺，拉伸模量和压缩强度提升 15%~20%，显著减少碳纤维用量。维斯塔斯等国际巨头在拉挤碳梁叶片中大量应用预浸料技术，推动碳纤维用量占风电复合材料总量的 80% 以上。

（四）无人机及其他领域：精准轻量化导向

无人机结构件（机身框架、机翼、电池包支架）对预浸料的核心需求是极致轻量化与高抗冲击性，重量减轻可直接提升续航里程与有效载荷，某 10kg 级工业无人机机身减重 0.7kg 后，续航延长 25%-30%。

消费级无人机采用 T300 级短切碳纤维 + 改性环氧预浸料，单件成本控制在 150-300 元，经 1.8 米跌落测试无破裂变形；工业级无人机选用 T700 级长丝碳纤维加高韧环氧预浸料，承力区域定向铺层，纤维体积分数控制在 55%-65%，拉伸强度≥500MPa，10 次振动循环测试后强度保留率≥90%；特种无人机采用耐高温树脂体系预浸料，适配极端作业环境。成型工艺以模压为主，单件加工周期 10-20 分钟，尺寸偏差≤±0.1mm，单条生产线日产能可达 500-1000 件。

此外，碳纤维预浸料还应用于高端运动器材（网球拍、自行车架）、轨道交通车体、氢能储罐等领域，其中光伏边框、氢能储罐等新兴场景需求激增，成为行业新的增长动力。

四、行业发展挑战与未来展望

（一）现存主要挑战

尽管我国碳纤维预浸料行业发展迅速，但仍面临高端产品结构性短缺问题，T800 及以上级别预浸料自给率仅 52%，航空主承力结构件用预浸料尚未完全通过适航认证；行业平均单线产能规模偏小，多数企业产线设计产能在 300-800 吨 / 年之间，相较于国际领先企业 2000 吨以上的单线规模，成本控制与连续化生产稳定性存在差距；环保与能耗约束日益严格，工信部要求新建预浸料项目单位产品综合能耗不高于 1.8 吨标煤 / 吨，部分高耗能小产能面临淘汰压力；核心专利布局不足，我国企业专利申请量占全球 34%，但核心专利授权率不足欧美企业的 60%。

（二）未来发展趋势

政策层面，随着《“十四五” 新材料产业发展规划》持续落地，长三角、粤港澳大湾区先进制造业集群政策加码，预浸料区域分布将更趋优化，形成多中心协同发展格局。技术层面，材料端将开发生物基树脂预浸料，降低碳足迹（某生物基体系使 VOC 挥发量降低 90%，碳足迹减少 73.2%）；工艺端将推动浸渍工艺智能化，提升参数控制精度；回收端将完善热塑性预浸料机械破碎、化学解聚等回收技术，提升再生料性能稳定性。

应用层面，预浸料将进一步打破应用壁垒，在商业航天、新能源储能、高端装备等领域实现突破；成本端随着国产化原丝产能释放、生产效率提升，标准级 T300 预浸料价格将持续下探，推动在更多民用领域的规模化应用。预计未来 5 年，我国碳纤维预浸料产能将持续扩张，高端产品自给率大幅提升，产业将实现从 “规模增长” 向 “高质量发展” 的转型。

五、结语

碳纤维预浸料作为高性能复合材料的核心中间体，其技术水平直接决定下游高端制造产业的发展高度。在国家政策引导、市场需求牵引与技术创新驱动下，我国碳纤维预浸料行业已实现从 “跟跑” 到 “并跑” 的跨越，在产能规模、应用场景拓展等方面取得显著成就。未来需聚焦高端产品研发、核心技术突破、绿色低碳生产等关键环节，补齐产业短板，提升国际竞争力，推动碳纤维预浸料产业高质量发展，为航空航天、新能源汽车、风电等战略性新兴产业提供核心材料支撑，助力 “双碳” 目标实现与制造业转型升级。