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中国标签碳纤维之路还有多远？

我国研制生产高性能碳纤维的技术有3项关键技术没有很好过关：一是聚丙烯腈原丝；二是碳化工程化技术；三是表面处理技术。虽然经过了一段时期的发展，但是与国外的技术水平还存在一定的差距：

碳纤维应用现状

2004年，由于飞机及能源工业对碳纤维的需求急剧增长，致使全球碳纤维紧缺，国内所需的碳纤维日益供不应求，愈是在这种时候，愈是引起人们对国产碳纤维的期盼，过去不被看好，不特别愿意使用的碳纤维，此刻有了发挥作用的机会，最近用大约500kg国产碳纤维，在规模化生产预浸料的设备上制备了近4000平方米预浸料，测试了有关性能，并用于制成体育休闲用品和工业部件。

目前，碳纤维主要是制成碳纤维增强塑料这种复合材料来应用碳纤维是一种纤维状碳材料。它是一种强度比钢的大、密度比铝的小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又能像铜那样导电，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料。用碳纤维与塑料制成的复合材料所做的飞机不但轻巧，而且消耗动力少，推力大，噪音小；用碳纤维制电子计算机的磁盘，能提高计算机的储存量和运算速度；用碳纤维增强塑料来制造卫星和火箭等宇宙飞行器，机械强度高，质量小，可节约大量的燃料。

Zoltek公司生产的碳纤维线轴-用于CFRP零部件生产

1999年发生在南联盟科索沃的战争中，北约使用石墨炸弹破坏了南联盟大部分电力供应，其原理就是产生了覆盖大范围地区的碳纤维云，这些导电性纤维使供电系统短路。 目前，人们还不能直接用碳或石墨来抽成碳纤维，只能采用一些含碳的有机纤维（如尼龙丝、腈纶丝、人造丝等）做原料，将有机纤维跟塑料树脂结合在一起，放在稀有气体的气氛中，在一定压强下强热炭化而成 碳纤维是纤维状的碳材料，其化学组成中含碳量在90%以上。由于碳的单质在高温下不能熔化（在3800K以上升华），而在各种溶剂中都不溶解，所以迄今无法用碳的单质来制碳纤这类材料的独特性能还能用于管道系统、大型输油管道线路、集装箱和机场雷达罩维。

碳纤维可通过高分子有机纤维的固相碳化或低分子烃类的气相热解来制取。目前世界上产生的销售的碳纤维绝大部分都是用聚丙烯腈纤维的固相碳化制得的。

对于西格里集团的滑翔机来说-CFRP提供的强度和刚度是至关重要的

目前，碳纤维主要是制成碳纤维增强塑料来应用。这种增强塑料比钢、玻璃钢更优越，用途非常广泛，如制造火箭、宇宙飞船等重要材料；制造喷气式发动机；制造耐腐蚀化工设备等。 羽毛球：现在大部分羽毛球拍杆由碳纤维制成。

国产碳纤维存在的主要问题

我国我国研制生产高性能碳纤维的技术有3项关键技术没有很好过关：一是聚丙烯腈原丝；二是碳化工程化技术；三是表面处理技术。虽然经过了一段时期的发展，但是与国外的技术水平还存在一定的差距：

(1) PAN原丝质量不过关，规格低。国产PAN碳纤维原丝在生产过程中大部分采用民用腈纶原液，杂质含量较高，质量稳定性差，变异系数大，毛丝断头多，分纤性差以及油剂等问题，不能制得高质量的原丝。

(2)大部分国产碳纤维未经过表面处理，制成复合材料层间剪切强度偏低。没有经过表面处理的国产碳纤维不能用作高性能要求的先进复合材料增强体，也不能在航空、航天等国防部门中用来制作主承力构件。

(3)尚未形成经济规模，价格太贵，成本组成不合理。国产碳纤维目前售价太高，远比国外进口的价格要高。我国碳纤维之所以价格昂贵，有很多不合理因素。如成本结构存在问题，据我国某碳纤维厂对碳纤维成本的粗略统计，原丝费用约占碳纤维成本的25 %，而车间费用约占碳纤维成本的44 %。

这款西格里集团生产的碳纤维工业部件-比金属具有更好的强度和更轻的重量

(4)品种单一、规格单一，碳纤维来源大部分依赖于进口。根据不同行业、男士睡衣不同产品、不同零部件的不同需求，希望能采用不同类别、不同品种、不同规格的碳纤维。除了供结构材料使用的碳纤维，还希望有供功能材料使用的碳纤维，而我国目前碳纤维只有相当于T 300的一个品种。

这款预成型坯使用的GFM公司胶黏剂-将碳纤维与玻璃纤维有效结合

(5) PAN基碳纤维质量低。国产PAN基碳纤维性能指标仅能达到或接近T300的水平，而国外T300以逐渐为强度高达4900MPa、模量高达320 GPa的T700所取代，还发展了高强高模量的M-J系列碳纤维产品。

(6) 缺乏核心技术

由于碳纤维神秘的面纱尚未揭开，人们现在还不能直接用碳或石墨来制取，只能采用一些含碳的有机纤维(如尼龙丝、晴纶丝、人造丝等)为原料，将有机纤维跟塑料树脂结合在一起炭化制得碳纤维。根据原料及生产方式不同，碳纤维主要分塑料薄膜及橡胶、电线电缆、钢材、玻纤维等材料的各种物理机械性能测验为材料开发为聚丙烯腈(PAN)基碳纤维、沥青基碳纤维、黏胶基碳纤维等。

据了解，目前全球碳纤维产能约3．5万吨，我国市场年需求量6500吨左右，属于碳纤维消费大国。但我国碳纤维2007年产能仅200吨左右，而且主要是低性能产品，没有形成规模化产业，绝大部分依赖进口，价格非常昂贵，比如标准型T300市场价格曾高达元／千克。由于缺少具有自主知识产权的技术支撑，国内企业目前尚未掌握完整的碳纤维核心关键技术。我国碳纤维的质电源线量、技术和生产规模与国外差距很大，其中高性能碳纤维技术更是被西方国家垄断和封锁。

据业内人士介绍，从技术研发到产业化难度更大，因此碳纤维要真正实现国产化需要一个漫长的过程。由于市场短缺，近年来国内出现了 碳纤维热 ，众多科研院所和企业纷纷启动了碳纤维研究或于吨级产业化项目。但专家指出，虽然当前国内市场对碳纤维产品需求较大，但盲目发展存在很大风险，这些干吨级项目实施几年以后市场出现过剩将成为必然。

(7) 国产化是关键

国家发展改革委于年组织实施高性能纤维复合材料高技术产业化专项，重点支持碳纤维、芳纶纤维、切书机高强聚乙烯纤维及其高性能复合材料的生产技术及关键装备的产业化示范，以满足国民经济以及航空航天等高技术产业发展的需求，培育一批具有国际竞争力的龙头企业。

在高性能碳纤维复合材料项目中，国家将重点支持干吨级高性能碳纤维和聚丙烯腈原丝生产工艺技术，预氧化炉、碳化炉等大型关键设备制造，纺丝油剂、碳纤维上浆剂、预浸料等重要辅助材料开发，以及高性能树脂基体材料开发、高性能碳纤维复合材料应用技术的产业化等；制定和完善高性能碳纤维生产、产品和应用的相关标准。

要真正实现这一目标，业内专家建议，我国应加强规划引导、整合，积极开展多学科交叉研究，联合攻关碳纤维技术，把PAN原丝研发放在首位7眼科药物载体(Ophthalmicdrugcarriers)，坚持产业化和研发两条战线布局，在国产碳纤维的核心关，键技术和装备上有所突破。材料、化工、装备等领域应抓住建造国产大飞机的契机，建立符合国际规范的中国碳纤维标准和技术体系，为将来国产大飞机应用做好准备。

尽管国内产业化的装备技术水平还较为低下，但是目前国内各方面对碳纤维重要性的认知越来越深入，依靠科学的指导，我国碳纤维产业化发展必将迎来一个快速发展的时期，中国碳纤维会在不久的金属环将来令世界刮目相看。

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