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(辽宁天维纺织研究建筑设计集团有限公司)
摘要：本文介绍以聚丙烯腈为原料经高温碳化制成碳纤维及其复合材料在我国的发展与应用，评述与国际先进水平存在的差距，以及未来的发展方向。 齐世荣关键词：聚丙烯腈基；干湿法；碳化；高模量
按力学性能，可将碳纤维分为高模量、超高模量、高强度和超高强度四种碳纤维；按用途则可分为宇航级小丝束碳纤维和工业级大丝束碳纤维。其中小丝柬以l K、3K、6K (1K为1000根长丝)为主，现逐渐扩展到12K和24K；而大丝柬是指48K、60K、120K、360K和480K等。
碳纤维不仅可以单独使用，在大多数情况下还能与橡胶、塑料、金属、水泥、陶瓷等制成高性能的复合材料。该复合材料具有轻质、高强、耐高温、耐疲劳、抗腐蚀、导电、导热等优良性能，尤其在现代工业领域已得到广泛应用。 多媒体教室中控系统>生态系统理论
我国自20世纪60年代开始进行碳纤维的研发与生产，国家制定的“863”、“973”等计划都将高性能碳纤维列入重点科技攻关项目，并取得了明显的成绩。
T300碳纤维产品已实现了全流程国产化，T700与T800碳纤维正开始进入规模化生产或小试阶段，并在研发更高性能的碳纤维、所属材料的制备和关键设备的制造方面，实现了部分技术突破。近年来，全国各科研院所和企业先后做了大量理论研究和实际应用，生产出一系列性能指标较高的碳纤维及碳纤维复合材料制品，也取得了较为成熟的设计方法和施工经验，为该领域的进一步研发创造了有利条件。
现奎'国内已先后建成或正在筹建的碳纤维生产及复合材料等相关企业有四十余家，其中多家企业已具规模。
江苏恒神纤维材料有限公司在2011年拥有自主知识产权的千吨级全自动碳纤维生产线，建成投产产品也从T300迈向T700等更高领域。目前已有年产2000吨碳纤维的能力，规划2014年产能达6000吨／年。
沈阳中恒新材料公司力主开发高性能碳纤维项目，计划用5年的时间，建成年产1．25万吨聚丙烯腈基碳纤维原丝项目、5000吨碳纤维项目的碳纤维产业基地。目前，已实现年产1500吨国产化高性能聚丙烯腈原丝、500吨T700碳纤维生产线投产目标。
安徽华皖集团建成500吨／年PA N原丝和200吨／年碳纤维生产线，产品以12K的T300级碳纤维为主，并引进成熟的预浸料生产线，实现年产200吨聚丙烯腈基碳纤维及500吨原丝。
河南永煤碳纤维有限公司千吨级聚丙烯腈基碳纤维项目一期500吨／年高性能T300碳纤维产业化工程，于2010年12月28日建成。二期100吨／年T700高性能纤维示范工程，已于2011年年底建成。
吉林化纤集团年产5000吨碳纤维原丝生产线达到T700级水平。
山西榆次化纤厂拟建成年产3000吨级T300、1000吨级
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T700碳纤维原丝生产线，进而达到万吨级原丝和千吨级高性能碳丝生产能力，形成碳纤维原丝、碳化、复合制品的完整产业链，建成国家级高性能碳纤维产业化基地。
吉林中钢集团吉林炭素股份有限公司在江城建设的一期500吨碳纤维项目，可以达到正常盈利水平。产品主要有12K T300级小丝束碳纤维，二期1500吨碳纤维，使之达到碳纤维年产2000吨，成为国内重要的碳纤维生产基地。
广东省广州金发科技股份有限公司的高性能P A N(聚丙烯腈)碳纤维项目在2012年底试车投产，至201
3年前实现生产高性能碳纤维2000吨的产业规模。此外，公司还着手打造万吨级高性能碳纤维复合材料产业基地建设，使之成为全国最大的碳纤维复台讨料生产基地。
大连兴科碳纤维有限公司瞄准国家电网碳纤维复合芯的市场出口，现正在建设的碳纤维项目年产10000吨。其中计划—期项目预计投产后产量为4000～6000吨。在2007年，已独立设计完成具有国际水准的单线产能千吨级碳纤维生产线。
江苏神鹰碳纤维有限公司完成了对干喷湿纺工艺的攻
中国产业用纺织品行业协会w vv眦cn．岫．o咱．cn 关，实现了对整条生产连贯运行，连续纺丝。2010年碳纤维综合产能为1200吨，2011年又新投产了2000吨产能，目前已经形成3200吨的碳纤维生产能力。现今已向市场月供50吨以上的T700级碳纤维，计划2013年每月将有150吨的T700级碳纤维供应国内市场。中复神鹰目前也是中国最大的碳纤维生产企业之一。国内还有许多正在规划和在建企业。
2碳纤维的国际发展情况
随着碳纤维在汽车、各种机械设备、航空航天领域应用量的迅速增长，在碳纤维需求量方面，2010年航空航天业用量为6390吨，预计到2014年将增至11550吨；2010年消费品和娱乐业用量为7000吨，
预计到2014年将增至8840吨；2010年能源和工业用量为25850吨，预计到2014年将增至58870吨；预计未来碳纤维在各领域的需求将快速增长，其发展态势将会延续较长时间。预计到2015年的全球碳纤维消费量将达到70000吨，年均复合增长率达9．37％。到2020年，日本生产的碳纤维产量将占世界总产量的25％，美国占
28％，欧洲占28％，中国占9％，其他地区占10％。
由于碳纤维的生产工艺复杂、技术含量较高，全球碳纤维产能仍主要集中在日本和美国等企业。日本的T or av、T oho、M i t subi shi R ayon以生产PA N基小丝束(S24K)碳纤维为主，2010年三者产能之和占小丝束总产能的69．3％。其中T or ay为世界最大的碳纤维生产企业，其产能为1．79万吨。美国的Zol t ek公司以生产PA N基大丝束(>24K)碳纤维为主，20l O年其产能占大丝柬总产能的54．1％。
互教通目前，这些发达国家和地区已在各领域开发或正在研发许多新产品：英国剑桥大学最近研发出一种新型碳纤维，由数以百万计的极小纳米碳管制成，号称是全世界最强的人造纤维，未来可制成超强防弹衣，其强度与硬度比起目前用在防弹衣上的纤维要高出好几倍，而目．可织成超强的护体盔甲，供军警使用。英国由三家公司组成的联合体已开发出一种性能可与原始碳纤维相匹敌，但成本较低，是回收碳纤维制成的新型纱织织物。这些材料是最近该联合体决定启动的一项纤维回收合作计划的产物。该计划是将回收废弃碳纤维与聚对苯二甲酸乙二醇酯等树脂混合，制备成不同形式的材料。它能服务
于若干工业领域，包括汽车、航空航天以及工业界。尽管这些新纤维及织物与原始纤维几乎刚度相同，但其采用的原料成本远低于原始纤维或织物。
美国的Z oI t e k公司近年来不断创新，特别是在风能叶片等产业用领域寻求新发展。美国科学家还研制出一种新式碳纤维锂空气电池，其能量密度是现在广泛应用于手机、汽车中可充电锂离子电池的4倍，制造出的碳纤维电极比其他碳电极拥有更多孔隙。因而，当电池放电时，有更多孔隙来存储固体氧化锂。
当前国际碳纤维的研究最高水平已达到T1200，而这项技术只有日本掌握。日本东丽公司作为碳纤维行业的先行者，为确保领先地位，计划投资占全球碳纤维生产总投资的33％；日本东邦T c nax公司在日本本土、欧洲和美国也都投入了碳纤维工厂的建设，约占其全球产能总投资的20％。
3碳纤维复合材料的开发
在航空领域，人造卫星、军用飞机与民用飞机，均要求采用大量轻质、高比强、高比模的新型材料，而其主要的目标将指向碳纤维增强树脂基复合材料。飞机的关键结构部件，如翼梁、水平面、机身梁、操纵面以及其他承受高载荷的结构件均可用碳纤维／环氧树脂复合材料制成；其他大部分结构如机身及机翼蒙皮等则采用玻璃纤维／环氧树脂复合材料制成。
机器人巡检
大尺寸风电叶片的关键部位都须要用碳纤维复合材料，特别是海上风力发电全部是大功率的，估计一组叶片需要用碳纤维复合材料几百到上千千克。
高压输电方面，碳纤维主要用来生产碳纤维复合材料缆芯，可有效减少输电线下垂产生涡流导致的电流损耗，从而降低塔架密度和强度。碳纤维用量约70千克／千米，按我国每年新增输电线路100万千米、老化改造线路约20万千米计算，应用前景广阔。
在汽车工业方面，在各项刚性指标不变的前提下’推进汽车轻量化以降低油耗及机动性是汽车工业发展的主题，而碳纤维复合材料是最理想的以塑代钢的绝佳材料。
利用经碳纤维强化后所具有的质量轻、强度高特性，能够实现电子产品机壳所要求的耐久性和轻量性。同时，借助导电性出的镀镍碳纤维，还可实现高电磁波屏蔽性能，还有许多高尖端领域有待我们去进一步发掘。
我国在复合材料制备方面主要是设备比较落后，在复合材料制备和成型装备制造方面开展工作很有必要，而制备工艺成本占复材总成本的比例较大，重点要解决部件连接、整体成型、连续化成型、高效率成型等低成本技术问题，以达到满足可靠性和降低成本的目标，为中国制造走向中国创造打下坚实基础。在具体开展工作方面，碳纤维产业化第一步是实现碳纤维及复合材料规模化研制生产；第二步是实现碳纤维及复合材料的普遍应用，完成“材料革命”技术升级的任务。当前，中国碳纤维产业化还
很难，复合材料的应用就更艰难了。为了加快发展中国碳纤维和复合材料事业、赶超世界先进水平，我们需加强合作，集中技术优势，不懈努力，为我国的碳纤维事业在该领域早日步入世界前列作出贡献。
据中投顾问发布的《20l l~20l5年中国碳纤维市场投资分析及前景预测报告》显示，我国预计到2015年，碳纤维产能达到1．2万吨，基本满足航空航天、风力发电、运输装备等需求。实现这个目标的难度并不大，因为目前的产能已超过l 万吨，只是有些企业正处在调试或试生产阶段，到时将能满足需求。
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