打破技术封锁，国产碳纤维要走中国特色自主创新道路

1978年，改革开放的春风吹进了中华大地，2018年，改革开放的春风已吹遍中华大地的每个角落。

从上面这些物品中我们能够从中发现生活的巨大变化，从衣着服饰到高精尖产品，每一步的发展都离不开碳纤维。碳纤维具有高强高模、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、耐湿、密度小、蠕变小、导电传热、热膨胀系数低等优点，既可作为结构材料承负载荷，也可作为功能材料发挥作用。

我国碳纤维工业的起步可以追溯到1962年，2005年，我国碳纤维行业仅有10家企业，产能之和占全球总产能的1%；2008年，以国有企业为主的大量工业企业涌入碳纤维行业，但大多数企业在一些关键技术上无法突破，生产线运行及产品质量极不稳定，导致“有产能，无产量”的现象出现；2010年，国内碳纤维生产能力仅占世界高性能碳纤维总产量的0.4%左右，碳纤维需求严重依赖进口。

但在最近几年中，碳纤维工业得到了快速发展，相关研究工作也在如火如荼地进展当中，例如中复神鹰公司经过一年的研究，成功向世界推出SYM40(M40级别)碳纤维产品。

尽管如此，但我国在碳纤维的制备等方面突出问题还是存在，并且长期得不到解决。

美日垄断

对比2011-2015年碳纤维企业排名，可以发现，日本和美国企业一直遥遥领先，而中国企业与美日相比还是存在较大差距。

2017年全球碳纤维理论产能14.71万吨，其中美国碳纤维理论产能3.86万吨，日本2.72万吨，排名全球前二，两国累计占全球产能的45%。日本东丽目前是世界上第一大碳纤维生产商，在小丝束碳纤维领域，日本东丽占据全球26%的市场份额，2017年营业收入达1302亿元。在大丝束碳纤维领域，美国赫氏公司占全球58%，产品应用在F-22、F-35、空客A350等知名航空装备。

美日等国家碳纤维主要在航空航天、国防等工业方面应用，而我国碳纤维应用领域虽然也每年增加并朝着国防、军工航空航天等方面发展，但下游消费领域还是以文体休闲产品和工业应用为主，2010年我国碳纤维及制品进口量为10.966kt，体育休闲占进口量的64.5%，工业领域占进口量的20.9%，而航空航天只占进口量的0.6%，其他占进口量的14%，增幅较大的是风力发电叶片、气瓶、船艇、机械配件等。

突破技术瓶颈

日本东丽公司通过突破碳化工艺，使碳纤维强度和模量同时提升10%以上，率先达到了第三代碳纤维的技术要求。东丽利用传统的PAN溶液纺丝技术，精细控制碳化过程，在纳米尺度上改善碳纤维的微结构，对碳化后纤维中石墨微晶取向、微晶尺寸、缺陷等进行控制，从而使强度和弹性模量都得到大幅提升。

美国佐治亚理工学院研究小组通过突破原丝制备工艺，在保持碳纤维高强度同时，弹性模量提升28%以上。2015年7月，该研究小组利用创新的PAN基碳纤维凝胶纺丝技术，将碳纤维拉伸强度提升至5.5～5.8GPa，拉伸弹性模量达354～375GPa。虽然拉伸强度和IM7相当，但弹性模量实现了28%～36%的大幅提升。这表明美国已经具备了第三代碳纤维产品的自主研发实力。

技术装备封锁

碳纤维是军民两用材料，属于技术密集型和敏感的关键材料，一直被以日本东丽为首的西方国家实施禁运和技术封锁。中国对碳纤维的研究开始于1960年代，80年代开始研究高强度碳纤维，虽然取得了一定的成果，但被外界认为进展缓慢，加上核心技术、关键设备长期被日本、美国和西欧国家垄断，使得中国在这个领域遭到打压，以致于落后了几十年。

例如，在装备制造上，石墨化炉是制备高强高模碳纤维需要的设备，石墨化炉温度要求达到2800℃以上，但国内受炉体原材料限制导致高温装备性能不稳定，而且这些材料国外对我们是禁运的。

我国碳纤维发展问题

一是基础尚较薄弱，碳纤维是技术含量极高的材料分支，它的技术和工艺包括了原液聚合到纺丝到预氧化碳化等复杂工序，既要解决原理性的科学问题，又要解决难度极大的关键技术和工程问题。中国还没深入全面掌握核心技术，在质量上还有较大的提升空间，研发和生产装备对外仍有相当依赖。

二是不同程度存在材料本身研发与应用脱节，存在不敢用和不会用的问题，其他领域的应用上喊得多、用得少。

三是在质量控制和成本方面与碳纤维强国仍有差距等。

总结：

为使碳纤维及其复合材料真正成为军民两用材料，成为碳纤维强国，我们仍需努力。应加强对碳纤维进行战略规划，使其按市场规律有序发展；重视人才培养，加强技术基础研究，寻找新的发展动力；在质量上下功夫，确保其性能的稳定性，通过自主创新，发展新技术和新的制造装备，着实拓展其应用领域，提高其性价比和国际竞争力。尽快制订碳纤维发展的整体规划，加强建立重点产业基地、发挥区域合作优势、建立评价和认证机构打破技术封锁，国产碳纤维要走中国特色自主创新道路。

参考文章：

化工行业：全球碳纤维需求保持稳定增长

戎光道.我国碳纤维产业发展现状及建议,合成纤维工业，2013,36（2）：41

纪念师昌绪诞辰百年：师昌绪先生和中国的碳纤维发展

2017年中国碳纤维产能产量现状及发展前景预测

碳纤维40年：国际封锁下的艰难攻关

本文封面图来源于图虫创意