【环球报资讯】中国碳纤维再次实现突破！曾遭美日联合抵制，为何能够成功逆袭？

来源：Hi科普啦　2022-09-17 08:22:31

人类的工业技术往往是建立在坚硬的材料之上的。如果人类没能发明出钢铁，那人类连制造汽车都是件难事。而如果没有碳纤维，我们的生活将会缺少更多可以使用的工具。手机、汽车乃至飞机和航天设备都将遇到极大的困难。

(资料图片仅供参考)

而如此重要的材料技术曾经却长期控制在外国手中，直到今年8月，我国才实现了技术突破。

材料之王：碳纤维

碳纤维，就是一种由碳元素组成的纤维材料。

虽然，碳纤维和涤纶纤维一样，都是纤维材料，但不同的是，碳纤维中含有大量的碳元素，其占比甚至高达90％以上，无限接近钻石96％碳含量的门槛。

这些碳元素的存在，让碳纤维具备了耐高温、抗摩擦、导热及耐腐蚀的特性。

同时，由于碳纤维的原材料是腈纶和粘胶纤维，这让碳纤维不仅有着可比肩钻石的强度，还具备着纤维布料的柔韧性和薄细度。

具体来说，就是单根碳纤维的直径，可以细微到相当于一根头发丝的十到十二分之一，其重量也仅有钢丝的四分之一。

但就是如此一根“细丝”，它的强度却能达到铝合金的四倍以上，或是钢材的七到十倍之数。

这样巨大的“反差”，进而也就意味着碳纤维的运用前景，将变得极为宽广且不凡。

而事实也确实如此，就眼下社会而言，碳纤维已然在航天、航空的材料领域站稳了脚跟，无论是卫星、火箭，还是导弹和飞机，其中都有大量碳纤维材料的影子。

另外，碳纤维还一度下探到了民用领域，比如一众超级跑车的驾驶舱，就清一色的都是使用碳纤维作为原材料。

又或者是高级的运动器材，如球拍、自行车、滑雪板，甚至是钓鱼的鱼竿，在追求极致的轻量和质量双达标时，都会运用到碳纤维材料。

除此之外，碳纤维如今还在向着建材领域进军，比如用碳纤维材料对混凝土进行加固，或者用碳纤维材料制造风力发电机叶片等。

林林总总，我们不难发现，碳纤维在当今世界中，已经扮演了一个不可或缺的角色，是真正意义上的“材料之王”。

碳纤维的出现：“曲折离奇”

不过，如今的碳纤维虽然风光无限，但这种材料在刚出现时，其实是极不受人们待见的。

根据现有在册的资料来看，第一个发现碳纤维材料的人，就是有着“发明大王”之称的爱迪生。

当时，爱迪生为了能够让电灯亮度得到更大的提升，便使用各种材料制成灯丝，希望借此得出最适合充当灯丝的原材。

在这些材料中，就有着富含天然线性聚合物的椴树内皮、黄麻和马尼拉麻等纤维材料，爱迪生将这些材料裁剪成灯丝的形状大小，再使用高温烘烤。

极高的温度，使得一应纤维材料，开始出现碳化反应，进而演变成了一种新型的材料，而这便是碳纤维，由此我们也可得知，碳纤维的本质，就是被高温碳化的纤维材料。

不过，最早出现的碳纤维，由于材质结构的不稳定，它仅仅只能做到耐高温而已，但薄弱的材质，使其总是会发生碎裂、折断的情况，并最终导致电灯的寿命变短。

因此，爱迪生在随后一系列研究后，使用钨丝代替了碳纤维，让碳纤维开始淡出了人们的视野。

至于碳纤维的进一步研究，也因两次世界大战的发生，而不断向后推迟，甚至出现了停滞。

这一停滞持续了数十年，直到时间来到了二十世纪50年代，美当局为了能够在美苏太空冷战中获胜，投入了大量资金研究耐高温、强度大且轻量化的太空材料。

如此苛刻的材料要求，让一众材料学家迅速想到了碳纤维，美国军方在听闻该材料的介绍后，也极为感兴趣，并迅速投入大量财力和人力制造碳纤维。

在美军强力的支持下，美国Wright-Patterson空军基地以黏胶纤维为原料，试制碳纤维成功，还将其用作火箭喷管和鼻锥的烧蚀材料，其最终实验效果极佳。

有了这一次试验的成功，美国可谓是彻底打开了碳纤维材料研究的大门。

因为在数年后的1956年，美国联合碳化物公司便成功研制出一种名为“Thornel—25”的量产型碳纤维材料，并直接投放到了国际市场，由此在国际上掀起了一场材料革命。

在这一阵浪潮下，日本人因格外看重碳纤维强大的军工潜力，而变得极为活跃，他们紧跟美国人的脚步，也开启了一场碳纤维的大研究时代。

先是在60年代初时，日本进藤昭男发明了以聚丙烯腈纤维为原料制取碳纤维的方法，这让日本在1965年就成功得到了属于自己的量产碳纤维材料--------普通型聚丙烯腈基碳纤维。

而同年时间，日本人大谷杉郎又首先制成了聚氯乙烯沥青基碳纤维，还发表了一篇先驱性的沥青基碳纤维的研究报告。

也是从此刻开始，日本的研究方向，开始逐步向着高强度碳纤维转变。

在1969年时，日本碳公司依据该理论，成功开发出高性能聚丙烯腈基碳纤维，但由于日本碳化技术落后，使得新研制的高性能碳纤维并不能实现量产。

为此，日本还特地使用手中技术，与美国联合碳化物公司做了一笔交易，其目的就是为了得到高端的碳化技术。

当时的美国人并没有意识到日本人的勃勃野心，他们把日本的请求，当作了一次有偿的技术交流，进而也就将先进的碳化技术卖到了日本人手中。

拥有了高端碳化技术的日本，在碳纤维领域变得愈发不可收拾，他们先是量产了高性能聚丙烯腈基碳纤维。

之后，又将大谷杉郎的沥青基碳纤维理论变成了现实-------在1970年时，日本建成了首个沥青基碳纤维工厂。

也是在此刻，美国人才恍然大悟，但碳纤维强国的头衔，却已被日本永远夺走了，日本的东丽、东邦和三菱集团，在全球丙烯腈基碳纤维市场的市占率高达50%以上，是当之无愧的全球最大碳纤维生产国。

面对如此场景，美国可谓是后悔莫及，奈何一切已变成现实，无法再去改变，美国只能选择去抑制住他的强敌--------中国。

因此，美国对于日本碳纤维发展的唯一要求，就是要绝对限制对中国的出口。

中国碳纤维：夹缝求生

不过，说是绝对限制出口，起初的日本并没有把美国的这一要求当回事，依然保持着对我国的碳纤维出售。

当然，这并不是说日本人慈悲，而是因为中国市场实在巨大，日本如果奉行绝对限制出口政策，对于日本碳纤维企业而言，将会是一笔巨大的损失。

据统计，在2020年这一整年里，全球总共使用了约10万吨的碳纤维材料，其中，我国一国的用量就达到了4.8万吨，几乎已经占据了全球碳纤维市场的50％。

而这也就是日本为什么就算再痛恨中国，也不得不对中国出口碳纤维的原因。

这时，可能有人会问：为什么我国不完全自产碳纤维呢？

其实我国一直都在致力于碳纤维自产的研究，而且这个项目，是从上个世纪就已经开启。

1978年时，中国科学技术部的前身，国家科学技术委员会就成立了一个碳纤维开发专项组，这个小组专门针对碳纤维技术的突破。

但此刻美日两国的碳纤维技术已趋于成熟，他们都有意地对中国封锁了碳纤维资料，这导致我国的碳纤维研发，可谓是从零出发。

而且，美日两国作为先驱者，已经掌握了大量的碳纤维专利，这让我国在摸索时，还要因专利问题，不得不选择“绕弯路”，进而极大地阻碍了技术突破进程。

在这样犹如“夹缝生存”的研究道路中，我国的碳纤维技术一直是不温不火的状态，简单来说，就是虽然能够自产，但数量和质量都不高。

仍是以2020年为例，我国市场有着4.8万吨碳纤维的需求量，但自产量却只能达到1.8万吨上下，并不足需求量的一半。

而且，自产的1.8万吨碳纤维，还因强度和质量问题，无法真正运用到顶层科技的制造中。

这也就意味着，中国依然无法摆脱进口碳纤维的供养，美日两国仍把控着我国顶尖科技的发展和生产速度。

不过，令人振奋的是，这一局面或许将在不远的将来，迎来一个新的转机。

因为，在本年8月15日时，中国石化下属的上海石化，实现了首套大丝束碳纤维生产线的中期交工。

而上海石化，也由此成为了国内第一家、全球第四家掌握大丝束碳纤维生产技术的企业，这对于国产碳纤维而言，可谓是一次质的飞跃。

要知道，上海石化这次所推出的大丝束碳纤维，其碳含量已经达到了惊人的95%，完全达到了高强度碳纤维的标准。

这预示着，中国很有可能借助该生产线，逐步摆脱美日两国对我国碳纤维的掌控，直至最终完成碳纤维的自产自供，将科技发展的速度，牢牢把握在自己手中，且让我们拭目以待吧。

参考资料
《国内首套大丝束碳纤维生产线实现中交》--------北青网
《“21世纪新材料之王”提前进入战略反攻》-------澎湃网
《回顾碳纤维发展史，其诞生竟源于电灯的发明》---------中国微米纳米技术学会
《突破高端材料“卡脖子” 国内首套大丝束碳纤维生产线中交》---------贝果财经（中国经营报旗下贝果视频官方帐号）
《碳纤维有哪些应用？》--------建材网

关键词：纤维材料聚丙烯腈基

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