碳纤维的历史、应用领域与现状

　　一、碳纤维的历史

　　碳纤维起源可追溯至1860年，由英国人瑟夫·斯旺在制作电灯灯丝中发明并获得专利。它是一种纤维状碳材料，呈黑色，质坚硬，是一种强度比钢大、密度比铝小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温，又能像铜那样导电，具有电学、热学和力学等综合优异性能的新型材料，因其制造技术难度大、实用价值高，被业界誉为“黑色黄金”。

　　二、碳纤维的应用领域

　　碳纤维“外柔内刚”，不仅具有碳材料的本质特性，又兼备纺织纤维的柔软和可加工性，是新一代高性能增强纤维。比头发丝还细几倍的碳纤维与树脂、碳、陶瓷、金属等基体，经过特殊复合成型工艺制造，即可获得性能优异的碳纤维复合材料，能够广泛应用于航空、航天、能源、交通、军用装备等众多领域，是国防军工和民用生产生活的重要材料。

　　20世纪50年代，为了解决导弹喷管和弹头耐高温、耐腐蚀等关键技术难题，美国率先研制出粘胶基碳纤维。1959年，日本近藤昭男发明了聚丙烯腈基碳纤维。由于碳纤维在军事领域凸显出提升武器装备性能的优异表现，引起了军事强国的高度重视。随后一些国家重点投入，不断研制出更高性能、更多品种的碳纤维。日本先后突破高强、高模性兼备等一系列关键技术难题，使所研制的碳纤维复合材料独具优异的抗疲劳性能和环境适应能力，其整体水平一路领先。

　　碳纤维看似简单，但其制造工艺十分复杂，是一项集多学科、精细化、高尖端技术于一体的系统工程，涉及化工、纺织、材料、精密机械等多学科领域，整个流程包含温湿度、浓度、粘度、流量等上千个参数高精度控制，稍有不慎就会严重影响碳纤维性能和质量稳定性，所以远非一般工艺技术所能媲美。

　　三、碳纤维的现状

　　随着当今碳纤维及复合材料广泛应用，规模化生产成为其产业化发展的重大瓶颈。每个量级的生产虽原理相同，但对各种工艺参数精确控制难度却有极大不同，十吨级、百吨级的生产线，不能简单复制到千吨级，例如聚合反应产生大量的热，使得温度均匀性恒定性极难控制。正因如此，目前只有极少数国家能够稳定生产出高性能碳纤维，且核心技术长期主要掌控在日本和美国企业巨头手中。其中，日本的三家公司碳纤维生产能力就占世界四分之三，成为业界“巨无霸”。