碳纤维是指含碳量在90%以上的高强度、高模量纤维。它是以化纤和石油产品经特殊工艺制成的纤维。据说，大发明家爱迪生发明世界上第一盏电灯的灯丝用的就是碳纤维。20世纪50年代初,人们在寻找高强度、高模量、耐燃烧和抗腐蚀等新材料的时候，又重新认识了这种被称为“梦幻材料”的新型纤维。美国是最早生产粘胶基碳纤维的国家，其后，日本研究人员发明了用聚丙烯腈（PAN）原丝制造碳纤维的新方法。使其成为当前碳纤维工业的主流，产量占世界总产量的90%左右。1974年，美国又以沥青为基，发明了制造碳纤维的新方法，目前高性能沥青碳纤维仍是最好的碳纤维产品。这样就形成了PAN基、沥青基和粘胶基碳纤维三大原料体系。
梦幻纤维的诱人前景
为什么碳纤维会被人们如此重视，那是因为它“外柔内刚”。碳素纤维质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性。既有碳材料“硬”的固有本征，又兼备纺织纤维“柔”的可加工性，在国防、军工和民用方面都是重要的战略物资。这些优越的性能，使它成为高新技术纤维领域颇受关注的品种之一。如把它应用在飞机、火箭火焰发射口处，可以显著减轻重量，提高有效载荷，改善性能，因此它是航天工业不可多得的重要结构材料。又如用它制成轻质、高强、耐热、增强水泥，有不易燃烧、强度高出普通水泥10～20倍的优点，是当今最新的建筑用材料。此外，它在交通、体育与休闲用品、医疗、机械、纺织等各种领域中都得到了广泛应用。有人预言，21世纪将会有更多的金属被这种“梦幻材料”所取代。碳纤维由于其特殊的本色，身价不菲。这种纤维在国际市场上的售价在几十万元一吨，为制造商带来了惊人的产值和丰厚的利润。目前，世界碳纤维生产主要集中在日本、英国、美国、法国等少数发达国家，总产量达到3万吨/年以上。而我国目前产量不过百吨，主要依赖进口。
碳纤维国产化不尽人意
我国纺织工业“十一五”规划纲要在谈到我国产业用纺织品发展趋势及我国与国际水平存在的差距时指出“我国碳纤维的开发虽取得阶段性成果，但尚未实现大规模产业化生产，仍需进口”。据了解，我国上世纪六、七十年代就开始了碳纤维的研究工作，经过30多年的研究开发，已能生产接近日本东丽公司T300水平的碳纤维产品。但其产品的强度低、均匀性、稳定性较差，与国际先进水平有一定差距。目前，我国每年使用碳纤维量约在3000吨左右，占世界碳纤维用量的13.6%。而且以10%－15%的速度稳步增长，市场潜力巨大。有资料显示，国内碳纤维的需求缺口较大，存在严重的供不应求。如国内PAN基碳纤维的需求量近期内可达1300－2300吨/年，预计2010年将达5600吨。而目前国内现有PAN基碳纤维的生产能力仅为144吨/年，且由于产品性能低和价高等原因，大多没有达到满负荷生产。“十五”期间引进的年产400吨的碳纤维及原丝等项目，即使按预期顺利建成并投产，国内的生产能力仍不到需求的1/3。
加快碳纤维产业进程
中国产业用纺织品行业协会名誉理事长徐朴认为，解决的办法首先是研制高纯度原丝，把先天性缺陷降低到最小程度。他说，国产原丝和碳纤维所含碱、碱土金属和铁的含量比国外大得多。它们的存在不仅影响聚合和纺丝的稳定性，而且在高温碳化过程中逸走而残留下孔隙，所以，聚合所用原料要纯，纺丝空间应洁净化，所用设备应耐腐蚀。二是扩大生产线规模，除PAN原丝质量外，扩大生产规模也是降低成本的有效途径。国外一条碳纤维生产线的年生产能力在200吨以上，而我国至今还没有一条百吨级碳纤维生产线，这也是我国工业化开发的差距之一。为了降低生产成本，国外大丝束碳纤维（48K－480K）发展很快，形成了与小丝束（1K－24K）碳纤维竞争市场的格局。而国内目前还没有正式的大丝束PAN原丝生产厂家，也就没有大丝束碳纤维生产装置与技术。三是要协同作战，加强跨行业合作。
目前，国内研究开发以及生产碳纤维的呼声很高，发展趋势令人鼓舞。已经有上海、安徽、浙江、山东等地的科研单位和企业开发生产。“十五”期间，国家已批准在安徽蚌埠建立年产500吨PAN原丝和年产200吨碳纤维生产线，总投资过亿元。据安徽华皖集团办公室周主任讲，目前，引进的设备已经安装完成，正在进行调试，可望在不太长的时间内形成设计生产能力，下游产品的开发也列入发展规划中。山东省已把碳纤维列入全省十大高技术产品开发工程首位项目。山东天泰碳纤维有限责任公司作为国家计委示范工程，引进全套国外先进碳纤维生产设备，自动化程度较高，年产可达400吨。公司禹连涛总经理告诉记者，公司引进成熟的预浸料生产线，产品以12K的T300级碳纤维为主，目前开发和生产多种下游产品，碳纤维布已经投入生产。质量不错，效益应当很好。中国产业用纺织品行业协会理事长朱民儒说，《纺织工业科技进步发展纲要》已将碳纤维确定为28项关键技术之一。“十一五”期间，我国要在碳纤维产品方面实现产业化生产，基本满足国内需求，同时，还要开发系列化下游产品。
出处：中国纺织报
