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碳纖維號稱“黑色黃金”,制造難度堪比芯片,有人說它是比鐵還硬的布。那碳纖維到底有多難造?為何我國會長期依賴進口呢?碳纖維是一種含碳量在90%以上的無機高分子纖維,它的外表看起來像柔軟的黑線。一根碳纖維絲的直徑比頭發絲細5倍,硬度是鋼材的10
碳纖維號稱“黑色黃金”,制造難度堪比芯片,有人說它是比鐵還硬的布。
那碳纖維到底有多難造?為何我國會長期依賴進口呢?
碳纖維是一種含碳量在90%以上的無機高分子纖維,它的外表看起來像柔軟的黑線。一根碳纖維絲的直徑比頭發絲細5倍,硬度是鋼材的10倍,一個普通的碳纖維頭盔價錢就在1000元以上。而造成碳纖維價格遠遠高于普通材料的原因,正是制造難度。
碳纖維的制造過程分為四步,纖維紡絲、預氧化、碳化和石墨化。纖維紡絲就是把腈綸、凝膠等原材料先高溫加熱,然后用機器擠壓成纖維條。接著是預氧化,在400度高溫下,拉伸纖維跟空氣中的氧結合進行氧化。下一步是碳化,在一個1200~1600度的氧化爐中,用高溫去除雜質,這時纖維逐漸碳化成黑色。最后一步就是石墨化,在高純度的氬氣中,將纖維加熱至2000—3000度,到這里碳纖維便形成了。
碳纖維的應用也非常廣泛,日常生活中常見的魚竿、球拍、自行車等,都采用了碳纖維作為原材料。而碳纖維與樹脂等結合成的復合材料,比不銹鋼輕50%,比鋁合金輕30%,常被用于航天軍工等高科技領域。
近年來,由于航天航空工業的發展,我國的碳纖維需求量大幅增加。以2020年為例,我國碳纖維需求量達4.88萬噸,其中3.04萬噸為進口,占需求量的62%。那為什么我國長期依賴進口呢?
在上世紀70時代中期,我國就開始研制碳纖維,但當時技術不成熟。到了80年代,我們從國外引進了生產技術,國內碳纖維行業才開始發展,期間很長一段時間,我國只能生產12K的小絲束碳纖維,而產能和質量還遠低于國外產品,更不用說高端碳纖維生產技術。這種技術是由美國和日本的兩家公司研發的,他們長期對我國進行技術封鎖,所以高端碳纖維產品,我國一直只能依賴進口。
但幸運的是,在科研人員的不懈努力下。2018年,我國碳纖維生產技術成功實現了從12K小絲束到48K大絲束的飛躍,達到了世界先進水平。這一技術突破大大改善了,我國高端碳纖維被美日“卡脖子”的窘境。
丁同遠