白色碳纤维原丝,是由石油、煤炭等化石燃料中提取的丙烯腈加工而成的。当原丝进入氧化炉中,一场美妙的蜕变就此开始。

“淬火成金”

　　原丝要经过低温碳化、高温碳化等多道工序,尤其在经过1500摄氏度左右的高温氧化时,一般的纤维早已化作灰烬,原丝则“淬火成金”,去除非碳元素,留下纯度高达95%以上的碳元素,再经过多种工序之后,最终获得“黑色黄金”碳纤维。

爱迪生与碳纤维

　　其实,碳纤维的发现极具戏剧性。19世纪80年代,爱迪生在发明电灯泡时,迟迟找不到适合做灯丝的材料。一次,他将废弃的手稿丢入火盆,奇妙的事情发生了——他意外发现,纸张在充分炭化后,仍能发出很亮的光!

　　随后,爱迪生尝试使用植物纤维作为灯丝材料进行实验,发现用植物纤维制成的碳丝具有良好的耐热性,发光亮度也不错。这次实验,是人类首次制备碳纤维的成功实践。

　　1950年,美国一家碳化物公司在爱迪生研究的基础上,使用沥青作为原材料制取碳纤维,得到的碳纤维质轻且耐热,后来被应用于战机制造以及火箭发射上。

　　1959年,日本大阪工业研究所的一名研究员,发明了“以聚丙烯腈纤维制取碳纤维”的方法。日本东丽公司在此基础上进一步研究,使得碳纤维含碳量在90%以上,成千上万根碳丝无间隙地固定在一起,形成一束直径为5—10微米的圆柱体。

　　在碳纤维内部,碳原子之间的结合非常牢固,赋予碳纤维强大的力学和化学性能:质量比合成金属轻,却比其坚固；拉伸强度远超高强度的钢材；耐腐蚀性更是让其他多种材料望尘莫及。碳纤维一经问世就炙手可热,被材料界寄予厚望。

国内碳纤维产能

　　我国碳纤维工业的起步可追溯到1962年,总体上与日本碳纤维的研发同步进行,但由于掌握核心技术的“碳纤维强国”对我国实行严密的技术封锁,导致一段时间内未取得重大进展。

　　2000年后,我国开始大力发展碳纤维产业；2005年,我国第一条百吨级T300生产线投产；2012年,加快发展碳纤维,并列入“十二五发展规划”；2016年,我国中复神鹰碳纤维公司千吨级T800原丝生产线投产；2021年,我国碳纤维产量已达2.9万吨；截至2024年底,国内碳纤维产能达到135500吨。