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【文/科工力量專欄作者 陳辰】

小小的碳纖維，實(shí)際是國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)中不可或缺的戰(zhàn)略性新型材料。一直以來，全球碳纖維市場由日美兩國企業(yè)壟斷。但隨著中國企業(yè)的后發(fā)追趕、自強(qiáng)進(jìn)擊，這一格局正在發(fā)生變化。中國儼然正成為全球碳纖維“第三極”。

日前，全球最大碳纖維企業(yè)——日本東麗社長日覺昭廣在接受日媒采訪時表示，中國以國家層面推進(jìn)采用材料信息學(xué)手法，其技術(shù)進(jìn)步的確構(gòu)成威脅，但積累了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的日本企業(yè)能夠保持優(yōu)勢地位。

日本東麗公司社長日覺昭廣 圖：日經(jīng)中文網(wǎng)

受益于政策推動和產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，中國碳纖維企業(yè)近年來如雨后春筍般出現(xiàn)，數(shù)量已占全球近七成，同時整體產(chǎn)能已位居全球第三。那么，在這場新的跑馬圈地運(yùn)動背后，中國的碳纖維技術(shù)及市場進(jìn)步了多少？日本的優(yōu)勢又還能保持多久？

碳纖維的“纖細(xì)與廣大”

在化工材料中，碳纖維可以稱作是最重要的無機(jī)高性能纖維碳。它是含碳量大于95%的纖維材料，由聚丙烯腈、黏膠纖維、瀝青纖維等有機(jī)纖維在高溫下碳化制得，本質(zhì)上來說是碳的同素異形體。

按照力學(xué)性能分類，碳纖維可分為標(biāo)準(zhǔn)模量(230GPa左右)、中模量(280-350GPa)和高模量(>350GPa)三類；按照纖維絲束大小分類，可分為小絲束(或標(biāo)準(zhǔn)絲束，≤24K)和大絲束(>24K)兩大類；按不同的前驅(qū)體分類，聚丙烯腈基碳纖維占碳纖維總量的92%，瀝青基碳纖維占7%，黏膠基碳纖維只占1%。

在特性方面，碳纖維具有耐腐蝕、抗氧化、高強(qiáng)度、耐高溫、不生銹等優(yōu)良性質(zhì)。但碳纖維由于橫向耐沖力差、耐磨性差，多作為增強(qiáng)材料加入到樹脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中，構(gòu)成復(fù)合材料，其中樹脂型復(fù)合材料生產(chǎn)最多，使用最為廣泛。

10微米直徑的碳纖維單絲，背后是人類頭發(fā)。

通常而言，碳纖維的直徑在10微米左右，7-8根排列在一起才有一根頭發(fā)絲那樣粗。其拉伸強(qiáng)度可以達(dá)到4800兆帕，也就是鋼的7至9倍，而比重僅有鋼的四分之一。在幾千度高溫下，別的纖維已化為灰燼，它卻毫無變化。

實(shí)際上，看似不起眼的碳纖維，在新材料界是一匹“黑馬”，應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，其首個市場化應(yīng)用是1972年市售的碳纖維增強(qiáng)樹脂釣魚竿。此后，碳纖維應(yīng)用快速向高端化的工業(yè)制造及尖端科技領(lǐng)域發(fā)展。其中，小絲束碳纖維主要應(yīng)用于國防軍工、航空航天、衛(wèi)星導(dǎo)彈以及休閑體育用品領(lǐng)域，而大絲束碳纖維主要應(yīng)用于工業(yè)及民用領(lǐng)域等。

圖片來源：賽奧碳纖維技術(shù)有限公司，下同

目前，碳纖維在導(dǎo)彈、空間平臺和運(yùn)載火箭，航空器，先進(jìn)艦船，軌道交通車輛，電動汽車，卡車，風(fēng)電葉片，燃料電池，電力電纜，壓力容器，鈾濃縮超高速離心機(jī)，特種管筒，公共基礎(chǔ)設(shè)施，醫(yī)療和工業(yè)設(shè)備，體育休閑產(chǎn)品，以及時尚生活用具等諸多領(lǐng)域，都有著實(shí)際和潛在的應(yīng)用。

由此，雖然外表看似“軟妹子”，碳纖維其實(shí)是外柔內(nèi)剛的“真漢子”，在國防軍工和民用方面等多方面都是重要材料或者戰(zhàn)略物資。而由于其材料本性、產(chǎn)業(yè)技術(shù)復(fù)雜性、應(yīng)用領(lǐng)域重要性和市場規(guī)模性等因素影響，碳纖維被稱為“黑色黃金”或“材料之王”。

在具體商用方面，《2018全球碳纖維復(fù)合材料市場報(bào)告》統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)顯示，2018年，全球碳纖維的銷售金額為25.71億美元，比2017年23.44億美元增長了9.7%。其中，航空航天以12.6億美元占比接近一半。第二至五位依次是體育休閑、風(fēng)電葉片、汽車和混配模成型需求應(yīng)用。