碳森碳纖維

碳纖維是含碳量高于90％的無(wú)機(jī)高分子纖維 。其中含碳量高于99％的稱石墨纖維。碳纖維的軸向強(qiáng)度和模量高，無(wú)蠕變，耐疲勞性好，比熱及導(dǎo)電性介于非金屬和金屬之間，熱膨脹系數(shù)小，耐腐蝕性好，纖維的密度低，X射線透過(guò)性好。但其耐沖擊性較差，容易損傷，在強(qiáng)酸作用下發(fā)生氧化，與金屬?gòu)?fù)合時(shí)會(huì)發(fā)生金屬碳化、滲碳及電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象。因此，碳纖維在使用前須進(jìn)行表面處理。

碳纖維可分別用聚丙烯腈纖維、瀝青纖維、粘膠絲或酚醛纖維經(jīng)碳化制得；按狀態(tài)分為長(zhǎng)絲、短纖維和短切纖維；按力學(xué)性能分為通用型和高性能型 。通用型碳纖維強(qiáng)度為1000兆帕（MPa）、模量為100GPa左右。高性能型碳纖維又分為高強(qiáng)型（強(qiáng)度2000MPa、模量250GPa）和高模型（模量300GPa以上）。強(qiáng)度大于4000MPa的又稱為超高強(qiáng)型；模量大于450GPa的稱為超高模型。隨著航天和航空工業(yè)的發(fā)展，還出現(xiàn)了高強(qiáng)高伸型碳纖維，其延伸率大于2％。用量最大的是聚丙烯腈PAN基碳纖維。

碳纖維可加工成織物、氈、席、帶、紙及其他材料。碳纖維除用作絕熱保溫材料外，一般不單獨(dú)使用，多作為增強(qiáng)材料加入到樹(shù)脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中，構(gòu)成復(fù)合材料。碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料可用作飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料、電磁屏蔽除電材料、人工韌帶等身體代用材料以及用于制造火箭外殼、機(jī)動(dòng)船、工業(yè)機(jī)器人、汽車(chē)板簧和驅(qū)動(dòng)軸等。

碳纖維是軍民兩用新材料，屬于技術(shù)密集型和政治敏感的關(guān)鍵材料。以前，以美國(guó)為首的巴黎統(tǒng)籌委員會(huì)(COCOM)， 對(duì)當(dāng)時(shí)的社會(huì)主義國(guó)家實(shí)行禁運(yùn)封鎖政策， 1994年3月，COCOM雖然已解散，但禁運(yùn)封鎖的陰影仍籠罩在上空，先進(jìn)的碳纖維技術(shù)仍引不進(jìn)來(lái)，特別是高性能PAN基原絲技術(shù)，即使我國(guó)進(jìn)入WTO，形勢(shì)也不會(huì)發(fā)生大的變化。因此，除了國(guó)人繼續(xù)自力更生發(fā)展碳纖維工業(yè)外，別無(wú)其它選擇。

目前世界碳纖維產(chǎn)量達(dá)到4萬(wàn)噸／年以上，全世界主要是日本東麗、東邦人造絲和三菱人造絲三家公司以及美國(guó)的HEXCEL、ZOLTEK、ALDILA三家公司，以及德國(guó)SGL西格里集團(tuán)，韓國(guó)泰光產(chǎn)業(yè)，我國(guó)臺(tái)灣省的臺(tái)塑集團(tuán)，等少數(shù)單位掌握了碳纖維生產(chǎn)的核心技術(shù)，并且有規(guī)?；笊a(chǎn)。目前在祖國(guó)大陸還沒(méi)有一個(gè)年產(chǎn)100t的規(guī)?；祭w維工廠，大多還處于中試放大階段。值得一提的是我國(guó)臺(tái)灣省的臺(tái)塑集團(tuán)，在80代年中期從美國(guó)Hitco公司引進(jìn)百噸級(jí)碳纖維生產(chǎn)線，經(jīng)消化、吸收和配套后得到迅速發(fā)展，臺(tái)塑產(chǎn)量增加很快，但碳纖維質(zhì)量的提高幅度并不大。

我國(guó)對(duì)碳纖維的研究開(kāi)始于20世紀(jì)60年代，80年代開(kāi)始研究高強(qiáng)型碳纖維。多年來(lái)進(jìn)展緩慢，但也取得了一定成績(jī)。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)發(fā)展較快，安徽華皖碳纖維公司率先引進(jìn)了500噸／年原絲、200噸／年P(guān)AN基碳纖維(只有東麗碳纖維T300水平)，使我國(guó)碳纖維工業(yè)進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化。隨后，一些廠家相繼加入碳纖維生產(chǎn)行列。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前，我國(guó)已有12家生產(chǎn)規(guī)模大小不一(5～800噸／年)的PAN基碳纖維生產(chǎn)廠家，合計(jì)生產(chǎn)能力為1310噸／年，產(chǎn)品規(guī)格為1K、3K、6K、12K。但由于一些企業(yè)沒(méi)有原絲可燒，實(shí)際國(guó)內(nèi)碳纖維的總產(chǎn)量不足40噸/年，而且產(chǎn)品質(zhì)量不太穩(wěn)定，大多數(shù)達(dá)不到T300水平?？上驳氖菑?000年開(kāi)始我國(guó)碳纖維向技術(shù)多元化發(fā)展，放棄了原來(lái)的硝酸法原絲制造技術(shù)，采用以二甲基亞砜為溶劑的一步法濕法紡絲技術(shù)獲得成功。目前利用自主技術(shù)研制的少數(shù)國(guó)產(chǎn)T300、T700碳纖維產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品水平。

隨著近年來(lái)我國(guó)對(duì)碳纖維的需求量日益增長(zhǎng)，碳纖維已被列為國(guó)家化纖行業(yè)重點(diǎn)扶持的新產(chǎn)品，成為國(guó)內(nèi)新材料行業(yè)研發(fā)的熱點(diǎn)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前擬建和在建的碳纖維生產(chǎn)企業(yè)有11家，合計(jì)生產(chǎn)能力為原絲7100噸／年、碳纖維1560噸／年，其中在建企業(yè)為4家，合計(jì)生產(chǎn)能力為原絲1100噸／年、碳纖維470噸／年。

盡管我國(guó)碳纖維生產(chǎn)發(fā)展緩慢，而消費(fèi)量卻一直在逐漸增加，市場(chǎng)需求旺盛。主要用途包括體育器材、一般工業(yè)和航空航天等，其中體育休閑用品的使用量最大，占消費(fèi)量的約80%～90%。我國(guó)碳纖維的需求量已超過(guò)3000噸/年，2010年將突破5000噸/年。主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋撼墒焓袌?chǎng)有航空航天及國(guó)防領(lǐng)域(飛機(jī)、火箭、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、雷達(dá)等)和體育休閑用品(高爾夫球桿、漁具、網(wǎng)球拍、羽毛球拍、箭桿、自行車(chē)、賽艇等)；新興市場(chǎng)有增強(qiáng)塑料、壓力容器、建筑加固、風(fēng)力發(fā)電、摩擦材料、鉆井平臺(tái)等；待開(kāi)發(fā)市場(chǎng)有汽車(chē)、醫(yī)療器械、新能源等。

我國(guó)碳纖維復(fù)合材料的研制開(kāi)始于20世紀(jì)70年代中期，經(jīng)過(guò)近40年的發(fā)展，已取得了長(zhǎng)足進(jìn)展，在航天主導(dǎo)產(chǎn)品(彈、箭、星、船)上得到了廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，我國(guó)體育休閑用品及壓力容器等領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求迅速增長(zhǎng)，航空航天技術(shù)的快速發(fā)展急需高性能碳纖維及其復(fù)合材料等，市場(chǎng)需求更加旺盛。

為了滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)碳纖維不斷增長(zhǎng)的需求，應(yīng)盡快實(shí)現(xiàn)我國(guó)碳纖維工業(yè)的國(guó)產(chǎn)化和規(guī)?；榇?，必須加快技術(shù)創(chuàng)新，掌握核心技術(shù)；加速原絲技術(shù)開(kāi)發(fā)，研制高純度原絲；強(qiáng)化應(yīng)用研究和市場(chǎng)開(kāi)發(fā)，進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域。碳纖維在我國(guó)大有發(fā)展前途，但應(yīng)總結(jié)滌綸等化纖發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，避免盲目發(fā)展，實(shí)現(xiàn)健康發(fā)展。

為了大型飛機(jī)的制造和航空航天事業(yè)的發(fā)展，我國(guó)還必須盡快地實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)中模型碳纖維的產(chǎn)業(yè)化。但是，因?yàn)楦咝阅芴祭w維是發(fā)展航空航天等尖端技術(shù)必不可少的材料，長(zhǎng)期受到以美國(guó)為首的巴黎統(tǒng)籌委員會(huì)的封鎖。雖然“巴統(tǒng)”在1994年3月解散了，但禁運(yùn)的陰影仍然存在。即使對(duì)我國(guó)解除了禁運(yùn)，開(kāi)始也只能是通用級(jí)碳纖維，而不會(huì)向我們出售高性能碳纖維技術(shù)和設(shè)備。因此，發(fā)展高性能碳纖維必須要靠我們自己。我國(guó)化學(xué)纖維工業(yè)“十一·五”發(fā)展規(guī)劃中提出了“從以增加數(shù)量為主轉(zhuǎn)向大力發(fā)展高新技術(shù)纖維”，特別是把事關(guān)國(guó)家產(chǎn)業(yè)安全的高新技術(shù)纖維材料作為重中之重，而且碳纖維被列為首位，是國(guó)家迫切需要短期內(nèi)突破的高新技術(shù)纖維品種，為我國(guó)碳纖維的發(fā)展創(chuàng)造了條件，我們要抓住這一機(jī)遇，自力更生、努力創(chuàng)新，發(fā)展具有自己知識(shí)產(chǎn)權(quán)的碳纖維，以滿足不斷增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求。國(guó)家“863 計(jì)劃”以及有關(guān)部委都在關(guān)心我國(guó)碳纖維工業(yè)的發(fā)展及其產(chǎn)業(yè)化步伐，并給予強(qiáng)有力的支持，許多材料專家也扎扎實(shí)實(shí)的做了許多工作?！笆晃濉逼陂g，我國(guó)又啟動(dòng)了相關(guān)“973計(jì)劃”。相信“十一五”將是我國(guó)碳纖維工業(yè)產(chǎn)業(yè)化的黃金時(shí)代。

“碳森u”是碳纖維采暖領(lǐng)域的節(jié)能形象標(biāo)識(shí)，是碳纖維采暖領(lǐng)域研發(fā)人員自發(fā)設(shè)計(jì)的節(jié)能形象標(biāo)識(shí)，在國(guó)際能源日益短缺的今天，新一代的新型采暖材料開(kāi)始出現(xiàn)在民用領(lǐng)域，提倡綠色環(huán)保舒適節(jié)能的理念走進(jìn)了千家萬(wàn)戶。

自然界中以原有形式存在的、未經(jīng)加工轉(zhuǎn)換的能量資源。又稱天然能源。包括化石燃料（如原煤、原油、天然氣等）、核燃料、生物質(zhì)能、水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽?、潮汐能等。一次能源又分為可再生能源和不可再生能源，前者指能夠重?fù)產(chǎn)生的天然能源，如太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能等，這些能源均來(lái)自太陽(yáng)，可以重復(fù)產(chǎn)生；后者用一點(diǎn)少一點(diǎn)，主要是各類(lèi)化石燃料、核燃料。20世紀(jì)70年代出現(xiàn)能源危機(jī)以來(lái)，各國(guó)都重視非再生能源的節(jié)約，并加速對(duì)再生能源的研究與開(kāi)發(fā)。

碳纖維目前在替代采暖材料核心發(fā)熱體上也有新的貢獻(xiàn)，國(guó)外，在很多節(jié)能采暖設(shè)備的核心發(fā)熱體上已經(jīng)由以前普遍采用的金屬材料逐步升級(jí)到碳纖維材料，碳纖維材料在采暖方面的應(yīng)用主要考慮利用了材料的耐腐蝕，抗氧化（金屬容易氧化造成局部擊穿），高穩(wěn)定性，壽命更長(zhǎng)（很多產(chǎn)品在300攝氏度下普遍能夠達(dá)到穩(wěn)定工作100000小時(shí)的時(shí)間），熱轉(zhuǎn)換率高（97％以上）等特點(diǎn)。由于我國(guó)在碳纖維材料生產(chǎn)研發(fā)方面相對(duì)還處在落后的境況，高質(zhì)量的碳纖維材料還是依靠日韓進(jìn)口，所以價(jià)格居高不下，但隨著國(guó)內(nèi)合資、合作形式的出現(xiàn)，以碳纖維為核心技術(shù)的產(chǎn)品卻已經(jīng)走入了尋常消費(fèi)者的家中。

碳纖維發(fā)熱線纜、碳纖維電熱片、碳纖維光波管、碳纖維壁掛式散熱器等越來(lái)越多的采暖產(chǎn)品已經(jīng)開(kāi)始在提倡環(huán)保的今天嶄露頭角。

碳森的標(biāo)識(shí)已經(jīng)被越來(lái)越多的環(huán)保人士所熟知，新一代的采暖革命也由此在全國(guó)開(kāi)始了新一輪的發(fā)展。

“綠色環(huán)保，舒適健康”是碳纖維采暖中反復(fù)提倡的口號(hào)，標(biāo)識(shí)的出現(xiàn)已經(jīng)開(kāi)始在碳纖維采暖領(lǐng)域中逐漸深入民心，真正讓節(jié)能環(huán)保碳纖維采暖產(chǎn)品體現(xiàn)出口號(hào)的內(nèi)涵，真正提倡節(jié)能減排綠色環(huán)保的理念。