【轻鲨动态】碳纤维：应用前景广阔的新材料

碳纤维是一种碳含量在95%以上的无机纤维，由不同原料经聚合、纺丝、氧化、高温碳化而成。根据原料种类，碳纤维主要有聚丙烯腈基碳纤维、粘胶基碳纤维和沥青基碳纤维3种。其中，以石油化工产品丙烯腈为主要原料的聚丙烯腈基碳纤维，占世界碳纤维总产量的90%以上，是碳纤维的主要来源。

　碳纤维具有细如发丝、轻若鸿毛、强过钢铁等优异性能。碳纤维直径通常为5—7微米，只有头发丝1/10左右粗细，密度较小，一般为钢的1/5、钛的2/5、铝的3/5。虽然“身轻体薄”，碳纤维强度却非常高，一般为钢的35倍。实际应用中，通常会将数量的碳纤维“细丝”像编绳子一样缠绕起来，一束标准的12K（即1.2万根）碳纤维不到一支铅笔粗，却可以承受130千克左右的重量。与此同时，碳纤维能在3000摄氏度高温下安然无恙，在零下100摄氏度到100摄氏度之间，其尺寸基本保持不变，并且能在高腐蚀性环境里使用，可谓“真金不怕火炼”。

要想获得这样的特性并不容易。碳纤维制备流程长、工艺复杂，难度堪比芯片和微纳光刻。碳纤维制备流程包括上百个细分工序，涉及高分子化学、高分子物理、材料科学、高分子加工与纺丝工程、工业自动化控制、高温工程等，其工艺控制点上千，工艺参数过万项，每一项参数的变化都会影响碳纤维的终性能。当前的芯片光刻技术达到几纳米尺度，与之相似，碳纤维也要求碳纤维内部缺陷控制在10纳米以内。碳纤维还要经过从普通室温到1700摄氏度甚至2500摄氏度的高温碳化，且温度精度要控制在5—10摄氏度，难度可见一斑。可以说，每一束碳纤维材料都是千锤百炼得来的。因为技术要求高、制造难度大，碳纤维价格比较昂贵，宇航级碳纤维价格在每千克数千元到万元之间，是钢和铝合金价格的几十倍，但碳纤维凭借其优异性能，依然成为国民经济和建设的关键材料。