什么是碳纤维（Carbon Fiber, CF）？碳纤维的历史发展

碳纤维（Carbon Fiber, CF）是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶沿纤维轴方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维结构近乎石墨结构，比金刚石结构规整性稍差，具有很高的抗拉强度，它的强度约为钢的4倍，密度不到钢的1/4。同时具有耐高温、尺寸稳定、导电性好、耐腐蚀、高模量的优良性能。它是国防军工和民用领域的重要材料，它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。

19世纪50年代，美国空军基地和苏联开展太空竞赛，需要寻找航天飞机耐烧蚀材料，获知碳熔点在3600 ℃，高温强度高，于是对早在1860年英国人约瑟夫斯旺作为灯丝材料发明的碳丝进行一系列的研究，并将碳丝改名为“碳纤维”​。与此同时，美国联合碳化物公司UCC也进入研制碳纤维行列。1959年，世界上最早上市的粘胶基碳纤维Thornel-25就是UCC的产品。Thornel-25的拉伸强度只有1290 MPa，模量175GPa。同年日本人近藤昭男发明了聚丙烯腈基的碳纤维。近藤昭男的重要贡献有两方面：一是证明了聚丙烯腈可制造碳纤维；二是得出聚丙烯腈原丝要经过预氧化才能碳化成碳纤维，奠定了聚丙烯腈基碳纤维的基础路线。但是近藤昭男并没有造出高性能的碳纤维，原因是他的工艺路线造出的碳纤维晶体取向无序，使碳纤维的力学性能不能满足使用要求。所以1962年日本公司制造的聚丙烯腈基碳纤维并未获得成功，第二年英国人瓦特改进了生产工艺，在生产过程中对原丝预氧丝碳丝施加张力，使晶体取向接近于平行碳纤维轴向，获取了高性能的碳纤维。至此聚丙烯腈基碳纤维进入高速发展时期。

1965年，日本人大谷杉郎发明了沥青基碳纤维，并在1970年开始商业化，虽然沥青基碳纤维并没有聚丙烯腈基碳纤维应用广泛，但在高模量碳纤维领域还是举足轻重的。1971年，日本东丽公司与美国联合碳化物公司合作生产了T300碳纤维，借此东丽公司成为世界第一个碳纤维制造商，目前东丽公司是全球碳纤维营销的领导者。1972年，美国赫格里斯（Hercules）公司开始生产聚丙烯腈基碳纤维。此时日本开始用碳纤维制造钓竿，美国用碳纤维制造高尔夫球棒。1973年，日本东邦人造丝公司开始生产聚丙烯腈基碳纤维（0.5t/月）​，日本东丽公司扩产至5t/月；1974年，碳纤维钓竿和高尔夫球棒的需求量迅速增加，促使日本东丽公司扩产至13t/月；1975年，美国UCC公司公布利用中间相沥青制造高模量沥青基碳纤维“Thornel-P”​，该高性能沥青基碳纤维通过制造网球拍开始商品化。1976年，日本东邦人造丝公司与美国塞兰尼斯进行技术合作，日本住友化学与美国赫格里斯成立联合公司生产碳纤维；1979年，日本碳公司与旭化成工业公司成立旭日碳纤维公司；1980年，美国波音公司提出需求高强度、高伸长率的碳纤维；1981年，中国台湾台塑设立碳纤研究中心，日本三菱人造丝公司与美国Hitco公司进行技术合作，共同研发高性能碳纤维；1984年，中国台湾台塑与美国Hitco公司进行技术合作，日本东丽公司研制成功高强中模碳纤维T800，强度达到5510 MPa; 1986年，日本东丽公司研制成功高强中模碳纤维T1000，强度达到7020MPa; 1989年，日本东丽公司研制成功高模中强碳纤维M60; 1992年，日本东丽公司研制成功高模中强碳纤维M70J，杨氏模量高达690 GPa。

我国对碳纤维的研究开始于20世纪60年代后期。1976年在中科院山西煤炭化学研究所建成我国第一条聚丙烯腈基碳纤维扩大试验生产线，产品性能基本达到日本东丽公司的T200，国内也叫作高强Ⅰ型碳纤维。制约我国碳纤维发展的“瓶颈”是聚丙烯腈原丝质量没有真正过关。尽管我国碳纤维生产发展缓慢，而消费量却一直在逐渐增加，市场需求旺盛，主要用于体育器材、一般工业和航空航天领域等。特别在航空航天等尖端技术领域需求的高性能碳纤维，长期受到以美国为首的巴黎统筹委员会的封锁，虽然巴黎统筹委员会在1994年3月解散了，但禁运的阴影仍然存在。即使对我国解除了禁运，开始也只给出售通用级碳纤维，而不会向我们出售高性能碳纤维技术和设备。