碳纤维指的是含碳量在90%以上的高强度高模量纤维。耐高温居所有化纤之首。用腈纶和粘胶纤维做原料，经高温氧化碳化而成。是制造航天航空等高技术器材的优良材料。

碳纤维主要由碳元素组成，具有耐高温、抗摩擦、导热及耐腐蚀等特性 外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物，由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。碳纤维的密度小，因此比强度和比模量高。碳纤维的主要用途是作为增强材料与树脂、金属、陶瓷及炭等复合，制造先进复合材料。

一、跨越碳纤维“天堑”

在很多人的印象中，碳纤维性能神奇、价格昂贵，是一种“神坛”上的材料。

碳纤维在国内的首个市场化应用是1972年上市的碳纤维增强树脂钓鱼竿。此后，碳纤维应用向高端工业制造和尖端科技领域拓展，目前在航空航天、风电叶片、燃料电池、体育休闲等广阔领域均大显身手。

按照纤维丝束大小分类，碳纤维可分为小丝束（≤24K）和大丝束（>24K）两类。小丝束生产工艺控制难度大、价格较高，通常用于国防军工、航空航天领域。大丝束生产成本低、性价比高，主要用于清洁能源、建筑工程等工业民用领域。

在山东大学高分子材料研究所所长、碳纤维资深专家朱波看来，碳纤维是一种有“天资”的材料：“大家都说21世纪是碳的时代，碳纤维首当其任。在某种意义上，碳纤维将是第四次工业革命的重要支撑材料之一。在即将到来的星际航行、清洁能源和人工智能时代，碳纤维和碳纤维复合材料将发挥越来越重要的作用。”

外表纤细、用途广大的碳纤维，其研发制备却异常艰难。

据朱波介绍，碳纤维装备技术集材料学、化学、纺织学、机械自动化等多个学科为一体且高度交叉，是极其复杂的系统工程。从原辅料的质量，到原丝及碳化的各个工序，都蕴含有大量的基础研究、工艺及装备等“卡脖子”技术。仅以制备为例，其流程就包括上百个细分工序，涉及两千多个控制参数，每个控制点的参数变化都可能引起连锁反应，进而导致产品质量波动，甚至功亏一篑。

原丝质量决定碳纤维性能。朱波说，碳纤维的性能严重依赖于原丝的微观结构形态及原子序列规整性，如果原丝的分子结构和聚集态结构存在缺陷，对碳纤维的质量和性能影响巨大。

更严苛的是，要保证原丝性能稳定，需要确保每一根丝质量过关。“以一束标准12K的碳纤维为例，其12000根丝都得质量可靠。只有不断摸索、不断试验，才能找出相对科学合理的工艺组合。没有千锤百炼的功夫，做不出高性能碳纤维。”朱波说。

繁难的制备工艺，让碳纤维成为一道横亘在材料学人面前的“天堑”。垄断相关技术的日美两国，对碳纤维实施严格的专利保护和全面的技术封锁。“通知性涨价、赏赐性供给”，是彼时国际碳纤维市场的写照。

中国就是在日美对碳纤维技术、装备、产品三封锁的情况下，改变了全球碳纤维格局——2005年，光威复材（光威集团旗下威海光威复合材料股份有限公司，下称光威）研制的CCF-1级（相当于日本东丽的T300级碳纤维，T指高强型碳纤维，后面的数字越高表明强度越好）碳纤维通过国家“863计划”碳纤维专项验收，标志着我国摸索出一条成功的技术路线，首次拥有了自己的产业化碳纤维。

此后，国产化的碳纤维一路猛进、放量建设，谋求“从无到有”后“从小到大”的跃升。

二、科研给力，突破实验室关键技术

“863计划”碳纤维专项摒弃国有、民营等门户之见，以公平竞争的方式让评价排名领先者承担项目，是一大开创性做法。

碳纤维领域赫赫有名的民营企业——光威由此崭露头角。

光威复材董事长卢钊钧告诉记者，光威本是一家位于山东威海的鱼竿生产企业，得益于师昌绪倡导的抽样盲测法，加入到碳纤维的“国家队”。

卢钊钧说，抽样盲测是一种后来被广泛采用的评比方法，它由专门组成的抽样专家小组到现场抽样，然后将样品统一编号，送到指定的第三方测试单位测试，测试单位并不知道样品来源。“正是凭借这种新型评价模式，光威靠优异的产品性能，评价排序领先入围‘863计划’碳纤维专项。”

在全国一盘棋的项目管理策略下，参与院所和企业密切合作，相继突破PAN基碳纤维吨级试验线、百吨级中试线。

“这宣告我国突破了国产T300级碳纤维核心技术，我国也成为世界上少数掌握高性能碳纤维工程化关键技术的国家之一。”卢钊钧说。

中国在碳纤维上终于具备了被讨论的资格。

三、企业努力，突围产业化困局

接踵而至的，是国产碳纤维提高产量、提升品质的关键之战——产业化。

卢钊钧说，如果把2005年干出来的T300级碳纤维比作车，那么它最多就是夏利，能开，但跟宝马不能比。更何况从夏利到宝马，中间还有大众等多种车，高性能碳纤维也有多个型号。“做出更好的产品很不容易。每一个高性能碳纤维产品的升级，无一不涉及关键技术的攻关、无一不涉及关键装备的突破。”

以光威对标东丽T800级碳纤维的QZ5526为例，其制备难度较GQ3522陡然提高一个大台阶。“工艺技术先不说，光研发制备QZ5526必需的碳化炉，光威就投入上亿元资金、前后历时3年。”卢钊钧介绍。

比技术压力更大的是资金压力。

谈起当年的“烧钱”，卢钊钧心有余悸：“千吨生产线每开工一天，上百万就没了，见不到效果，钱就像打了水漂。几千万的设备，说不能用就不能用了，只能卖废铁。连光威的创始人陈光威都曾说，最考验企业家神经的，并不是他一下子投入了多少钱，而是当他连续投入巨额资金后，并没有看见产出，却依然还要继续每天‘烧钱’。”

巨大的资金投入、漫长的回报周期，让光威的资金链几近断裂。“到2012年，银行已经不肯再给光威贷款。为了研发高性能碳纤维，光威不仅花光了多年的积累，还曾把所有渔具生产的厂房、设备，甚至订单全部抵押，才融到资金。”卢钊钧说。

光威“九死一生”的碳纤维研发历程不是孤例。中复神鹰的张国良、恒宝股份的钱云宝等碳纤维领域知名企业家，都曾因攻关碳纤维备受煎熬，有的几乎耗尽家产。

所幸，经过国内工业力量的奋发努力，我国终于构建了工业应用碳纤维的产业基础，形成了一批可以在市场上生存与发展的企业，且在相当程度上，实现了全面与系统的国产化，大部分技术已经进入自主研发与正向设计的较高水平。

文章来源： 新华社，六工石墨五金