碳纤维三次突围：从实验室到多领域的华丽转身

有一种神奇材料，比钢强、比铝轻，直径仅为头发丝的 1/10，它就是碳纤维。从最初用于灯丝，到如今在航空航天、体育用品、工业制造等多领域广泛应用，碳纤维历经三次突围，不断书写着材料工业的重要历史。 碳纤维的发展起源于 19 世纪，1845 年美国斯塔尔提出在真空泡内使用碳丝，随后英国科学家约瑟夫・斯旺将碳化纸做成灯丝，1879 年爱迪生用天然纤维高温烘烤得到碳纤维并获得相关专利。但早期制得的纤维力学性能低且无法工业化。20 世纪 50 年代，美国开发出黏胶基碳纤维，1959 年日本科学家近藤昭男以聚丙烯腈为原料制备碳纤维的技术取得突破，提升了强度并开创工业化生产路径。1971 年日本东丽公司建立生产线生产 T300 碳纤维。20 世纪 70 年代石油危机促使飞机制造商探索碳纤维复材应用，之后碳纤维复材在军机和商用飞机的多个部件逐步使用，在航空航天领域带动下，碳纤维迎来第一次突围。

我国对碳纤维的研究始于 20 世纪 60 年代中期，1974 年中科院山西煤炭化学研究所设计第一条生产线。早期产品勉强达到 T200 级别，支撑了我国早期战略装备试制。但国外长期对我国实施技术封锁和出口限制。2001 年碳纤维 304 专项被纳入国家 “863 计划”，经过几十年努力，2023 年国产超高强 ZA60XC (T1000 级) PAN 碳纤维千吨级工业生产技术通过鉴定。如今我国碳纤维运行产能占全球近五成，众多国内企业与国际知名企业同台竞技，实现了第二次突围。

在非航空航天领域，1972 年东丽公司推出第一个商业碳纤维复材产品鱼竿后，碳纤维在体育用品、储氢瓶、风机叶片等领域广泛应用。上海石化采用自主工艺和技术生产碳纤维材料，历经多年研发，其小丝束、大丝束碳纤维成功应用于冬奥火炬 “飞扬” 外壳、广州高速地铁列车车头罩、35 兆帕氢气瓶缠绕等，彰显创新精神。近日，其碳碳复合新材料在风机叶轮领域的应用成为深化应用的又一创举，实现了第三次突围。 碳纤维从实验室偶然发现到如今在多领域大放异彩，三次突围见证了其发展历程。随着技术的不断进步和应用领域的持续拓展，碳纤维有望在更多领域发挥重要作用，为推动各行业发展注入新的动力。