碳纖維國外發展歷程

從19世紀60年代英國化學家、物理學家約瑟夫·威爾森·斯萬爵士以碳纖維為發光體做半真空電燈開始，直到具有優異的力學性能、彈性模量的聚丙烯腈纖維的發明，歷經近百年才讓碳纖維真正走上商業應用、高性能纖維的舞臺。到目前為止，聚丙烯腈基碳纖維仍然占據碳纖維市場90%的份額。自聚丙烯腈纖維發明以后，經過許多研究者、公司、企業對碳纖維的不斷研究以及性能的提升，最終在 20 世紀 60、70年代，高性能碳纖維開始商業化生產。

碳纖維進入高速發展階段以后，在很長的一段時間，因其高超的性能以及昂貴的價格，“黑色黃金”碳纖維仍然主要應用在“奢侈行業”———軍用市場和高端體育用品市場，普及程度極差。碳纖維的發展愿景以及高性能應用的預期勢讓投入碳纖維產業十幾年的企業們打開思路，一方面加強碳纖維性能提升增加需求，另一方面降低成本擴大市場應用。降成本的方案分為兩類，一是產品改善，生產大絲束碳纖維，降低生產過程對設備成本和工藝的難度。二是提高生產速度，采用干噴濕紡，降本增效，性能提高。工業級大絲束的應用經過發展主要應用在汽車、風電葉片、光伏產業晶硅熔煉爐、儲氫瓶等。

目前，德國 Chemnitz 紡織研究所正在對碳纖維的減震性能和靜態力學進行結合，開發主體為碳纖維、增強材料為其他纖維的混合非織造布的研究，以改善電動汽車電機的外殼。德國 Dralon公司和美國 4M 公司合作研發出紡織級的大直徑碳纖維的低成本聚丙烯腈基前驅體，比傳統的小直徑前驅體氧化速度快，同時以此來制備的碳纖維在性能要求上與工業級碳纖維一致。目前帝人集團已經開始進行回收碳纖維生產方向的研究，并對開展碳纖維碳足跡的計算進行評估等。

碳纖維國內發展歷程

國內對碳纖維的研究起步不比國外的晚，70年代初就已經開始組建研究團隊，但是質量比國外差、成本又高，只能部分應用于軍工領域。80年代中后期開始的很長一段時間，以美國為首的碳纖維企業，對軍用、航天、高端市場的碳纖維生產技術進行嚴格的技術封鎖，導致我國沒有且無法掌握對碳纖維的核心技術，一些昂貴的進口設備變成廢銅爛鐵，大大挫傷了國家對碳纖維的研發及投入的信心。

直到進入 21 世紀，在師昌緒先生的帶領和重視下，國內才開始重視對碳纖維的再次研究、攻關。從威海光威，到中復神鷹，到恒神，到吉林碳谷，從國防到民用，從情懷到效益，我國的碳纖維發展也開始朝著高強高模低成本的方向快速發展。截止 2021 年，我國在軍用領域已基本實現碳纖維的國產化。

21世紀后 ，國內碳纖維的研究及應用飛速發展。由于近年來我國對軍機的需求、以北斗導航系統為首的航天技術的發展、民用航空的快速發展以及風電葉片的大量需求等，讓國家對碳纖維全產業鏈的投入加大。2021 年江蘇恒神產值產量雙提升，實現恒神創建以來首次盈利，也迎來了國產纖維首次全行業盈利；2022年2月份，世界首創由碳纖維材料制備的北京冬季奧運會火炬外殼亮相。同時各碳纖維企業正在加大發展力度：2021年9月中國建材西寧萬噸碳纖維基地投產；10 月吉林化纖年產600噸的高性能碳纖維首條碳化線試車成功；2022 年 1 月上海石化的1.2萬噸/年的48 K大絲束碳纖維生產設備到場；2022年3月新疆隆炬新材料5萬噸/年的高性能碳纖維項目復工，2023年4月新疆隆炬48K大絲束碳纖維生產線試車成功；2023年4月，中復神鷹連云港3萬噸碳纖維項目正式開工，5月西寧2.5萬噸項目全面投產，預計2023年末中復神鷹年產能將達到2.85萬噸/年。

作為雙碳政策的基礎性材料產業，又是光伏、風電、汽車等交通工具輕量化的重要支撐材料，未來我們還需加強碳纖維及其復合材料的規劃及戰略規劃，抓住窗口期，持續提升國內碳纖維的研究及技術，實現全行業的飛躍，引領國產碳纖維再上新臺階。