日前,江蘇連云港神鷹自行車有限責任公司生產出完全擁有自主知識產權的僅有6公斤重的碳纖維自行車,其主要原料碳纖維全部由中復神鷹碳纖維有限責任公司提供。這種自行車已通過歐洲碳纖維自行車質量認證,價格僅為同類進口碳纖維自行車的1/3。公司年產10萬輛碳纖維自行車一期工程將于年內開工建設。與普通材質自行車相比,碳纖維自行車具有質輕耐用、節省體力的特點。作為自行車車體材料,這僅僅是碳纖維應用領域的一個小小實例。
碳纖維離我們的日常生活越來越近,這種比頭發絲細100倍的纖維狀碳材料,它的密度不到鋼的1/4,但抗拉強度卻是鋼的7~9倍,抗拉彈性也高于鋼,碳纖維比鋁輕、比鋼硬。由于質輕,碳纖維復合材料質量大約是鋼的20%,依據纖維等級和方向性,甚至可以達到類似鋼材的強度。此外,碳纖維還不生銹,使用碳纖維材料可以大幅降低產品體重,因而可顯著提高燃料效率,用其生產的飛機、汽車,可節約大量燃油。
碳纖維由于具有高強度、高模量、耐高溫、耐腐蝕、導電和導熱等性能,因而使其成為一種兼具碳材料強抗拉力和纖維柔軟可加工性兩大特征的化工新材料,是新一代增強纖維。目前,碳纖維不僅廣泛應用在航空航天、軍事工業,而且在汽車構件、風力發電葉片、核電、油田鉆探、體育用品、碳纖維復合芯電纜以及建筑補強材料領域也存在巨大應用空間。
困境一:生產技術遠落后于發達國家
由于碳纖維應用領域涉及到國家的國防和軍工,因此,碳纖維的技術及生產設備各國都嚴格保密。日本、美國等主要生產公司長期以來不但對高性能特種原絲制備技術高度保密、不肯轉讓,也不出售高性能特種原絲產品,而且成套技術引進的可能性也很小。
據中科院山西煤炭化學研究所研究員賀福介紹,我國T300通用級產業化已取得突破性進展,百噸級和千噸級碳纖維已投入生產;T700級正在進行中試放大,T800級正在實驗室研制。目前國內有一兩個單位的產品品質已超過T300級的性能指標,達到了T400級水平,并且可以小批量生產。這處于上世紀80年代日本東麗公司在碳纖維研發方面的水平。從總體形勢來看,我國當前處于由T300通用級向高性能的T700和T800發展的過渡期。
但是由于應用領域的不同,對碳纖維及其復合材料的質量要求也不同。也就是說,僅有通用級T300是遠不能滿足市場需求的。因此,賀福認為,必須研制高性能的T700、T800和T1000級的碳纖維。他舉例說,制造大飛機的一次結構材料需要用T800H級及其復合材料P2302(T800H/3902-2);制造碳纖維復合芯鋁絞電纜(ACCC)也需要T700S級。因此,研制高性能碳纖維已是當務之急。未來的主導產品應是T700和T800級,并且T700級將逐步取代T300級,成為新一代通用級碳纖維。