T800碳纤维研制成功，中国打破国外企业在技术上的垄断

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　　1月20日，一直被国外封锁垄断的T800碳纤维也在哈尔滨宣告实现了低成本国产化，其生产成本仅为国际价格的三分之一。在实现低端市场逐步替换国外产品的同时，在中高端市场上也打破了国外企业垄断。更可贵的是，根据相关单位的论文和测试结果，国产T800型碳纤维在性能上完全不输于日本东丽公司的同类产品，而在局部技术参数上更是具有一定优势。虽然今日中国碳纤维产业正处于发展期，但也是经历了风风雨雨才有今天的成绩。

　　1959年，日本发明了用聚丙烯腈为原丝加张力牵伸制造碳纤维的方法，西方于上世纪70年代开始商业化，随后，由于碳纤维优良的特性，被运用于民用航空和军事用途。中国碳纤维研究始于60年代初，但由于当时国际环境恶劣，且西方对于碳纤维这样的军民两用技术对中国高度技术封锁，加上国内资源紧张，碳纤维的相关研究工作进展相对有限。直到1975年，在张爱萍将军的部署下，联合20多家研究所和企业共同攻关，终于解决了有无的问题。不过，这批产品也存在一定瑕疵，比如力学性能相对国外同类产品较为有限，成本上相对国外同类产品偏高等。

　　正是因为这种情况，加上那个特殊年代对洋技术的无限顶礼膜拜，很多单位把希望寄托于引进国外先进技术。某单位还承诺，对引进国外先进技术将给予资金支持。然而事与愿违，由于巴统条约（巴黎统筹，是对社会主义国家实行禁运和贸易限制的国际组织）限制，国际上在技术方面处于第一梯队的大公司都不愿意向中国转让技术，而且即便是购买少量设备，也往往遭遇政治壁垒——上海碳素厂力图从美国引进设备的举措因美国国防部干涉无疾而终。

　　因此，技术引进的对象只能从那些技术处于中下游且不够成熟的西方公司中选择。最终，位于吉林和北京的两家单位选择了英国RK公司，然而RK公司的技术虽然略高于国内，但在欧美日本却算不上先进水平。而且虽然没有明确证据表明RK公司在技术上是否有所保留，或者故意使坏，但从结果上看，很难不让人往阴谋论方面联想。两个项目共耗资900万美元左右，到1990年，吉林的那家单位的炭化炉始终无法正常运转；北京那家单位耗费了7年时间也未能成功，直到1993年“验收”，设备依旧无法正常运行。不得已，在2套引进设备均无法正常运转的情况下，最后只能当废铁卖了。技术引进的失败不仅耗费了大笔经费，也浪费了宝贵的时间，这笔学费不可谓不高昂。而且因技术引进的失败，导致和日本的技术差距拉得更大了。

　　2000年，中国碳纤维研发正处于低谷，国内只有三家单位还在勉强支撑，而且也仅仅是小批量供货以满足国防军工的部分需要。但在看到进步的同时，也要看到差距。目前，国际碳纤维市场的半壁江山被日本占据，在小丝束纤维产能上，日本企业占全球的49％，在大丝束碳纤维产能上，日本企业占全球产能的52％。

　　不仅产能上有差距，在产品质量和使用用途上也有差距，目前国内还无法商业化量产可以匹敌东丽T1000的产品，在用途方面，国产碳纤维主要用于自行车、高尔夫球棒和钓鱼竿等体育休闲用品，而能够用于航天航空的碳纤维产品相对较少。

　　所谓T300、T800、T1000等称谓，其实是日本东丽公司的碳纤维型号，只是由于东丽公司在行业内的地位，所以导致其型号在媒体的报道中，无形中演化成类似于某种强度的碳纤维标杆。从中其实也能看出日本企业在碳纤维领域的行业地位。

　　碳纤维是含碳量高于90%的无机高分子纤维。其中含碳量高于99%的称石墨纤维。碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构。碳纤维各层面间的间距约为3.39到3.42A，各平行层面间的各个碳原子，排列不如石墨那样规整，层与层之间借范德华力连接在一起。在集成电路领域中，三星的14nm制造工艺虽然和Intel的14nm制造工艺同属于14nm，但采用三星工艺加工出来的芯片在性能、功耗等方面与Intel的相比却存在一定差距。那么，国产的T800和日本东丽的T800也存在类似同属T800，但产品性能却逊色不少的情况么？

　　由中航复合材料有限责任公司、北京航空材料研究院、先进复合材料重点实验室、核工业理化工程研究院、北京航空航天大学材料科学与工程学院技术人员共同署名发表的论文对国产T800碳纤维和日本东丽T800碳纤维做了非常详细的测试。

　　在测试中，研究人员采用日本Hitachi公司生产的S4800N型冷场发射扫描电子显微镜，观察碳纤维的表面形貌，并计算纤维直径。采用美国Veeco公司生产的D3000型原子力显微镜，观察碳纤维表面形貌，分析表面粗糙度。采用英国Kratos公司生产的X射线光电子能谱仪，分析碳纤维的表面成分。采用北京航空航天大学研制的微脱黏试验机，测试纤维与基体树脂的界面剪切强度。采用美国Instron公司生产的5982型材料电子万能试验机测试复合材料室温干态力学性能。

　　由于国产T800碳纤维的氧碳原子比约为T800碳纤维约为31.2％，约为东丽T800H碳纤维的2倍，因此，国产T800碳纤维能够通过化学键合或分子间作用力与基体树脂形成相互作用，从而提高复合材料的界面性能。加上之前提到的在表面物理态上的差异，使得国产T800碳纤维与HT-280树脂能形成更好的界面黏结。

　　在力学性能方面，国产T800／HT-280复合材料的0°拉伸、90°拉伸、弯曲、面内剪切和层间剪切等力学性能均普遍高于东丽T800／HT-280复合材料。其中，90°拉伸强度高约25％，面内剪切强度、弯曲强度高约12％、层间剪切强度高约7％。

　　目前，日本是高档碳纤维材料的主要生产国，日本东丽公司的T800系列碳纤维，是唯一被美国FAA批准用于波音777关键飞行部件的碳纤维，航空工业中碳纤维的重要性不言而喻。西方国家长期对中国施行T800系列碳纤维禁运，以阻止中国以此提高军用飞机性能以及在国际航空航天材料中获得竞争力。2013年有中国商人在美国被控告非法采购T800系列碳纤维。

　　必须指出的是，过去国内虽然能做出与国外媲美的产品，但在成本上往往高于国外同类产品。而据哈尔滨人民政府网站1月16日报道，天顺化工将规模化生产的T800级碳纤维的成本，控制到国际价格的三分之一，仅为350元/公斤，这实现在技术上能与国外同类产品争锋的同时，在定价上也占据主动，这对国产T800碳纤维的产业发展和商业化应用就尤为关键了。

　　工业化生产碳纤维按原料路线可分为聚丙烯腈（PAN）基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维三大类，但主要生产前两种碳纤维。由粘胶纤维制取高力学性能的碳纤维必须经高温拉伸石墨化，碳化收率低，技术难度大，设备复杂，原料丰富碳化收率高，但因原料调制复杂、产品性能较低，亦未得到大规模发展；由聚丙烯腈纤维原丝制得的高性能碳纤维，其生产工艺较其他方法简单，产量约占全球碳纤维总产量的90%以上。

　　技术的落后直接导致中国碳纤维产品质量与进口产品之间的明显差距，也极大地限制了国产碳纤维产品在高端领域的应用。有数据显示，中国碳纤维产品在应用上集中于低端领域，在碳纤维质量要求较高的航空航天领域的应用比例仅为3%，远远没达到国际上碳纤维行业在航空航天领域应用占比的平均水平;而在质量要求相对较低的运动休闲用品领域，碳纤维的应用比例却高达80%左右，四倍于国际上碳纤维在运动休闲用品领域应用的平均水平。但国产碳纤维落后的技术却制约着中国碳纤维行业健康稳健发展。

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　　碳纤维（carbon fiber，简称CF），是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。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。

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