当1879年爱迪生获得制造电灯中碳丝的专利的时候，碳纤维就存在了，但直到上世纪60年代初航空航天工业亟需性能更优的轻质材料时，碳纤维才开始了大规模的商业化生产。上海在碳纤维方面目前状况并不乐观，但也期待着有自己的一席之地。

 

　　碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料，顾名思义，它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。

 

　　碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成结构材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度（材料的抗拉强度与材料比重之比）、比刚度（材料承载能力的一个重要指标，比模量越大，零件的刚性就愈大）综合指标，在现有结构材料中是最高的。在密度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。

 

　　碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的，现在还广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学领域。随着尖端技术对新材料技术性能的要求日益苛刻，80年代初期，高性能及超高性能的碳纤维在科学家的努力下相继出现，普通的碳纤维

 

　　这在技术上是又一次飞跃，同时也标志着碳纤维的研究和生产已进入一个高级阶段。

 

　　工业应用中，对碳纤维的品级通常以拉伸强度指标作为衡量标准。其中目前最常用的是T300、T700这两个指标。T300指碳纤维的抗拉强度应达到3.5GPa；T700指抗拉强度应达到4.9Gpa。目前世界上最高水平的商业产品为：高强型抗拉强度为6.37GPa的T1000，高模型强度为2.74GPa的M40和强度为3.920GPa的M60J，等等。

 

　　碳纤维的复合材料中，由碳纤维和环氧树脂结合而成的复合材料，由于其比重小、刚性好和强度高而成为一种先进的航空航天材料。因为航天飞行器的重量每减少1公斤，就可使运载火箭减轻500公斤。所以，在航空航天工业中争相采用先进复合材料。这也是当下在碳纤维中被提到最多的一种复合材料。

 

　　中国最早研究碳纤维与1970年代的“两弹一星”运动有关。当时，“两弹一星”是我国国防建设甚至整个国家运动中最为重点的重点。而碳纤维是我国“两弹一星”中不可缺少的新材料。

 

　　但是，由于碳纤维是重要的“战略物资”，而中国当时正与西方列强处于敌对状态，西方国家按照所谓“巴黎统筹条约”的规定，对我国实施包括碳纤维在内的多种产品的严格“禁运”。附带说明，当时西方国家成立的巴黎统筹委员会，其宗旨就是执行对社会主义国家的禁运政策。禁运产品有三大类，包括军事武器装备、尖端技术产品和战略产品。这从侧面也可以看出碳纤维在国防领域的重要地位。

 

　　在国防军工“等米下锅”而西方列强强力封锁的背景下，为了解决碳纤维问题，由中央军委副秘书长、国防科工委主任张爱萍将军亲自主持，中国召开了第一次全国性的碳纤维会议。这次会议于1975年11月13―24日在北京召开，会期长达12天。它是我国第一次全国碳纤维会，是为解决国防军工用的碳纤维而召开的一次专门会议，也是我国第一次全国碳纤维学术和技术交流会。鉴于这次会议的历史意义，根据会议召开的年月，这次会议被简称为“7511”会。

 

　　“7511”会由国防科委和国家计委联合召开。全国从事碳纤维及其复合材料的科研、生产、应用等60个单位，共130余人出席了会议，覆盖了全国在这个领域的领导、专家和精英。参加部门包括：石化部、冶金部、轻工部、中国科学院、国家建材总局、国家物资总局、国防工业办公室、一机部、三机部、七机部、八机总局、上海市、吉林省、山西省、甘肃省、广东省等。参加“7511”会的领导有国防科工委主任张爱萍，副主任肖向荣、陈彬和李光军，科技部副部长张英、李国枢等。部委领导有：国家计委生产技术室副主任宋力刚，七机部部长汪洋，副部长陆平和程连昌；石化部副部长陶涛；轻工部副部长谢鑫鹤；中科院副秘书长郁文等。从参与的部门和领导不难看出这次会议的举足轻重。

 

　　而这次会议的聚焦点，就是分析当时中国碳纤维的研究能力，并为如何发展中国的碳纤维制定规划。

 

　　从会议留下的资料中，我们可以看到上海在这一场轰轰烈烈的碳纤维攻关运动中，也占据了一定的地位。由于上海合成纤维研究所于1970年代初开展了硫氰酸钠为溶剂的聚丙烯腈原丝研究，1975年就向冶金部上海炭素厂提供了约2 t原丝，供该厂研发碳纤维。而冶金部上海炭素厂采用上海合成纤维研究所硫氰酸钠为溶剂的聚丙烯腈原丝，在“7511”会前能生产少量碳纤维。因此上海的这两家企业，也被视作全国碳纤维科研攻关的重要力量。

 

　　毫无疑问，我国碳纤维在“7511”会前已开展一定的研究与生产，但当时研究和生产能力远远满足不了我国国防建设和国民经济发展的需要。而时至今日，在全球的视野中，中国的碳纤维依然是远远落后的，我们不必去评价“7511”会的成功与否，但现实的依然落后是需要正视的。值得一提的是我国台湾省的台塑集团，上世纪80代年中期从美国Hitco公司引进百吨级碳纤维生产线，经消化、吸收和配套后得到迅速发展，台塑产量增加很快，现在已经是国际碳纤维研产领域的重要一极。

 

　　随着中国商用飞机有限责任公司（下称“中国商飞”）在上海的挂牌，标志着大飞机项目正式落户上海。这对上海来说，并不仅仅意味着获得了一个令全世界瞩目的“大项目”，更重要的是，具有强烈辐射能力的大飞机项目，将直接带动上海的产业结构升级。

 

　　碳纤维复合材料与铝合金、钛合金、合金钢一起成为飞机机体的四大先进结构材料。因此碳纤维的升级显然也将在大飞机项目的带动下有望获得升级。“制造大飞机的材料，尤其是复合材料的研制，将是中国大飞机研制工作面临的最大挑战，也就是最难突破的。”业界著名的飞机设计师周济生曾如此说。

 

　　以欧洲的空中客车380为例，它每一架飞机的材料中约需25%的碳纤维复合材料。以每架客机空机重280吨计，即需用碳纤维复合材料70吨。而上海的大型客机也已经确定机重15%的材料需采用碳纤维复合材料，以空机重量20吨结构重量计，每架需用高性能（T700、T800系列）碳纤维复合材料3吨；未来20年，我国大民机和通用飞机的需求量约1901架，所需的碳纤维复合材料将是非常大的一个数目。

 

　　上海市政府曾雄心勃勃地颁布了《关于加快推进上海高新技术产业化的实施意见》，提出到2012年，全市新材料产业的规模达到1000亿元。重点推进的领域包括高性能碳纤维、耐高温纤维、高温合金、钛合金、环保节能材料等。2012将近，这个目标至少在碳纤维方面似乎还有难度，当然确也引发了相当大的进步。

 

　　事实上，不仅高端的大飞机项目需要高性能的碳纤维，如今许多新型的产品都需要碳纤维。

 

　　在航天领域，从航天探索中的宇航服，到宇航员返回地面所提供的坚韧轻质降落伞及太空运载工具等，都离不开高性能材料。

 

　　在消防领域，碳纤维受压容器已被大量用于消防救生用气瓶的生产与新能源汽车使用氢气瓶的试制。上海航天康巴塞特公司用全部从日本进口的T700碳纤维，仅消防救生用气瓶碳纤维年耗用量近千吨（2－3kg/瓶，全国用量近7－8千吨），目前与同济大学合制的氢能源气瓶即将开始生产，需用T700碳纤维2－3万吨每年。

 

　　在风能领域，以碳纤维为主要原料的风力发电机在我国的年增长速度几为世界增长率的3倍，达70%以上。2Mw以上发动机的叶片（碳纤维复合材料用量大于5吨）即将在沪投产，它对于节能减排将起着决定性的作用。

 

　　在电力领域，碳芯电缆是能够承受严寒条件下高压电输送的唯一选材，我国2008年春的冰雪灾，电缆因积冰沉重，压垮了许多塔架，蒙受了巨大损失，国内只有宜兴远东电缆有限公司用从国外引进的用T700碳纤维制成的碳芯增强电缆承受住了冰雪的考验，免受了灾害，据称，全国已有6～7家企业打算进行同类产品的制造，而上海是我国电缆工业的主要产地，电缆研究所等单位已经开始这一新型产品的研制，其对碳纤维的年需要量，将超过千吨。

 

　　在汽车领域，碳纤维需求前景也同样乐观。碳纤维复合材料传动轴、尾翼和引擎盖已经在汽车行业广泛应用，虽然现在主要是用在豪华车型，但预计未来将在大众车型中推广。日产汽车、本田汽车和东丽公司，将联手开发汽车车体用的新型碳纤维材料。合作企业还包括三菱丽阳和东洋纺织，目标在2010年代中期以前开始量产，使车体较使用钢材者轻40%。日本政府亦支持该项计划,希望在全球开发环保车辆的趋势中取得领先地位。日本经济产业省计划未来五年投资这项计划20亿日圆(1850万美元)。目前碳纤维价格仍高、但随着钢价持续上扬，将可缩小两者间的差距。而采用碳纤维材质将可改善车辆的燃料效能，并使二氧化碳排放减少30%。

 

　　目前，世界碳纤维生产企业主要有日本的东丽、东邦和三菱公司，美国的HEXCEL，德国的西格里集团，韩国泰光产业，以及台塑集团等，以生产T700（拉伸强度大于4500MPa）以上的高性能碳纤维为主。东丽公司是世界上最大的生产商，已经开发出高强型T1000（拉伸强度大于7000MPa）系列碳纤维，其拉伸强度达7.05 GPa。

 

　　我国对碳纤维的研究虽然于“7511”会后有所进展，但碳纤维产业整体上还处于一个较低的发展水平，原丝品质低下，仅能生产低性能碳纤维，指标尚达不到国际T300（拉伸强度大于3000MPa）水平，与国外已经较为普及的T700甚至T800差距较大。

 

　　随着碳纤维应用领域的不断扩大，碳纤维的市场需求日趋增加，碳纤维及其复合材料产业呈现良好发展态势。据相关部门预测，世界碳纤维需求将以每年大约13%的速度飞速增长，2012年将达到6万t，2018年将达到10万t。再加上中国本身巨大的碳纤维市场，目前，国内碳纤维的市场需求量以每年11%～15%的速度增长，2010年国内碳纤维的需求总量约达1万t。这也使得中国企业和研发机构都跃跃欲试，期望能分得一杯羹。

 

　　据有关报道，截至2009年底，国内碳纤维生产企业有23家，主要有中复神鹰碳纤维有限责任公司年产2500t PAN基原丝和1000t碳纤维生产线、威海拓展纤维有限公司千吨级碳纤维生产线、吉林石化碳纤维厂百吨级碳纤维生产基地等。其中尤其值得注意的是中复神鹰碳纤维有限责任公司，它可能是中国目前唯一投产T700的企业。

 

　　上海市科委目前已布局的高性能碳纤维项目有两个。一个是“高性能碳纤维产业化关键技术研究”，另一个是“高性能碳纤维关键技术和装备开发及产业化研究”。

 

　　高性能碳纤维产业化关键技术研究的课题责任人，由黄翔宇――中国石化上海石油化工股份有限公司腈纶事业部总工程师和杨玉良――中国科学院院士及复旦大学教授联合担任，从某种程度上也可以看出期望企业与研发单位在此课题合作的政府意向。

 

　　在这一课题中，研发单位将开发从原料到碳纤维复合材料一条龙的产业化成套技术。他们利用上海石化现有的高性能PAN原丝产业化技术的开发能力，与研究性的合作单位在聚合机理、氧化、碳化以及表面后处理方面进行共同开发，通过工艺技术软件包的开发，进行原丝和碳纤维生产装置的建设，自行研究专用设备，引进部分关键装备进行消化、吸收、国产化再创新。即在化学原理、工艺设计、关键装备三方面着力突破。

 

　　他们期望通过这一项目，充分利用中国石化在碳纤维复合材料专用树脂方面的生产和开发能力，形成年产千吨级原丝、碳纤维，百万平方米预浸料的碳纤维复合材料产业链，同时带动油剂、上浆剂、专用树脂的国产化，制订中国石化的碳纤维产品标准，配备专门的表征实验室，为国产碳纤维的生产与应用起到推动和示范作用。

 

　　当然，这主要是T300方面的。他们也期望在T300的基础上，同时开展对T700及以上标准的高性能碳纤维技术的研发，进行相关的技术理论研究，建立中试实验装置，进行相关实验，形成自有技术和装备，为掌握百吨级高性能碳纤维及其原丝中试生产技术，强度和模量等主要性能指标达到T700及以上碳纤维的国际先进水平，为航空航天、国防军工、能源环保、先进制造提供重要支撑材料；为上海碳纤维产业链建设提供重要支撑平台；建立碳纤维研究开发与生产应用产业联盟。我们或可以说，这一项目如果成功，至少可以让中国的碳纤维达到国外并不遥远的稍前的水平，至少可以让中国不至于掉队。

 

　　高性能碳纤维关键技术和装备开发及产业化项目，则是由上海斯瑞碳纤维有限公司（一家成立于2008年的民营企业）牵头，联合东华大学、中科院上海有机所、中科院硅酸盐研究所、华东理工大学、上海大学、上海电缆研究所等科研院校及研究机构承担。这一碳纤维产业化“产学研用”的联盟，期望通过整合相关资源，在碳纤维关键技术和装备方面，有所突破。

 

　　他们期望，研究T300碳纤维及其原丝稳定生产技术，形成具有自主知识产权的关键技术、关键设备与工程化系统集成，建成年产500吨SK300(性能与T300相当)的原丝与200吨碳纤维示范生产线，并进一步形成具有自主知识产权的千吨级碳纤维生产线工艺包。他们也希望，在实现T300技术能力的基础上，建成年产250吨的SK700(与T700相当)和年产250吨SK800(与T800相当)的原丝中试生产线。与前一项目一样，这个项目的成功，至少可以让我们掌握先进国家早已成熟的技术，在跟随的途中，不至于掉队太多，至于取得领先，目前似乎还不是太敢奢望的事情。

 

　　很显然的是，碳纤维的研发与生产，如果不去做，将永远受制于人。