去年，我國正式啟動了大型飛機制造計劃，這是一個振奮人心的喜訊，幾十年的夢想就要實現了，人們受到極大鼓舞?，F在，制造大型飛機離不開碳纖維，我國化學纖維工業“十一•五”發展規劃中已將碳纖維列為鼓勵發展的高新技術纖維首位。制造大型飛機將促進我國碳纖維工業的快速發展，發展碳纖維也必將為我國的大型飛機制造做出貢獻，并促進我國化纖工業的合理化。
1、大型飛機制造項目再次啟動
我國航空事業已有50多年的歷史，其產業規模僅次于美國和俄羅斯。制造大型飛機是我國40年的夢想，因為這是衡量一個國家科技水平、工業水平和綜合國力的重要標志之一，我國從第一代領導人開始就有制造大型飛機的愿望。毛澤東主席曾經說過：“我們是一個大國，世界上有的東西，我們不能樣樣都有，但是重要的東西，如飛機和汽車，我們就一定要有”。1970年8月，我國第一個大型飛機項目“運十”正式啟動，并于1982年9月首飛上天，只比歐洲晚起步2年，遺憾的是以后擱淺了，沒有繼續發展。直到2006年2月9日，國務院頒布“國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006年～2020年)”，大型飛機被確定為“未來15年力爭取得突破的16個重大科技專項”之一。2007年2月，國務院常務會議原則上同意大型飛機立項，并批準了在2020年前開始制造大型飛機的計劃。同年12月，溫總理在西安視察時，再次表達了中國發展大型飛機的決心：“國家已經對外宣布了，就是說我們必要做(大型飛機)，而且一定要成功！”。
大型飛機是指起飛重量超過100噸的運輸類飛機，包括軍用和民用大型運輸機，也包括150座以上的干線飛機。大型飛機制造工藝復雜，涉及行業門類眾多，目前國際干線飛機市場一直被波音、空客兩家公司所壟斷。我國重新啟動大型飛機制造計劃，是基于多年來科學領域的預先研究，綜合國力的不斷增強和機械、電子、冶金、化工、材料、能源、信息及計算機等許多基礎產業和高新技術的發展，也說明我們已經具有了經驗積累、經濟實力和技術基礎。特別是“運十”和ARJ21支線客機的制造成功等為我國研制大型飛機奠定了基礎，我們的國產大型飛機將一定如期飛上藍天。
2、碳纖維在航空航天領域的應用
碳纖維主要是由碳元素組成的一種特種纖維，其含碳量隨種類不同而異，一般在90%以上。它是由有機母體纖維(粘膠、瀝青、聚丙烯腈等含碳量較高、在熱處理過程中不熔融的化學纖維)經預氧化、碳化、石墨化等工藝制成。其主要用途是與樹脂、金屬、陶瓷、水泥等基體復合，做成結構材料。碳纖維增強樹脂基復合材料(CFRP)為典型代表，其比強度、比模量等性能是現有結構材料中最高的。
碳纖維開始于19世紀60年代，在20世紀50～60年代工業化，是應宇航工業對耐燒蝕和輕質高強材料的迫切需求發展起來的。目前，有粘膠基、瀝青基和聚丙烯腈(PAN)基三種原料體系的碳纖維，粘膠基和瀝青基碳纖維用途較單一，產量有限，PAN基碳纖維由于生產工藝較簡單，產品力學和高溫性能優異，而且兼有良好的結構和功能特性，發展較快，已成為高性能碳纖維發展和應用最主要和占絕對優勢的品種，是當前碳纖維的主流，其產量占90%左右。碳纖維主要用于高性能結構及功能復合材料，在航空、航天、兵器、船舶及核工業等國防領域具有不可替代的作用，同時廣泛用于體育休閑用品和產業領域，是世界各國高度重視的戰略性基礎材料。目前，主要產品是包括以美國為代表的大絲束碳纖維(48K～480K)和以日本為代表的小絲束碳纖維(1K～24K)兩大類。日本不僅是碳纖維的主要生產國，而且是世界各國高質量PAN基碳纖維的供給國，壟斷了小絲束碳纖維(標準產品為12K／24K)的生產，左右著世界的碳纖維市場。東麗公司生產的小絲束碳纖維其產量和質量居世界前列，代表了當今碳纖維的世界水平。
2006年，世界PAN基碳纖維的生產能力為3.8萬噸／年(其中小絲束2.92萬噸／年、大絲束0.88萬噸／年)，生產量為2.7萬噸。由于供不應求，一些生產廠家正在擴大生產能力，預計2008年世界碳纖維的生產能力將達到4.86萬噸／年。從2005年開始，世界對碳纖維的應用表現出極大興趣，特別是大型民用客機開始大規模使用碳纖維復合材料，市場供求緊俏，價格上揚，2006年更是有價無市。第一波士頓信貸銀行(CSFB)人士指出，未來幾年，世界碳纖維需求將以年均兩位數快速增長，市場供應短缺至少將延續到2009年，甚至有可能會延長到2012年。
研制大型飛機要突破許多關鍵技術，其中之一是“先進復合材料結構設計技術”，這就離不開碳纖維。碳纖維以其優異的性能已經廣泛應用于飛機制造業，最突出的主要性能是強度大、模量高、比重小、質量輕。另外，還具有耐高溫、耐疲勞、耐腐蝕、耐高導和耐穩定性等一系列優異性能，而且與其他材料的相容性高、兼備紡織纖維的柔軟可加工性、容易復合、設計自由度大等。碳纖維的這種特性決定了它可以應用于航空航天、體育休閑、交通運輸、醫療衛生、土木建筑等諸多領域。
在航空航天領域，利用碳纖維的耐高溫、比強度高和比模量高等力學特性作為航空、航天、飛機、飛船等的結構材料使用。如飛機的一次構造材料：主翼、尾翼和機體等；二次構造材料：副翼、方向盤、升降舵、內裝材料、地板材、剎車片及直升機的葉片等。火箭的排氣錐體、發動機(蓋、殼體、燃燒室、噴管、喉襯、擴散段)、助推器殼體等；導彈武器的整流罩、彈體、端頭、噴管、擴散段等；人造衛星的承力結構、熱防護系統、太陽能電池基板、復雜曲面天線、連接架等；宇宙飛船的翼面板和支撐構件等。太空站和天地往返動輸系統上的一些關鍵部件也往往采用碳纖維復合材料為主要材料。目前，碳纖維復合材料在小型商務飛機和直升飛機上的使用量已占70%～80%，在軍用飛機上占30%～40%，在大型客機上占15%～50%。
世界碳纖維的需求在各用途領域都不斷增長，特別是急速增長的航空航天領域拉動了碳纖維全體的增長。世界碳纖維在航空航天領域的使用量，2006年為3775噸，占總用量的15.6%，預計2010年將增加到5389噸，占16.9%。我國碳纖維在航空航天領域的應用量遠遠低于世界水平，2005年為120噸，占總用量的2.7%，預計2010年將增加到250噸，占4.1%。
3、碳纖維復合材料在大型飛機上的應用
碳纖維復合材料(CFRP)具有質量輕等一系列優異特性，在飛機制造業廣泛應用。首先戰斗機的使用量增加迅速，如美國超級“大黃蜂”(F/A-18E/F)的CFRP用量占約19%、法國“陣風”的用量占約24%、英國“臺風”(EP200)的用量占約40%。直升機也大量使用CFRP，如日本“OH-1忍者”的機身用量為40%，槳葉等也用CFRP制造。我國先進的直升機也大量使用CFRP。特別是近年來在大型客機A380和B787上的使用量增加更快，目前已占結構總量的50%左右，成為制造大型飛機的主體材料，已引起人們極大關注。如波音公司1982年波音767型飛機主要在垂直尾翼發動機上使用一些碳纖維，1架飛機使用CFRP為1.5噸，其中碳纖維的實際用量約1噸。1995年推出的波音777型飛機，除了垂直尾翼以外，水平尾翼、機身和里面的地板支撐材料等也開始使用碳纖維，1架飛機的復合材料用量為9.6噸，實際碳纖維用量6.5噸。預計在2008年制造的波音787型飛機，除上述部位以外，整個機身的主要部分包括流線型罩等都使用碳纖維，1架飛機使用的GFRP將達到30噸，實際碳纖維用量超過20噸。波音公司稱，大量使用復合材料將減少更多的維修時間和費用，而且每架飛機可節省燃料約20%?？罩锌蛙嚬竟烙嬆壳?架A340/500和A340／600飛機使用的復合材料將近6噸，新的A380客機使用復合材料為25～30噸／架，其中85%是CFRP。中等尺寸的A350飛機預測到2010～2011年將充分生產，需用復合材料16～20噸／架，使飛機結構材料比例提升到41%左右。
通用級T300碳纖維及其CFRP可用來制造飛機的二次結構部件，滿足不了制造一次結構部件的要求。后來開發成功的高強中模型碳纖維使抗拉強度、抗拉模量、斷裂伸長等性能有了大幅度提高，與韌性環氧樹脂所制造的CFRP就可以制造大型飛機的一次部件和二次部件。目前應用的高強中模型碳纖維有東麗公司的T700SC和T800H、東邦人造絲公司的IM400和Im600、三菱人造絲公司的MR50及赫克塞爾(Hexcel)公司的IM7、IM7-500、IM7-600等。市場需求是碳纖維發展的動力。1981年波音公司提出要求高強度、高伸長的碳纖維，促進了高性能碳纖維的研發。1984年日本東麗公司率先研制成功碳纖維T800，1986年又進一步研制出了T1000，。隨后，日本東邦人造絲公司、三菱人造絲公司和美國赫克塞爾公司相繼研制出同類型的高性能碳纖維，為大型飛機的制造提供了新型復合材料。從此，CFRP在大型飛機上的使用量直線上升，也促進了碳纖維工業的發展和先進復合材料技術的日趨完善。
CFRP是制造飛機的最好材料，碳／碳復合材料(C/C)則是制造飛機剎車裝置的優異材料。先進的C/C剎車裝置可以有效地使飛機降落過程中的動能轉化為熱能，不僅剎車制動的安全可靠性提高，而且可以有效地減輕質量，在戰斗機和客機上都廣泛使用。
4、我國碳纖維市場需求和生產狀況
我國對碳纖維的研究開始于20世紀60年代，80年代開始研究高強型碳纖維。多年來進展緩慢，但也取得了一定成績。進入21世紀以來發展較快，安徽華皖碳纖維公司率先引進了500噸／年原絲、200噸／年PAN基碳纖維(T300)，使我國碳纖維工業進入了產業化。隨后，一些廠家相繼加入碳纖維生產行列。據不完全統計，2006年，我國已有12家生產規模大小不一(5～800噸／年)的PAN基碳纖維生產廠家，合計生產能力為1310噸／年，產品規格為1K、3K、6K、12K。但由于一些企業沒有原絲可燒，2006年國內碳纖維的總產量只有40噸左右，而且產品質量不太穩定，大多數達不到T300水平?？上驳氖菑?000年開始我國碳纖維向技術多元化發展，放棄了原來的硝酸法原絲制造技術，采用以二甲基亞砜為溶劑的一步法濕法紡絲技術獲得成功。目前利用自主技術研制的國產T300、T700碳纖維產品已經達到國際同類產品水平。
隨著近年來我國對碳纖維的需求量日益增長，碳纖維已被列為國家化纖行業重點扶持的新產品，成為國內新材料行業研發的熱點。據不完全統計，目前擬建和在建的碳纖維生產企業有11家，合計生產能力為原絲7100噸／年、碳纖維1560噸／年，其中在建企業為4家，合計生產能力為原絲1100噸／年、碳纖維470噸／年。
盡管我國碳纖維生產發展緩慢，而消費量卻一直在逐漸增加，市場需求旺盛。主要用途包括體育器材、一般工業和航空航天等，其中體育休閑用品的使用量最大，占消費量的約80%～90%。據業內人士預計，2006年，我國碳纖維的需求量已超過3000噸，2007年將超過3500噸，2010年將突破5000噸達到5800噸。主要應用領域為：成熟市場有航空航天及國防領域(飛機、火箭、導彈、衛星、雷達等)和體育休閑用品(高爾夫球桿、漁具、網球拍、羽毛球拍、箭桿、自行車、賽艇等)；新興市場有增強塑料、壓力容器、建筑加固、風力發電、摩擦材料、鉆井平臺等；待開發市場有汽車、醫療器械、新能源等。
我國碳纖維復合材料的研制開始于20世紀70年代中期，經過近40年的發展，已取得了長足進展，在航天主導產品(彈、箭、星、船)上得到了廣泛應用。近年來，我國體育休閑用品及壓力容器等領域對碳纖維的需求迅速增長，航空航天技術的快速發展急需高性能碳纖維及其復合材料等，市場需求更加旺盛。
為了滿足國內市場對碳纖維不斷增長的需求，應盡快實現我國碳纖維工業的國產化和規模化。為此，必須加快技術創新，掌握核心技術；加速原絲技術開發，研制高純度原絲；強化應用研究和市場開發，進一步擴大應用領域。碳纖維在我國大有發展前途，但應總結滌綸等化纖發展的經驗教訓，避免盲目發展，實現健康發展。
為了大型飛機的制造和航空航天事業的發展，我國還必須盡快地實現高強中模型碳纖維的產業化。但是，因為高性能碳纖維是發展航空航天等尖端技術必不可少的材料，長期受到以美國為首的巴黎統籌委員會的封鎖。雖然“巴統”在1994年3月解散了，但禁運的陰影仍然存在。即使對我國解除了禁運，開始也只能是通用級碳纖維，而不會向我們出售高性能碳纖維技術和設備。因此，發展高性能碳纖維必須要靠我們自己。我國化學纖維工業“十一•五”發展規劃中提出了“從以增加數量為主轉向大力發展高新技術纖維”，特別是把事關國家產業安全的高新技術纖維材料作為重中之重，而且碳纖維被列為首位，是國家迫切需要短期內突破的高新技術纖維品種，為我國碳纖維的發展創造了條件，我們要抓住這一機遇，自力更生、努力創新，發展具有自己知識產權的碳纖維，以滿足不斷增長的市場需求。
5、結語
21世紀是復合材料的世紀，碳纖維作為復合材料的首選原材料之一應用廣泛，需求不斷增長，發展前景看好。隨著國民經濟的發展、科學技術的進步，碳纖維的應用領域不斷擴大，特別是大型飛機項目的再次啟動，碳纖維市場必將進一步增長，需求量會越來越大，必然促進碳纖維工業的發展。我國碳纖維工業將進入一個快速發展期，一定能夠為大型飛機的制造做出自己的貢獻
