一.基本概況
碳纖維，顧名思義，它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼備紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。與傳統的玻璃纖維(GF)相比，楊氏模量是其3 倍多；它與凱芙拉纖維(KF-49)相比，不僅楊氏模量是其2倍左右，而且在有機溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性出類拔萃。作者在1981年將PAN基CF浸泡在強堿NaOH 溶液中，時間已過去20年， 它至今仍保持纖維形態。它與硼纖維(BF)、氧化鋁纖維 (AF)和碳化硅纖維(SF)相比，易于大量生產，價格也相對較低，應用領域相當廣闊。就其綜合性能而言，它是近代五大增強纖維(CF、BF、KF、AF、SF)之首，受世人的極大關注。
我國對這五大增強纖維都進行了研制與開發，取得了顯著成績，但至今仍未能進行工業規模生產，與國外先進水平的差距是顯而易見的。表1 列出世界碳纖維的生產能力，只有我國臺灣省的臺塑集團，名列第八(指小絲束碳纖維)。目前在祖國大陸還沒有一個年產50t的碳纖維廠，大多還處于中試放大階段。 值得一提的是我國臺灣省的臺塑集團，在80代年中期從美國Hitco 公司引進百噸級碳纖維生產線，經消化、吸收和配套后得到迅速發展。1995年翻了一番，達到200t／a； 1997 年達到750t／a； 1999年上了第二個新臺階，達到1750t／a； 目前正準備上第三個新臺階， 生產能力要達到4750t／a。臺塑集團有2個碳纖維生產廠， 一是在高雄市的仁武廠(老廠)，年生產能力為750t／a；二是麥寮，計劃規模為4000t／a， 現已投產1000t／a。臺塑配套的PAN基原絲采用的是DMF一步法工藝，所用原料丙烯睛由臺塑煉油廠和石腦油裂解裝置提供。值得注意的是，臺塑產量增加很快，但碳纖維質量的提高幅度并不大。
碳纖維是軍民兩用新材料，屬于技術密集型和政治敏感的關鍵材料。以前，以美國為首的巴黎統籌委員會(COCOM)， 對當時的社會主義國家實行禁運封鎖政策， 1994年3月，COCOM雖然已解散，但禁運封鎖的陰影仍籠罩在上空，先進的碳纖維技術仍引不進來，特別是高性能PAN基原絲技術，即使我國進入WTO，形勢也不會發生大的變化。因此，除了國人繼續自力更生發展碳纖維工業外，別無其它選擇。
二、我國碳纖維工業的發展態勢
世界碳纖維的主要應用領域及發展預測。航天航空和文體器材的用量穩定、小幅度增加，而增加最快的是通用產業。我國目前使用碳纖維量約為1200—1550t／a，預計到2005年可能達到3000t／a左右， 占世界用量的13.6％。巨大的市場潛力，供不應求的局面，必然促進我國碳纖維工業的發展。但是，要想進入競爭的市場，一是要保證產品的質量，二是要求價位相當。針對我國碳纖維工業的現狀，需首先解決高性能PAN原絲的質量，在這基礎上才有可能產業化， 這是進入市場的前提；同時，還需進行預氧化、碳化、石墨化設備及表面處理裝置的工程化開發，使其形成規模化生產能力，才能在保證質量的基礎上降低成本。目前，國內研究開發以及生產碳纖維的呼聲很高，發展趨勢令人鼓舞。下面分別對各地區的開發情況作一簡介。
(1)上海地區。最近上海石化公司召開了碳纖維原絲發展研討會， 該公司準備投資過億元，采用NaSCN一步法生產數千噸PAN基原絲，真正形成工業規模生產。上海星樓實業有限公司也制定了一套碳纖維產業化發展計劃，擬建立400t／a 大絲束碳纖維生產線，總投資也超億元(包括下游產品)。此外，上海市合纖所采用亞砜兩步法研制和小批量生產PAN基原絲以及碳纖維； 上海碳素廠也有小型碳化線及碳纖維下游產品。
(2)安徽地區。“十五”期間，國家已批準在安徽蚌埠建立500t／aPAN 原絲和 200t／a碳纖維生產線，總投資過億元。PAN原絲采用亞砜一步法，技術由國外引進；產品以12K的T300級碳纖維為主，并準備引進成熟的預浸料生產線。華皖集團(原蚌埠燈芯絨集團公司)二期建設規模將使碳纖維產量翻一番，達到400t／a。下游產品的開發也列入發展規劃。
(3)浙江地區。中寶碳纖維責任有限公司在浙江嘉興擬建400t／a大絲束碳纖維生產線，技術和設備引進，投資數億元，并配套300萬m2預浸料。 該項目國家已批準，并積極開展了前期論證和考查工作。根據國內外市場動向及投資與回報等問題，暫緩建立碳纖維生產線，而集中力量開發預浸料等下游產品。同時，還成立了浙江省碳纖維工程技術研究開發中心，全面推進碳纖維事業。
(4)廣西地區。桂林市化纖總廠擬建200t／a碳纖維生產線，產品為3—12K的小絲束碳纖維，投資也過億元。
(5)山東地區。山東省已把碳纖維列入全省十大高技術產品開發工程首位項目。有以下幾個單位從事碳纖維及其制品的研究與生產，或準備介入碳纖維事業。
●山東天泰碳纖維有限責任公司。作為國家計委示范工程將建立400t/a生產線，碳纖維性能為T300級水平，產品以12K 為主。 計劃 400t/a 投產后， 再翻一番到 800t/a，投資超億元。技術協作單位是山東工業大學等。同時該公司積極開發和生產多種下游產品。
●青島將建立50t/a左右的碳纖維生產線， 青島化工學院高分子工程材料研究所(恒晨公司)的介入，引起國內同行們的極大關注。
●山東威海光威漁具集團有限公司主要從事釣竿生產，碳纖維預浸布的規格有 30余種。根據發展趨勢，有可能向上游即PAN基原絲和碳纖維發展。此外， 山東省東營生產力促進中心也在考慮招商引資建立碳纖維生產線，認為石油等工業是碳纖維的潛在市場。
(6)北京化工大學與吉化公司樹脂廠， 將依靠自己的技術建立 500t/a 原絲和 200t/a碳纖維生產線。放棄硝酸法，采用亞砜一步法技術路線生產原絲。目前，正在進行中試實驗。
(7)蘭化集團化纖廠已有100t/a原絲生產線和預氧化生產裝置， 計劃配套碳化裝置生產碳纖維。原絲采用NaSCN一步法。 該單位的晴綸生產線是我國從國外首次引進的，有豐富的生產經驗和技術積累。
(8)吉林碳素廠是我國小絲束碳纖維生產基地，已向用戶提供50 余噸小絲束碳纖維，為國家作出了積極貢獻。目前，該廠正在建立新的小絲束碳纖維生產線，擴大產量，以滿足市場需求。
(9)中科院山西煤化所研制碳纖維已有30多年歷史。在70年代中期， 建成我國第一條纖維中試生產線；在90年代末期，又建成我國第一條噸級粘膠基碳纖維生產線。目前該所與揚州聚酯責任有限公司共建碳材料聯合實驗室，研制高性能PAN 基碳纖維，并準備在揚州建立產業化基地。此外，山西榆次化纖廠是我國唯一用亞砜一步法生產PAN基原絲達數十年的單位，目前仍在生產。
從以上信息可以看出，當前發展態勢有以下幾個特點：①投入力度大；②規模大；③參與單位多，特別是大企業的參與；④起點高，采用多項新技術、新工藝； ⑤自動化程度高，工控、程控在線配套使用；⑥逐步建立起質量控制和質量檢測方法，特別是在線檢測。
三、重視基礎研究，建立自己的知識產權
當前，除極個別單位外，大多數準備引進項目的技術和設備水平屬國際中下等，產品碳纖維也是這個檔次，引進后的消化、吸收與創新是面臨的重大課題。因此，在引進的同時應該組織自己的技術隊伍，在消化吸收的基礎上求創新。如果只是沿著別人的腳印前進，就永遠是跟在別人后面，不會占據制高點。從大量國外資料可以清楚地看出，即使他們生產的碳纖維質量和產量占據世界榜首，但其新思維、新方法、新設備、新成果仍不斷涌現，而不是墨守成規。日本東麗、東邦人造絲和三菱人造絲公司的小絲束碳纖維產量占世界總產量的74％左右(表1)，而這3個公司發表的專利也相當多。例如：東麗公司目前生產的碳纖維T1000，抗拉強度最高 ( 7 .02GPa)、單絲直徑最細(5.3um)，可代表世界先進水平，但公司最新專利報道，其實驗室已研制出新一代碳纖維，抗拉強度已達到9.03GPa，比T1000提高了28.6％；單絲直徑降到3.2um，比T1000細了39.6％。同時，該公司還開發截面形狀為三葉形的PAN原絲及碳纖維，以拓寬其用途。
基礎研究是創新之源，已引起各級領導和有關單位的重視，上下認識一致，有的已開始實施，這是提高我國碳纖維工業技術水平的關鍵之一。目前國家“863 計劃”以及有關部委都在關心我國碳纖維工業的發展及其產業化步伐，并給予強有力的支持。許多材料專家也扎扎實實的做了許多工作。無疑，“十五”將是我國碳纖維工業產業化的黃金時代。
