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碳纤维制品

为什么中国没办法做出好的碳纤维?

发布于:2019年04月23日

从技术的角度来谈谈中国为什么搞不好碳纤维?从原材料、工艺路线、制备以及环境来分析中国碳纤维差距在哪?好多人都搞不懂,什么是炭化、石墨化?什么是强度、模量?什么是碳纤维?如何区分碳纤维的好坏......

为什么中国没办法做出好的碳纤维?

基本概念 

炭化,即有机纤维在高温下裂解,散发出氢、氧、氮等分子,只留下碳元素。

石墨化,即碳材料内部碳原子在高温下进行重新排列,慢慢趁向于6元网格结构的过程。

碳纤维内部刚开始由比较杂乱的碳原子排列次序慢慢趋向于规整排列的乱层石墨结构的过程。

有人用温度来区分炭化和石墨化,其实这是不严谨的,炭化和石墨化都是一个过程,不是最终结果。我把碳纤维加热到1500℃,如果这个过程是一个碳元素聚集的过程,那么我就叫炭化。如果在这个温度下碳元素不再聚集保持在固定占比比例,而是碳原子排列趋向于规整六元网格结构,那么我就叫它石墨化过程。所以炭化和石墨化没有明显的温度界限。

关于强度和模量 

强度就是将材料损坏所使用的最大力度。如果是拉伸损坏就是拉伸强度,如果是弯曲损坏就是弯曲强度也叫抗折强度,如果是压坏就是压缩强度。模量就是将材料施加外力使其变形一定尺寸所用的力。将材料拉长一定尺寸所用的力就是拉伸模量,同样还有弯曲模量和压缩模量。举个例子,一根钢筋我把它拉断所用最大力就是拉伸强度,如果我不拉断,仅仅拉伸n毫米所用的力就是拉伸模量。强度说的是材料能承受多大的外力,模量是材料是否在外力下容易变形。

好的碳纤维 

市场上碳纤维有好多,但工艺不同,价格天壤之别。首先我们来弄清楚,什么才是好的碳纤维?

一根纤维应该是均匀直径,均匀物相,每一段纤维都与整根纤维一样,强度在一定范围内。在一根纤维上不同地方截取一段纤维,如果它们的强度比较均匀则是好纤维。其次同一束纤维有n多根纤维,这些纤维的强度比较均匀则是好纤维。最后,所有纤维所有部分强度、模量和尺寸等性能均比较均匀达到标称标准就是好纤维。我标称3500MPa强度的碳纤维,每一根纤维和纤维每一段都符合要求,均匀分布在2000MPa,这也不叫好纤维。所以好纤维就是又均匀又标准。日本碳纤维做的比我们好是因为它们的碳纤维更接近这一标准。我们中国的碳纤维差就差在均匀性上了,标称T700的碳纤维有的纤维比T1000还高,有的还不如T300。到底什么因素影响了碳纤维的均匀性需要我们从原材料开始审视整个工艺路线。

内外部环境 

有人可能知道日本碳纤维早期的价格吧,现在的价格远远低于原先价格。什么时候降下来的呢?就是在我们宣布能产业化生产T300水平碳纤维那几年。什么原因?是日本想跟我们竞争吗?不可能,日本人知道我们发展水平,它即使不降价我们也竞争不过他,我们无非能分走一些低端订单,根本无法动摇日本的垄断地位。日本最主要的目的是打击投资者。投资者看准碳纤维发展前景和利润才决定投钱研究碳纤维的。如果碳纤维还是高利润,投资者必然会乐意投钱去做一些基础性研究,将眼光放长远些。

但是现在看看制造碳纤维的艰苦生活,还不如下游做碳纤维制品的企业好过呢。这样谁继续投资研发,更不用说长期愿景了?所以我们也很着急,同时也大力支持企业,很多企业为了支持政策项目,从部委那里得到了很多钱,效果还是不好。对于基础研究,需要更多的资金来带头。还有一个需要考虑的外部环境。我国碳纤维产业链尚不完善,存在一定的倒置。下游带动整个产业健康发展。但是,下游的创新不足。每个人都在模仿产品,缺乏定制解决方案的能力。

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