一.基本概况
碳纤维，顾名思义，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。与传统的玻璃纤维(GF)相比，杨氏模量是其3 倍多；它与凯芙拉纤维(KF-49)相比，不仅杨氏模量是其2倍左右，而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃。作者在1981年将PAN基CF浸泡在强碱NaOH 溶液中，时间已过去20年， 它至今仍保持纤维形态。它与硼纤维(BF)、氧化铝纤维 (AF)和碳化硅纤维(SF)相比，易于大量生产，价格也相对较低，应用领域相当广阔。就其综合性能而言，它是近代五大增强纤维(CF、BF、KF、AF、SF)之首，受世人的极大关注。
我国对这五大增强纤维都进行了研制与开发，取得了显著成绩，但至今仍未能进行工业规模生产，与国外先进水平的差距是显而易见的。表1 列出世界碳纤维的生产能力，只有我国台湾省的台塑集团，名列第八(指小丝束碳纤维)。目前在祖国大陆还没有一个年产50t的碳纤维厂，大多还处于中试放大阶段。 值得一提的是我国台湾省的台塑集团，在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。1995年翻了一番，达到200t／a； 1997 年达到750t／a； 1999年上了第二个新台阶，达到1750t／a； 目前正准备上第三个新台阶， 生产能力要达到4750t／a。台塑集团有2个碳纤维生产厂， 一是在高雄市的仁武厂(老厂)，年生产能力为750t／a；二是麦寮，计划规模为4000t／a， 现已投产1000t／a。台塑配套的PAN基原丝采用的是DMF一步法工艺，所用原料丙烯睛由台塑炼油厂和石脑油裂解装置提供。值得注意的是，台塑产量增加很快，但碳纤维质量的提高幅度并不大。
碳纤维是军民两用新材料，属于技术密集型和政治敏感的关键材料。以前，以美国为首的巴黎统筹委员会(COCOM)， 对当时的社会主义国家实行禁运封锁政策， 1994年3月，COCOM虽然已解散，但禁运封锁的阴影仍笼罩在上空，先进的碳纤维技术仍引不进来，特别是高性能PAN基原丝技术，即使我国进入WTO，形势也不会发生大的变化。因此，除了国人继续自力更生发展碳纤维工业外，别无其它选择。
二、我国碳纤维工业的发展态势
世界碳纤维的主要应用领域及发展预测。航天航空和文体器材的用量稳定、小幅度增加，而增加最快的是通用产业。我国目前使用碳纤维量约为1200—1550t／a，预计到2005年可能达到3000t／a左右， 占世界用量的13.6％。巨大的市场潜力，供不应求的局面，必然促进我国碳纤维工业的发展。但是，要想进入竞争的市场，一是要保证产品的质量，二是要求价位相当。针对我国碳纤维工业的现状，需首先解决高性能PAN原丝的质量，在这基础上才有可能产业化， 这是进入市场的前提；同时，还需进行预氧化、碳化、石墨化设备及表面处理装置的工程化开发，使其形成规模化生产能力，才能在保证质量的基础上降低成本。目前，国内研究开发以及生产碳纤维的呼声很高，发展趋势令人鼓舞。下面分别对各地区的开发情况作一简介。
(1)上海地区。最近上海石化公司召开了碳纤维原丝发展研讨会， 该公司准备投资过亿元，采用NaSCN一步法生产数千吨PAN基原丝，真正形成工业规模生产。上海星楼实业有限公司也制定了一套碳纤维产业化发展计划，拟建立400t／a 大丝束碳纤维生产线，总投资也超亿元(包括下游产品)。此外，上海市合纤所采用亚砜两步法研制和小批量生产PAN基原丝以及碳纤维； 上海碳素厂也有小型碳化线及碳纤维下游产品。
(2)安徽地区。“十五”期间，国家已批准在安徽蚌埠建立500t／aPAN 原丝和 200t／a碳纤维生产线，总投资过亿元。PAN原丝采用亚砜一步法，技术由国外引进；产品以12K的T300级碳纤维为主，并准备引进成熟的预浸料生产线。华皖集团(原蚌埠灯芯绒集团公司)二期建设规模将使碳纤维产量翻一番，达到400t／a。下游产品的开发也列入发展规划。
(3)浙江地区。中宝碳纤维责任有限公司在浙江嘉兴拟建400t／a大丝束碳纤维生产线，技术和设备引进，投资数亿元，并配套300万m2预浸料。 该项目国家已批准，并积极开展了前期论证和考查工作。根据国内外市场动向及投资与回报等问题，暂缓建立碳纤维生产线，而集中力量开发预浸料等下游产品。同时，还成立了浙江省碳纤维工程技术研究开发中心，全面推进碳纤维事业。
(4)广西地区。桂林市化纤总厂拟建200t／a碳纤维生产线，产品为3—12K的小丝束碳纤维，投资也过亿元。
(5)山东地区。山东省已把碳纤维列入全省十大高技术产品开发工程首位项目。有以下几个单位从事碳纤维及其制品的研究与生产，或准备介入碳纤维事业。
●山东天泰碳纤维有限责任公司。作为国家计委示范工程将建立400t/a生产线，碳纤维性能为T300级水平，产品以12K 为主。 计划 400t/a 投产后， 再翻一番到 800t/a，投资超亿元。技术协作单位是山东工业大学等。同时该公司积极开发和生产多种下游产品。
●青岛将建立50t/a左右的碳纤维生产线， 青岛化工学院高分子工程材料研究所(恒晨公司)的介入，引起国内同行们的极大关注。
●山东威海光威渔具集团有限公司主要从事钓竿生产，碳纤维预浸布的规格有 30余种。根据发展趋势，有可能向上游即PAN基原丝和碳纤维发展。此外， 山东省东营生产力促进中心也在考虑招商引资建立碳纤维生产线，认为石油等工业是碳纤维的潜在市场。
(6)北京化工大学与吉化公司树脂厂， 将依靠自己的技术建立 500t/a 原丝和 200t/a碳纤维生产线。放弃硝酸法，采用亚砜一步法技术路线生产原丝。目前，正在进行中试实验。
(7)兰化集团化纤厂已有100t/a原丝生产线和预氧化生产装置， 计划配套碳化装置生产碳纤维。原丝采用NaSCN一步法。 该单位的晴纶生产线是我国从国外首次引进的，有丰富的生产经验和技术积累。
(8)吉林碳素厂是我国小丝束碳纤维生产基地，已向用户提供50 余吨小丝束碳纤维，为国家作出了积极贡献。目前，该厂正在建立新的小丝束碳纤维生产线，扩大产量，以满足市场需求。
(9)中科院山西煤化所研制碳纤维已有30多年历史。在70年代中期， 建成我国第一条纤维中试生产线；在90年代末期，又建成我国第一条吨级粘胶基碳纤维生产线。目前该所与扬州聚酯责任有限公司共建碳材料联合实验室，研制高性能PAN 基碳纤维，并准备在扬州建立产业化基地。此外，山西榆次化纤厂是我国唯一用亚砜一步法生产PAN基原丝达数十年的单位，目前仍在生产。
从以上信息可以看出，当前发展态势有以下几个特点：①投入力度大；②规模大；③参与单位多，特别是大企业的参与；④起点高，采用多项新技术、新工艺； ⑤自动化程度高，工控、程控在线配套使用；⑥逐步建立起质量控制和质量检测方法，特别是在线检测。
三、重视基础研究，建立自己的知识产权
当前，除极个别单位外，大多数准备引进项目的技术和设备水平属国际中下等，产品碳纤维也是这个档次，引进后的消化、吸收与创新是面临的重大课题。因此，在引进的同时应该组织自己的技术队伍，在消化吸收的基础上求创新。如果只是沿着别人的脚印前进，就永远是跟在别人后面，不会占据制高点。从大量国外资料可以清楚地看出，即使他们生产的碳纤维质量和产量占据世界榜首，但其新思维、新方法、新设备、新成果仍不断涌现，而不是墨守成规。日本东丽、东邦人造丝和三菱人造丝公司的小丝束碳纤维产量占世界总产量的74％左右(表1)，而这3个公司发表的专利也相当多。例如：东丽公司目前生产的碳纤维T1000，抗拉强度最高 ( 7 .02GPa)、单丝直径最细(5.3um)，可代表世界先进水平，但公司最新专利报道，其实验室已研制出新一代碳纤维，抗拉强度已达到9.03GPa，比T1000提高了28.6％；单丝直径降到3.2um，比T1000细了39.6％。同时，该公司还开发截面形状为三叶形的PAN原丝及碳纤维，以拓宽其用途。
基础研究是创新之源，已引起各级领导和有关单位的重视，上下认识一致，有的已开始实施，这是提高我国碳纤维工业技术水平的关键之一。目前国家“863 计划”以及有关部委都在关心我国碳纤维工业的发展及其产业化步伐，并给予强有力的支持。许多材料专家也扎扎实实的做了许多工作。无疑，“十五”将是我国碳纤维工业产业化的黄金时代。
