应用前景广阔的新材料（开卷知新）(2)

　　在航空航天领域，碳纤维的用量常被作为衡量航空航天装备水平的重要标志。碳纤维复合材料可以用于飞机、卫星、火箭等的制造，还能帮助产品减小噪声、节约燃料。例如，民航客机使用碳纤维复合材料叶片，重量比传统钛合金减少500多公斤，机身整体重量减少1吨，飞机油耗大幅度降低，航程实现有效提升。将碳纤维加入推进剂和发射药中，还能改善推进剂的力学性能，提高推进剂燃速，改善发射药的燃烧性能。

　　在与民生息息相关的汽车和风电领域，碳纤维成为提升性能的利器。碳纤维复合材料的密度低、重量轻、刚度大、吸力大，碰撞时材料吸能能力高出钢结构6到7倍。将碳纤维复合材料用于汽车制造，能大幅提升汽车的加速性能、制动性能、减震性能、安全性能。比如高端精密的一级方程式赛车，各车型无一例外地应用碳纤维增强聚合物基复合材料制造车架、车身、底盘等，使车身减轻质量40%到60%，相当于钢结构质量的1/3到1/6，还保持了足够的强度和刚度。基于碳纤维材料，有的汽车生产企业已经制造出车身重量不到300千克的超级跑车。

　　在风电设备方面，叶片主梁是碳纤维复合材料的用武之地。这些主梁长度往往超过70米甚至达到120米，使用大丝束碳纤维进行制造，可以明显降低叶片重量，增加叶片刚度，产品性价比大幅提升，整个机组的发电效率、稳定性也随之提高。

　　在体育运动装备制造中，碳纤维也能一展身手。目前，将碳纤维用于高端体育装备制造，可以帮助运动员突破极限，创造新纪录。如在网球拍、自行车、高尔夫球杆、滑雪板、皮划艇制造中，充分发挥碳纤维材料重量轻的优势，可以减轻运动员“负担”。与铝合金球拍相比，运动员使用碳纤维制作的网球拍，可以将击打的最高球速提高20%，达到250公里/小时。未来，随着技术提升和成本降低，将会有更多运动装备用上碳纤维。

　　产学研结合，做强碳纤维产业

　　进入新世纪以来，我国组织优势科技力量，开展碳纤维科学技术攻关。经过20余年不懈努力，碳纤维工程化、产业化、国产化取得突破性进展。今年8月，国产T1000级聚丙烯腈基碳纤维千吨级工业生产技术，通过专家委员会技术鉴定。紧接着，全国首个万吨级高性能碳纤维生产基地在西宁建成。中国碳纤维产业从无到有、从有到大、从大到优，技术水平和产业化发展势头良好，研究应用进入高速发展新阶段。

　　在这一产学研高度融合的生产领域，向市场提供种类丰富、质量稳定、产量充足、价格合理的系列产品，是碳纤维技术迭代升级的关键所在。按照国际通行标准，碳纤维产品会根据强度、模量划分为不同型号，如高强、高模、高强中模、高强高模等系列，其中高强系列又按拉伸强度分为T300、T800、T1000等型号。应用领域不同的碳纤维产品，好比一个个科研题目，需要逐个攻破。即便最低等级的T300碳纤维，强度也是一般汽车防撞梁的数倍，研发难度可想而知。在分子设计、聚合工程、凝固成型、装备精细化控制等软硬件技术合力支持下，我国在“十五”至“十三五”期间，先后突破T300、T700、T800级别聚丙烯腈基碳纤维关键技术，实现规模化生产。2022年，我国碳纤维产量已占全球1/3。

　　产量上去了，超高性能碳纤维生产也亟待我们“登顶”，实现规模化、稳定化生产。T1000级碳纤维是目前全球强度最高的碳纤维系列之一。国内碳纤维生产企业与深圳大学协同攻关，攻克了这项技术。经国内权威机构检测，在年产1700吨生产线上制备这类碳纤维产品，性能达到国际同级产品水平，产品质量合格率高于95%。随着生产稳步推进，T1000级碳纤维材料将助力满足我国高端工业领域日益增长的迫切需求。