還記得熱播電視劇《三體》中提到的一種材料——高分子納米“飛刃”嗎？它如同一根蠶絲，纖細柔軟，卻具有極高強度。如果將這種材料用于切割物體，將成為世界上最鋒利的刀具。在現實生活中是否存在類似“飛刃”的黑科技呢？復材網今天就帶你認識一下同樣堅韌無比的碳纖維。

什么是碳纖維？

碳纖維是一種廣泛應用于航天、航空等領域的稀有材料，它細如發絲，比重不到鋼的1/4，強度卻是鋼的7~9倍，且耐腐蝕能力超強，被稱為“黑黃金”“新材料之王” 。使用碳纖維材料的運載火箭不僅能減重，還能減少火箭燃燒的能源。

根據測算，火箭重量每減少1公斤就能少用500千克燃料。同時，火箭的重量越小，它能攜帶的有效載荷就越多，每多一公斤的有效載荷，也都意味著運載成本的降低。而碳纖維的高強度不僅能抵抗強宇宙射線的沖擊，也能較好避免太空中晝夜溫差大引起的材料變形等問題，極惡劣的條件下，也能出色穩定地發揮作用。

創新亮相 匯聚世界目光

 

2021年2月4日，北京2022年冬奧會和冬殘奧會火炬——“飛揚”問世，這是全球首次以碳纖維復合材料制作奧運火炬外殼。

 

中國石化全程參與火炬研發制作，還承擔了火炬外飄帶研制和整個火炬的量產任務。

 

往屆奧運會的火炬外殼燃燒段一般采用金屬制作，例如鋼、鋁合金等，但此次使用中國石化碳纖維復合材料制作的火炬外殼，不僅造型美觀、手感舒適，而且與金屬材質相比，重量減輕了30%左右，兼具輕、固、美的優點。

碳纖維又強又輕，還兼備紡織纖維的“柔”。“飛揚”采用了三維編織技術，一條條黑色絲束，每一束都包含著1.2萬根碳纖維絲。經過三維立體編織，最終就像“織毛衣”一樣織成了火炬外殼，既能夠耐高溫，又能夠耐火，在800攝氏度左右的燃燒環境下都可以正常使用，能夠長時間承受火炬燃燒時產生的高溫。

 

這是碳纖維材料首次被用在火炬之上，也是我國自主生產的碳纖維材料的精彩亮相，匯聚了世界的目光。

在車身制造方面，碳纖維的優越性能也大有可為。2022年年初，中國石化自主研發生產的碳纖維成功應用于廣州地鐵18號線“灣區藍”高速列車，“灣區藍”成為國內首列車頭罩采用輕質高強碳纖維復合材料的地鐵列車。

2022年11月，上海臨港全新一代中運量2號線（T2線）氫動力數字軌道膠輪電車全線試運營，車頭罩也由中國石化碳纖維制成。碳纖維車頭罩重量輕，可降低運行過程中的能耗，助力實現綠色交通轉型，還能提升續航里程、舒適性和隔音降噪效果。

國產大絲束碳纖維“破爐而出”——用碳纖維做小產品和大產品的難度完全不同。20世紀60年代，碳纖維被美、日等國廣泛應用于國防軍工領域，發揮了重要的作用，碳纖維及其生產技術也成為了西方國家對我國嚴格禁運的重要技術。在嚴峻的環境下，我國科學家并未放棄，大力創新自主研發攻關。

中國石化上海石化聯合多所高校、科研院所、企業，走出了一條以企業為主體的“產、學、研、用”相結合的協同創新之路，于2018年取得重大突破，成功開發出48K大絲束碳纖維的聚合、紡絲、氧化炭化成套工藝技術，所生產的碳纖維性能優異并實現低成本化。

2022年10月10日，我國首個萬噸級48K大絲束碳纖維工程第一套國產線，在中國石化上海石化碳纖維產業基地投料開車，并生產出合格產品，產品性能媲美國外同級別產品，質量達到國際先進水平。這標志著中國石化大絲束碳纖維從關鍵技術突破、工業試生產、產業化成功走向規?；完P鍵裝備國產化，一舉破除我國碳纖維生產和裝備受制于人的被動局面，真正實現自主可控。

工程建設領域大顯身手——這里是青島?？诼房顼L河大橋，這座大橋總長377米，大橋副拱12根吊桿均為碳纖維吊桿，全部采用中國石化48K大絲束碳纖維筋。

碳纖維筋形似鋼筋，是一種可替代鋼筋的新型結構材料，采用了特殊拉擠工藝，將碳纖維與樹脂結合制成，具有輕質高強、耐腐蝕、抗疲勞等優勢。

碳纖維筋應用于橋梁工程，可有效解決傳統鋼索自重大、耐久性差、使用壽命短于橋梁的問題，從而降低橋梁全生命周期維護成本。此外，碳纖維筋還具有超強長期持荷性能，可顯著提高橋梁跨越能力。該橋建成后將成為我國首個應用大絲束碳纖維索錨體系的橋梁工程，將為國產大絲束碳纖維在工程領域的應用積累寶貴經驗。

在風電等新能源領域，碳纖維也大顯身手。風電葉片是風力發電機將風能轉化為機械能的重要部件之一，其設計、制造及運行狀態的好壞直接影響到整機的性能和發電效率，素有風力發電機“靈魂”之稱。尤其是海上風電葉片，在工作期間，要時刻承受各類海洋不良天氣的考驗，這對葉片的工作極限強度和疲勞壽命提出了更高要求。

這個輪直徑達到260米的葉片，就是我國最新自主研發的風力發電葉片，該葉片用到了碳纖維材料，不僅實現了葉片工作的穩定性，也實現了其結構輕量化，在風力的作用下很容易就轉動起來。

這個葉片的掃風面積超過5.3萬平方米，相當于7.4個標準足球場。基于該葉片強大的捕風能力，風電機組年發電量將達6700萬千瓦時，能夠穩定而又持續地提供電力供大眾使用。

近幾年，電動汽車材料、電子信息材料、航空航天材料等領域發展空間廣闊，我國目前正處于高質量發展關鍵階段，化工高端材料對于我國產業轉型升級、提高人民生活質量意義重大。

 

2023中國復合材料產業鏈展覽會

中國復合材料工業協會定于5月10-12日在山東德州舉辦“2023中國復合材料行業發展大會”，同期舉辦協會七屆四次理事會，企業國際化經營合規風險排查培訓會及中國復合材料產業鏈展覽會。