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科工力量：后发追赶，中国正成全球碳纤维“第三极”
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科工力量提供对中国高新技术企业和产品的专业点评
【文/科工力量专栏作者 陈辰】
小小的碳纤维，实际是国民经济和国防建设中不可或缺的战略性新型材料。一直以来，全球碳纤维市场由日美两国企业垄断。但随着中国企业的后发追赶、自强进击，这一格局正在发生变化。中国俨然正成为全球碳纤维“第三极”。
日前，全球最大碳纤维企业——日本东丽社长日觉昭广在接受日媒采访时表示，中国以国家层面推进采用材料信息学手法，其技术进步的确构成威胁，但积累了坚实基础数据的日本企业能够保持优势地位。
日本东丽公司社长日觉昭广 图：日经中文网
受益于政策推动和产业快速发展，中国碳纤维企业近年来如雨后春笋般出现，数量已占全球近七成，同时整体产能已位居全球第三。那么，在这场新的跑马圈地运动背后，中国的碳纤维技术及市场进步了多少？日本的优势又还能保持多久？
碳纤维的“纤细与广大”
在化工材料中，碳纤维可以称作是最重要的无机高性能纤维碳。它是含碳量大于95%的纤维材料，由聚丙烯腈、黏胶纤维、沥青纤维等有机纤维在高温下碳化制得，本质上来说是碳的同素异形体。
按照力学性能分类，碳纤维可分为标准模量(230GPa左右)、中模量(280-350GPa)和高模量(>350GPa)三类；按照纤维丝束大小分类，可分为小丝束(或标准丝束，≤24K)和大丝束(>24K)两大类；按不同的前驱体分类，聚丙烯腈基碳纤维占碳纤维总量的92%，沥青基碳纤维占7%，黏胶基碳纤维只占1%。
在特性方面，碳纤维具有耐腐蚀、抗氧化、高强度、耐高温、不生锈等优良性质。但碳纤维由于横向耐冲力差、耐磨性差，多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料，其中树脂型复合材料生产最多，使用最为广泛。
10微米直径的碳纤维单丝，背后是人类头发。
通常而言，碳纤维的直径在10微米左右，7-8根排列在一起才有一根头发丝那样粗。其拉伸强度可以达到4800兆帕，也就是钢的7至9倍，而比重仅有钢的四分之一。在几千度高温下，别的纤维已化为灰烬，它却毫无变化。
实际上，看似不起眼的碳纤维，在新材料界是一匹“黑马”，应用领域极为广泛，其首个市场化应用是1972年市售的碳纤维增强树脂钓鱼竿。此后，碳纤维应用快速向高端化的工业制造及尖端科技领域发展。其中，小丝束碳纤维主要应用于国防军工、航空航天、卫星导弹以及休闲体育用品领域，而大丝束碳纤维主要应用于工业及民用领域等。
图片来源：赛奥碳纤维技术有限公司，下同
目前，碳纤维在导弹、空间平台和运载火箭，航空器，先进舰船，轨道交通车辆，电动汽车，卡车，风电叶片，燃料电池，电力电缆，压力容器，铀浓缩超高速离心机，特种管筒，公共基础设施，医疗和工业设备，体育休闲产品，以及时尚生活用具等诸多领域，都有着实际和潜在的应用。
由此，虽然外表看似“软妹子”，碳纤维其实是外柔内刚的“真汉子”，在国防军工和民用方面等多方面都是重要材料或者战略物资。而由于其材料本性、产业技术复杂性、应用领域重要性和市场规模性等因素影响，碳纤维被称为“黑色黄金”或“材料之王”。
在具体商用方面，《2018全球碳纤维复合材料市场报告》统计的数据显示，2018年，全球碳纤维的销售金额为25.71亿美元，比2017年23.44亿美元增长了9.7%。其中，航空航天以12.6亿美元占比接近一半。第二至五位依次是体育休闲、风电叶片、汽车和混配模成型需求应用。
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本文仅代表作者个人观点。
- 责任编辑: 陈辰
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