隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,，有一些新出現(xiàn)的科技產(chǎn)品都與新材料有很大的聯(lián)系,，就是因?yàn)樾虏牧弦话愣紩?huì)擁有更加優(yōu)異的性能，從而使新的科技產(chǎn)品在性能上也會(huì)得到一定程度的改變,。

今天小編要講的是一種復(fù)合材料，它就是碳纖維,，而且在某些性能上,，中國(guó)可以通過(guò)新的工藝生產(chǎn)出更高強(qiáng)度的材料，但美國(guó)只不過(guò)是停留在傳統(tǒng)的碳纖維生產(chǎn)工藝上,，至今也無(wú)法生產(chǎn)出這種性能的碳纖維,，到底又是怎么一回事呢？

碳纖維作為一種復(fù)合材料,，它的含碳量超過(guò)了95%,，并且是由人工合成的材料。我們都知道碳元素的化學(xué)性質(zhì)是比較穩(wěn)定的,，因此自身也帶有了耐腐蝕的特點(diǎn),，但這個(gè)化學(xué)上的穩(wěn)定性并不包括燃燒，例如碳經(jīng)過(guò)一定的排列組合之后,，形成了一種特定的結(jié)構(gòu),，就像金剛石那樣，可以成為自然界中天然形成最硬的物質(zhì),，但金剛石還是可以燃燒的,。

其實(shí)碳經(jīng)過(guò)了一定的排列組合之后，形成的碳纖維與我們平時(shí)所認(rèn)識(shí)的碳擁有很大的差別,。因?yàn)槲覀兤綍r(shí)最常見(jiàn)的碳就是木炭了,，常常都被我們用作燒烤的材料，將它拿在手里是比較脆的,，很容易就能折斷,，但碳纖維的強(qiáng)度可以很高，通?？梢赃_(dá)到鋼鐵的7~9倍,。

另外，碳纖維也擁有了耐高溫的特點(diǎn),。當(dāng)然要是達(dá)到了一定的條件之后,，碳纖維同樣還是可以繼續(xù)燃燒的，不過(guò)它的溫度一般都是要達(dá)到1000℃以上,。由于它的強(qiáng)度比較高,，所以通常也將碳纖維做成管狀的樣子，而且管壁也非常薄,，材料也會(huì)變得非常輕,。

正是基于碳纖維的這些特點(diǎn)，碳纖維也在很多的領(lǐng)域中得到廣泛的使用,，例如從我們?nèi)粘Ｉ钪兴褂玫聂~(yú)竿,、羽毛球拍以及自行車(chē)等等,，由于它的重量比較輕，而且強(qiáng)度也比較高,，所以這些物品使用起來(lái)非常方便,，更省力氣，也比較耐磨,，不會(huì)因?yàn)槭褂玫臅r(shí)間比較長(zhǎng)了就會(huì)出現(xiàn)磨損嚴(yán)重的現(xiàn)象,。例如，一些錄音設(shè)備中間應(yīng)用到這種材料,。當(dāng)然在這里所說(shuō)的錄音設(shè)備并不是自媒體常用的錄音設(shè)備,，而是指拍電影或者拍電視劇所用的錄音設(shè)備，由于碳纖維的強(qiáng)度比較高,，重量比較輕的特點(diǎn),，用來(lái)制作一些錄音用的長(zhǎng)竿，也像魚(yú)竿那樣可以自由伸縮,，更重要的是它可以節(jié)省工作人員的很多體力,，使用起來(lái)就更加方便。

在一些飛機(jī)的材料上,，以前所使用的一般都是一些鋁合金的材料，但現(xiàn)在也在慢慢地使用碳纖維了,，就是因?yàn)樘祭w維通過(guò)不同的工藝生產(chǎn)也可以獲得各種的性能,；同時(shí)在火箭或者衛(wèi)星等這些高科技領(lǐng)域中，也會(huì)大量地使用碳纖維材料,，可以說(shuō)在以后很多的高科技產(chǎn)品中,，經(jīng)常都會(huì)應(yīng)用到碳纖維材料。也正是因?yàn)樘祭w維的應(yīng)用范圍非常廣泛,，而且價(jià)值也比較高,，但它的生產(chǎn)技術(shù)卻不容易，這也造成了它的價(jià)格比較高,，所以人們也給他起了一個(gè)外號(hào)叫做“黑色黃金”,。

碳纖維是怎么被發(fā)現(xiàn)的,？

這么細(xì)小的東西，到底是什么時(shí)候才被人們發(fā)明出來(lái)的呢,？其實(shí)碳纖維發(fā)明出來(lái)的時(shí)間比較早,，也可以追溯到“發(fā)明大王”愛(ài)迪生那里，因?yàn)閻?ài)迪生曾用碳纖維作為燈泡的燈絲,，但那個(gè)時(shí)候生產(chǎn)出來(lái)的碳纖維缺點(diǎn)非常明顯,，容易碎,，使用的壽命又不長(zhǎng)，所以后來(lái)燈絲也就被鎢絲替代了,。

此后碳纖維的發(fā)展也一直停滯不前,，就這樣過(guò)了幾十年，到了20世紀(jì)中期,，美國(guó)為了要解決武器中耐高溫和耐燒灼的問(wèn)題,，碳纖維才真正的作為一種高端前沿的復(fù)合材料被人們研究，世界的科技大國(guó)也開(kāi)始進(jìn)入研發(fā)這種材料,。美國(guó)和日本就是因?yàn)檠芯刻祭w維的時(shí)間比較早,，就在這方面占有更大的優(yōu)勢(shì)。

我國(guó)碳纖維研究史

中國(guó)開(kāi)始研究碳纖維的時(shí)間也不算太晚,，在上個(gè)世紀(jì)60年代就已經(jīng)開(kāi)始了,，但進(jìn)展非常緩慢，等到了70年代,，才真正實(shí)現(xiàn)了碳纖維從0~1的突破,。但中國(guó)碳纖維的發(fā)展，此后乃至到了20世紀(jì)結(jié)束都沒(méi)有太多的消息,。

我認(rèn)為其中可能是有兩個(gè)原因,，一是因?yàn)閲?guó)家還比較貧窮，囊中羞澀的時(shí)候,，當(dāng)然也就很難拿得出資金來(lái)搞研發(fā),，對(duì)于這些擁有基礎(chǔ)性回報(bào)周期又比較長(zhǎng)的項(xiàng)目，就很難顧及了,；二是國(guó)內(nèi)人員的認(rèn)識(shí)不足,，他們認(rèn)為大力度去搞這些先進(jìn)的材料科技，現(xiàn)階段是沒(méi)有必要的,，可以等到需要搞什么科技產(chǎn)品的時(shí)候,，才研究相對(duì)應(yīng)的材料。

幸好在21世紀(jì)初,，我國(guó)師昌緒院士積極推動(dòng)碳纖維材料的發(fā)展,，這個(gè)項(xiàng)目在2002年也入選了國(guó)家863計(jì)劃，這才使得我國(guó)的碳纖維材料發(fā)展有了快速的提升,，而且中國(guó)的科學(xué)家也會(huì)集中在一些超高強(qiáng)度的碳纖維材料進(jìn)行研發(fā),。

在2018年，中國(guó)的碳纖維產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到了3.56萬(wàn)噸,，超過(guò)了一般的2.68萬(wàn)噸,，美國(guó)的產(chǎn)量是3.73萬(wàn)噸，無(wú)疑中國(guó)在產(chǎn)量上已經(jīng)超過(guò)了日本,，但在性能上我們還是落后很多,，這并不是我們的科學(xué)家不夠努力,，不是因?yàn)槊绹?guó)、日本等企業(yè)研發(fā)的時(shí)間比較早,，我們真正發(fā)力研發(fā)的時(shí)間比較晚,，才造成了這種局面。

幸好在2020年,，中國(guó)的科學(xué)家成功制取的聚丙烯腈基中空碳纖維通過(guò)驗(yàn)收,，這也標(biāo)志著我國(guó)也在聚丙烯腈基碳纖維領(lǐng)域正式成為全球的第3個(gè)國(guó)家，原先擁有的兩個(gè)國(guó)家分別是德國(guó)和日本,，這種性能的碳纖維,，連美國(guó)也還沒(méi)有研發(fā)出來(lái)。

聚丙烯腈基碳纖維是屬于T-1000級(jí)超高強(qiáng)度碳纖維,，它擁有更高的強(qiáng)度,，而且綜合性能相對(duì)也比T800的碳纖維更為優(yōu)越，用于制造出來(lái)的飛機(jī)和火箭的性能也會(huì)變得更加優(yōu)秀,。像這些性能非常優(yōu)越的碳纖維材料,，美國(guó)和日本通常都是壟斷的，并且禁止向我國(guó)出口,，而現(xiàn)在我國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了可以自主研發(fā)這種優(yōu)秀的碳纖維材料,，也就不用再擔(dān)心別人卡脖子了。

但美國(guó)明顯是沒(méi)有聚丙烯腈基碳纖維材料,，難道他就不害怕別人卡脖子嗎,？其實(shí)美國(guó)還真的不用在這方面擔(dān)心，因?yàn)樗男〉鼙容^多,，如果美國(guó)真的需要這種碳纖維材料，就可以從日本那里購(gòu)買(mǎi),。

全球規(guī)模最大的碳纖維公司,，就是日本的東麗集團(tuán)，這個(gè)公司當(dāng)然也可以提供高超強(qiáng)度的高端碳纖維材料,，美國(guó)的波音公司就給了日本東麗集團(tuán)長(zhǎng)達(dá)50年的訂單,，這也使得東麗集團(tuán)的地位非常牢固，但更重要的是美國(guó)不想讓其他國(guó)家卡脖子,。

我國(guó)科學(xué)家研制出這種超高強(qiáng)度碳纖維材料的意義還是非常大的,，我們不僅可以擺脫被別人掐脖子的命運(yùn)，而且國(guó)際市場(chǎng)的價(jià)格也馬上暴跌,。在我們還沒(méi)有能生產(chǎn)出這種超高強(qiáng)度碳纖維材料的時(shí)候,，國(guó)際市場(chǎng)的價(jià)格通常都是2萬(wàn)元一公斤，當(dāng)我們有這種生產(chǎn)能力之后,，就變成了1萬(wàn)元一公斤,，真的是改變了不少,。

碳纖維材料最怕什么？

肯定有啊,，首先能想到的就是貴,。。,。,。

碳纖維的原材料是一根根比頭發(fā)還細(xì)的絲，要將它變成可用的材料,，就必須要把細(xì)絲編織成碳布,，然后再一層層地堆疊起來(lái)，從而制成需要的成品,。

所以,，可以將碳纖維看成是一層布，如果用筷子只怕很難穿透這層布,，那么將筷子頭部削尖后,，這塊布可以說(shuō)是不堪一擊。

同理,，雖然碳纖維表面有一層樹(shù)脂,，但其強(qiáng)度還是依靠?jī)?nèi)部纖維絲所編制的網(wǎng)所提供的，當(dāng)用鈍面撞擊時(shí),，由于受力的面積較大就能將撞擊力分散到很多根纖維絲上,。

而用較尖銳的物體撞擊時(shí)，受力的面積就會(huì)變小,，撞擊力只會(huì)由少數(shù)纖維絲承受,，就更容易被擊穿。

所以說(shuō),，碳纖維強(qiáng)度雖然高,，也能抵抗一定的撞擊力，但并不能抵抗尖銳物體的沖擊,。

碳纖維長(zhǎng)時(shí)間受到陽(yáng)光的照射后,，表面的樹(shù)脂就會(huì)老化,，顏色會(huì)變得暗淡甚至是發(fā)白，但短時(shí)間并不會(huì)影響強(qiáng)度,，只是會(huì)影響顏值,。

綜上所述，碳纖維作為一種新型的復(fù)合材料，它的性能非常優(yōu)越,，在很多高科技產(chǎn)品中都會(huì)有它的應(yīng)用,；雖然中國(guó)在研究碳纖維這方面的起步時(shí)間并不算太晚，但由于受到許多條件的限制,，碳纖維的研究長(zhǎng)時(shí)間都沒(méi)有得到很大的進(jìn)展,。

文章來(lái)源： 制造原理，展翔的天馬