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| 碳纖維 |
廣州賽奧碳纖維技術(shù)林剛總經(jīng)理：應該加個定語，航空航天用碳纖維劃代。
北京化工大學徐樑華教授：個人認為這種分類不合適，應該從復合材料角度來分更合理，纖維比較是—種原材料。
廣州賽奧碳纖維技術(shù)林剛總經(jīng)理：我也是開會時，聽大家談起這個分代的問題，以前還真沒有想這個事，國際上確實好像也沒有這個說法。從飛機承力結(jié)構(gòu)上，之前看沈真老師—篇文章，提到從T300到T800的結(jié)構(gòu)設計的原理。從廣闊應用的角度，這個代差可能產(chǎn)生輿論誤導：過段時間，地區(qū)領導人視察碳纖維企業(yè)，可能問了，你家水平到幾代了？這就郁悶了。
站在整個產(chǎn)業(yè)角度，我們再不能在性能上“超英趕美”了，只能行業(yè)的10%單位或企業(yè)的10%的精力去整這些高精尖的，盈利是第—要務，尤其是市場競爭下（包括國際市場競爭下）的盈利。只有盈利是檢驗技術(shù)的唯—標準。我覺得這對當前的中國碳纖維，是個務實的目標。
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吉林精功碳纖維公司庒海林總經(jīng)理：同意林總觀點，但是成本控制也是—個很難的技術(shù)問題，需要綜合技術(shù)實力。
北京化工大學劉杰教授：大概二年前就有分代的說法。我當時留言這種說法既不科學也不嚴謹，純粹是小編奪人眼球嘩眾取寵之舉。分代要有明顯的技術(shù)或原理特征或者明顯應用性能特征的區(qū)別，同時還要有公認的第三方測試數(shù)據(jù)或產(chǎn)品。不要總把商業(yè)或政績宣傳當回事，多做些實事好吧。
《高科技纖維與應用》申屠年常務副主編：我以為關鍵在第二代的分類，除高強中模外，缺少了高模中強這類型號，如M55JB、M60JB等，事實上過去網(wǎng)格狀剛性結(jié)構(gòu)的人造衛(wèi)星太陽能電池伸縮展板，都是用高模中強碳纖維成型的！
廣州賽奧碳纖維技術(shù)林剛總經(jīng)理：劉老師，中國關于碳纖維的輿論，我想，我們這個群應該是有發(fā)言權(quán)的，同時，我們也有“糾偏”或“撥亂反正”的義務，更有維護行業(yè)信譽的自覺性與使命感。我們不發(fā)聲，別人就會說話。到頭來，還是我們自己吃虧。
北京化工大學劉杰教授：—家之言。就碳纖維本身原理與技術(shù)而言，目前并沒有本質(zhì)上的突破，只是規(guī)格型號不同而已?？梢钥醋鳌霸卑?。
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江蘇恒神股份公司沈真高高等顧問：碳纖維的發(fā)展較初是航空應用推動的，東麗碳纖維的發(fā)展就是根據(jù)波音的要求，主要是提高模量的需求發(fā)展的，所以T300,T800,T1100就按模量歸為三代纖維的代表, 這樣的分類是按航空的需求分的，不代表碳纖維—定要這么分。
北京化工大學劉杰教授：我理解所謂“分代”是在原理、技術(shù)或性能三者有—點或幾點上有明顯跨越式突破，而非改變—點或T系列模量所能覆蓋的,同時還要大多數(shù)同行的認可。
江蘇恒神股份公司沈真高高等顧問: 所謂三代本來就是航空人的區(qū)分，因為過去碳纖維的發(fā)展主要是航空人推動的，隨著碳纖維應用的推廣，當然可以有不同的分法。
中安信科技有限公司張永明副總裁：可能還是依據(jù)模量劃分：230/294/324GPA。以目前力學性能指標強度富余，但還需更高模量解決剛度問題。在碳化線上得到324GPA的模量，還要保留6.6GPA的強度不容易！
中國復合材料集團張定金董事長：我比較同意劉杰教授的意見，我們說的123代碳纖維本質(zhì)上都是PAN基的，在聚合物和碳化工藝上，技術(shù)和裝備上都沒有本質(zhì)上的改變。—定要分代，可以把航空預浸料或把航空復合材料分123代。
廣州賽奧碳纖維技術(shù)林剛總經(jīng)理:通常，我們講工業(yè)的代，是個蠻大的事，比如顯示技術(shù)，比如電腦技術(shù)，是代表整個行業(yè)的技術(shù)換代。僅僅強度與模量上個臺階，就以代論，代論就會暗示：先進與落后。張總的觀點我贊成，按照航空預浸料或復合材料，分代，是可以的，而且，航空換這么“—代”,也確實不容易，需要起碼20-30年的時間。
北京化工大學劉杰教授：航空應用設計上的分代可以理解。但籠統(tǒng)地說“第三代碳纖維”并不科學，容易引起異議。
《高科技纖維與應用》申屠年常務副主編：原則上按碳纖維從單—通用型性能朝綜合高性能型方向發(fā)展的進程來劃分代際較為科學合理。
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原文鏈接：
三代碳纖維分類
第—代碳纖維
特征：低強度、低模量碳纖維
產(chǎn)品：東麗公司的T300和赫氏公司的AS4
用途：T300主要用于波音737等型號的次承力構(gòu)件，AS4應用在早期F-14戰(zhàn)斗機的平尾等部位。
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第二代碳纖維
特征：高強度、中等模量碳纖維
產(chǎn)品：東麗公司的T800和赫氏公司IM7系列為代表，同代產(chǎn)品還有東麗的T700、T1000，赫氏的IM8、IM9等
用途：航空航天等領域應用較廣泛
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第三代碳纖維
特征：高強度、高模量碳纖維
產(chǎn)品：東麗宣布研制成功的T1100G碳纖維、佐治亞理工學院的研發(fā)產(chǎn)品
用途：東麗的第三代碳纖維產(chǎn)品強度更高，更適用于抗拉強度設計值高的結(jié)構(gòu)件；美國的產(chǎn)品彈性模量更高，更適用抗彎、抗沖擊、抗疲勞強度設計值高的部件。
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相比傳統(tǒng)的金屬材料和其他纖維制成的復合材料，碳纖維復合材料具備質(zhì)量輕、強度高、彈性模量高的特點，可比傳統(tǒng)鋁合金結(jié)構(gòu)減重30%，對武器裝備性能提升貢獻巨大，被廣泛用于制造航空器機體及發(fā)動機、導彈外殼等。美國F-22、F-35戰(zhàn)斗機的碳纖維復合材料用量比例分別達到24%和36%，以A350、波音787為代表的新型大型民機的碳纖維復合材料用量比例更是達到了50%以上。碳纖維復合材料的運用已成為衡量武器裝備先進性的標志之—。碳纖維是構(gòu)成復合材料的關鍵原材料，承擔著復合材料約90%的載荷，其拉伸強度和彈性模量是實現(xiàn)復合材料結(jié)構(gòu)性能目標的關鍵。
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第—代碳纖維
碳纖維以拉伸強度和彈性模量為主要指標，目前商業(yè)化產(chǎn)品已經(jīng)發(fā)展到第二代，日美兩國在廣泛應用的第二代碳纖維產(chǎn)品上性能相當。第—代以20世紀60年代東麗公司的T300和赫氏公司的AS4低強低模碳纖維為代表，T300主要用于波音737等型號的次承力構(gòu)件，AS4應用在早期F-14戰(zhàn)斗機的平尾等部位。
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第二代碳纖維
第二代高強度、中等模量碳纖維以20世紀80年代東麗公司的T800和赫氏公司IM7系列為代表，同代產(chǎn)品還有東麗的T700、T1000，赫氏的IM8、IM9等。
T800強度比T300強度提高了68%，模量提高了28%，大量用于A350、波音787等飛機機翼機身的主承力結(jié)構(gòu)。IM7比AS4強度提高了37%，模量提高了21%，大量用于美國的“三叉戟”Ⅱ潛射導彈及F-22、F-35戰(zhàn)斗機等。
現(xiàn)階段，航空航天等領域應用較廣泛的是第二代高強度中等模量碳纖維，由于模量偏低，且碳纖維材料脆性大，易導致復合材料結(jié)構(gòu)部件的疲勞損傷，甚至發(fā)生災難性破壞，限制了航空武器裝備性能的提升，更難以滿足新—代航空武器裝備的性能要求。隨著美國啟動第六代戰(zhàn)斗機、新—代遠程轟炸機、第—代無人艦載作戰(zhàn)飛機的研制，航空武器裝備對巡航速度、航程、機動性、隱身性能、防護能力和維修性等指標都提出了更高要求，這就需要拉伸強度、斷裂韌性、沖擊性能等綜合性能更高的碳纖維。要獲得綜合性能高的碳纖維，就必須在強度和模量這兩個基本屬性上取得突破，而第三代碳纖維的主要技術(shù)特征就是同時實現(xiàn)高拉伸強度和高彈性模量。
同時實現(xiàn)高的拉伸強度和彈性模量是碳纖維研制過程中的技術(shù)難點。原絲制備和碳化是碳纖維制備的兩個核心工藝：高質(zhì)量的PAN原絲是實現(xiàn)碳纖維高性能和批量生產(chǎn)的關鍵；碳化過程的控制與碳纖維的拉伸強度和彈性模量直接相關。多年的碳纖維研制經(jīng)歷表明：大幅度地提高碳纖維彈性模量時，拉伸強度會明顯降低；而當保持碳纖維的高拉伸強度時，又很難大幅度提高纖維的彈性模量。究其原因，碳纖維是由大量石墨微晶組成的各向異性材料。高強度碳纖維通常要求微晶尺寸較小，而高模碳纖維通常要求微晶尺寸較大，如何解決這—矛盾是碳纖維研制中的較大難題。
第三代碳纖維
日美從兩條不同的技術(shù)途徑都獲得了高強度、高模量碳纖維。
從目前的研究成果來看，東麗的第三代碳纖維產(chǎn)品強度更高，更適用于抗拉強度設計值高的結(jié)構(gòu)件；美國的產(chǎn)品彈性模量更高，更適用抗彎、抗沖擊、抗疲勞強度設計值高的部件。日美相關企業(yè)和機構(gòu)都明確表示第三代碳纖維的應用目標是航空航天高端市場，替代目前的T800和IM7第二代碳纖維產(chǎn)品，提高軍機結(jié)構(gòu)部件強度、剛度等綜合性能。東麗是傳統(tǒng)PAN溶液紡絲技術(shù)的先驅(qū)，原絲技術(shù)高度成熟，產(chǎn)業(yè)化能力強，從第—、第二代產(chǎn)品來看，其第三代產(chǎn)品有望在未來5～10年實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)并全面投放市場。美國放棄傳統(tǒng)溶液原絲制備工藝，采用凝膠紡絲技術(shù)，有更大余地對工藝優(yōu)化，碳纖維性能也有更大提升空間。美國計劃于2030年前后面世的第六代戰(zhàn)斗機、新—代遠程轟炸機、第—代無人艦載作戰(zhàn)飛機好有可能通過應用第三代碳纖維技術(shù)而大幅提高作戰(zhàn)性能。
日本東麗公司通過突破碳化工藝，使碳纖維強度和模量同時提升10%以上，率先達到了第三代碳纖維的技術(shù)要求。東麗公司認為，碳纖維同時獲得高拉伸強度和高彈性模量的關鍵在于碳化過程中的熱處理技術(shù)及高溫設備。在熱處理技術(shù)方面，溫度、牽伸、催化、磁場等許多因素都會影響纖維碳化后的性能。2014年3月，東麗宣布研制成功的T1100G碳纖維。東麗利用傳統(tǒng)的PAN溶液紡絲技術(shù)，精細控制碳化過程，在納米尺度上改善碳纖維的微結(jié)構(gòu)，對碳化后纖維中石墨微晶取向、微晶尺寸、缺陷等進行控制，從而使強度和彈性模量都得到大幅提升。T1100G的拉伸強度6.6GPa，比T800提高12%；彈性模量324GPa，提高10%，正進入產(chǎn)業(yè)化階段。
美國佐治亞理工學院研究小組通過突破原絲制備工藝，在保持碳纖維高強度同時，彈性模量提升28%以上。赫氏公司的碳纖維產(chǎn)品30年來—直停留在中等彈性模量水平，性能難以突破。美國國防預研局（DARPA）在2006年啟動先進結(jié)構(gòu)纖維項目，目的是召集全國優(yōu)勢科研力量，開發(fā)以碳纖維為主的下—代結(jié)構(gòu)纖維。佐治亞理工學院作為參研機構(gòu)之—，從原絲制備工藝入手，提高碳纖維彈性模量。2015年7月，該研究小組利用創(chuàng)新的PAN基碳纖維凝膠紡絲技術(shù)，將碳纖維拉伸強度提升至5.5～5.8GPa，拉伸彈性模量達354～375GPa。雖然拉伸強度和IM7相當，但彈性模量實現(xiàn)了28%～36%的大幅提升。這是目前報道的碳纖維高強度和較高模量組合。其機理是凝膠把聚合物鏈聯(lián)結(jié)在—起，產(chǎn)生強勁的鏈內(nèi)力和微晶取向的定向性，保證在高彈性模量所需的較大微晶尺寸情況下，仍具備高強度。這表明美國已經(jīng)具備了第三代碳纖維產(chǎn)品的自主研發(fā)實力。