那么,碳纤维是如何生产出来的呢?碳纤维是以纤维丝作为原材料,经过高温碳化以及化学氧化等化学处理之后,最后再涂上一层树脂,就能得到一种新的高性能材料。根据应用中碳纤维需要有不同的性能,所以在碳纤维的制造过程中,也可以添加其他材料,来达到性能的改变。
值得说一下的是,碳纤维长时间与表面的那层树脂没有太大的关系在阳光的照耀下,表面的那一层树脂也会老化,但这并不会影响到碳纤维的使用,因为这种材料的性能主要是由里面的碳纤维决定的。
说了这么多碳纤维的性能以及应用方面的东西,但它最根本的东西就是一些比头发丝还要小很多的纤维丝,一根碳纤维的直径大约是10厘米,当7、8根碳纤维聚集在一起的时候,才相当于一根头发丝的大小。
这么细小的东西,到底是什么时候才被人们发明出来的呢?其实碳纤维发明出来的时间比较早,也可以追溯到“发明大王”爱迪生那里,因为爱迪生曾用碳纤维作为灯泡的灯丝,但那个时候生产出来的碳纤维缺点非常明显,容易碎,使用的寿命又不长,所以后来灯丝也就被钨丝替代了。
此后碳纤维的发展也一直停滞不前,就这样过了几十年,到了20世纪中期,美国为了要解决武器中耐高温和耐烧灼的问题,碳纤维才真正的作为一种高端前沿的复合材料被人们研究,世界的科技大国也开始进入研发这种材料。美国和日本就是因为研究碳纤维的时间比较早,就在这方面占有更大的优势。
中国开始研究碳纤维的时间也不算太晚,在上个世纪60年代就已经开始了,但进展非常缓慢,等到了70年代,才真正实现了碳纤维从0~1的突破。但中国碳纤维的发展,此后乃至到了20世纪结束都没有太多的消息。
我认为其中可能是有两个原因,一是因为国家还比较贫穷,囊中羞涩的时候,当然也就很难拿得出资金来搞研发,对于这些拥有基础性回报周期又比较长的项目,就很难顾及了;二是国内人员的认识不足,他们认为大力度去搞这些先进的材料科技,现阶段是没有必要的,可以等到需要搞什么科技产品的时候,才研究相对应的材料。
幸好在21世纪初,我国师昌绪院士积极推动碳纤维材料的发展,这个项目在2002年也入选了国家863计划,这才使得我国的碳纤维材料发展有了快速的提升,而且中国的科学家也会集中在一些超高强度的碳纤维材料进行研发。
在2018年,中国的碳纤维产量已经达到了3.56万吨,超过了一般的2.68万吨,美国的产量是3.73万吨,无疑中国在产量上已经超过了日本,但在性能上我们还是落后很多,这并不是我们的科学家不够努力,不是因为美国、日本等企业研发的时间比较早,我们真正发力研发的时间比较晚,才造成了这种局面。