“黑色黃金”碳纖維材料可使車身重量減輕50%

碳纖維材料是一種既有碳材料性質，又兼具紡織纖維柔軟和可加工性的新一代高性能增強纖維，被業界譽為“黑色黃金”。

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車身主體由鈦合金和碳纖維構成的跑車。（艾世民、艾迪/人民圖片）

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據中國軍網報道，碳纖維的起源最早可追溯至1860年，它是由英國人在制作電燈燈絲時發明的。這種材料呈黑色、質堅硬，雖然它比頭發絲還細幾倍，但其強度比鋼大、密度比鋁小，比不鏽鋼耐腐蝕、比耐熱鋼耐高溫。在對其經特殊復合成型工藝加工后，可得到性能優異的碳纖維復合材料。碳纖維被廣泛應用於航空、航天、能源、交通、軍用裝備等領域，是國防軍工和民用生產生活的重要材料。

據中國經濟網介紹，碳纖維的生產主要經歷原絲生產和原絲碳化兩大過程，幾十道嚴格的生產工序，隻要有一道工序的一個生產參數不到位，就可能造成碳纖維質量的千差萬別。而每一項參數的優化，都要經歷漫長的試錯過程。雖然其他國家已研究出碳纖維的制造技術，但據中國山東網報道，鑒於碳纖維是一種國防軍工中舉足輕重的戰略材料，因此美國、日本等國家一直對我國進行技術封鎖，而且生產碳纖維的中間原料前驅體也不向中國銷售，這使得我國不得不花費大量的時間、精力、人力和資金自主研制碳纖維材料。經過多年的努力，山東大學山東省碳纖維工程技術研究中心主任王成國帶領技術團隊成功研制出了碳纖維及其原絲。

在發展初期，碳纖維隻應用於航空航天或軍工領域，但隨著碳纖維材料造價的下降，它已被應用在了其他領域。據《科技日報》報道，2015年煙台鼎立汽車部件有限公司自主研制了我國第一台碳纖維復合材料車身的大客車，試驗証明，將客車跌落至近一米深的大坑中，整個車身都沒有明顯的損傷和變形。與傳統大型客機相比，這台車車身的總重量減少了40%-60%，因此在消耗同樣油量或電量的情況下，車輛可多行駛150公裡。且由於碳纖維抗拉強度高達3500MPa以上，是鋼材的5倍-10倍，因此較傳統車型也更加堅固安全。據北方網報道，目前已經有自行車將碳纖維作為其材料，可以將原本1400g的自行車減輕到980g，這將使自行車變得更為輕便。

不過，由於碳纖維材料具有強度高、超輕、耐高溫高壓等特點，這導致碳纖維的回收再利用非常困難。但上海交通大學化學化工學院王新靈教授研究團隊經過5年艱苦的技術攻關，開發了國內第一項擁有完全自主知識產權的、規模化的新型裂解回收技術和裝備。據央廣網介紹，這套技術對碳纖維復合材料廢棄物的年處理能力超過200噸，與國際先進技術相比，這一技術既免除了廢棄物切割、粉碎的工序，還保持了再生碳纖維的足夠長度、提高了碳纖維再利用的價值。相信，隨著碳纖維生產成本的下降，處理手段的逐漸完善，這種材料會逐漸成為我們日常生活中必不可少的原材料。（林夢雅）

本文由中國航發北京航空材料研究院工程師李文博進行科學性把關。