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今天，對於(yu) 普通人而言，碳纖維已經是相當熟悉的材料了，尤其是在體(ti) 育運動領域：碳纖維能夠做成釣魚竿、羽毛球拍、自行車架、跑鞋的底板……在很多領域，碳纖維都能替代鋼鐵發揮作用，體(ti) 現出強大的新材料優(you) 勢。

而在普通人不熟悉的軍(jun) 用領域，碳纖維也有不少應用，比如，據說伊朗生產(chan) 的“雷霆”係列戰術導彈的外殼，就已經用碳纖維複合材料代替了金屬，從(cong) 而減輕導彈自重，增加射程。

圖源：Pixabay

在碳纖維的生產(chan) 和應用方麵，我國的發展也相當迅速，尤其是在工業(ye) 領域上。坊間還有個(ge) 段子，說某釣魚竿廠家因為(wei) 買(mai) 不到碳纖維材料而被迫自研，最後意外用在了其他更重要的領域上。這到底是不是真的呢？

來，我們(men) 展開說一說。

01 碳纖維，為(wei) 什麽(me) 優(you) 秀？

碳纖維，準確地說，應該叫做碳纖維複合材料（CFRP），通常是以碳纖維或碳納米管為(wei) 骨架，襯以熱固性塑料（比如，聚酯樹脂甚至是造防彈衣的“凱夫拉”材料），再對兩(liang) 者加熱、加壓，使其緊密結合而成的。當然，就簡稱為(wei) “碳纖維”也沒問題。

這類材料最大的特點，就是其強度和重量的比值極大：同等體(ti) 積的碳纖維，重量隻有鋼鐵的四分之一左右，其抗拉強度卻是鋼鐵的幾倍、十幾倍。同時，碳纖維的化學性質很穩定，不會(hui) 氧化生鏽，也不怕高鹽、潮濕、酸性的使用環境，不需要刷漆防鏽，大大降低了零件、設備的維護成本。

此外，作為(wei) 非金屬材料，碳纖維材料的膨脹係數比鋼鐵小得多。這對於(yu) 使用時溫度變化較大（比如，需要高溫加熱或低溫冷凍）的器件而言，就省去了考慮熱脹冷縮給結構帶來的影響問題。

這些優(you) 點，都讓它成為(wei) 工業(ye) 材料的新寵。尤其是在對重量“斤斤計較”，對強度要求又很高的航空、航天領域，碳纖維有著寬廣的應用前景。

02 缺點也有

然而，世間沒有完美的材料，碳纖維也不例外。它最大的兩(liang) 個(ge) 缺點，第一是貴，第二是裂得太幹脆。

第一點很好理解：碳纖維的加工，涉及複雜的工藝，產(chan) 能長期受限，其價(jia) 格一直居高不下。而我國的鋼鐵產(chan) 能，在世界上都是一騎絕塵的，所以鋼鐵的價(jia) 格相當低廉（比如，螺紋鋼的價(jia) 格長期徘徊在4000元/噸附近，單價(jia) 大致和白糖、辣椒差不多）。相比之下，碳纖維在價(jia) 格上就完全沒有競爭(zheng) 力了。

第二點，則是在碳纖維的應用中產(chan) 生的固有缺點。鋼鐵很容易鑄造、軋製為(wei) 各種形狀的板材、管材和線材，而碳纖維的成型相對就要複雜得多。多數時候，會(hui) 將碳纖維紡織成“布”，再去壓製成形，或是緊緊包裹在鋼結構的外麵，增加鋼的強度。

然而，這種碳纖維織成的“布”一旦出現裂紋，很容易像其他布料一樣，順著纖維撕開，強度幾乎歸零。更麻煩的是，碳纖維的結構破壞，很可能沒有先兆，而是在瞬間就發生了。

去年失事的“泰坦”深潛器，在深海裏突然崩塌、內(nei) 爆，就被懷疑是碳纖維的殼體(ti) 出了問題。相比之下，鋼結構的破壞，往往會(hui) 有局部變形、開裂、異響等征兆，提醒使用者注意處置，相對安全一些。

當然，碳纖維複合材料，是一個(ge) 年輕的領域，隨著科學技術的發展，或許在不遠的將來，能夠找到克服這些缺點的方法，讓它變得更加強大，在更廣闊的領域發揮作用。

03 我們(men) 能造嗎？

回到最開始的問題上，我國的碳纖維製造技術，真的是魚竿廠老板研究出來的嗎？

答案顯然是否定的：那就是個(ge) 段子嘛！

我國製造碳纖維的曆程，最早是由師昌緒院士於(yu) 2001年開啟的。2005年，隨著碳纖維的國際供應驟然收緊，國家加大了對研究的投入力度。從(cong) 目前公開的報道來看，中國科學院山西煤炭化學研究所、中國科學院上海有機所、中國科學院長春應用化學研究所，分別承擔了碳纖維製造的部分關(guan) 鍵技術的研究任務。

經過堅持不懈的努力，我們(men) 用短短三年時間，走完了美國、日本十多年才完成的道路，最終在揚州的工廠裏，實現了T300碳纖維的規模化生產(chan) ，為(wei) 我國的航天事業(ye) 作出了重要的貢獻。

可以說，碳纖維的研究攻關(guan) ，涉及了多個(ge) 領域，聯合了多個(ge) 單位，凝聚了許許多多的科研、技術和工程人員的心血，正是“集中力量辦大事”的生動實踐。

相信在不遠的將來，碳纖維也會(hui) 被中國的科研人員變成物美價(jia) 廉的材料。把“工業(ye) 皇冠上的明珠”變成白菜價(jia) ，正是我們(men) 最擅長的事嘛！

供稿單位：重慶科技館

作者：饅頭老妖，科普作家，南京大學化學博士。

審核專(zhuan) 家：黃河、李春藜、徐曉萍

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