PAN 基碳纖維作為碳纖維家族中的重要一員，其發(fā)展歷程充滿(mǎn)了突破與創(chuàng )新。

由于兼具高強度、高模量、低密度、耐疲勞、耐腐蝕等系列優(yōu)異特性，聚丙烯腈（PAN）基碳纖維作為結構與功能材料在航空航天、體育休閑、汽車(chē)工業(yè)、建筑工程等領(lǐng)域得到廣泛應用。

一、“PAN 基碳纖維的誕生與成長(cháng)”

PAN 基碳纖維的故事始于上世紀中葉。早期，其性能和質(zhì)量尚不穩定，市場(chǎng)應用也極為有限。但科研人員的不懈努力逐漸改變了這一局面。

在 20 世紀 60 年代，PAN 基碳纖維的拉伸強度僅為 1000MPa 左右，模量約為 100GPa。然而，經(jīng)過(guò)幾十年的技術(shù)積累和創(chuàng )新，到了 20 世紀 90 年代，其拉伸強度已經(jīng)提升到了 3000MPa 以上，模量也超過(guò)了 200GPa。


二、“技術(shù)突破：從理論到實(shí)踐”

為了提高 PAN 基碳纖維的性能，科研人員在多個(gè)環(huán)節進(jìn)行了深入研究和創(chuàng )新。

在原材料方面，PAN 原絲的質(zhì)量至關(guān)重要。通過(guò)優(yōu)化聚合工藝，控制 PAN 分子的結構和分子量分布，可以顯著(zhù)提高原絲的品質(zhì)。例如，某企業(yè)通過(guò)改進(jìn)聚合配方，使 PAN 原絲的強度提高了 15%。

在碳化和石墨化過(guò)程中，精確控制溫度、張力和氣氛等參數是關(guān)鍵。一些先進(jìn)的生產(chǎn)工藝能夠將碳化溫度提高到 1500℃以上，從而有效改善碳纖維的結構和性能。據統計，采用新型碳化工藝后，碳纖維的拉伸強度平均提升了 20%左右。

表面處理技術(shù)的進(jìn)步也為 PAN 基碳纖維的應用拓展了空間。通過(guò)等離子體處理或化學(xué)氣相沉積等方法，可以改善碳纖維與樹(shù)脂基體的界面結合性能，提高復合材料的整體性能。實(shí)驗數據表明，經(jīng)過(guò)優(yōu)化的表面處理技術(shù)可使復合材料的層間剪切強度提高 30%以上。

三、“第三代高性能碳纖維的崛起”

進(jìn)入 21 世紀，第三代高性能 PAN 基碳纖維成為了研究的焦點(diǎn)。
第三代碳纖維的拉伸強度普遍超過(guò) 6000MPa，模量達到 350GPa 以上。

四、“應用拓展：從航空航天到日常生活”

隨著(zhù) PAN 基碳纖維性能的不斷提升，其應用領(lǐng)域也在迅速拓展。

在航空航天領(lǐng)域，PAN 基碳纖維復合材料廣泛應用于飛機的機身、機翼和發(fā)動(dòng)機部件等。據統計，一架先進(jìn)的客機使用碳纖維復合材料的比例可達到 50%以上，顯著(zhù)減輕了飛機重量，降低了燃油消耗。例如，波音 787 客機的碳纖維復合材料使用量超過(guò)了 50%，使得機身重量減輕了約 20 噸，燃油效率提高了約 20%。

在汽車(chē)行業(yè)，碳纖維部件的應用逐漸增多。一些高端跑車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)采用碳纖維車(chē)身結構和零部件，不僅減輕了車(chē)重，還提高了車(chē)輛的性能和續航里程。

在體育用品領(lǐng)域，碳纖維制造的自行車(chē)、球拍和高爾夫球桿等產(chǎn)品深受消費者喜愛(ài)。一款高性能碳纖維自行車(chē)車(chē)架的重量可以低至 800 克，比傳統鋁合金車(chē)架輕約 500 克，提升了騎行速度和操控性。

此外，在醫療器械、能源領(lǐng)域和建筑行業(yè)等，PAN 基碳纖維也展現出了廣闊的應用前景。

五、PAN基碳纖維的主要制造商

經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀發(fā)展，碳纖維制造商也經(jīng)歷了幾番變化。20世紀70—90年代，日本、歐洲、美國有10余家企業(yè)加入碳纖維研制與生產(chǎn)浪潮中，但不到半數保留下來(lái)，旭化成、BASF、Courtaulds等知名的企業(yè)最終選擇了退出碳纖維領(lǐng)域。

進(jìn)入21世紀后，以東麗、帝人、三菱化學(xué)為代表的日本企業(yè)持續做大做強，除了擴大本土業(yè)務(wù)，也兼并了不少歐美公司，如東麗收購了原美國第二大碳纖維制造商Zoltek、三菱化學(xué)收購Grafil、帝人收購Akzo等。

六、“挑戰與機遇并存的未來(lái)”

盡管 PAN 基碳纖維取得了顯著(zhù)進(jìn)展，但仍面臨一些挑戰。

在技術(shù)方面，進(jìn)一步提高碳纖維的性能和穩定性，降低生產(chǎn)成本，仍是亟待解決的問(wèn)題。目前，第三代高性能碳纖維的生產(chǎn)成本仍然較高，限制了其大規模應用。

在市場(chǎng)方面，國際競爭日益激烈，需要不斷創(chuàng )新和提升產(chǎn)品質(zhì)量，以滿(mǎn)足不同領(lǐng)域的需求。

然而，隨著(zhù)科技的不斷進(jìn)步和應用領(lǐng)域的持續拓展，PAN 基碳纖維也迎來(lái)了眾多機遇。新能源汽車(chē)、5G 通信和智能制造等新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，將為碳纖維提供更廣闊的市場(chǎng)空間。

我國在 PAN 基碳纖維領(lǐng)域也制定了一系列發(fā)展規劃和政策支持，有望在未來(lái)實(shí)現從跟跑到并跑甚至領(lǐng)跑的跨越。

總之，PAN 基碳纖維的發(fā)展充滿(mǎn)希望和挑戰。在全球科研人員和企業(yè)的共同努力下，相信它將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為人類(lèi)的科技進(jìn)步和生活改善做出更大貢獻。