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、汽車工業(yè)、建筑工程等領域得到廣泛應用。

一、“PAN 基碳纖維的誕生與成長”

PAN 基碳纖維的故事始于上世紀中葉。早期，其性能和質量尚不穩(wěn)定，市場應用也極為有限。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，經過幾十年的技術積累和創(chuàng)新，到了 20 世紀 90 年代，其拉伸強度已經提升到了 3000MPa 以上，模量也超過了 200GPa。


二、“技術突破：從理論到實踐”

為了提高 PAN 基碳纖維的性能，科研人員在多個環(huán)節(jié)進行了深入研究和創(chuàng)新。

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

在碳化和石墨化過程中，精確控制溫度、張力和氣氛等參數是關鍵。一些先進的生產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(tǒng)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。

表面處理技術的進步也為 PAN 基碳纖維的應用拓展了空間。通過等離子體處理或化學氣相沉積等方法，可以改善碳纖維與樹脂基體的界面結合性能，提高復合材料的整體性能。實驗數據表明，經過優(yōu)化的表面處理技術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”

進入 21 世紀，第三代高性能 PAN 基碳纖維成為了研究的焦點。
第三代碳纖維的拉伸強度普遍超過 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 PAN 基碳纖維性能的不斷提升，其應用領域也在迅速拓展。

在航空航天領域，PAN 基碳纖維復合材料廣泛應用于飛機的機身、機翼和發(fā)動機部件等。據統(tǒng)計，一架先進的客機使用碳纖維復合材料的比例可達到 50%以上，顯著減輕了飛機重量，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%。

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

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

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

五、PAN基碳纖維的主要制造商

經過半個多世紀發(fā)展，碳纖維制造商也經歷了幾番變化。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浪潮中，但不到半數保留下來，旭化成、BASF、Courtaulds等知名的企業(yè)最終選擇了退出碳纖維領域。

進入21世紀后，以東麗、帝人、三菱化學為代表的日本企業(yè)持續(xù)做大做強，除了擴大本土業(yè)務，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、三菱化學收購Grafil、帝人收購Akzo等。

六、“挑戰(zhàn)與機遇并存的未來”

盡管 PAN 基碳纖維取得了顯著進展，但仍面臨一些挑戰(zhàn)。

在技術方面，進一步提高碳纖維的性能和穩(wěn)定性，降低生產成本，仍是亟待解決的問題。目前，第三代高性能碳纖維的生產成本仍然較高，限制了其大規(guī)模應用。

在市場方面，國際競爭日益激烈，需要不斷創(chuàng)新和提升產品質量，以滿足不同領域的需求。

然而，隨著科技的不斷進步和應用領域的持續(xù)拓展，PAN 基碳纖維也迎來了眾多機遇。新能源汽車、5G 通信和智能制造等新興產業(yè)的發(fā)展，將為碳纖維提供更廣闊的市場空間。

我國在 PAN 基碳纖維領域也制定了一系列發(fā)展規(guī)劃和政策支持，有望在未來實現(xiàn)從跟跑到并跑甚至領跑的跨越。

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