2010-11-22 來源:中國聚合物網(wǎng)
關(guān)鍵詞：碳纖維 復(fù)合材料 現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)
20世紀(jì)的最后幾十年是硅的時代，迎面而來的，則是碳材料的時代。
20世紀(jì)，無論是以硅酸鹽為代表的玻璃和水泥等建筑材料，硅基的集成電路還是熱鬧的單晶或多晶硅的太陽能光伏部件，林林總總的表象背后是硅元素的影響。
21世紀(jì)，碳元素所主導(dǎo)的新興材料體系正在顯示出自身更大的發(fā)展?jié)摿透痈挥刑魬?zhàn)性的工業(yè)影響力。如果以全球氣候變化和碳的關(guān)系去思考，低碳所代表的已經(jīng)不僅僅是一種物理化學(xué)過程，其深意影響到人類社會的方面，甚至到了決定人類自身命運的高度。
今年11月，我國首架擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的碳纖維輕型運動飛機“紅嘴鷗”，在珠海航空產(chǎn)業(yè)園下線，這款飛機凈重只有280公斤。在千米左右的低空空域，從珠海飛向武漢、三亞、長沙等城市，只需加上80升97號或98號汽油，輕松飛行四五個小時即可到達。在上海舉辦的工業(yè)博覽會上，也展出了國產(chǎn)的碳復(fù)合材料樣車。
不僅在中國。在航空材料領(lǐng)域，空客320、380，波音787均大量采用碳基復(fù)合材料作為航空器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)材料，來實現(xiàn)飛行器自身的減重，相應(yīng)的就是減少飛行過程中的油耗，實現(xiàn)更加綠色的飛行。
特別值得關(guān)注的是以寶馬為代表的世界電動車制造商，對碳纖維復(fù)合材料電動車的熱情。寶馬公司已經(jīng)宣布2012年量產(chǎn)碳復(fù)合材料的電動車，并投巨資在美國成立生產(chǎn)碳纖維的制造企業(yè)，在德國成立相應(yīng)的纖維編織和成型公司。可以預(yù)見，未來主流的電動車都將大量采用碳復(fù)合材料制造。碳纖維其他的應(yīng)用領(lǐng)域還包括風(fēng)力發(fā)電的葉片等。
如果考慮到傳統(tǒng)硅基材料，如水泥、玻璃以及鋼鐵工業(yè)從采礦到成品過程的污染和綜合能耗，碳材料的優(yōu)勢則更加明顯。
當(dāng)然，傳統(tǒng)材料利益鏈條的受益者會列舉出各種反駁的理由為自己辯護，以高端飛機的發(fā)動機為例，今天以航空煤油驅(qū)動的飛機不論是渦噴還是渦扇發(fā)動機都將面新型以太陽能和其他清潔能源為代表的電動或磁驅(qū)動航空器的挑戰(zhàn)，正如今天的汽車引擎正在被新型電機取代一樣。支撐主流的飛機發(fā)動機的關(guān)鍵材料必然轉(zhuǎn)向新一代的結(jié)構(gòu)材料體系。正在到來的新一代光伏材料，也是以碳基有機光電材料如薄膜材料，利用量子效應(yīng)來提高能量轉(zhuǎn)換效率的。遺憾的是，由于目前主流的光伏材料因為不考慮環(huán)境代價的惡性競爭，價格過低，導(dǎo)致新興光電材料遲遲不能面市，甚至被迫取消生產(chǎn)計劃，只保留研發(fā)能力。
喧嘩總歸一時，科學(xué)的創(chuàng)新才是長久的。碳纖維已經(jīng)開始在航空、汽車等領(lǐng)域取代鋼鐵。更有趣的是，航空器與地面汽車采用的碳纖維復(fù)合材料，盡管出于成本上的考慮，成分和加工處理工藝會略有差異，但基本的工藝流程是完全一致的，這就意味著，今天生產(chǎn)各種用途碳復(fù)合材料的企業(yè)，都可以具備生產(chǎn)低空航空器相關(guān)部件的能力。隨著中國國內(nèi)空域管理改革的深入，中國成為世界低空航空器生產(chǎn)和消費大國指日可待。
最后還有必要指出的是，碳納米管的應(yīng)用也是非常值得關(guān)注和投入的。以目前大量使用的觸摸屏為例，現(xiàn)在主流的觸摸屏采用稀土元素作為表面膜材料，而采用碳納米管的制備薄膜，也表現(xiàn)出了良好的應(yīng)用潛力。至于其他碳結(jié)構(gòu)在量子通信上的潛力，則更加激動人心。
從工業(yè)能力的角度看，與碳元素相關(guān)的工業(yè)集群也正在孕育和成長中。美國加州的硅谷作為人類高科技企業(yè)集群的象征，曾經(jīng)在過去30年中，對全球科技產(chǎn)生了巨大的影響。我們有理由去建設(shè)新興的碳谷，作為對21世紀(jì)的科技新地標(biāo)。我個人認(rèn)為未來20年內(nèi)全球“碳谷”的工業(yè)產(chǎn)值至少可以是現(xiàn)在鋼鐵工業(yè)、玻璃工業(yè)和造紙工業(yè)產(chǎn)值總和，以碳復(fù)合材料制造的建筑、家具、 服裝 、交通工具、食物工廠以至于作為新興藥物載體、人造器官的問世，人類經(jīng)濟新高潮也將隨之而來。
（中國機電一體化技術(shù)協(xié)會專家委員會主任 丁未）