说起现在我国的技术痛点，大家耳熟能详的不外乎是芯片、半导体、操作系统这类高科技产业。
但鲜有人了解过，我们现在生活中经常可以听到的一种材料，长久以来也是我国难以突破的技术痛点，那便是——碳纤维。
很多人对这个词语并不陌生，像是钓鱼竿、球拍、骑行头盔这样的物品，前面只要加上了“碳纤维”这三个字，价格必然便往上翻一翻。
碳纤维所制的物品有着硬度高、质量轻的特点，因为其颜色和极高的碳含量，被人们称之为“黑色黄金”。
可是这种重要的材料制造技术，我国却一直难以突破，长期处于依赖进口状态，受人牵制。有人就有疑问了，这个“黑色黄金”制造技术究竟难在哪里？国家又为何如此重视呢？
碳纤维如何制造？
碳纤维听起来好像是一个“高大上”的神秘高科技，实际上是一种当前世界上应用广泛，经特殊工艺处理后得到的合成材料。
碳纤维的碳含量高达90%以上，各方面的性能优秀，归属于高级材料。
这样说可能比较抽象，我们可以将碳纤维想象成是一种“线”，它比我们的头发丝还要细，是由细小的碳原子束组成的，硬度可以堪比钢铁。
可是这小小一根“线”却不是说造就造的，其背后是极其复杂的加工工艺，以及众多高精尖设备加持的成果。
碳纤维的制造过程，需要经过纤维纺丝的制备、预氧化、碳化和石墨化等一系列工艺。
纤维纺丝的制备是碳纤维成型的关键，先利用化学试剂将聚丙烯腈、聚氨基丙烯酸酰胺、粘胶纤维、天然纤维等原材料溶解，再经过纺丝和拉伸等过程得到丝束。
在原料的配比中，聚丙烯腈和聚氨基丙烯酸酰胺的所含比例最好应该是在79%：21%左右。
之后预氧化分为低温和中温两步，前者是在220-300摄氏度之间，目的是为了脱水、脱溶以及消除丝束中的杂质；
中温阶段则是在400-600摄氏度之间，为的是使有机材料芳香化，留存有少量包含氮元素和氧元素的不饱和化合物。
预氧化会改变部分的纤维结构，使其整体稳定性更高，是碳纤维各种性能得以实现的基础。
再就是碳化，这一步骤发生在高温环境中，温度逐步由1000摄氏度提升至2000摄氏度。
这个过程的效果非常直观，丝束中的物质在高温的烘烤下会逐渐变黑，其中的氧元素慢慢地消失，纤维的直径变细，硬度增强。
之后是石墨化，这一步会将温度升高至3000摄氏度，丝束中含有的非碳元素逸出，此时石墨的含量基本可以达到90%以上，产品便已经基本形成了。
最后对碳纤维作上浆处理，改善它表面性能的同时，可以更好的提升材料的优势。针对不同的用途，也可以将碳纤维与其它材料复合，使其具备特定的性能以适应不同需求。
应用广却难制造
我国对于碳纤维的需求量高居世界首位，在下游产业中，国内需求量位于前列的分别为体育休闲的30.2%和风电叶片的23.5%。
运动休闲领域中，除了我们熟悉的碳纤维鱼竿、球拍等物品，还有滑雪板、滑雪杖、帆船桅杆等物品，也是碳纤维的主要面向用户。
根据数据统计，光是全球每年生产的碳纤维鱼竿，就约为2000万副。大大小小的体育赛事中，碳纤维用具也被运动员所青睐。
而海上风电产业的发展和风机大型化的趋势也不断地加大了我国对于碳纤维的需求，随着对于新能源的探索，未来国内碳纤维在风电方面的使用，还将有更大的发展空间。
碳纤维优越的性能在航空航天和军事领域也不断地在发光发热，因为其具备碳材料的性能的同时，还兼具了纤维材料的力学特性，并且具备了良好的耐高温、耐腐蚀、膨胀系数小等优点。
若将其作为设备外壳材料，高模量的碳纤维可以达到钢材抗拉强度的6倍以上，弹模量达到2倍，而它的密度仅仅为钢材的四分之一，使得其质量非常轻。
这样轻量化的设备外壳非常适合应用在一些重要设备上，在必要时刻，可以有效地帮助这些设备抵挡冲击。
碳纤维的制造可以说会直接影响到国家经济的发展，和国民日常的生活和生产，是一种战略性的新材料。而我国在这方面长期依赖进口，显而易见将会多么的受人掣肘。
那么为何我国碳纤维的制造会如此艰难呢？
碳纤维产业发展于二十世纪初期，早在六十年代时，其就被美日运用在了航空航天领域。
可那时我国还处于经济发展时期，不足支撑碳纤维这样的高新产业发展。是以，我国在碳纤维行业的研发初期，因为技术起步和发展的缓慢，致使产业发展非常不成熟。
同时，国外为了抑制我国碳纤维产业的发展，国外其相关企业对我们的默认态度采取统一的产品、技术、装备全方面封锁。
因此，长达40余年的时间里，我国的碳纤维一直只能严重依赖进口，受制于人，直至二十一世纪我国才慢慢进入了碳纤维的飞速发展时期。
碳纤维的当下和未来
进入二十一世纪后，我国开始引进碳纤维制造工艺，几十年间便迎来了行业的快速发展，产业化逐步被推进。
碳纤维领域中，我们一般将每束根数大于4.8万根的称为大丝束碳纤维（即48K大丝束），而将根数在1000到1.2万根的碳纤维称为小丝束碳纤维（即1-12K小丝束）。
长期以来，我国的生产制造工艺一直处于1-12K的小丝束水平，但其成本相对较高，应用市场有限，因此使得企业对此行业的积极性有限。
但就在2018年，在科学家们的不断努力之下，我国终于突破了碳纤维从12K到48K的重大飞跃。
在这之前，大丝束碳纤维的制造工艺基本都被掌握在美德日几个国家手里，我国对于这项技术壁垒的突破，也标志着我国碳纤维产业在国际上也占有了一席之地。
相较于小丝束，相同生产条件下，大丝束能够更大幅度地提升碳纤维单线产能和质量，继而也可以降低制造成本。
我国在碳纤维产业的生产力不断地在提升，并且在质量、性能等方面也有着很大进步。
根据统计数据，早在2022年时，国内碳纤维供应量比例，国产已经超过进口量；2023年，国内产能已达到了11.7万吨，国内需求量的9.86万吨中，国产碳纤维约有5.46万吨；而2024年，我国预计产量将为18.4万吨。
随着新兴产业的飞速发展，我国对于碳纤维的应用越来越广泛，其行业的情况也在不断变化着。
特别是近几年，相关的研发成果不断地涌现，最前沿的技术也在向着汽车材料、发电材料、3D打印等邻域聚焦和应用。
相信在不久的未来，我国对于碳纤维行业的技术瓶颈会被逐一攻破，走得越来越远，我国的制造业也将获得越来越好的发展。
