从科技角度看，为什么中国不能量产好的碳纤维？
从技术角度来说，为什么中国不能量产好的碳纤维？
基本概念:
什么是碳化和石墨化？
碳化是有机纤维在高温下裂解，释放出氢、氧、氮等小分子，最终留下碳的过程。这是一个增加碳元素比例的过程，有些文献中把碳元素比例增加到92%后称为碳纤维。
石墨化是碳材料中的碳原子在高温下重新排列，逐渐趋向完美的六元网格的过程。在碳纤维内部，是碳原子原来无序的排列顺序逐渐趋向于规则排列的无序石墨结构的过程。
将碳纤维加热到1500℃，如果这个过程是碳元素聚集的过程，则称为碳化；在这个温度下，如果碳元素不再聚集并保持固定比例，而是碳原子的排列趋于规则的六元网格结构，那么就是石墨化过程。所以碳化和石墨化没有明显的温度界限，哪个趋势更明显就叫哪个过程。不同的原料在不同的温度下有不同的趋势。碳化和石墨化都是一个过程，不是最终结果。不要用温度来区分碳化和石墨化。
关于强度和模量。
用来损坏材料的最大力量是强度。如果是拉伸损伤，就是拉伸强度；如果是弯曲损伤，就是弯曲强度，也叫抗弯强度；如果是压碎的，就是抗压强度。模量是通过施加外力使材料变形到一定尺寸的力。用于将材料拉伸到一定尺寸的力是拉伸模量，以及弯曲模量和压缩模量。
什么是好的纤维？
想知道碳纤维为什么不好，首先要知道什么是好的碳纤维。
首先，一根纤维应该是直径均匀、相均一的，每根纤维和整个纤维一样，强度在一定范围内。在光纤的不同位置切割一段光纤。如果它们的强度比较均匀，就是很好的纤维。其次，同一束中有N根以上的纤维，这些纤维的强度比较均匀，是好的纤维。最后，所有纤维的强度、模量、尺寸等性能均一致，达到标称标准，是好纤维。
我的碳纤维标称强度是3500MPa，每根纤维、每段纤维都符合要求，在2000MPa均匀分布，不是好纤维。所以好的纤维是统一的，标准的。日本的碳纤维尺寸比我们的好，因为他们的碳纤维更接近这个标准。我们中国的碳纤维均匀性差。T700碳纤维有的纤维比T1000高，有的不如T300。
为什么中国做不好碳纤维？
哪些因素影响了碳纤维的均匀性，我们需要从原料上考察整个工艺路线。
第一，原材料
纤维状碳材料需要用含碳链的聚合物碳化。常用于碳化的聚合物有三种:纤维素(人造丝)、聚丙烯腈(PAN)和沥青。今天，我要说的是聚丙烯腈。如果前驱体不均匀，含有很多杂质或缺陷，这些缺陷就会传递到碳纤维上，所以要做好碳纤维就要有好的前驱体。
前兆是怎么来的？它是由聚丙烯腈纺成的。聚丙烯腈是粉末。首先，将聚丙烯腈溶解在溶剂中。为了保密，我不会告诉你这种溶剂叫二甲基亚砜。聚丙烯腈可以溶解在这种溶剂中，但不能溶解在水中，但这种溶剂可以与水无限混溶。我们将聚丙烯腈和这种溶剂的混合物通过喷淋式喷丝头喷入这种溶剂的水溶液中。由于聚丙烯腈不溶于水，遇水就会凝固成单个的聚丙烯腈原丝。这时候前驱体很厚，同时前驱体中的溶剂会扩散，我们通过N级溶液来扩散。这里的溶液浓度逐渐降低，有利于溶剂向外扩散。扩散后，前驱体将进入洗涤阶段。此时，当它向前移动时对其施加牵引力，前驱体就会在牵引力的作用下逐渐变薄，最后被致密化，然后被收集。为了防止纤维间粘连，中间需要上浆剂。这就是整个前驱的制作过程。如果使用的聚丙烯腈原料不好或不均匀，原丝在纺丝过程中必然会有很大的缺陷。
众所周知，聚丙烯腈是由丙烯腈聚合而成的。这种丙烯腈聚合时，需要加入一些催化剂，把这些原料全部倒入水中，让它们在水中聚合。聚合后的聚丙烯腈不溶于水，所以会发生沉淀。将水过滤，得到聚丙烯腈。同时，这个聚合过程是一个放热过程，需要慢慢调整原料入水的速度，使这个过程尽可能缓和，同时需要冷却，防止过热。这个过程很难控制。水中有各种聚合单体，还有生成的沉淀物。很可能是某种原料在反应容器中分布不均匀，导致聚丙烯腈达不到要求的标准。这些都是原料的影响因素，它们的反应机理还需要更系统的研究。
二、准备过程。
从聚合时的温度、流速、搅拌速度，到纺丝时各级凝固浴、水浴的温度、速度，以及预氧化、碳化，在碳纤维制备过程中如何将这些工艺参数结合起来得到最好的碳纤维是一个问题。
基本上在国内也差不多，没有人真正静下心来研究这些参数的每一个。一个参数造成的缺陷并不多，很多参数也不一定优化，所以最终的碳纤维是十万八千里。还有，如果我们想优化这许多参数，我们需要一个庞大的实验计划。谁能负担得起支持这些实验？为了尽快做出产品，大家都在不断妥协，结果却做不出好的产品。所以在制备工艺上我们还有很长的路要走，虽然可以做出T300级别和T700级别的碳纤维，但是不要太均匀。如果产品的性能能做到统一，付出的努力将是做同类产品的n倍。所以国内很多企业把同类产品卖便宜也是无奈之举，因为日本均匀性好的碳纤维价格不会高多少。企业会为了这点小小的差价付出几十倍的努力去提高均匀度吗？
第三，制造设备。
工艺参数的调试需要制造设备来实现。想想吧。如果要测试不同牵伸速率对碳纤维性能的影响，将工艺参数输入控制器，但牵伸辊不稳定，振动，还能做好吗？不要以为这个问题好解决。拖拉机中几个压路机的速度应调整好。关键是微振动，几乎察觉不到的振动都会影响产品性能。在干喷湿纺工艺中，喷丝板与液面的距离非常严格，液面的波动会影响凝固效果。
如何解决高温碳化塔的温度均匀性？如何让纤维进入炉内不被带入微量氧气？预氧化炉的温度梯度如何实现？热空气如何循环才能节能并带走释放的热量？如何控制氧气量...这些都是很细微的东西，但是对设备提出了极高的要求。不可否认，这几年我们的国产装备发展非常迅速，但是看看我们的领导人访美，要求放宽对华高端装备出口，就知道我们有多弱了。
第四，内外环境
可能有人知道日本碳纤维早期的价格，但是现在的价格远远低于原价。什么时候下来的？就是在那几年，我们宣布可以工业化生产T300水平碳纤维。原因是什么？日本是想和我们竞争吗？不可能，日本人知道我们的发展水平，就算不降价，我们也比不过他。只能分割一些低端订单，根本动摇不了日本的垄断地位。日本的主要目的是打击投资者。
投资人是看到碳纤维的发展前景和利润后才决定投资碳纤维研究的。如果碳纤维仍然有利可图，投资者将愿意投资资金做一些基础研究，并从长计议。但是看看现在做碳纤维的辛苦生活，还不如把产品做好。谁还会继续投资，更别说有长远眼光了？所以国家也很着急，也在大力扶持企业。很多企业为了国家支持而启动项目，从国家拿到了很多钱，但是结果还是不好。
前年工信部发布《关于促进碳纤维产业发展的意见》，明确表示重点扶持2-3家企业。这个思路是对的，但是对于基础研究，国家要拿出更多的资金来牵头。还有，我们国家的碳纤维产业链还不完整，有些本末倒置。整个行业的健康发展要靠下游带动，而我国下游创新不足，大家都在模仿销售产品，缺乏定制解决方案的能力。
国产碳纤维未来能发展到什么程度，需要每一个碳纤维人的努力。我们这样做是因为我们相信明天会更好。