一，原材料
如果原絲不均勻，里面含有很多雜質(zhì)或者缺陷，這些缺陷就會(huì)傳給碳纖維，所以要想造出好的碳纖維必須有好的原絲。纖維狀碳材料需要利用含有碳原子鏈的高分子進(jìn)行炭化來(lái)得到。經(jīng)常用來(lái)炭化的高分子有三種：纖維素（Rayon）、聚丙烯腈（PAN）、瀝青（pitch），今天講的是聚丙烯腈。原 絲是怎么來(lái)的呢？是用聚丙烯腈進(jìn)行紡絲做出來(lái)的。聚丙烯腈是粉末，首先將聚丙烯腈溶于一種溶劑，出于保密的考慮，我不會(huì)告訴你這種溶劑叫二甲基亞砜。聚丙 烯腈可以溶于這種溶劑，但是不能溶于水，但這種溶劑可以和水無(wú)限互溶。我們將聚丙烯腈與這種溶劑混合物通過(guò)類似淋浴似的噴絲頭噴出來(lái)，噴到這種溶劑的水溶 液里，因?yàn)榫郾╇娌蝗苡谒龅剿畷?huì)凝固成一根根的聚丙烯腈原絲，這時(shí)候的原絲非常粗，同時(shí)原絲里面的溶劑要擴(kuò)散出來(lái)，我們會(huì)通過(guò)n級(jí)溶液進(jìn)行擴(kuò)散。這 里的溶液濃度是逐級(jí)降低的，有利于溶劑向外擴(kuò)散。等擴(kuò)散完之后，原絲就會(huì)進(jìn)入水洗階段，這個(gè)時(shí)候在往前走的時(shí)候給它施加牽引力，原絲就會(huì)在牽引力的作用下 慢慢變細(xì)，之后通過(guò)致密化，然后收絲。為了防止纖維和纖維之間粘連，中間還需要弄上上漿劑。這就是整個(gè)原絲的生產(chǎn)流程，如果用的聚丙烯腈原材料不好或者不均勻，那么紡絲過(guò)程原絲必然會(huì)有很大缺陷。
都 知道聚丙烯腈是丙烯腈聚合起來(lái)的，這種丙烯腈聚合的時(shí)候還需要添加一些催化劑，把這些原料都倒入水中，讓它們?cè)谒芯酆?，聚合出?lái)的聚丙烯腈不溶于水，于 是產(chǎn)生沉淀。將水過(guò)濾掉就得到聚丙烯腈。同時(shí)這個(gè)聚合過(guò)程是一種放熱過(guò)程，所以必須慢慢調(diào)節(jié)原材料進(jìn)入水的速度，讓這個(gè)過(guò)程極可能緩和，同時(shí)還需要冷卻， 防止過(guò)熱。這個(gè)過(guò)程很難控制，水中有各種聚合單體，還有產(chǎn)生的沉淀物，很可能會(huì)發(fā)生某一種原材料在反應(yīng)容器中分布不均勻，造成聚丙烯腈不能達(dá)到所要求的標(biāo) 準(zhǔn)。這就是原材料的影響因素，它們的反應(yīng)機(jī)理還需要更系統(tǒng)的進(jìn)行研究。
二，制備工藝
從聚合時(shí)候的溫度、流量、攪拌速度到紡絲時(shí)候各級(jí)凝固浴、水浴的溫度、速度，還有預(yù)氧化、炭化等過(guò)程，碳纖維制備過(guò)程中的這些工藝參數(shù)怎么組合才能得到更好的碳纖維，是一個(gè)問(wèn)題。
國(guó)內(nèi)基本上都是差不多主義，沒(méi)有誰(shuí)真正塌下心來(lái)去研究這些參數(shù)的每一項(xiàng)，一個(gè)參數(shù)造成的缺陷不算多，可能很多參數(shù)沒(méi)有優(yōu)化，制作出來(lái)的碳纖維就差了十萬(wàn)八千里 了。還有就是我們?nèi)绻獌?yōu)化這許多的參數(shù)，需要一個(gè)龐大的試驗(yàn)計(jì)劃，有誰(shuí)能有資金支持這些實(shí)驗(yàn)?zāi)亍榱吮M早做出產(chǎn)品，都在不斷妥協(xié)妥協(xié)，結(jié)果卻造不出好產(chǎn) 品。所以制備工藝上，我們還需要有很多路要走，別看我們能做出號(hào)稱T300水平、T700水平碳纖維，只是不是太均勻。要是能做產(chǎn)品性能均勻了，付出的努 力將n倍于造出差不多的產(chǎn)品。所以國(guó)內(nèi)很多企業(yè)用便宜的價(jià)格賣差不多的產(chǎn)品也是無(wú)奈，因?yàn)槿毡揪鶆蛐院玫奶祭w維價(jià)格不會(huì)高太多，為了這不太多的差價(jià)去付出 幾十倍的努力提高均勻性，企業(yè)會(huì)做這種事嗎？
三，制造裝備
工藝參數(shù)的調(diào)試需要制造設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。想一想如果我們想試驗(yàn)不同牽伸率對(duì)碳纖維性能的影響，將工藝參數(shù)輸入在控制器上，而牽伸輥卻速度不穩(wěn)定，還振動(dòng)，那我們 還能做得好嗎？別以為這個(gè)問(wèn)題好解決，一個(gè)牽引機(jī)上好幾個(gè)輥，速度都要調(diào)節(jié)好，關(guān)鍵是微振動(dòng)，幾乎測(cè)不到的震動(dòng)都會(huì)影響產(chǎn)品性能。干噴濕紡工藝，噴絲頭與 液面的距離是非常嚴(yán)格的，液面波動(dòng)將會(huì)影響凝固效果。
高溫碳化爐溫度均勻性怎么解決？怎么讓纖維進(jìn)入爐子的時(shí)候不被帶入微量的氧氣？預(yù)氧化爐溫度梯度如何實(shí)現(xiàn)？熱風(fēng)如何循環(huán)才能最節(jié)能同時(shí)還能帶走釋放的熱量？ 氧氣量如何控制……。這些都是非常細(xì)微的東西，卻對(duì)設(shè)備提出非常高的要求。不可否認(rèn)我們國(guó)內(nèi)設(shè)備這些年發(fā)展非常迅速，可是看看我們的領(lǐng)導(dǎo)人出訪美 國(guó)，要求放寬對(duì)中國(guó)設(shè)備出口，就知道我們有多么的底氣不足了。
四，內(nèi)外部環(huán)境
有人可能知道日本碳纖維早期的價(jià)格吧，現(xiàn)在的價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于原先價(jià)格。什么時(shí)候降下來(lái)的呢？就是在我們宣布能產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)T300水平碳纖維那幾年。什么原因？ 是日本想跟我們競(jìng)爭(zhēng)嗎？不可能，日本人知道我們發(fā)展水平，它即使不降價(jià)我們也競(jìng)爭(zhēng)不過(guò)他，我們無(wú)非能分走一些低端訂單，根本無(wú)法動(dòng)搖日本的壟斷地位。日本 最主要的目的是打擊投資者。
投 資者看準(zhǔn)碳纖維發(fā)展前景和利潤(rùn)才決定投錢研究碳纖維的。如果碳纖維還是高利潤(rùn)，投資者必然會(huì)樂(lè)意投錢去做一些基礎(chǔ)性研究，將眼光放長(zhǎng)遠(yuǎn)些。但是看看現(xiàn)在做 碳纖維的苦日子，還不如做制品的過(guò)得好呢，誰(shuí)還會(huì)繼續(xù)投資啊，更別說(shuō)長(zhǎng)遠(yuǎn)眼光了。所以國(guó)家也很著急，也在大力扶持企業(yè)，原先很多企業(yè)為了國(guó)家扶持而上馬項(xiàng) 目，從國(guó)家拿到不少錢，結(jié)果還是不行。
前 年工信部發(fā)布《促進(jìn)碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意見(jiàn)》，明確表示著重扶持2-3家企業(yè)，這個(gè)思路是對(duì)了，但是對(duì)于基礎(chǔ)性的研究，國(guó)家還得拿出更多的資金牽頭去做。還 有，我們國(guó)家碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈還不太完整，有一些本末倒置。整個(gè)行業(yè)健康的發(fā)展應(yīng)該是下游拉動(dòng)上游，而我國(guó)下游都在模仿，賣產(chǎn)品，缺乏定制化 的解決方案的能力。
未來(lái)國(guó)產(chǎn)碳纖維能發(fā)展到什么程度，需要每一個(gè)碳纖維人的努力，我們?cè)谧鍪且驗(yàn)槲覀兿嘈琶魈鞎?huì)更好。
