[科普中国]-“黑色黄金”碳纤维材料可使车身重量减轻50%

碳纤维材料是一种既有碳材料性质，又兼具纺织纤维柔软和可加工性的新一代高性能增强纤维，被业界誉为“黑色黄金”。

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车身主体由钛合金和碳纤维构成的跑车。（艾世民、艾迪/人民图片）

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据中国军网报道，碳纤维的起源最早可追溯至1860年，它是由英国人在制作电灯灯丝时发明的。这种材料呈黑色、质坚硬，虽然它比头发丝还细几倍，但其强度比钢大、密度比铝小，比不锈钢耐腐蚀、比耐热钢耐高温。在对其经特殊复合成型工艺加工后，可得到性能优异的碳纤维复合材料。碳纤维被广泛应用于航空、航天、能源、交通、军用装备等领域，是国防军工和民用生产生活的重要材料。

据中国经济网介绍，碳纤维的生产主要经历原丝生产和原丝碳化两大过程，几十道严格的生产工序，只要有一道工序的一个生产参数不到位，就可能造成碳纤维质量的千差万别。而每一项参数的优化，都要经历漫长的试错过程。虽然其他国家已研究出碳纤维的制造技术，但据中国山东网报道，鉴于碳纤维是一种国防军工中举足轻重的战略材料，因此美国、日本等国家一直对我国进行技术封锁，而且生产碳纤维的中间原料前驱体也不向中国销售，这使得我国不得不花费大量的时间、精力、人力和资金自主研制碳纤维材料。经过多年的努力，山东大学山东省碳纤维工程技术研究中心主任王成国带领技术团队成功研制出了碳纤维及其原丝。

在发展初期，碳纤维只应用于航空航天或军工领域，但随着碳纤维材料造价的下降，它已被应用在了其他领域。据《科技日报》报道，2015年烟台鼎立汽车部件有限公司自主研制了我国第一台碳纤维复合材料车身的大客车，试验证明，将客车跌落至近一米深的大坑中，整个车身都没有明显的损伤和变形。与传统大型客机相比，这台车车身的总重量减少了40%-60%，因此在消耗同样油量或电量的情况下，车辆可多行驶150公里。且由于碳纤维抗拉强度高达3500MPa以上，是钢材的5倍-10倍，因此较传统车型也更加坚固安全。据北方网报道，目前已经有自行车将碳纤维作为其材料，可以将原本1400g的自行车减轻到980g，这将使自行车变得更为轻便。

不过，由于碳纤维材料具有强度高、超轻、耐高温高压等特点，这导致碳纤维的回收再利用非常困难。但上海交通大学化学化工学院王新灵教授研究团队经过5年艰苦的技术攻关，开发了国内第一项拥有完全自主知识产权的、规模化的新型裂解回收技术和装备。据央广网介绍，这套技术对碳纤维复合材料废弃物的年处理能力超过200吨，与国际先进技术相比，这一技术既免除了废弃物切割、粉碎的工序，还保持了再生碳纤维的足够长度、提高了碳纤维再利用的价值。相信，随着碳纤维生产成本的下降，处理手段的逐渐完善，这种材料会逐渐成为我们日常生活中必不可少的原材料。（林梦雅）

本文由中国航发北京航空材料研究院工程师李文博进行科学性把关。