（本文經(jīng)石墨邦邦友—碳纖維研究學(xué)者趙偉博士整理，資料來源于中國(guó)復(fù)合材料學(xué)會(huì)）

1 概述

《“十二五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中提出“要大力發(fā)展新型功能材料、先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料和復(fù)合材料，開展共性基礎(chǔ)材料研究和產(chǎn)業(yè)化，建立認(rèn)定和統(tǒng)計(jì)體系，引導(dǎo)材料工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整?！睂?duì)復(fù)合材料推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展抱以巨大的希望，美國(guó)國(guó)家科技委員會(huì)在2012年美國(guó)SAMPE會(huì)議上的報(bào)告指出：“從上個(gè)世紀(jì)80年代開始，技術(shù)的更新與經(jīng)濟(jì)發(fā)展已經(jīng)從未像現(xiàn)在這樣更多地依賴于新材料的開發(fā)利用?！?近年來，每年有關(guān)先進(jìn)復(fù)合材料在各行各業(yè)應(yīng)用的研討會(huì)數(shù)以十計(jì)。目前碳纖維復(fù)合材料已成了最為熱捧的新材料之一，很多專家學(xué)者在各種會(huì)議上發(fā)表文章，向工業(yè)部門的決策者獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策，大量介紹不同工業(yè)領(lǐng)域國(guó)外碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用范例；很多地方政府積極引資建立碳纖維企業(yè)，希望成為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。但也有很多專家對(duì)這種碳纖維生產(chǎn)的“大躍進(jìn)”產(chǎn)生擔(dān)憂，擔(dān)憂出現(xiàn)新的“泡沫”?？傊酚^態(tài)度的專家認(rèn)為，今后5~10年碳纖維在工業(yè)領(lǐng)域會(huì)出現(xiàn)“井噴”式的應(yīng)用，碳纖維生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的碳纖維會(huì)成為緊缺物質(zhì)；而抱悲觀態(tài)度的專家則擔(dān)憂碳纖維復(fù)合材料在工業(yè)領(lǐng)域的大量應(yīng)用遙遙無期，目前的碳纖維企業(yè)將會(huì)陸續(xù)倒閉。國(guó)內(nèi)目前已有多達(dá)數(shù)十家碳纖維生產(chǎn)企業(yè)，但基本上均處于虧損的狀態(tài)，因此對(duì)碳纖維產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀的分析是各級(jí)政府和碳纖維企業(yè)必須面臨的問題。本文試圖通過對(duì)碳纖維及其復(fù)合材料的理解，指出碳纖維產(chǎn)業(yè)目前存在的一些問題，希望能對(duì)國(guó)內(nèi)碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有所裨益。

2 碳纖維復(fù)合材料的特點(diǎn)和應(yīng)用對(duì)象

表1所示為常用結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能比較，可以看出碳纖維的最大優(yōu)勢(shì)是具有高比剛度和高比強(qiáng)度，特別是高比剛度，是其他材料無法比及的，即使是高強(qiáng)高模玻璃纖維，雖然其強(qiáng)度高于T300級(jí)碳纖維，但其復(fù)合材料的比剛度遠(yuǎn)遜于碳纖維復(fù)合材料。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)表明，控制大多數(shù)結(jié)構(gòu)重量的關(guān)鍵指標(biāo)是變形要求（若無變形要求，可以使用更便宜的高強(qiáng)玻璃纖維），正因?yàn)槿绱耍祭w維的高模量是它能在眾多結(jié)構(gòu)材料中鶴立雞群的主要原因，在當(dāng)前席卷全球的結(jié)構(gòu)輕量化潮流中，碳纖維復(fù)合材料必然是其他材料無法替代的首選。當(dāng)然碳纖維可以有很多用途，但主要是用作結(jié)構(gòu)材料，根據(jù)碳纖維復(fù)合材料的上述特點(diǎn)，同時(shí)具有減重和變形要求的結(jié)構(gòu)應(yīng)是其最適合使用的對(duì)象。

除航空航天結(jié)構(gòu)外，工業(yè)領(lǐng)域有著大量對(duì)安全性和減重有很高要求的高性能結(jié)構(gòu)，目前發(fā)展勢(shì)頭很猛的碳纖維自行車同樣也屬此列，這些高性能結(jié)構(gòu)必然對(duì)碳纖維及其復(fù)合材料性能的穩(wěn)定性有嚴(yán)格的要求，這應(yīng)是碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用的主流和未來的潛在客戶，和促進(jìn)碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。實(shí)際上目前國(guó)內(nèi)用量最大的普通體育休閑產(chǎn)品，如普通民眾使用的釣魚竿、羽毛球拍、網(wǎng)球拍等也應(yīng)對(duì)碳纖維的性能穩(wěn)定性有要求，但被這些產(chǎn)品的生產(chǎn)商所忽略。但除航空航天部門外，目前國(guó)內(nèi)很多碳纖維及其復(fù)合材料生產(chǎn)企業(yè)和用戶對(duì)產(chǎn)品的穩(wěn)定性要求缺乏必要的認(rèn)識(shí)，安于低水平的現(xiàn)狀。

3 碳纖維的發(fā)展歷程和分類

碳纖維從1960年代發(fā)明以來，最初在軍用飛機(jī)和航天結(jié)構(gòu)中得到應(yīng)用，主要著眼于小絲束高性能碳纖維的開發(fā)，最有代表性的是Toray的T300和后來Hexcel的AS4，其用途也集中在航空航天結(jié)構(gòu)，特別是航空結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。隨著碳纖維在民機(jī)結(jié)構(gòu)應(yīng)用的擴(kuò)大，特別是在機(jī)翼機(jī)身結(jié)構(gòu)應(yīng)用的需求，發(fā)現(xiàn)T300級(jí)碳纖維的彈性模量（230GPa）無法實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步減重的需求，在1980年代以波音公司為代表提出了中模高強(qiáng)碳纖維，即T800級(jí)碳纖維的研制要求，為此Toray率先研發(fā)出彈性模量為296GPa的T800，同時(shí)Hexcel為美國(guó)軍機(jī)結(jié)構(gòu)研發(fā)出具有類似模量的IM系列碳纖維。目前軍機(jī)和民機(jī)結(jié)構(gòu)（特別是主承力結(jié)構(gòu)）主要采用中模高強(qiáng)碳纖維，T300級(jí)碳纖維在軍機(jī)和大型客機(jī)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用比例已大幅度降低。與此同時(shí)為滿足航空航天的特殊需求，它們又開發(fā)出了以M40J為代表的高模碳纖維品種。

隨著碳纖維在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的成熟，將碳纖維推廣應(yīng)用至工業(yè)領(lǐng)域結(jié)構(gòu)成為碳纖維企業(yè)自身發(fā)展的目標(biāo)。鑒于工業(yè)領(lǐng)域?qū)υ铣杀镜囊髽O為苛刻，必須研發(fā)出低成本同時(shí)又能保持原有性能優(yōu)點(diǎn)的碳纖維，12K的T700S就是Toray為此目的研發(fā)出，供民用產(chǎn)品使用的碳纖維品種。與此同時(shí)其他碳纖維生產(chǎn)商也都以T300和T700S為藍(lán)本開發(fā)出了與此性能相當(dāng)價(jià)格低廉的低成本碳纖維，以臺(tái)塑為代表。需要注意的是T700S的性能指標(biāo)（即拉伸模量230MPa和拉伸強(qiáng)度4900MPa）并非根據(jù)用戶的要求研制的，而是采用T300的生產(chǎn)工藝，但將濕噴濕紡改為高效的干噴濕紡工藝后自然形成的。而T700G則是在T700S的基礎(chǔ)上，通過改善其界面性能，并將拉伸模量略有提高（即由230MPa提高到240GPa）后才用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)，但用量并不大，也可以說是T300與T800之間的過渡產(chǎn)品。隨著民用產(chǎn)品對(duì)低成本的迫切需求，低成本碳纖維的研發(fā)逐漸趨向于大絲束產(chǎn)品。

從上述分析可以看出，有兩類碳纖維：

a) 用于航空航天結(jié)構(gòu)的高性能碳纖維。主要是中小絲束T300級(jí)和T800級(jí)與高模量碳纖維。這些品種碳纖維采用濕噴濕紡的工藝方法生產(chǎn)，要求穩(wěn)定的高性能，必須經(jīng)過嚴(yán)格、耗時(shí)費(fèi)錢的鑒定程序才能獲得應(yīng)用，當(dāng)然也希望其價(jià)格能盡量降低，特別是民機(jī)結(jié)構(gòu)應(yīng)用，因此全球只有少數(shù)幾家碳纖維企業(yè)的產(chǎn)品有幸成為供應(yīng)商。對(duì)這類碳纖維要求是穩(wěn)定的高性能前提下盡量降低成本。T700G雖在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中有所應(yīng)用，但不是航空用碳纖維的主體。目前國(guó)際上航空航天結(jié)構(gòu)用碳纖維占總需求量的20%，國(guó)內(nèi)所占比重還要少一些。其國(guó)際市場(chǎng)的價(jià)格大約為80~100美元/kg，雖然國(guó)內(nèi)市場(chǎng)價(jià)格目前要高一些，但今后將會(huì)與國(guó)際接軌。

b) 用于工業(yè)領(lǐng)域用的低成本碳纖維是目前國(guó)際上多數(shù)碳纖維企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品，大部分是性能與T300和T700S相當(dāng)、以12K為主的碳纖維，其中采用干噴濕紡生產(chǎn)的T700S是主流產(chǎn)品，近期為降低成本更是大力發(fā)展中大絲束（24K和48K）碳纖維，目前國(guó)內(nèi)基本上沒有這種高效的低成本生產(chǎn)技術(shù)。這類碳纖維的要求是在低成本前提下保證穩(wěn)定的性能。生產(chǎn)工業(yè)領(lǐng)域高檔產(chǎn)品（今后大量使用碳纖維的潛在應(yīng)用對(duì)象）的碳纖維用戶對(duì)性能穩(wěn)定性的要求雖然不像航空結(jié)構(gòu)那樣嚴(yán)格，但仍有很高的要求。工業(yè)領(lǐng)域用低成本中大絲束碳纖維占總需求量的80%，隨著碳纖維在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的增加，所占比重會(huì)更大，其價(jià)格目前大約為20~30美元/kg，工業(yè)界的期望值是低于15美元/kg。

4 成本——碳纖維復(fù)合材料在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的命脈

目前碳纖維復(fù)合材料具有高性能幾乎已是盡人皆知的事實(shí)，但同時(shí)也留下了價(jià)格昂貴，只能用于不計(jì)價(jià)格的奢侈品印象而無人問津。但工業(yè)領(lǐng)域碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)品能否被市場(chǎng)接受，在保證安全和滿足功能要求的前提下必須具有全壽命成本的優(yōu)勢(shì)，否則無人問津，全壽命成本包括購(gòu)買成本、使用成本、維護(hù)成本和失效后的處理成本。需要指出的是，全壽命成本與其產(chǎn)品批量有關(guān)，隨著碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)品的普及，這些成本也會(huì)隨之降低。當(dāng)然阻礙碳纖復(fù)合材料產(chǎn)品擴(kuò)大應(yīng)用的因素還包括對(duì)這些產(chǎn)品使用可靠性的信任程度，以及設(shè)計(jì)與制造技術(shù)人才與設(shè)備等，但首先是可接受的全壽命成本。若無法實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，除了少量其他材料無法替代的產(chǎn)品外，碳纖維產(chǎn)業(yè)將無立錐之地。

上述對(duì)碳纖維復(fù)合材料優(yōu)勢(shì)，以及存在問題的認(rèn)識(shí)同樣存在于上世紀(jì)70年代的民用飛機(jī)制造商。當(dāng)時(shí)發(fā)生的伊朗革命引發(fā)了石油危機(jī)，油價(jià)飛漲使得航運(yùn)成本急劇上升，飛機(jī)結(jié)構(gòu)輕量化成為飛機(jī)結(jié)構(gòu)制造商面臨且迫切需要解決的首要問題，對(duì)于飛機(jī)結(jié)構(gòu)制造商，惟一可供選擇的結(jié)構(gòu)材料只有碳纖維復(fù)合材料，成本、信心和技術(shù)是它們面對(duì)的三大疑問，其中的核心是成本（即全壽命成本必須優(yōu)于原來的金屬結(jié)構(gòu)）。圖1和圖2分別給出了40年來復(fù)合材料在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中所占比例的變化，以及所用結(jié)構(gòu)件重要程度的變化，其中ACEE（飛機(jī)能效計(jì)劃，1976~1986）、ACT（先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)計(jì)劃，1988~1997）、AST（先進(jìn)亞聲速計(jì)劃，1992~2002）和CAI（低成本復(fù)合材料計(jì)劃，1996~2006）分別是美國(guó)政府為推動(dòng)復(fù)合材料在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的研究計(jì)劃，TANGO(Technology Application to Near Term Business Goals and Objectives，2000~2004)和ALCAS(Advanced Low Cost Aircraft Structures，2004~2008)是歐盟贊助的推動(dòng)復(fù)合材料在機(jī)翼機(jī)身結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的研究計(jì)劃，從中可以得到下列啟示：

a) 從上世紀(jì)70年代中期開始，為實(shí)現(xiàn)機(jī)翼機(jī)身這樣的主結(jié)構(gòu)應(yīng)用，歷經(jīng)了30多年，直至Boeing787（復(fù)合材料占結(jié)構(gòu)重量50%以上，2011年9月26日交付使用）投入批產(chǎn)和航線使用，表明碳纖維復(fù)合材料為主體的飛機(jī)結(jié)構(gòu)才真正被用戶接受。
b) 圖3所示為波音公司對(duì)復(fù)合材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)成本構(gòu)成分析圖，表明降低復(fù)合材料結(jié)構(gòu)生產(chǎn)成本的關(guān)鍵是結(jié)構(gòu)整體化（充分利用共固化、共膠接和二次膠接成形技術(shù)）和低成本制造工藝（用紡織復(fù)合材料制造預(yù)成形件、液體成形和真空袋壓等非熱壓罐工藝、用ATL和AFP使鋪貼工藝自動(dòng)化等）。

波音公司聲稱，在Boeing 787機(jī)翼機(jī)身上使用復(fù)合材料，其制造成本可比金屬結(jié)構(gòu)低20%（生產(chǎn)若干數(shù)量架次后），再加上舒適性、維修性等其他優(yōu)點(diǎn)，其全壽命成本遠(yuǎn)優(yōu)于金屬結(jié)構(gòu)，顯然大量使用復(fù)合材料成了必然的結(jié)果。國(guó)內(nèi)也曾開展過民機(jī)復(fù)合材料次承力結(jié)構(gòu)（副翼）低成本技術(shù)的研究，研究表明，生產(chǎn)100架次后可實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料副翼的制造成本比金屬結(jié)構(gòu)降低不少于20%。

雖然在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)總成本中，材料通常只占20%，但作為原料供應(yīng)商的碳纖維企業(yè)，降低碳纖維的成本是其義不容辭的責(zé)任，特別是占總量80%以上工業(yè)領(lǐng)域用碳纖維主要是低成本的中大絲束碳纖維；此外提供性能更佳的的碳纖維也是其另一項(xiàng)職責(zé)，用T800替代T300就是具體的體現(xiàn)，通過其更高的彈性模量（由230GPa提高到294GPa），使機(jī)翼機(jī)身這樣的主承力結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了更多的減重，而對(duì)降低結(jié)構(gòu)的全壽命成本做出了重要的貢獻(xiàn)，低成本的中大絲束中模高強(qiáng)碳纖維也是工業(yè)領(lǐng)域希望使用的原料。

5 碳纖維的關(guān)鍵性能指標(biāo)

目前國(guó)內(nèi)工業(yè)領(lǐng)域使用的碳纖維中，T700級(jí)是其中的主流，很多領(lǐng)域的復(fù)合材料制品規(guī)范均按T700S的指標(biāo)制訂，因此需要明確T700S力學(xué)性能指標(biāo)的合理性和必要性，否則會(huì)有意無意地協(xié)助日本Toray公司對(duì)國(guó)產(chǎn)碳纖維企業(yè)設(shè)置不合理的門檻。眾所周知，T300和T700S有著相同的彈性模量，只是T700S的拉伸極限強(qiáng)度為4900MPa（名義值），高于T300的3530MPa（名義值）。如前所述，作為結(jié)構(gòu)材料，碳纖維相比其他材料的主要優(yōu)勢(shì)是具有高比剛度，因此其主要應(yīng)用對(duì)象應(yīng)是同時(shí)具有減重和變形要求的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)表明，采用現(xiàn)有碳纖維無法實(shí)現(xiàn)更多減重的瓶頸是其彈性模量，因此具有更高彈性模量的碳纖維是發(fā)展的趨勢(shì)，若成本可以接受，所有的用戶為獲得更多的減重，愿意使用具有更高彈性模量的T800。目前的設(shè)計(jì)實(shí)踐還表明，絕大部分碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)品（包括飛機(jī)結(jié)構(gòu)、風(fēng)機(jī)葉片、建筑補(bǔ)強(qiáng)、電纜芯，甚至自行車、釣魚竿、羽毛球拍、網(wǎng)球拍等），由于變形和其他約束，其設(shè)計(jì)應(yīng)力水平很低，強(qiáng)度余量通常不低于3（除了局部連接區(qū)外），特別是民用結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度余量甚至可以達(dá)到10以上，碳纖維的強(qiáng)度有非常大的余量，T300的拉伸強(qiáng)度就已經(jīng)綽綽有余，T700S的高強(qiáng)度通常是沒有意義的。

用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)的第一代碳纖維是T300級(jí)，第二代產(chǎn)品是T800級(jí)，而非T700級(jí)，因?yàn)楹笳叩哪Ａ颗cT300相同，無法進(jìn)一步減重。在研制T800時(shí)，主要目標(biāo)是彈性模量提高30%。T700S的出現(xiàn)主要是為降低成本，它在民用產(chǎn)品中的獨(dú)霸地位主要是其價(jià)格，而非強(qiáng)度。目前國(guó)內(nèi)在研制國(guó)產(chǎn)T700級(jí)纖維時(shí)普遍遇到的困境是模量?jī)?yōu)于而強(qiáng)度低于T700S，其實(shí)這種類型的碳纖維對(duì)于大多數(shù)復(fù)合材料制品能獲得更多的減重效益，為何必須要達(dá)到T700S的指標(biāo)才允許進(jìn)入市場(chǎng)呢？當(dāng)然碳纖維的彈性模量和拉伸強(qiáng)度需要合理的匹配，彈性模量提高后，強(qiáng)度指標(biāo)也需要有所提高，因此必須保證適當(dāng)?shù)臄嗔焉扉L(zhǎng)率，例如T300碳纖維的匹配性就比較合理，按飛機(jī)公司的材料規(guī)范要求，應(yīng)大于等于1.28%，作者的研究表明低于1.28%和大于2%對(duì)復(fù)合材料的抗沖擊性能是不利的。

6 碳纖維性能穩(wěn)定性

為獲得高性能的碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)品，必須提供性能穩(wěn)定的碳纖維，特別是力學(xué)性能的穩(wěn)定。目前用戶對(duì)力學(xué)性能穩(wěn)定性，多理解為強(qiáng)度和模量不低于每個(gè)指標(biāo)值（有很多用戶甚至只要強(qiáng)度指標(biāo)），很多用戶的材料規(guī)范也采用這種指標(biāo)來控制來料質(zhì)量。表2給出了國(guó)家制定的T300級(jí)碳纖維指標(biāo)和國(guó)外飛機(jī)公司在材料規(guī)范中給出的指標(biāo)，表3給出了Toho公司T300級(jí)碳纖維（HTS40）在產(chǎn)品目錄、NCAMP材料規(guī)范（出廠驗(yàn)收指標(biāo)值）和國(guó)外飛機(jī)公司材料規(guī)范（用戶驗(yàn)收指標(biāo)值）中分別給出的力學(xué)性能指標(biāo)。對(duì)比這些指標(biāo)，可以發(fā)現(xiàn)兩個(gè)問題：

a) 國(guó)家計(jì)劃指標(biāo)對(duì)T300（也包括T700和T800）級(jí)碳纖維制訂了不合理的指標(biāo)；
b) 國(guó)內(nèi)用戶對(duì)材料驗(yàn)收指標(biāo)設(shè)置了過分苛刻的要求。

由于歷史的原因，國(guó)家在確定研發(fā)碳纖維的力學(xué)性能指標(biāo)時(shí)只關(guān)注Toray公司產(chǎn)品目錄中的數(shù)據(jù)，姑且不管是否要以Toray的產(chǎn)品指標(biāo)來為國(guó)產(chǎn)碳纖維定位，即使以此定位也與T300、T700和T800的實(shí)際情況不符?？梢钥闯觯a(chǎn)品目錄中的數(shù)據(jù)并不代表實(shí)際的性能指標(biāo)，所謂T300級(jí)碳纖維只是其中標(biāo)模高強(qiáng)碳纖維中一個(gè)品種的典型值，并不代表其最低性能。國(guó)產(chǎn)化項(xiàng)目中追求與T300性能等同，只是為了替代現(xiàn)有產(chǎn)品中所用T300時(shí)的特殊要求，而且其中最關(guān)鍵的是彈性模量應(yīng)與T300相同，即應(yīng)在221~241GPa范圍內(nèi)，簡(jiǎn)單地用?230GPa無法得到可以替代T300的等同性產(chǎn)品。至于強(qiáng)度要求，對(duì)T300碳纖維在使用時(shí)的要求是采用最小批次平均值和最小單卷平均值來限定的，通常均低于典型值。因此無論從替代T300，還是用于開發(fā)新產(chǎn)品的角度，國(guó)家計(jì)劃指標(biāo)均給出了錯(cuò)誤的導(dǎo)向。若為了替代已在產(chǎn)品中使用的T300，該指標(biāo)會(huì)引導(dǎo)得出彈性模量高于230GPa（例如250GPa）的產(chǎn)品，而無法滿足等同性替代的需求；若為用于新產(chǎn)品開發(fā)，則高于3530MPa的指標(biāo)，會(huì)使國(guó)產(chǎn)碳纖維去追求實(shí)際并不需要的更高強(qiáng)度性能，以致出現(xiàn)強(qiáng)度過高，斷裂伸長(zhǎng)率超過2%，產(chǎn)生無法滿足復(fù)合材料抗沖擊性能要求的問題。

國(guó)外對(duì)碳纖維性能的穩(wěn)定性，是通過固化與監(jiān)控PCD（工藝控制文件），和對(duì)按該P(yáng)CD生產(chǎn)產(chǎn)品性能統(tǒng)計(jì)處理后所形成的材料規(guī)范來保證的。由于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的輸入是材料的彈性模量（基礎(chǔ)是碳纖維的彈性模量），因此保證碳纖維性能穩(wěn)定的首要指標(biāo)是彈性模量，碳纖維的彈性模量必須在某一范圍內(nèi)，而不是大于等于某個(gè)值。由于結(jié)構(gòu)制造需要多卷碳纖維，結(jié)構(gòu)剛度依賴于該批碳纖維的平均值，因此只要批次平均值滿足要求即可，不必考慮單卷的性能。產(chǎn)品安全的保證是滿足結(jié)構(gòu)完整性要求，結(jié)構(gòu)完整性是指強(qiáng)度、剛度、損傷容限、耐久性與功能的總稱，因此碳纖維的強(qiáng)度是保證安全的必要條件，只要高于校核所設(shè)定的設(shè)計(jì)值即可?？紤]到產(chǎn)品的分散性，在材料規(guī)范中設(shè)定了最小批次平均值和最小單卷值來保證，當(dāng)然這兩個(gè)值是在產(chǎn)品PCD固化后，對(duì)長(zhǎng)期生產(chǎn)產(chǎn)品性能數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上計(jì)算得到的，使得抽檢程序?qū)⒉缓细癞a(chǎn)品錯(cuò)判的可能性降至最小。產(chǎn)品的分散性客觀存在，也是允許的，其大小決定了計(jì)算得到的最小批次平均值和最小單卷值，只要它們能滿足用戶的最低要求，可以不管強(qiáng)度分散性的大小。從表2和表3可以看出，國(guó)外飛機(jī)公司在驗(yàn)收時(shí)除強(qiáng)度外只規(guī)定了批次平均值，而國(guó)內(nèi)用戶則設(shè)置了遠(yuǎn)高于國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)的驗(yàn)收要求，除對(duì)批次CV值有要求外，還對(duì)單卷性能做出規(guī)定，看似嚴(yán)格，實(shí)際上將大量按國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)合格的產(chǎn)品判為不合格產(chǎn)品。用戶對(duì)穩(wěn)定性要求的不適當(dāng)要求給國(guó)產(chǎn)碳纖維的研發(fā)和國(guó)內(nèi)碳纖維生產(chǎn)商帶來了負(fù)面影響，人為提高了國(guó)產(chǎn)碳纖維在產(chǎn)品中得到應(yīng)用的難度，因此有必要開展碳纖維力學(xué)性能穩(wěn)定性評(píng)價(jià)體系的研究。

7 結(jié)論和建議

(1) 作為結(jié)構(gòu)材料，碳纖維的優(yōu)勢(shì)是高比剛度，因此其使用對(duì)象主要是兼具減重和變形要求的產(chǎn)品；
(2) 碳纖維性能指標(biāo)首先應(yīng)保證彈性模量（重點(diǎn)是批次平均值），碳纖維復(fù)合材料減重通過利用其高模量來實(shí)現(xiàn)，因此第一代和第二代碳纖維的差別主要是模量，當(dāng)然模量和強(qiáng)度應(yīng)具有合理的比值；
(3) 應(yīng)開展對(duì)碳纖維力學(xué)性能穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)體系研究，合理的評(píng)價(jià)體系才能促進(jìn)國(guó)產(chǎn)碳纖維的健康發(fā)展；
(4) 碳纖維產(chǎn)業(yè)的生存取決于能否制造出全壽命成本優(yōu)于其他材料的碳纖維復(fù)合材料制品，為此碳纖維企業(yè)應(yīng)開發(fā)高效低成本的生產(chǎn)工藝，為工業(yè)界提供低成本性能穩(wěn)定的碳纖維產(chǎn)品；
(5) 民用飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程表明，通過材料、設(shè)計(jì)和制造工藝的綜合努力，工業(yè)領(lǐng)域碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)品的全壽命成本優(yōu)于其他材料制造產(chǎn)品的目標(biāo)是能夠?qū)崿F(xiàn)的，因此碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用的“井噴”不會(huì)是遙不可及的未來。（中國(guó)復(fù)合材料學(xué)會(huì)）