碳纖維是上世紀(jì)末發(fā)展起來的一種十分重要的結(jié)構(gòu)材料，它具有高比強度、高比模量、質(zhì)輕、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞和熱膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)點。它的比重不到鋼的四分之一，而碳纖維復(fù)合材料的抗拉強度卻達(dá)鋼的7～9倍，抗拉彈性模量也遠(yuǎn)高于鋼。因此其比強度和比模量都比鋼高。不僅如此，碳纖維復(fù)合材料在有機溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性出類拔萃。眾所周知，材料的比強度愈高，則構(gòu)件自重愈?。槐饶Ａ坑?，則構(gòu)件的剛度愈大，因此，碳纖維材料已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于航天航空、戰(zhàn)略武器、汽車、交通、能源、建筑和體育用品等領(lǐng)域，顯示出碳纖維在工程上的廣闊應(yīng)用前景。

碳纖維材料中Zui重要的是聚丙烯腈(polyacrylonitrile，pan)基碳纖維，其研發(fā)與生產(chǎn)起步于20世紀(jì)60年代，在90年代得到飛速發(fā)展。在世界上，日本一直壟斷著pan基碳纖維的核心技術(shù)。日本東麗公司在成功開發(fā)強度為3.0gpa的t300級碳纖維基礎(chǔ)上，又相繼率先成功開發(fā)出強度為5.5gpa的t800級碳纖維和強度為7.1gpa的t1000碳纖維產(chǎn)業(yè)化技術(shù)；同時，還開發(fā)出了高模碳纖維的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，其拉伸模量從392gpa提高至700gpa，在碳纖維領(lǐng)域確保了其國際領(lǐng)先地位，并已成為美國波音公司和法國空中客車公司的碳纖維產(chǎn)品定點企業(yè)。

由于國外對碳纖維的技術(shù)和產(chǎn)品實施全面封鎖，因此，我國碳纖維的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化必須堅持獨立自主的道路。

碳纖維是由有機纖維經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)類似人造石墨，是亂層石墨結(jié)構(gòu)。pan基碳纖維是將pan纖維經(jīng)氧化、環(huán)化和低溫、高溫碳化后獲得的一種無機纖維材料。小絲束碳纖維通常用于織成碳布后再與樹脂復(fù)合制備成復(fù)合材料，大絲束碳纖維主要用于樹脂預(yù)浸帶或預(yù)浸料。根據(jù)纖維的性能，碳纖維可分為高強型和高模型，高強型碳纖維的強度為3.5~9.0gpa，但模量較??；而高模型碳纖維在此基礎(chǔ)上還需在2800℃左右進(jìn)行石墨化牽伸處理，使碳纖維的晶粒進(jìn)一步細(xì)化和重排，其模量可達(dá)到400~700gpa，而拉伸強度仍能保持3.5~4.0gpa。目前所制備的碳纖維強度僅為其理論強度的5%，影響其強度的關(guān)鍵因素在于制備過程中形成的結(jié)構(gòu)缺陷。因此，碳纖維工程結(jié)構(gòu)材料在性能上還有很大的提升空間。

中國石油天然氣公司在2009年投資6億元在吉林石化公司建成了百噸級碳纖維及其配套pan原絲的工業(yè)生產(chǎn)裝置。目前，吉林石化公司碳纖維復(fù)合材料制品的性能已達(dá)到日本東麗公司t300的水平。吉林石化公司通過在中試裝置上開展工程化技術(shù)研究，開發(fā)出百噸級碳纖維及配套原絲工業(yè)生產(chǎn)裝置的工藝軟件包。在突破t300碳纖維關(guān)鍵制備技術(shù)基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了碳纖維產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定化和產(chǎn)品規(guī)格的系列化，自主開發(fā)出百噸級碳纖維及原絲的成套生產(chǎn)技術(shù)，這標(biāo)志著我國向碳纖維的產(chǎn)業(yè)化邁出了堅實的步伐。預(yù)計到2015年，該公司碳纖維的生產(chǎn)規(guī)模將可達(dá)到年產(chǎn)5000噸。