刘晗，王晨晖，谭晶，杨卫民，程礼盛

(1.北京化工大学机电工程学院，北京 100029；2.北京化工大学有机——无机复合材料国家重点实验室，北京 100029；3.软物质中心，北京 100029 )

0 前言

碳纤维具有轻质、高强、抗疲劳、耐腐蚀等一系列优异性能，在航空航天、国防军工、汽车、船舶以及高端体育用品等领域应用广泛[1-4]。近几十年来，虽然我国碳纤维发展突飞猛进，众多企业已经实现了T1000级、M55J级高性能碳纤维的产业化，并向着T1100级(强度为6.6 GPa)碳纤维的研发冲刺[5-6]，但较日本等发达国家还有一定差距。日本早就生产出T1100级和M60J级系列高性能碳纤维，并且已经开发出抗拉强度高达60 GPa的T2000级碳纤维，其抗拉强度为T1100级碳纤维的9.1倍。这一“超级聚丙烯腈纤维”的问世无疑给其他国家的军工产业带来严峻的挑战[7-8]。目前现有的聚丙烯腈(PAN)基和沥青基碳纤维的弹性模量分别已经达到理论值的 70%和 85%，但它们的抗拉强度却分别只有理论值的 10%和 3.3%[9]。因此，碳纤维的力学性能还有很大的提升空间。

面对我国高强度碳纤维产业远远落后于日本等发达国家的现状以及碳纤维抗拉强度远低于其理论值的问题，本文从微观尺度和宏观尺度两个层面综述了目前碳纤维领域的两大热点研究。第一部分从碳纤维的构效关系与缺陷演变展开讨论，从微观结构层面分析了碳纤维抗拉强度远低于其理论值的直接原因。作为碳纤维制造核心关键技术之一的原丝制备工艺，直接决定最终碳纤维的品质、产量及生产成本。……