2012年我國的鋼產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到了7.16億噸，產(chǎn)值超過3萬億元，只要把其中的超級鋼比例提高1%，其帶來的直接經(jīng)濟(jì)效益增量就會超過數(shù)十億元。

　　自重更輕而硬度更高，似乎是人們一直不懈追求的方向，針對這種需求，碳纖維和超級鋼的開發(fā)應(yīng)用已經(jīng)成為國際上新材料領(lǐng)域和鋼鐵領(lǐng)域令人矚目的研究熱點(diǎn)。

　　既輕又堅固的新材料，似乎從未如此像今天這樣近距離的走進(jìn)過我們的生活。

　　在剛剛過去的1月份，寶馬公司在中國推出了全新進(jìn)口5系轎車，這款車最大看點(diǎn)之一，就是其超輕量級的碳纖維引擎蓋有效的降低了重量。 123456

　　去年，一家科技網(wǎng)站稱，蘋果正在打造一款神秘設(shè)備，而它要用到碳纖維材質(zhì)。消息稱，碳纖維材質(zhì)部件主要用于設(shè)備的外殼部分?；蛟S不久的將來，iPhone 6外殼由碳纖維材料打造也說不定。 內(nèi)容來自123456

　　以細(xì)晶粒、高強(qiáng)度、低成本、環(huán)境友好為特征的超級鋼，自本世紀(jì)初在寶鋼、鞍鋼、本鋼等實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)之后，在鋼鐵企業(yè)掀起一陣陣超級鋼旋風(fēng)，各廠競相開發(fā)超級鋼板帶材、棒線材等產(chǎn)品，超級鋼產(chǎn)量由最初的幾千噸試制品迅速飆升到數(shù)千萬噸。超級鋼的技術(shù)思路已經(jīng)深入人心。目前，已由企業(yè)個別行動升級為行業(yè)規(guī)范和國家標(biāo)準(zhǔn)。 123456

　　超級鋼：挺起和平發(fā)展脊梁

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　　“30年后，將是‘超級鋼鐵’的時代。” 我國軋鋼領(lǐng)域的著名專家東北大學(xué)劉相華教授在接受科技日報采訪時，表達(dá)了自己對于超級鋼未來發(fā)展趨勢的預(yù)測。 123456

　　2012年，央視《創(chuàng)新中國》欄目報道，我國的微晶鋼(超級鋼)居于世界領(lǐng)先地位。超級鋼的特點(diǎn)是：低成本、高強(qiáng)韌性、環(huán)境友好、節(jié)省合金元素和有利于可持續(xù)發(fā)展，被視為鋼鐵領(lǐng)域的一次重大革命；我國是目前世界上唯一實(shí)現(xiàn)超級鋼的工業(yè)化生產(chǎn)的國家，其他國家的超級鋼尚未走出實(shí)驗(yàn)室。 123456

　　劉相華表示，目前的鋼鐵材料還遠(yuǎn)未達(dá)到強(qiáng)韌性的理論極限，“超級鋼鐵”研究還將繼續(xù)下去，這幾年我國陸續(xù)出現(xiàn)的第三代汽車鋼、高品質(zhì)特殊鋼等就是例證。

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　　超級鋼發(fā)展的另一個著眼點(diǎn)是廢鋼的再利用，30年后我國將有更多的鋼鐵陸續(xù)退出服役期成為廢鋼，廢鋼的循環(huán)利用比用鐵礦石煉鋼簡單廉價，到那時超級鋼因其成分簡單而發(fā)揮出無可比擬的優(yōu)勢。

　　據(jù)劉相華介紹，2012年我國的鋼產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到了7.16億噸，產(chǎn)值超過3萬億元，只要把其中的超級鋼比例提高1%，其帶來的直接經(jīng)濟(jì)效益增量就會超過數(shù)十億元。 123456

　　劉相華說，開發(fā)超級鋼的歷程可以追溯到1998年，那時我國鋼產(chǎn)量已經(jīng)躍居世界第一，但是品種質(zhì)量與國外差距很大?？萍疾糠謩e在1998年和2001年啟動了973計劃：《新一代鋼鐵材料研究》和863計劃：《500MPa碳素鋼先進(jìn)制造技術(shù)》。在這兩個重大項目的支持下，東北大學(xué)與寶鋼、一汽等企業(yè)合作，2002年成功地實(shí)現(xiàn)了超級鋼的工業(yè)生產(chǎn)并用于汽車制造，這標(biāo)志著我國超級鋼開發(fā)應(yīng)用走到國際前列。

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　　在這兩個重大項目結(jié)題之后，作為國家層面的超級鋼開發(fā)整體上告一段落，超級鋼的思想已經(jīng)深入人心，作為超級鋼標(biāo)志性成果的一系列技術(shù)措施在全國遍地開花。

　　“開發(fā)超級鋼過程中形成的技術(shù)思路，十多年來一直影響著鋼材品種開發(fā)和質(zhì)量提升的發(fā)展趨勢。” 劉相華說道。

　　近年來已經(jīng)把超級鋼低成本、高強(qiáng)度的思想升級為低成本、高性能。除了強(qiáng)度這個重要的指標(biāo)之外，在經(jīng)歷一系列破壞性地震、海嘯等重大自然災(zāi)害之后，人們更加關(guān)注鋼材的屈強(qiáng)比、抗震性、耐火性等關(guān)乎人類生命安全的鋼材技術(shù)指標(biāo)。“超級鋼的技術(shù)指標(biāo)體系中，不再是‘強(qiáng)度’一枝獨(dú)秀，而是強(qiáng)度、塑性、韌性以及抗震性和耐火性等使用性能全面提升。” 劉相華說。 copyright 123456

　　隨著我國超過美國成為汽車產(chǎn)量第一大國，汽車用鋼品種質(zhì)量發(fā)展迅速。劉相華介紹，汽車用鋼的主導(dǎo)產(chǎn)品的強(qiáng)度等級正在由200—400MPa向500—800MPa的方向發(fā)展，個別部件甚至超過了1000MPa。低成本、高性能的技術(shù)路線，取得成功。 123456

　　貫穿超級鋼開發(fā)中低成本、高性能的思想，不僅可用于提升材料內(nèi)部的性能，也可以外延用于優(yōu)化鋼材的形狀尺寸。這方面，劉相華教授領(lǐng)導(dǎo)的東北大學(xué)差厚板課題組近幾年在變厚度軋制方面的科研實(shí)踐取得了成效。

本文來自123

　　據(jù)統(tǒng)計，差厚板用于汽車制造減重效果可達(dá)10—40%。劉相華表示，令人興奮的是，今年3月7日上海汽車集團(tuán)召開了“連續(xù)差厚板自主技術(shù)國內(nèi)首次成功量產(chǎn)應(yīng)用總結(jié)會”，標(biāo)志著變厚度軋制技術(shù)已經(jīng)由實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入大生產(chǎn)。給超級鋼產(chǎn)品插上變厚度的翅膀，將開辟出鋼材節(jié)能減排的一片新天地。 copyright 123456

　　碳纖維：沖出技術(shù)封鎖重圍 copyright 123456

　　中國用聚丙烯腈為原料生產(chǎn)碳纖維的研究始于1962年，起步可謂不晚，但長期未取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略咨詢委員會副秘書長李克健在接受采訪時曾表示，由于碳纖維在航空航天等國防工業(yè)中有重要用途，西方國家將其視為軍用物資，對中國“禁運(yùn)”，更不轉(zhuǎn)讓生產(chǎn)技術(shù)。

　　去年9月，中科院寧波材料所把一輛碳纖維小汽車開進(jìn)了人才科技周的高新技術(shù)成果交易洽談會賺足了眼球，亮點(diǎn)主要在其外殼上：在普通材質(zhì)的汽車引擎蓋上，榔頭用力敲擊，漆蓋上很有可能會有凹陷，而這輛車的車殼卻非常堅固，用力敲擊車蓋后會迅猛反彈，表面絲毫未損。伴隨著這次亮相，徹底顛覆了纖維一詞在人們腦海中的柔弱印象。

　　“這種碳纖維復(fù)合材料做的車，比起普通用鋼材制造的汽車，它的最大特點(diǎn)是輕和快。”中科院寧波材料所的趙曉光介紹說，這輛車拋棄了傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)，大量采用彈纖維材料制成，比普通鋼材的汽車重量能減少60%。在同樣用油情況下，這輛車每小時可以多開50公里。 123456

　　體重減輕了，安全性如何？機(jī)械科學(xué)研究院復(fù)合材料專家陳長年介紹到，雖然碳纖維看起來像塑料，但實(shí)際上這種材料抗沖擊性比鋼鐵強(qiáng)，特別是用碳纖維做成的方向盤，機(jī)械強(qiáng)度和抗沖性相比大大提高。在復(fù)合材料的“武裝”下，這輛小車反倒成了家用車中的“裝甲車”。據(jù)陳長年透露，現(xiàn)在這種碳纖維材料已經(jīng)在高速列車的裙擺上應(yīng)用。

　　碳纖維不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼具紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代增強(qiáng)纖維。與傳統(tǒng)的玻璃纖維(GF)相比，楊氏模量是其3倍多；它與凱芙拉纖維(KF-49)相比，不僅楊氏模量是其2倍左右，而且在有機(jī)溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性出類拔萃。有學(xué)者在1981年將PAN基CF浸泡在強(qiáng)堿NaOH溶液中，時間已過去30多年，它至今仍保持纖維形態(tài)。 copyright 123456

　　陳長年說，碳纖維可加工成織物、氈、席、帶、紙及其他材料。傳統(tǒng)使用中碳纖維除用作絕熱保溫材料外，一般不單獨(dú)使用，多作為增強(qiáng)材料加入到樹脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中，構(gòu)成復(fù)合材料。碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料可用作飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料、電磁屏蔽除電材料、人工韌帶等身體代用材料以及用于制造火箭外殼、機(jī)動船、工業(yè)機(jī)器人、汽車板簧和驅(qū)動軸等。 copyright 123456

　　■碳纖維的故事

　　師昌緒，80歲接過“燙手山芋”

　　1975年，國防科工委召開了一次專題會議，部署國內(nèi)碳纖維研究工作，并制定了10年發(fā)展規(guī)劃。1978年，國家科委恢復(fù)，碳纖維轉(zhuǎn)由科委為主管理，新材料處把碳纖維視為重中之重，花費(fèi)大量精力和經(jīng)費(fèi)，碳纖維質(zhì)量雖有所提高，卻一直難以有大的突破。一連串的失利嚴(yán)重挫傷了各方面的信心，國家各部門在20世紀(jì)后期的10多年內(nèi)都不愿或不敢大量投資，使碳纖維研發(fā)成為一塊令人望而生畏的“燙手山芋”。 123456

　　直到2000年初，我國著名的物理冶金學(xué)家、材料科學(xué)家?guī)煵w找到了李克健說：“中國的碳纖維上不去，影響國防科技和高新技術(shù)發(fā)展，關(guān)系到國家安全，不搞上去不行。我已近80歲了，80歲以后要少管點(diǎn)事，但想抓一抓碳纖維。” 123456

　　師昌緒的意見得到當(dāng)時科技部高新司副司長石定寰、材料處處長馬燕合、“863”計劃新材料領(lǐng)域首席科學(xué)家石力開等人的支持，決定在“863”新材料領(lǐng)域立軟課題“聚丙烯腈基碳纖維發(fā)展對策研究”，成立以師昌緒為組長的軟課題組。 本文來自123

　　2001年10月，科技部決定設(shè)立碳纖維專項，當(dāng)年11月成立了專家小組。2002年2月26日科技部高新司召開“863”計劃新材料領(lǐng)域“十五”安排通氣會，師先生針對碳纖維專項再次提出：一是目標(biāo)要明確，二是組織形式要創(chuàng)新，要推行聯(lián)合，不能有門戶之見，不能形成“瓜分體制”，支持建設(shè)高水平的分析測試平臺，支持建立公平、公正、高透明的取樣評價體系。

　　2002年3月9日，專家組在太原開會，最后修改審定“‘十五’戰(zhàn)略目標(biāo)”，并按此對戰(zhàn)略目標(biāo)作了若干重要修改。

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　　2003年1月17日，國家自然科學(xué)基金委員會批準(zhǔn)碳纖維領(lǐng)域兩個重點(diǎn)項目，由“宏觀調(diào)控經(jīng)費(fèi)”資助。2005年碳纖維項目被批準(zhǔn)為國家重大基礎(chǔ)研究項目，獲得了寶貴的基礎(chǔ)研究經(jīng)費(fèi)。

　　當(dāng)我國碳纖維技術(shù)取得進(jìn)展，產(chǎn)業(yè)化起步后，師昌緒立即把國產(chǎn)碳纖維應(yīng)用提上日程，努力支持開展相關(guān)應(yīng)用研究，并為此爭取專項經(jīng)費(fèi)，取得重要成績。 123456

　　國產(chǎn)碳纖維生產(chǎn)即將取得突破。李克健說，我國碳纖維產(chǎn)業(yè)化采取自主開發(fā)和引進(jìn)相結(jié)合的道路已初見成效，到“十一五”末期基本實(shí)現(xiàn)了相當(dāng)于日本T300的國產(chǎn)碳纖維規(guī)模生產(chǎn)線，并且有一些企業(yè)已形成了T700以上水平的百噸生產(chǎn)線、中國碳纖維產(chǎn)業(yè)已經(jīng)從重重封鎖及圍追堵截中找到突破點(diǎn)！

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　　■創(chuàng)新驅(qū)動

　　超級鋼：為大橋減重讓汽車省油 內(nèi)容來自123456

　　建筑行業(yè)，我國新修訂的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范將屈服強(qiáng)度為400MPa級鋼筋作為主導(dǎo)受力鋼筋，500MPa級已經(jīng)開始應(yīng)用，我國混凝土用鋼水平落后的局面將得到扭轉(zhuǎn)。超級鋼棒線材解決了強(qiáng)屈比、時效性等問題，通過軋制及冷卻工藝制度的優(yōu)化來減少使用微合金元素，降低生產(chǎn)成本，其市場潛力巨大。

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　　利用超級鋼熱軋帶鋼產(chǎn)品減重節(jié)材，已有很多成功的實(shí)例，如寶鋼梅山超級鋼板卷、鋼管研究開發(fā)成功，用6mm超級鋼鋼管替代8mm厚度低合金鋼管，抗撞擊性能大大優(yōu)于普通的結(jié)構(gòu)鋼，并且直接應(yīng)用于國家重點(diǎn)工程上海東海大橋，鋼板減薄后，降低了大橋整體自重，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益都相當(dāng)可觀。超級鋼用于汽車減重，經(jīng)濟(jì)效益更加明顯?？v梁是卡車的關(guān)鍵承重部件，將500MPa級超級鋼用于卡車縱梁，可大幅度減輕車身自重，取得了鋼材生產(chǎn)廠和用戶雙贏的效果。普碳鋼品種的升級換代，帶動了汽車行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。

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　　超級鋼中厚板多用于造船、建筑、橋梁等行業(yè)，來替代傳統(tǒng)的普通板材具有良好的前景。高強(qiáng)度船板可以減輕船體重量，增加載貨量；低成本、高性能橋梁板有利于橋梁結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，使橋梁更加堅固耐用。在這里，超級鋼大有用武之地。

　　超級鋼已經(jīng)滲透到我們身邊的各個領(lǐng)域，在節(jié)約型社會中扮演著節(jié)能減排的重要角色。 本文來自123

　　碳纖維： 給體育換器材為航天配裝備

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　　碳纖維和人們生活的距離已經(jīng)十分密切，最為我們熟知的就是一些體育用品器材。傳統(tǒng)的體育用品大多采用木材及其復(fù)合材料制品。但是碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能比木材高得多，它的比強(qiáng)度和比模量分別是杉木的4倍和3倍，是梧桐木的3.4倍和4.4倍。因此，它在體育用品方面得到了廣泛的應(yīng)用。在文體用品方面，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料主要用在以下幾個方面： 高爾夫球棒，釣魚竿，網(wǎng)球拍，羽毛球拍，賽車，滑雪板，車架等。此外，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在體育用品方面還可以制造動力雪撬用的彈簧板、洋弓、箭、跳竿、冰球棒、游艇、賽艇、賽艇槳、帆船桅桿、摩托車零件、登山用品以及滑翔機(jī)、人力飛機(jī)等。 本文來自123

　　世界碳纖維的消費(fèi)結(jié)構(gòu)集中在工業(yè)應(yīng)用、航天航空和體育休閑三個方面，目前工業(yè)應(yīng)用約占總消費(fèi)量的58%；航空航天方面應(yīng)用約占23%，體育運(yùn)動器材應(yīng)用約占19%。1991—2009年，碳纖維在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的消耗是持續(xù)增長的，航空航天領(lǐng)域基本保持平衡，而體育用品在碳纖維應(yīng)用的比例則持續(xù)下降，碳纖維應(yīng)用逐漸從航空航天、體育用品向民用工業(yè)應(yīng)用轉(zhuǎn)移，特別是隨著大絲束碳纖維的大規(guī)模生產(chǎn)，其價格將不斷降低，民用工業(yè)用量將繼續(xù)保持大幅度增加的趨勢。 123,123

　　國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略咨詢委員會副秘書長李克健表示，碳纖維品種很多，我國目前只是做出了幾個最基本同時也是用量最大的品種，許多很有發(fā)展?jié)摿Φ钠贩N仍還在努力階段。

　　從國內(nèi)碳纖維需求結(jié)構(gòu)看，體育休閑領(lǐng)域碳纖維的需求仍占據(jù)中國碳纖維需求的首位，但其年增長率呈下降趨勢，表明2005年后體育休閑對碳纖維的需求基本上達(dá)到飽和。工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求呈現(xiàn)了較快的增長趨勢，2010年對碳纖維的需求量達(dá)到1900t/a(噸/年)，是2003年需求量的9.5倍。航空航天領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求也較快，2010年對碳纖維的需求量達(dá)250t/a，是2003年需求量的4.2倍。2003—2010年中國碳纖維需求總量呈持續(xù)增長趨勢。 123456

　　李克健認(rèn)為國內(nèi)新材料產(chǎn)業(yè)目前還比較薄弱，我國的潛在市場巨大，但現(xiàn)實(shí)市場卻尚存不足。

　　2012年5月，國務(wù)院通過《“十二五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，新材料產(chǎn)業(yè)被列入其中。作為高性能纖維材料及復(fù)合功能材料用料，碳纖維將獲得更多的政策扶持，為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。

　　■專家展望 內(nèi)容來自123456

　　超級鋼開發(fā)應(yīng)用是近年來國際上鋼鐵領(lǐng)域令人矚目的研究熱點(diǎn)。據(jù)東北大學(xué)劉相華教授表示，美國、日本、韓國、歐洲等國外的超級鋼開發(fā)項目，雖然做了大量實(shí)驗(yàn)室研究和理論研究，但尚未見工業(yè)應(yīng)用報道。我國在超級鋼開發(fā)和應(yīng)用這一輪國際競爭中走到了前面。超級鋼產(chǎn)品已應(yīng)用于汽車、建筑等各個行業(yè)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)，在鋼鐵產(chǎn)品節(jié)能減排中發(fā)揮了重要作用。

　　隨著近年來建設(shè)部把III級鋼筋作為主力鋼筋的產(chǎn)業(yè)政策出臺，細(xì)晶粒超級鋼棒線材的產(chǎn)量近幾年大幅度增長，用400—500MPa的鋼筋取代普通的200—300MPa級鋼筋的過程進(jìn)展迅速，預(yù)計到2015年，我國高強(qiáng)度鋼筋產(chǎn)量比例將達(dá)到80%。其中三分之一按照超級鋼的思路組織生產(chǎn)，其產(chǎn)量將超過3000萬噸。在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展大背景下，建筑業(yè)的繁榮為超級鋼棒線材提供廣闊的市場，低成本、高強(qiáng)度的超級鋼棒線材也將為建筑業(yè)提供有力的支撐。

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　　超級鋼在其他行業(yè)中也有廣闊的應(yīng)用前景。過去依靠添加微合金元素來改善性能的船板鋼、橋梁鋼、容器板等，均可通過細(xì)化晶粒來提高強(qiáng)度，改善韌性，提高使用性能。借助于開發(fā)超級鋼的思路來節(jié)省微合金元素，降低成本，增強(qiáng)產(chǎn)品的市場競爭能力，已經(jīng)成為鋼鐵生產(chǎn)者的自覺行動。 內(nèi)容來自123456

　　超級鋼開發(fā)成功，已經(jīng)對我國鋼材品種更新?lián)Q代產(chǎn)生重要影響，具備超級鋼特征的低成本、高性能、細(xì)晶粒新一代鋼種系列，已經(jīng)開始逐漸取代陳舊的鋼號標(biāo)準(zhǔn)，超級鋼作為里程碑式的標(biāo)志，載入了我國鋼鐵產(chǎn)品開發(fā)的史冊。 123,123

　　未來十年中國碳纖維材料將高度發(fā)展

　　國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略咨詢委員會副秘書長李克健教授預(yù)測未來十年是中國碳纖維材料高度發(fā)展的十年。力學(xué)性能優(yōu)良的復(fù)合增強(qiáng)基材，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。碳纖維具有出色的力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性，是目前已大量生產(chǎn)的高性能纖維中具有最高的比強(qiáng)度和最高的比模量的纖維。此外，碳纖維還兼有其他多種優(yōu)良性能，如低密度、耐高溫、耐腐蝕、耐摩擦、抗疲勞、震動衰減性高、電及熱導(dǎo)性高、熱膨脹系數(shù)低、X光穿透性高，非磁體但有電磁屏蔽性等。多作為增強(qiáng)材料加入到樹脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中，構(gòu)成復(fù)合材料。從這個意義上已預(yù)示了碳纖維在工程的廣闊應(yīng)用前景。 123,123

　　在世界碳纖維格局方面，發(fā)達(dá)國家產(chǎn)業(yè)成熟，行業(yè)集中度高。世界碳纖維的生產(chǎn)主要集中在日本、英國、美國、法國、韓國等少數(shù)發(fā)達(dá)國家和我國的臺灣省，日本的三家企業(yè)就占據(jù)了世界78%左右的產(chǎn)量。發(fā)達(dá)國家的碳纖維行業(yè)已逐步走向成熟。截至2008年，主要的碳纖維生產(chǎn)廠商大、小絲束產(chǎn)能共計64200噸。 本文來自123

　　但李克健同時也指出，現(xiàn)在的碳纖維市場投資具有盲目性，國營、民營都在做，導(dǎo)致了嚴(yán)重的低水平重復(fù)。甚至有的打著“新材料產(chǎn)業(yè)”的旗號，將碳纖維的生產(chǎn)當(dāng)作一項政績工程，只考慮招商引資，根本不顧新材料產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展的大局。這其實(shí)造成很大的資金浪費(fèi)。

本文來自123