碳纖維綜合系列專題【二】 碳纖維發(fā)展歷史

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       碳纖維綜合系列專題【一】 碳纖維制造原理

       只有人們產(chǎn)生了某種需求，才能去認(rèn)識并制造出一種材料。同樣碳纖維最早是為了滿足制造優(yōu)良的燈絲的要求應(yīng)運而生的。

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       1860年，英國人約瑟夫·斯旺將細(xì)長的繩狀紙片碳化制取碳絲，并以此制作電燈的燈絲，但這項發(fā)明未能成功。至1879年，美國人愛迪生將油煙和焦油的混合物做成絲，再碳化制成燈絲，并解決了電燈的相應(yīng)使用問題，碳絲才在電燈上得到應(yīng)用。雖然這種碳纖維最終被鎢絲等材料所代替，但是它的特點比如密度小，模量高，耐酸堿，耐氧化是以往的材料所不能比擬的，后來人們不斷探索用其它方法來制造碳纖維。

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約瑟夫·斯旺在做實驗

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       20世紀(jì)50年代，美國為了研發(fā)大型火箭和人造衛(wèi)星以及全面提升飛機的性能，急需新型結(jié)構(gòu)材料和耐燒蝕材料，使得碳纖維重新出現(xiàn)在新材料的舞臺上。

       美國最先開發(fā)出粘膠基碳纖維，應(yīng)用于耐燒蝕和隔熱材料。由于在航空和軍事方面的大量應(yīng)用及性能的不斷提升，使得粘膠基碳纖維在一段時間里處于鼎盛時期。但后來陸續(xù)開發(fā)出更優(yōu)越的碳纖維，粘膠基碳纖維的產(chǎn)量減少了。

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海上突防

       粘膠基碳纖維發(fā)展的同時，在1959年，日本大阪工業(yè)試驗所的近藤昭男發(fā)明了利用聚丙烯腈纖維制造碳纖維的新方法。這一創(chuàng)新促進(jìn)了碳纖維工業(yè)的大發(fā)展，成為當(dāng)前碳纖維的主流。他發(fā)明了生產(chǎn)碳纖維新的技術(shù)路線，但是并不能制造出高性能的PAN基碳纖維。1963年，英國航空研究所（RAE）的瓦特（W.Wat）等人在預(yù)氧化過程中施加張力，抑制原絲在熱處理過程中的收縮，奠定了現(xiàn)代生產(chǎn)PAN基碳纖維的工藝基礎(chǔ)。約翰遜（W2Johnson）等人改進(jìn)預(yù)氧化裝置，他們打通了制造高性能PAN基碳纖維的技術(shù)路線。

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      1965年，日本群馬大學(xué)的大谷衫郎研制瀝青基碳纖維，并獲得成功。使得瀝青成為生產(chǎn)碳纖維的新原料，并成為當(dāng)前碳纖維領(lǐng)域僅次于PAN基碳纖維的第二大原料路線。1970年，日本吳羽化學(xué)工業(yè)公司生產(chǎn)的通用級瀝青基碳纖維上市。1975年，UCC開始高性能中間相碳纖維“Thomel-P55”的研制，并取得成功。目前Thomel-P系列高性能瀝青碳纖維仍是瀝青基碳纖維中最好的產(chǎn)品。

碳纖維復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用

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       碳纖維從誕生發(fā)展至今，經(jīng)歷了幾起幾落。這既是優(yōu)勝劣汰促進(jìn)碳纖維工業(yè)發(fā)展的必然規(guī)律，也是市場經(jīng)濟的無情裁決。20世紀(jì)60年代PAN基碳纖維的研制中心在英國，并且得到了很大的發(fā)展。但是在激烈的市場競爭中，因為種種原因，碳纖維的研制和生產(chǎn)中心發(fā)生轉(zhuǎn)移。目前世界PAN基碳纖維生產(chǎn)廠商主要集中在日本和美國。日本三大碳纖維生產(chǎn)商東麗集團、東邦集團和三菱集團為最大的生產(chǎn)商，三家公司合計產(chǎn)能占全球產(chǎn)能的70%以上。其中東麗集團的產(chǎn)能最大，并且主要集中在高性能的小絲束的生產(chǎn)。同時東麗的碳纖維的性能一直處于前列，堪稱是碳纖維行業(yè)的領(lǐng)頭羊。其最早開發(fā)出的T300系碳纖維強度達(dá)到3.54Gpa，現(xiàn)在已逐步要被強度為4.92GPa的T700系碳纖維代替。

活用輕、高強度、不生銹這樣的特性，作為取代鐵的新型建材而備受注目

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       到了21世紀(jì)初，聚丙烯腈碳纖維工藝生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)成熟。現(xiàn)在已分化成為大絲束碳纖維生產(chǎn)和小絲束碳纖維生產(chǎn)兩大種類。大絲束生產(chǎn)對前驅(qū)體要求較低，產(chǎn)品成本低，較適合一般民用工業(yè)使用和產(chǎn)品開發(fā)。小絲束生產(chǎn)追求高性能化，代表碳纖維發(fā)展的先進(jìn)水平。對于高性能PAN基碳纖維，美、日等發(fā)達(dá)國家均極為重視，在研發(fā)、生產(chǎn)方面給予經(jīng)費、人力上的大力支持，并獲得成功。

       碳纖維發(fā)展歷史暫時先給大家介紹到這里，歡迎大家就本期專題跟帖討論，下期專題為碳纖維特性分析，敬請關(guān)注。

參考 碳纖維的發(fā)展與現(xiàn)狀

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面壁深功

期待

xiaobing86203

特斯拉電動車上就有很多碳纖維材質(zhì)制作而成得機構(gòu)

702736

謝謝分享

xujiwei

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東山_FzrJ2

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davifeng

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司馬杰

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wangpuchao

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