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你知道碳纤维的发展历史吗

来源:beat365中文官方网站 发布时间:2017-08-15 09:27:38 浏览人次:2868

只有人们产生了某种需求,才能去认识并制造出一种材料。同样碳纤维最早是为了满足制造优良的灯丝的要求应运而生的。

1860年,英国人瑟夫2斯旺将细长的绳状纸片碳化制取碳丝,并以此制作电灯的灯丝,但这项发明未能成功。至1879年,美国人爱迪生将油烟和焦油的混合物做成丝,再碳化制成灯丝,并解决了电灯的相应使用问题,碳丝才在电灯上得到应用。虽然这种碳纤维最终被钨丝等材料所代替,但是它的特点比如密度小,模量高,耐酸碱,耐氧化是以往的材料所不能比拟的,后来人们不断探索用其它方法来制造碳纤维。

20世纪50年代,美国为了研发大型火箭以及提升飞机的性能,急需新型结构材料和耐烧蚀材料,使得碳纤维重新出现在新材料的舞台上。美国优先开发出粘胶基碳纤维,应用于耐烧蚀和隔热材料。由于在航空和军事方面的大量应用及性能的不断提升,使得粘胶基碳纤维在一段时间里处于鼎盛时期。但后来陆续开发出更优越的碳纤维,粘胶基碳纤维的产量减少了。

粘胶基碳纤维发展的同时,在1959年,日本大阪工业试验所的近藤昭男发明制造碳纤维的新方法。这一创新促进了碳纤维工业的大发展,成为当前碳纤维的主流。他发明了生产碳纤维新的技术路线,但是并不能制造出高性能的PAN基碳纤维。1963年,英国航空研究所(RAE)的瓦特(W.Wat)等人在预氧化过程中施加张力,抑制原丝在热处理过程中的收缩,奠定了现代生产PAN基碳纤维的工艺基础。约翰逊(W2Johnson)等人改进预氧化装置,他们打通了制造高性能PAN基碳纤维的技术路线。

1965年,日本群马大学的大谷衫郎研制沥青基碳纤维,并获得成功。使得沥青成为生产碳纤维的新原料,并成为当前碳纤维领域仅次于PAN基碳纤维的第二大原料路线。1970年,日本吴羽化学工业beat365中文官方网站生产的通用级沥青基碳纤维上市。1975年,UCC开始高性能中间相碳纤维“Thomel-P55”的研制,并取得成功。目前Thomel-P系列高性能沥青碳纤维仍是沥青基碳纤维中好的产品。

碳纤维从诞生至今,经历了几起几落。这既是优胜劣汰促进碳纤维工业发展的必然规律,也是市场经济的无情裁决。20世纪60年代PAN基碳纤维的研制中心在英国,并且得到了很大的发展。但是在激烈的市场竞争中,因为种种原因,碳纤维的研制和生产中心发生转移。目前世界PAN基碳纤维生产厂商主要集中在日本和美国。日本三大碳纤维生产商东丽集团、东邦集团和三菱集团为主要生产商,三家beat365中文官方网站合计产能占全球产能的70%以上。其中东丽集团的产能大,并且主要集中在高性能的小丝束的生产。同时东丽的碳纤维的性能一直处于前列,堪称是碳纤维行业的领头羊。其最早开发出的T300系碳纤维强度达到3.54Gpa,现在已逐步要被强度为4.92GPa的T700系碳纤维代替。

到了21世纪初,碳纤维工艺生产技术已经成熟。现在已分化成为大丝束碳纤维生产和小丝束碳纤维生产两大种类。大丝束生产对前驱体要求较低,产品成本低,较适合一般民用工业使用和产品开发。小丝束生产追求高性能化,代表碳纤维发展的先进水平。对于高性能PAN基碳纤维,美、日等发达国家均极为重视,在研发、生产方面给予经费、人力上的大力支持,并获得成功。

我国从20世纪60年代后期开始研制碳纤维,历经40多年的发展历程。由于国外严格控制封锁,制约了我国碳纤维工业的发展,与国外相比有很大差距。产量不能满足市场发展需求,PAN基原丝质量不过关,生产技术及设备落后等。目前国内小规模PAN基碳纤维生产企业和科研院所共十余家,其中主要生产企业为吉化beat365中文官方网站,其年生产能力号称300t,实际年产量不足100t,且产品质量不稳定,达不到T300级的水平。20世纪70年代初突破连续化工艺;20世纪80年开展了高强型碳纤维的研究,于1998年建成一条新的中试生产线,年生产能力为40t。随着我国经济的快速发展,碳纤维需求与日俱增,虽然国际上一些beat365中文官方网站T300级原丝和碳纤维产品对我国开始解冻,但碳纤维及其复合材料的生产关系到国防建设,必须立足国内。研制生产高性能、高质量的碳纤维,以满足军中和民用产品的需求,扭转大量进口的局面,是我国碳纤维工业发展亟待解决的问题。碳纤维已被列为国家化纤行业重点扶持的新产品。在国家政策的重点扶持下,国内碳纤维的研究开发和生产呈现出令人鼓舞的发展趋势。

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