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只有人們產生了某種需求,才能去認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)良的燈絲的要求應運而生的。
1860年,英國人瑟夫2斯旺將細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使用問題,碳絲才在電燈上得到應用。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。
20世紀50年代,美國為了研發(fā)大型火箭以及提升飛機的性能,急需新型結構材料和耐燒蝕材料,使得碳纖維重新出現在新材料的舞臺上。美國優(yōu)先開發(fā)出粘膠基碳纖維,應用于耐燒蝕和隔熱材料。由于在航空和軍事方面的大量應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,粘膠基碳纖維的產量減少了。
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)明制造碳纖維的新方法。這一創(chuàng)新促進了碳纖維工業(yè)的大發(fā)展,成為當前碳纖維的主流。他發(fā)明了生產碳纖維新的技術路線,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,奠定了現代生產PAN基碳纖維的工藝基礎。約翰遜(W2Johnson)等人改進預氧化裝置,他們打通了制造高性能PAN基碳纖維的技術路線。
1965年,日本群馬大學的大谷衫郎研制瀝青基碳纖維,并獲得成功。使得瀝青成為生產碳纖維的新原料,并成為當前碳纖維領域僅次于PAN基碳纖維的第二大原料路線。1970年,日本吳羽化學工業(yè)公司生產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好的產品。
碳纖維從誕生至今,經歷了幾起幾落。這既是優(yōu)勝劣汰促進碳纖維工業(yè)發(fā)展的必然規(guī)律,也是市場經濟的無情裁決。20世紀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中心發(fā)生轉移。目前世界PAN基碳纖維生產廠商主要集中在日本和美國。日本三大碳纖維生產商東麗集團、東邦集團和三菱集團為主要生產商,三家公司合計產能占全球產能的70%以上。其中東麗集團的產能大,并且主要集中在高性能的小絲束的生產。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)的領頭羊。其最早開發(fā)出的T300系碳纖維強度達到3.54Gpa,現在已逐步要被強度為4.92GPa的T700系碳纖維代替。
到了21世紀初,碳纖維工藝生產技術已經成熟?,F在已分化成為大絲束碳纖維生產和小絲束碳纖維生產兩大種類。大絲束生產對前驅體要求較低,產品成本低,較適合一般民用工業(yè)使用和產品開發(fā)。小絲束生產追求高性能化,代表碳纖維發(fā)展的先進水平。對于高性能PAN基碳纖維,美、日等發(fā)達國家均極為重視,在研發(fā)、生產方面給予經費、人力上的大力支持,并獲得成功。
我國從20世紀60年代后期開始研制碳纖維,歷經40多年的發(fā)展歷程。由于國外嚴格控制封鎖,制約了我國碳纖維工業(yè)的發(fā)展,與國外相比有很大差距。產量不能滿足市場發(fā)展需求,PAN基原絲質量不過關,生產技術及設備落后等。目前國內小規(guī)模PAN基碳纖維生產企業(yè)和科研院所共十余家,其中主要生產企業(yè)為吉化公司,其年生產能力號稱300t,實際年產量不足100t,且產品質量不穩(wěn)定,達不到T300級的水平。20世紀70年代初突破連續(xù)化工藝;20世紀80年開展了高強型碳纖維的研究,于1998年建成一條新的中試生產線,年生產能力為40t。隨著我國經濟的快速發(fā)展,碳纖維需求與日俱增,雖然國際上一些公司T300級原絲和碳纖維產品對我國開始解凍,但碳纖維及其復合材料的生產關系到國防建設,必須立足國內。研制生產高性能、高質量的碳纖維,以滿足軍中和民用產品的需求,扭轉大量進口的局面,是我國碳纖維工業(yè)發(fā)展亟待解決的問題。碳纖維已被列為國家化纖行業(yè)重點扶持的新產品。在國家政策的重點扶持下,國內碳纖維的研究開發(fā)和生產呈現出令人鼓舞的發(fā)展趨勢。
Yoobetter具備從產品概念設計(結構及工藝設計)、模擬分析、模具設計、樣品制造一直到批量生產的能力,因此公司專業(yè)從事碳纖維汽車應用,同時開拓工業(yè)設備碳纖維應用。