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只有人們產(chǎn)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(yīng)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(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。
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(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。美國優(yōu)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。
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(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。
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(chǎn)碳纖維的新原料,并成為當前碳纖維領(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好的產(chǎn)品。
碳纖維從誕生至今,經(jīng)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(jīng)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(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主要生產(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系碳纖維強度達到3.54Gpa,現(xiàn)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(chǎn)技術(shù)已經(jīng)成熟?,F(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(chǎn)方面給予經(jīng)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(jīng)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(chǎn)量不能滿足市場發(fā)展需求,PAN基原絲質(zhì)量不過關(guān),生產(chǎn)技術(shù)及設(shè)備落后等。目前國內(nèi)小規(guī)模PAN基碳纖維生產(chǎn)企業(yè)和科研院所共十余家,其中主要生產(chǎn)企業(yè)為吉化公司,其年生產(chǎn)能力號稱300t,實際年產(chǎn)量不足100t,且產(chǎn)品質(zhì)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(chǎn)線,年生產(chǎn)能力為40t。隨著我國經(jīng)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(chǎn)品對我國開始解凍,但碳纖維及其復(fù)合材料的生產(chǎn)關(guān)系到國防建設(shè),必須立足國內(nèi)。研制生產(chǎn)高性能、高質(zhì)量的碳纖維,以滿足軍中和民用產(chǎn)品的需求,扭轉(zhuǎn)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(chǎn)品。在國家政策的重點扶持下,國內(nèi)碳纖維的研究開發(fā)和生產(chǎn)呈現(xiàn)出令人鼓舞的發(fā)展趨勢。
Yoobetter具備從產(chǎn)品概念設(shè)計(結(jié)構(gòu)及工藝設(shè)計)、模擬分析、模具設(shè)計、樣品制造一直到批量生產(chǎn)的能力,因此公司專業(yè)從事碳纖維汽車應(yīng)用,同時開拓工業(yè)設(shè)備碳纖維應(yīng)用。