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碳纤维的历史、应用领域与现状
发布人:裕丰碳纤维 发布时间:2017-10-31 11:24 阅读量:

  一、碳纤维的历史

  碳纤维起源可追溯至1860年,由英国人瑟夫·斯旺在制作电灯灯丝中发明并获得专利。它是一种纤维状碳材料,呈黑色,质坚硬,是一种强度比钢大、密度比铝小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温,又能像铜那样导电,具有电学、热学和力学等综合优异性能的新型材料,因其制造技术难度大、实用价值高,被业界誉为“黑色黄金”。

  二、碳纤维的应用领域

  碳纤维“外柔内刚”,不仅具有碳材料的本质特性,又兼备纺织纤维的柔软和可加工性,是新一代高性能增强纤维。比头发丝还细几倍的碳纤维与树脂、碳、陶瓷、金属等基体,经过特殊复合成型工艺制造,即可获得性能优异的碳纤维复合材料,能够广泛应用于航空、航天、能源、交通、军用装备等众多领域,是国防军工和民用生产生活的重要材料。

  20世纪50年代,为了解决导弹喷管和弹头耐高温、耐腐蚀等关键技术难题,美国率先研制出粘胶基碳纤维。1959年,日本近藤昭男发明了聚丙烯腈基碳纤维。由于碳纤维在军事领域凸显出提升武器装备性能的优异表现,引起了军事强国的高度重视。随后一些国家重点投入,不断研制出更高性能、更多品种的碳纤维。日本先后突破高强、高模性兼备等一系列关键技术难题,使所研制的碳纤维复合材料独具优异的抗疲劳性能和环境适应能力,其整体水平一路领先。

  碳纤维看似简单,但其制造工艺十分复杂,是一项集多学科、精细化、高尖端技术于一体的系统工程,涉及化工、纺织、材料、精密机械等多学科领域,整个流程包含温湿度、浓度、粘度、流量等上千个参数高精度控制,稍有不慎就会严重影响碳纤维性能和质量稳定性,所以远非一般工艺技术所能媲美。

  三、碳纤维的现状

  随着当今碳纤维及复合材料广泛应用,规模化生产成为其产业化发展的重大瓶颈。每个量级的生产虽原理相同,但对各种工艺参数精确控制难度却有极大不同,十吨级、百吨级的生产线,不能简单复制到千吨级,例如聚合反应产生大量的热,使得温度均匀性恒定性极难控制。正因如此,目前只有极少数国家能够稳定生产出高性能碳纤维,且核心技术长期主要掌控在日本和美国企业巨头手中。其中,日本的三家公司碳纤维生产能力就占世界四分之三,成为业界“巨无霸”。

裕丰碳纤维生产的碳纤维毡

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