碳纤维综合系列专题【二】 碳纤维发展历史

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       碳纤维综合系列专题【一】 碳纤维制造原理

       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，英国人约瑟夫·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。

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约瑟夫·斯旺在做实验

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       20世纪50年代，美国为了研发大型火箭和人造卫星以及全面提升飞机的性能，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。

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       美国最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。

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海上突防

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       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了利用聚丙烯腈纤维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，日本吴羽化学工业公司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最好的产品。

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碳纤维复合材料在航空航天领域的应用

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       碳纤维从诞生发展至今，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最大的生产商，三家公司合计产能占全球产能的70%以上。其中东丽集团的产能最大，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。

活用轻、高强度、不生锈这样的特性，作为取代铁的新型建材而备受注目

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       到了21世纪初，聚丙烯腈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。

       碳纤维发展历史暂时先给大家介绍到这里，欢迎大家就本期专题跟帖讨论，下期专题为碳纤维特性分析，敬请关注。

参考 碳纤维的发展与现状

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