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碳纤维的发展史看似平淡,却历经波折

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-06-15  来源:碳纤维是由碳元素组成的一种特种纤维。具有耐高温、抗摩擦、导电  浏览次数:173
核心提示:碳纤维是由碳元素组成的一种特种纤维。具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性 外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物,
 
    碳纤维是由碳元素组成的一种特种纤维。具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性 外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物,由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向,因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。碳纤维的密度小,因此比强度和比模量高。
    1879年爱迪生曾用纤维素纤维,如竹、亚麻或棉纱为原料,首先制得碳纤维并获得专利,但当时制得的纤维力学性能很低,工艺也不能工业化,未能获得发展。
    20世纪50年代初,由于火箭、航天及航空等尖端技术的发展,迫切需要比强度、比模量高和耐高温的新型材料,另一方面,采用前驱纤维为原料经热处理的工艺可制得碳纤维连续长丝,这一工艺奠定了碳纤维工业化的基础。40多年来,碳纤维经历的重大技术进展如下:
    20世纪50年代初,美国Wright-Patterson空军基地以黏胶纤维为原料,试制碳纤维成功,产品作火箭喷管和鼻锥的烧蚀材料,效果很好。1956年美国联合碳化物公司试制高模量黏胶基碳纤维成功,商品名“Thornel—25”投放市场,同时开发了应力石墨化的技术,提高碳纤维的强度与模量。
    20世纪60年代初,日本进藤昭男发明了以聚丙烯腈(PAN)纤维为原料制取碳纤维的方法,并取得了专利。1963年日本碳公司及东海电极公司用进藤的专利开发聚丙烯腈基碳纤维。1965年日本碳公司工业化生产普通型聚丙烯腈基碳纤维成功。
    1964年英国皇家航空研究中心(RAE)通过在预氧化时加张力试制出高性能聚丙烯腈基碳纤维。由Courtaulds公司,Hercules公司和Rolls—Royce公司采用RAE的技术进行工业化生产。
    1965年日本大谷杉郎首先制成了聚氯乙烯沥青基碳纤维,并发表了先驱性的沥青基碳纤维的研究报告。
    1969年日本碳公司开发高性能聚丙烯腈基碳纤维获得成功。1970年日本东丽(Toray Textile Inc.)公司依靠先进的聚丙烯腈原丝技术,并与美国联合 碳化物公司交换碳化技术,开发高性能聚丙烯腈基碳纤维。1971年东丽公司将高性能聚丙烯腈基碳纤维产品(Torayca)投放市场。随后产品的性能、品种、产量不断发展,至今仍处于世界领先地位。此后,日本东邦、旭化成、三菱人造丝及住友公司等相继投入聚丙烯腈基碳纤维的生产行列。
    1970年日本吴羽化学工业公司采用大谷杉郎的专利,首先建成年产120t普通型(GPCF)沥青基碳纤维的生产厂,1978年产量增到240t。该产品被用作水泥增强材料后,发现效果很好,1984年产量增至400 t,1986年再次增加到900 t。1976年美国联合碳化物公司生产高性能中间相沥青基碳纤维(HPCF)成功,年产量为113 t,1982年增至230 t,1985年增至311 t。
    1982年起,日本东丽、东邦、日本碳公司、美国Hercules、Celanese公司、英国Courtaulds公司等,先后生产出高强、超高强、高模量、超高模量、高强中模以及高强高模等类型高性能产品,碳纤维拉伸强度从3.5 GPa提高到5.5 GPa,小规模产品达7.0 GPa。模量从230 GPa提高到600 GPa,这是碳纤维工艺技术的重大突破,使应用开发进入一个新的高水平阶段。
    1981年起沥青科学取得重大进展,开发出几种调制中间相沥青的新工艺,如日本九州工业试验所的预中间相法,美国EXXON公司的新中间相法,日本群马大学开发的潜在中间相法,促进了高性能沥青基碳纤维的开发。随后日本三菱化成化学公司、大阪煤气公司、新日铁公司陆续建成一批不同规格的高性能碳纤维生产厂。其特点是模量增高的同时也增高强度。20世纪80年代是沥青基碳纤维的兴旺发展时期。
    碳纤维粉也叫磨碎碳纤维是将高强高模碳纤维长丝经特殊技术表面处理、研磨、显微甄别、筛选、高温烘干后而获得的等长圆柱形微粒,它保留了碳纤维的众多优良性能,并且形状细小、表面纯净、比表面积大,易于被树脂润湿均匀分散,是性能优良的复合材料填料。可与树脂、塑料、金属、橡胶等材料进行复合,以增加材料的强度和耐磨,已被广泛用于镍氢和镍镉电池正负极材料导电添加剂、电子芯片、导电板、导电地板、电子机械、防静电行业(涂料、地坪、油漆、油墨)、防静电滤芯、国防军工、建筑保温、化工食品粗效过滤、摩托车消声器、油漆烘房空气过滤、聚四氟乙烯等领域。
 
 
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