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碳纤维丝

碳纤维的研究历史

1950年,美国Wright-Patterson空军基地开始研制粘胶基碳纤维。1959年,最早上市的粘胶基碳纤维Thornel-25就是美国联合碳化物公司(UCC)的产品。与此同时,日本研究人员也在1959年发明了用聚丙烯腈(PAN)基原丝制造碳纤维的新方法。在此基上,英国皇家航空研究院开发出了制造高性能PAN基碳纤维的技术流程,使其发展驶入了快车道,PAN基碳纤维成为当前碳纤维工业的主流,产量占世界总产量的90%左右。20世纪70年代中期,UCC在美国空军和海军的资金支持下,研发高性能中间相沥青基碳纤维;1975年研发成功Thornel P-55(P-55),在1980-1982年之间,又研发成功P-75、P-100和P-120,年产量为230吨。P-120的模最高达965GPa,是理论值的94% ,热导率是铜的1.6倍,线膨胀系数仅为-1.33譴0-6/K,且在375℃ 空气中加热1 000 h仅失重0.3%-1.0%左右,显示出优异的抗氧化性能。它们已广泛用于火箭喷管、导弹鼻锥、卫星构件、舰艇材料等方面。不仅美国国防部资助碳纤维T业的发展,美国国会也关注碳纤维,国际市场上碳纤维的全方位商业化始于20世纪70年代,70年代是高尔夫球棒和钓鱼杆应用的引入和发展时期,主要是在日本,1971年日本东丽公司成了世界上第一制造商,目前东丽是全球生产和营销碳纤维的领先者。在20世纪80年代早期,碳纤维开始被广泛地用在客机和航空飞行器上作为结构材料,主要在欧洲和北美进行应用。然后,人们提高了对碳纤维的认识,开始把它当成一种高质量的材料,并在20世纪80年代中期得到了飞速的增长 在80年代中期,欧洲空客公司开始将CFRP(碳纤维增强塑料)作为首要的结构材料应用在它们的飞机上,而且,随着碳纤维在网球和新的体育项目的应用,碳纤维市场得到了稳步的扩展。

我国较早地意识到碳纤维的研制和生产对军事工业发展和国民经济具有重要作用,早在20世纪60年代末就开始研制碳纤维,经过40余年的发展,碳纤维从无到有,从研制到生产取得了一定的成绩,但总的来说,国内碳纤维的研制与生产水平还较低,一直没有在高标号碳纤维研究上取得突破性进展。我国碳纤维产业未实现大规模工业化生产、产品规格单一。碳纤维的生产属于精细炭素工业,在生产过程中,单体 、聚合、纺丝、油剂、预氧化、炭化及表面处理等工序环环紧扣,是一个多学科、多交*的系统工程。国内先后有多家企业介入碳纤维的研发与生产,但多数均以失败告终,退出该领域。
近些年来,由于我国对碳纤维需求量的日益增加,碳纤维又成为国内新材料业研发的热点。但是,除极个别企业外,大多数引进项目的技术和设备水平属国际中下等,生产的碳纤维产品也未达到高端水平,引进后的消化、吸收与创新是碳纤维行业面临的重大课题。如甘肃地区的腈纶生产线是我国最早引进的,有丰富的生产经验和技术积累,但是生产的原丝质量不高,与工艺相似的Courtaulds 公司相比,质量相差很大。我国碳纤维产品应用主要依赖进口,制约了相关高技术的发展。我国碳纤维的主要用途包括体育器材、一般工业应用、航天航空和国防领域。其中体育器材用量最大,约占总消费量的 80%-90%。造成这种消费结构特点的主要原因是韩国和我国台湾地区把体育器材产业转移到我国大陆沿海地区,提高了体育器材领域聚丙烯腈基碳纤维的用量。我国一般工业和航空航天领域碳纤维的应用尚有待于扩大,我国国防产品用聚丙烯腈基碳纤维主要是规格为1K、3K、6K的相当于 T300的产品。由于国外对我国实行产品和技术封锁,我国国防用聚丙烯腈基碳纤维主要来自于科研院所及企业试验设备所生产的少量产品,质量不是太稳定。

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