碳纤维技术的发展,我国该如何借鉴国外的成果

2020-07-20 14:41:52 嘉兴恒隆复合材料有限公司 浏览次数 139

19世纪70年代末,真空技术已渐成熟,斯万发明了更实用的白炽灯,并于1878年获得了专利权。1879年,爱迪生(Thomas Alva Edison,1847-1931)发明了以碳纤维为发光体的白炽灯。他将富含天然线性聚合物的椴树内皮、黄麻、马尼拉麻和大麻等定型成所需要的尺寸和形状,并对其进行高温烘烤;受热时,这些由连续葡萄糖单元构成的纤维素纤维被碳。

由于原料源于天然纤维,早期的碳纤维几乎没有结构强力,使用中很容易碎裂、折断,即便只是作为白炽灯的发光体,其耐用性也很不理想。1910年左右,钨丝替代了早期的碳纤维灯丝。尽管如此,很多美国专利证实,爱迪生发明碳纤维后的30多年里,改进碳纤维性能的研究从未停止过。然而,这些努力都未能把碳纤维性能提高到令人满意的程度。此间,碳纤维研究停滞不前,处于休眠期。

美国历史上的化学里程碑(National Historic ChemicalLandmark),是美国化学会(American Chemical Society?ACS?)开展的一项发掘整理美有历史影响的化学家和化学事件的活动。各区域分支机构申报本地区曾出现的人物和发生过的事件,美国化学会组织专家考核和认定。

1959年,帕尔马技术中心的科学家们就发明了高性能人造丝基碳纤维的制备技术。加利·福特(Curry E. Ford)和查尔斯·米切尔(Charles V. Mitchell)发明了3000°C高温下热处理人造丝制造碳纤维的工艺技术,生产出了当时强度最高的商业化碳纤维板材美国空军材料实验室(U.S. Air Force Materials Laboratory)很快就采用这种人造丝基碳纤维作为酚醛树脂的增强体,研制了用于航天器热屏蔽层的复合材料。其作用是,返回大气层时,导弹或火箭壳体与大气剧烈摩擦,表面形成高温,酚醛树脂吸热后缓慢分解,碳纤维使酚醛树脂不被烧毁,保证弹箭完成大气层中的行程。

1963年,碳纤维增强树脂复合材料技术研究取得实质性突破,复合材料技术跨入“先进复合材料”时代。此前,树脂基复合材料的增强体一直被玻璃纤维和硼纤维垄断。相较玻璃纤维和硼纤维,碳纤维作为增强体,性价比更佳。


碳纤维棒应用十分的广泛。休闲产品中,最早应用PAN碳纤维的是钓鱼竿。现在世界上碳纤维钓鱼竿的年生产量为1200万根左右,相当于碳纤维用量约1200吨。碳纤维在高尔夫球杆的应用是于1972年开始的,现在世界上碳纤维高尔夫球杆的年生产量约4000万根左右,相当于2000吨碳纤维的用量。网球拍的应用是从1974年开始的,目前世界上年生产碳纤维球拍约450万个,需碳纤维用量约500吨。在其他方面,碳纤维还广泛应用于滑雪板、雪船、滑雪杆、棒球棒、公路赛以及船舶类体育用品。

人们认识到了碳纤维轻量化、耐疲劳性和耐腐蚀性等性能,因而开始广泛应用于航空航天行业。在宇航领域,由于高模量碳纤维的轻量性(刚性)、尺寸稳定性的导热性,早已应用于人造卫星等方面,近年来已开始应用于铱星等通信卫星。

造型复合物主要是以短纤维的形式混入用于热塑性树脂中,由于具有补强、抗静电、电磁波屏蔽效果,可广泛应用于家用电器、办公室机器、半导体及其相关领域。

在现代材料流行的世界里,拥有新型的碳纤维技术以生产出高质量的碳纤维板材碳纤维棒,已经成为众多企业发展的目标。同样,这也是对未来碳纤维技术的展望。


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