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只有人們產生了某種需求，才能去認識并制造出一種材料。同樣碳纖維最早是為了滿足制造優良的燈絲的要求應運而生的。
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1860年，英國人約瑟夫·斯旺將細長的繩狀紙片碳化制取碳絲，并以此制作電燈的燈絲，但這項發明未能成功。至1879年，美國人愛迪生將油煙和焦油的混合物做成絲，再碳化制成燈絲，并解決了電燈的相應使用問題，碳絲才在電燈上得到應用。雖然這種碳纖維最終被鎢絲等材料所代替，但是它的特點比如密度小，模量高，耐酸堿，耐氧化是以往的材料所不能比擬的，后來人們不斷探索用其它方法來制造碳纖維。 2 e; O! r r7 I5 g8 l7 A1 F
約瑟夫·斯旺在做實驗
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20世紀50年代，美國為了研發大型火箭和人造衛星以及全面提升飛機的性能，急需新型結構材料和耐燒蝕材料，使得碳纖維重新出現在新材料的舞臺上。 % h$ ? r4 v, H' }' X3 ]
美國最先開發出粘膠基碳纖維，應用于耐燒蝕和隔熱材料。由于在航空和軍事方面的大量應用及性能的不斷提升，使得粘膠基碳纖維在一段時間里處于鼎盛時期。但后來陸續開發出更優越的碳纖維，粘膠基碳纖維的產量減少了。
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海上突防
" \* a/ {) R" ~& K 粘膠基碳纖維發展的同時，在1959年，日本大阪工業試驗所的近藤昭男發明了利用聚丙烯腈纖維制造碳纖維的新方法。這一創新促進了碳纖維工業的大發展，成為當前碳纖維的主流。他發明了生產碳纖維新的技術路線，但是并不能制造出高性能的PAN基碳纖維。1963年，英國航空研究所（RAE）的瓦特（W.Wat）等人在預氧化過程中施加張力，抑制原絲在熱處理過程中的收縮，奠定了現代生產PAN基碳纖維的工藝基礎。約翰遜（W2Johnson）等人改進預氧化裝置，他們打通了制造高性能PAN基碳纖維的技術路線。 ' E8 g, D1 W2 X1 N% x
1965年，日本群馬大學的大谷衫郎研制瀝青基碳纖維，并獲得成功。使得瀝青成為生產碳纖維的新原料，并成為當前碳纖維領域僅次于PAN基碳纖維的第二大原料路線。1970年，日本吳羽化學工業公司生產的通用級瀝青基碳纖維上市。1975年，UCC開始高性能中間相碳纖維“Thomel-P55”的研制，并取得成功。目前Thomel-P系列高性能瀝青碳纖維仍是瀝青基碳纖維中最好的產品。 9 \4 f8 f+ r. s/ S
碳纖維復合材料在航空航天領域的應用
& y7 S- k" M& Q) P9 h5 o, x1 K 碳纖維從誕生發展至今，經歷了幾起幾落。這既是優勝劣汰促進碳纖維工業發展的必然規律，也是市場經濟的無情裁決。20世紀60年代PAN基碳纖維的研制中心在英國，并且得到了很大的發展。但是在激烈的市場競爭中，因為種種原因，碳纖維的研制和生產中心發生轉移。目前世界PAN基碳纖維生產廠商主要集中在日本和美國。日本三大碳纖維生產商東麗集團、東邦集團和三菱集團為最大的生產商，三家公司合計產能占全球產能的70%以上。其中東麗集團的產能最大，并且主要集中在高性能的小絲束的生產。同時東麗的碳纖維的性能一直處于前列，堪稱是碳纖維行業的領頭羊。其最早開發出的T300系碳纖維強度達到3.54Gpa，現在已逐步要被強度為4.92GPa的T700系碳纖維代替。 9 l7 j a8 A( h4 v6 [
活用輕、高強度、不生銹這樣的特性，作為取代鐵的新型建材而備受注目 2 y+ p7 Z. P) g. S
到了21世紀初，聚丙烯腈碳纖維工藝生產技術已經成熟。現在已分化成為大絲束碳纖維生產和小絲束碳纖維生產兩大種類。大絲束生產對前驅體要求較低，產品成本低，較適合一般民用工業使用和產品開發。小絲束生產追求高性能化，代表碳纖維發展的先進水平。對于高性能PAN基碳纖維，美、日等發達國家均極為重視，在研發、生產方面給予經費、人力上的大力支持，并獲得成功。 碳纖維發展歷史暫時先給大家介紹到這里，歡迎大家就本期專題跟帖討論，下期專題為碳纖維特性分析，敬請關注。
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發表于 2017-4-11 17:03:03
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