История углеродного волокна

История углеродного волокна

Электричество, лампочки, Эдисон и бекон

Углеродное волокно было впервые использовано в 1860 году для создания дуги между двумя заряженными проводящими углеродными стержнями. В то время электричество было чем-то вроде циркового представления, а углеродное волокно, как его называли, не имело абсолютно никакого отношения к обеспечению высокопроизводительных функций, которые мы знаем сегодня. Однако теплостойкость и электропроводность углеродных волокон используются в освещении, что помогает найти строительные блоки, из которых образуются углеродные волокна посредством «пиролиза». В 1879 году Томас Эдисон использовал пиролиз для производства нитей из углеродного волокна, которые затем использовались в качестве электродов внутри первой лампочки. Эти нити, полученные из примесей в сожженных хлопковых и бамбуковых волокнах, в конечном итоге являются настоящими углеродными волокнами, проводящими электричество.

Только в 1958 году физик Роджер Бэкон изготовил первые высокоэффективные усы из углеродного волокна с помощью процесса пиролиза. Изучая плавление графита при высокой температуре и давлении, Бэкон открыл химию гексагональной структуры, армированной углеродным волокном. Эта богатая углеродом структура затем умножается, формируется в лист и непрерывно прокатывается по всей длине волокна. Усы Бэкона производят самые жесткие и прочные волокна, известные в мире. Несколько лет спустя Бэкон выпустил коммерческий продукт с использованием прекурсора на основе искусственного шелка. Механические возможности углеродного волокна наконец-то обретают силу. Однако стоимость производства этого открытия была астрономической. Чтобы быть живым,

Высота и панорамирование

В 70-х годах творческие свойства углеродного волокна начали реализовываться в промышленных условиях. Леонард Сингер открыл углеродные волокна на основе «смолы», изучая карбонизацию материалов на основе нефти и угля. Битум представляет собой смолоподобное вещество, получаемое путем нагревания нефти (нефти) до вещества с высоким содержанием углерода. Растягивая молекулы смолы и обрабатывая их при высоких температурах, они укладываются в высококристаллические углеродные волокна. Появление углеродных волокон на основе пека привело к сверхвысокому модулю (жесткости) и высокой теплопроводности, которые необходимы для применений, подверженных воздействию высоких температур внутри самолетов. Несмотря на высокую стоимость обработки, углеродные волокна Singer на основе смолы находят применение в высокотемпературных приложениях.

Тем временем японский ученый Акио Синдо расширил исследования углеродного волокна в Японии, используя полиакрилонитрил (ПАН) на нефтяной основе высокой чистоты. PAN, наиболее распространенный сегодня предшественник углеродного волокна, обеспечивает высокий уровень кристалличности волокна, но при этом является более прочным, чем когда-либо наблюдаемые в углеродных волокнах на основе смолы или вискозы. Процесс производства предшественника PAN компании Shindo также более экономичен при производстве высококачественных углеродных волокон, чем волокна на основе смолы или вискозы.

войти в мейнстрим

На протяжении 1980-х и 1990-х годов глобальная перспектива авиационных и аэрокосмических приложений от правительства до коммерческих клиентов теперь четко осознавалась. Это привело к экспоненциальному росту вариантов углеродного волокна для этих отраслей. Это связано с тем, что существенное снижение веса самолета приводит к повышению летно-технических характеристик и топливной экономичности самолета и даже компонентов двигателя. Инженеры начали работать над более легкими, прочными и быстрыми концепциями. В настоящее время разрабатываются запасные части с использованием углеродного волокна для замены деталей из сплавов на основе стали и алюминия. Однако углеродное волокно является сложным материалом для обработки по сравнению с методами субтрактивной обработки, когда-то известными для изготовления металлов. Со временем, потраченным на изучение и понимание методов производства углеродного волокна, количество металлических деталей уменьшилось и стало менее распространенным в каждом новом самолете. По мере совершенствования методов производства совершенствуется и производство самих волокон. Все это привело к буму этой формы черного золота, что привело к повышению спроса.

Благодаря улучшенным производственным и технологическим характеристикам углеродное волокно в настоящее время широко используется в промышленности по всему миру. Постоянное увеличение более высокого содержания углерода, некоторые из которых превышают 90 процентов углерода, разделяет преимущества повышенной прочности, будучи более рентабельным для рынка. Благодаря улучшениям в разработке и управлении технологическим процессом фактор стоимости углеродного волокна значительно снизился. Использование углеродного волокна выходит за рамки аэрокосмических приложений и теперь является жизнеспособным решением для расширяющегося спектра отраслей, включая автоспорт, лодочный спорт, спортивные товары, строительство и даже мебель. Пятьдесят лет назад никому не приходило в голову купить письменный стол из углеродного волокна. Даже производство такого количества необработанного углеродного волокна будет стоить миллионы долларов. Сегодня применение углеродного волокна ограничено только нашим человеческим воображением.