百年碳纖維 千年複合材料

百年碳纖維 千年複合材料

 碳纖維(carbon fiber)是由碳元素組成的纖維,既有碳纖維的固有特性,又兼備紡織纖維的柔軟可加工性。從碳纖維問世到今,已有百年歷史,已滲入到到生活方方面面,小至碳纖維手機殼、辦公用品等,大至航空飛機火箭輪船等,碳纖維可以說是能上天能下海,隨處可見。

  如果從1880年算起,碳纖維誕生距今已有138年的歷史。那時候的碳絲被用來做電燈的燈絲。

  碳纖維雖被發明出來做燈絲,但沒有被真正應用起來,因為當時燈泡真空技術達不到,第一個燈泡僅亮了40小時就被氧化了,當時的鎢作為燈泡燈絲的成本更加廉價,所以鎢絲代替了碳絲,碳纖維暫時告別了歷史舞台。

  如果從1956年算起,碳纖維應用距今也有62年的歷史。那時候的碳絲被用來做耐燒蝕的複合材料。當時蘇美在激烈的太空角逐中你追我趕,美國空軍需要尋找更耐燒蝕的材料來製造太空梭,發現碳熔點在3600度,經過一系列的研究,出現了它正式名稱:碳纖維(carbon fiber),與此同時,美國聯合碳化物公司UCC也進入研製行業,並在1959年,研究成功了世界上最早上市的黏膠基碳纖維Thornel-25。

  日本看到了碳纖維的苗頭,按耐不住,開始著手研發碳纖維,在1961年,近藤昭南發表論文,確定高性能碳纖維研製的可行性和方式。但當時技術受限,高性能碳纖維並未研製成功。

  1963年,英國為研製航空器,在尋找高強度材料,他們偷師日本研究成果,率先研製出高性能碳纖維。據說當時日本很不服氣,所以才有了後來奮起直追的故事。

  1971年,日本東麗公司與美國聯合碳化物公司合作生產了T300碳纖維,比我們國家提早了30多年。當時,其他碳纖維生產商都在爭奪美國軍工訂單時,體量小的東麗公司做了一個大賭注,直接大批生產魚竿、高爾夫球杆等碳纖維器具,剛好碰到了體育休閑時尚的崛起,機遇來了,他們的市場份額開始擴大,並隨著碳纖維在各行業的廣泛運用,東麗最終坐上了碳纖維最大製造商的寶座。

  碳纖維的崛起,前台不過百年的歷史,就已經形成一條完整的產業鏈,在高性能複合材料領域佔據極為重要的地位。而對於複合材料,歷史更悠久了。

  早在7000年前,人們就已經開始用秸稈和泥土混合,壘成土牆。這就是早期的複合材料原型,秸稈用來增強,泥土用來做基體。這種土牆環保耐用,冬暖夏涼。直到上世紀80年代農村還有很多這樣的房子。

  複合材料並不是人類的創造,其實,對於複合材料的理解,大概昆蟲、鳥和蝙蝠等動物比人類要理解的更早也更透徹,它們將複合材料的原理應用到築窩的過程中,以此來抵禦天敵的攻擊。燕子嘴銜樹枝和泥巴混合做的窩,堅固又耐用。

  所以,人類對複合材料的利用雖然有幾千年歷史,但是對複合材料的理解並不透徹,跟動物並沒有本質區別。

  現代複合材料興起於20世紀40年代,自從玻璃纖維和合成樹脂大量商品化生產以後,纖維複合材料逐漸發展成為具有工程意義的材料。到這裡,可以認為人類對複合材料的理解進入理性認識階段。

  現代複合材料的誕生,催生了人類對高性能纖維的需求,自玻璃纖維之後,硼纖維、碳纖維相繼被寄予厚望,最終碳纖維以其高比強度、高比模量、工藝成熟度高而被廣泛關注。

  早期發展出的現代複合材料,由於性能相對較低、生產量大、使用面廣,被稱之為常用複合材料。後來隨著高技術發展的需要,在此基礎上又研發出了高性能的先進複合材料。

  複合材料的發展迅速,其地位也非常重要,對於航空強國來講,尤其具有戰略價值。

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