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碳纤维复合材料发展历史

文章出处:致天复合材料发布时间:2019-05-04 21:27 浏览人次:

1860年,约瑟夫·斯旺首次发明碳纤维,用于灯泡。 

1879年,托马斯爱迪生在高温下烘烤棉线或竹条,将它们碳化成全碳纤维长丝,用于首批白炽灯泡之一,用电加热。 

1880年,Lewis Latimer开发出一种可靠的碳丝灯丝,用于白炽灯泡,由电加热。 

1958年,Roger Bacon在位于俄亥俄州克利夫兰市外的Union Carbide Par-ma技术中心制造了高性能碳纤维。这些纤维是通过加热人造丝线直到它们碳化而制成的。后来的事实证明该方法是低效的,因为所得碳纤维仅含有约20%的碳,并且具有低强度和刚度性质。

 在20世纪60年代早期,日本工业科学与技术机构的Akimbo Shinto博士使用聚丙烯腈(PAN)作为原料开发了一种方法。这产生了含有约55%碳的碳纤维。

 1960年,HI Thompson Fiberglas Co.的Richard. Milling-ton开发了一种使用人造丝作为前体生产高碳含量(99%)纤维的方法(美国专利No.3,294,489)。这些碳纤维具有足够的强度(弹性模量和拉伸强度),可用作具有高强度重量性能和耐高温应用的复合材料的增强材料。

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碳纤维的高潜力在1963年由W.Watt.LN Phillips和W. Johnson在汉普郡法恩伯勒的皇家飞机公司开发的工艺实现。该工艺获得了英国国防部的专利,然后由英国国家研究开发公司授权给三家公司。几年后,在维克斯VC10的劳斯莱斯康威喷气发动机中成功首次在飞机在上面应用碳纤维板风扇组件。几年内,罗尔斯·罗伊斯利用新材料的特性打入美国市场,其RB-211航空发动机配有碳纤维压缩机叶片。不幸的是,刀片很容易受到鸟撞击造成的伤害。这个问题和其他问题导致了罗尔斯·罗伊斯公司在1971年被国有化的挫折。碳纤维生产工厂被出售以形成Bristol Composites 

20世纪60年代后期,日本人率先生产PAN基碳纤维。1970年的联合技术协议允许Union Carbide生产日本东丽工业产品。Morganatic认为,碳纤维生产是其核心业务的外围,使Courtyards成为英国唯一的大型制造商。Courteous的水基无机工艺使该产品易受杂质的影响,不会影响其他碳纤维制造商使用的有机工艺,导致Courtyards1991年停止生产碳纤维。

20世纪60年代,寻找替代原料的实验工作导致引入由石油加工衍生的石油沥青制成的碳纤维复合材料。这些纤维含有约85%的碳并具有优异的挠曲强度。此外,在此期间,日本政府大力支持国内的碳纤维发展,东丽,东宝人和三菱等几家日本公司开始自己的开发和生产。

20世纪70年代后期以来,更多类型的碳纤维纱线进入全球市场,提供更高的拉伸强度和更高的弹性模量。例如T400拉伸强度为4,000MPa,模量为400GPa。开发了中间碳纤维,例如IM 600具有高达6,000MPa。碳纤维复合材料在军事和后来的民用飞机中首先应用于从二级到初级部件的航空航天应用,如麦克唐纳道格拉斯,波音,空中客车和联合飞机公司的飞机。

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