1. Kolfiberkompositer består huvudsakligen av polyakrylonitril - baserade kolfibrer och harts - baserade matriser, med betydande prestandafördelar
Carbon fiber is a filamentary carbon material, made of organic matrix fibers such as polyacrylonitrile (or asphalt, viscose) by high-temperature decomposition method under inert gas at a temperature above 1000 degrees Celsius (the result is the removal of most elements except carbon), with a diameter of 5-10 microns, and is an inorganic högpolymer med ett kolinnehåll på mer än 90%
Kolfiber har utmärkta mekaniska egenskaper, och dess specifika tyngdkraft är mindre än 1/4 av stålet. Draghållfastheten hos kolfiberkompositer är i allmänhet över 3500MPa, vilket är 7 - 9 gånger stål. It is the fiber with the highest specific strength and highest specific modulus among the high-performance fibers currently produced in large quantities, and has low density, corrosion resistance, high temperature resistance, friction resistance, fatigue resistance, high vibration attenuation, high electrical and thermal conductivity, low thermal and moisture expansion coefficient, high X-ray penetration, non-magnetic Men det har egenskaperna hos elektromagnetisk skärmningseffekt och är ett viktigt strategiskt material för utvecklingen av nationell försvar och militärindustri och nationell ekonomi. Det används ofta inom militärindustrin, flyg-, sportvaror, bilindustri, energiutrustning, medicinsk utrustning, ingenjörsmaskiner, transport, konstruktion och dess strukturella förstärkning.
Kolfiber kan klassificeras enligt olika dimensioner såsom föregångstyp, tillverkningsmetod och prestanda. Enligt typen av föregångare kan kolfiber klassificeras i polyakrylonitril (PAN) - baserad, asfalt - baserad och viskos - baserad kolfiber. Bland dem har polyakrylonitril - baserad kolfiber fördelarna med utmärkt färdig produktkvalitet, enkel process och utmärkta produktmekaniska egenskaper. Sedan tillkomsten på 1960 -talet har den snabbt ockuperat mainstream -positionen och står för mer än 90% av den totala kolfiber. För närvarande hänvisar kolfiber i allmänhet till Pan - baserad kolfiber.
According to the number of fibers, carbon fiber can be divided into small tows and large tows, and according to mechanical properties, polyacrylonitrile-based carbon fiber can be divided into four categories: high-strength type, high-strength medium model, high model, and high-strength high model. Liten dragkolfiber var initialt 1K, 3K och 6K och utvecklades gradvis till 12K och 24K. It is mainly used in high-tech fields such as national defense and military industry, as well as sports and leisure products, such as aircraft, missiles, rockets, satellites, fishing gear, golf clubs, tennis rackets, etc. Large tow carbon fiber usually refers to carbon fiber above 48K, including 48K, 60K, 80K, etc., which are mainly used in industrial fields, including textiles, medicine and health, Elektromekanisk, anläggningsteknik, transport och energi, etc.
Kolfiberkompositmaterial består av matrismaterial och kolfiberförstärkningsmaterial. Genom den ömsesidiga komplementeringen av matrismaterial och kolfiber i prestanda produceras en synergistisk effekt. Den omfattande prestanda för kolfiberkompositmaterial är bättre än för de ursprungliga komponentmaterialet och uppfyller olika krav. Kolfiberkompositmaterial har egenskaperna för lätt vikt, goda mekaniska egenskaper, flexibel strukturell design, justerbar prestanda, breda källor och låga kostnader. De spelar en viktig roll i utvecklingen av nationellt försvar och militär och har använts allmänt i olika flygplan, drönare, missiler, lanseringsfordon och satelliter.
I kolfiberkompositmaterial är matrismaterialet huvudsakligen harts - baserat och står för mer än 90% av marknadsandelen. Matrismaterialet är uppdelat i två kategorier: metall och icke - metall. Den vanligt använda metallmatrisen är aluminium, magnesium, koppar, titan och deras legeringar, och den icke - metallmatrisen är huvudsakligen syntetiskt harts, gummi, keramiskt, grafit, kol, etc. För närvarande är kolfiberkompositmaterial huvudsakligen harts - baserat kompositkomposit (CFRP) (CFRP) för mer än 900 -talet av kolfiber är huvudsakligen ärts - baserat kompositerat komposit (CFRP) (CFRP) för mer än 900 -talet.
2. Efter två utvecklingsvågor fortsätter applikationsfältet att expandera
Utvecklingen av kolfiber har sitt ursprung på 1950- och 1960 -talet. USA, Japan och Storbritannien var de första som utvecklade processer för kolfiber. 1958 uppvärmde Roger Bacon från Union Carbide Corporation i USA rayon i argon och av misstag kolfiber. Sedan dess har potentialen för kolfibermaterial gradvis erkänts. 1960 utvecklade Richard Millington från Hithompson Fiberglass Company (USA) en metod för att öka kolinnehållet i rayonfibrer till 99 wt%. På 1960 -talet ledde japanska och brittiska företag laboratorieteknologiutvecklingen av polyakrylonitril (PAN) - baserad kolfiberproduktion. 1959 producerade Akio Shindo från Osaka Institute of Engineering Technology i Japan framgångsrikt kolfiber med ett kolinnehåll på cirka 55 wt% med en låg - kostnadsmetod; Toray Industries of Japan Trial - producerade Pan Carbon Fiber 1964 och undertecknade ett licensavtal för PAN -processen med Osaka Institute of Engineering Technology 1970. W. Watt, LN Phillips och W. Johnson från Royal Aircraft Corporation of the United Kingdom ansökte om ett patent för kolfiberprocessen med hjälp av PAN Fibrers 1963; Därefter beviljade det nationella forsknings- och utvecklingsföretaget för Storbritannien licenser för processen till Rollsroyce, Morganite och Courtaulds.
Kolfiberkompositmaterialindustrin började på 1970- och 1980 -talet. I utvecklingen av kolfibertillverkningsteknik har USA, Storbritannien och Japan arbetat nära tillsammans. 1970 undertecknade Toray ett samarbetsavtal med Union Carbide Corporation i USA och erhöll karboniseringstekniken för Union Carbide Corporation i USA och Union Carbide Corporation i USA representerade Torays kolfiberprodukter. År 1971 etablerade Toray en 12 - ton kolfiberproduktionslinje och började producera T300 kolfiber och lanserade den första kommersiella kolfiberkompositprodukten - fiskespö 1972. Oljekrisen 1973 gjorde det brådskande för flygplan att minska vikten av fuselaget för att minska bränsleförbrukningen. Därefter började flygtillverkare som Boeing och Airbus utforska tillämpningen av kolfiberkompositer. 1982 började Boeing 757, Boeing 767 och Space Shuttle använda T300 kolfiber. CFRP har gått in i den tekniska tillämpningen av flygstrukturer, inklusive militära och civila flygplan. På 1980-talet, med en enda - -produktionskapacitet på 1 000 ton/år, har Toray i princip insett de flesta av sina befintliga produktserier, nämligen den tidiga T300, mitten av T1000 och T1000, och den senare M60J. Med den utbredda tillämpningen av kolfiberkompositer i flygplanskomponenter överskred Torays kumulativa kolfiberproduktion 10 000 ton år 1988.
Kolfiberkompositer har upplevt två vågor av efterfrågan, de första drivna av flyg- och rymdfältet. Den första appliceringsvågen av kolfiberkompositer dök upp på 1990- och 2000 -talet, då tillverkare av civila flygplan framgångsrikt och gradvis använde mer kolfiberkompositmaterial för att tillverka flygplanens flygkroppar, därmed uppfylla flygbolagens krav för att minska bränsleförbrukningen, minska CO2 -utsläpp och underhållskostnader, förlänga designlivslängden och minska verktyget och montera kostnader genom att integrera delar. 1990 användes Torays CFRP Prepreg av Boeing för den huvudsakliga flygkroppsstrukturen i Boeing 777. År 2003 lanserade Boeing Boeing 787 -projektet med hjälp av en stor mängd CFRP (50wt%) i flygkroppen och huvudstrukturen; 2005 lanserade Airbus A350 XWB -projektet, som också använde en stor mängd CFRP (53 WT%).
The second wave of demand for carbon fiber composites was driven by non-aerospace industries. Since the 2010s, the application of carbon fiber composites has expanded dramatically from aerospace to non-aerospace industrial uses, and is characterized by large quantities and low costs. In 2007, Zoltek cooperated with wind turbine OEM Vestas to use carbon fiber in wind turbine blades. Compared with blades made of glass fiber composites, the use of carbon fiber composites in 60-meter-long blades is expected to reduce weight by 38%, reduce costs by 14%, and extend blade life. In 2014, Toray acquired Zoltek, a world-leading supplier of large-tow (>50k) kolfiber och dess kolfiberproduktionskapacitet kommer att öka till 35 000 ton/år.