Minulost a současnost uhlíkových vláken

Sep 23, 2025

Počáteční výzkum uhlíkových vláken: Nástup a stagnace

Původ uhlíkových vláken sahá do 80. let 19. století, kdy byly použity jako materiál pro vlákna. Thomas Edison a Joseph Swan si nechali patentovat uhlíková vlákna vyrobená z bambusu respektive bavlněného vlákna. S rozšířením žárovek se wolframovým vláknem však byla uhlíková vlákna nahrazena kvůli nižší účinnosti a kratší životnosti, což vedlo k téměř desetiletí trvající stagnaci ve vývoji technologie uhlíkových vláken.

Během druhé světové války začala společnost Union Carbide výzkum uhlíkových vláken s využitím viskózy jako prekurzoru a v roce 1958 vyrobila uhlíkové vlákno ve formě tkáně, které bylo použitelné pro testy trysky raket a tepelných štítů, a to prostřednictvím grafizace při vysoké teplotě. Kvůli absenci optimalizovaného protahovacího procesu však mělo špatné mechanické vlastnosti, což omezilo jeho komerční uplatnění.

60. léta 20. století: Mezinárodní soutěž a technologické průlomy

Na počátku 60. let 20. století téměř současně zahájily výzkum uhlíkových vláken s vysokou pevností a vysokým modulem pružnosti Japonsko, Spojené státy a Spojené království. V roce 1960 americký vědec R. Bacon vyrobil grafitové whiskery metodou tlakového oblouku; i když nebyly komercializovány, upoutaly pozornost amerického letectva. Ve stejném roce japonské ministerstvo obchodu a průmyslu (MITI) zahájilo společný výzkumný program s firmami jako Toray a Nippon Carbon, zaměřený na vývoj polyakrylonitrilových (PAN) uhlíkových vláken. Akio Shindo publikoval v roce 1961 výsledky, při kterých dosáhl vzorků s trojnásobným výkonem oproti uhlíkovým vláknům na bázi celulózy, avšak tento výsledek nevyvolal ve západní akademické obci velký ohlas.

Výzkum v Královském leteckém ústavu (RAE) ve Spojeném království byl zahájen v roce 1963 a po získání informací o japonském Úspěchu byl urychlen vyvíjel proces výroby uhlíkových vláken na bázi PAN s dvojnásobným výkonem během šesti měsíců. Klíčové průlomy zahrnovaly protažení PAN prekurzoru během oxidace za účelem zlepšení molekulární orientace, optimalizaci procesů tepelného zpracování a vývoj elektrolytické oxidační metody pro zlepšení spojení vlákna s pryskyřicí. Tato technologie byla licencována třem britským společnostem: Courtaulds, Morgan Crucible a Rolls-Royce.

Rolls-Royce použil uhlíková vlákna pro lopatky motoru RB211, ale selhání při testech nárazu ptáka přispělo k bankrotu společnosti, což vážně ovlivnilo britský průmysl uhlíkových vláken. Mezitím Japonsko firma Toray představila v roce 1971 uhlíková vlákna Torayca T300, která se stala základním materiálem pro kompozity první generace a vstoupila na globální trh prostřednictvím dohod o technologické spolupráci.

1970–1989: Rozšíření aplikací a snižování nákladů

Od 70. let se postupně rozšiřovaly aplikace uhlíkových vláken od leteckého průmyslu až po sportovní potřeby a průmyslové obory. S pokrokem výrobních procesů klesla cena uhlíkových vláken z 200 liber za kg v roce 1970 na 20–80 liber za kg v roce 1980. Japonské společnosti, které využily technologické optimalizace a rozšíření kapacit, získaly dominantní postavení. Firmy jako Toray a Toho Rayon úspěšně prosadily uhlíková vlákna na spotřebitelských trzích, například u golfových holek a udic.

V 80. letech byla uhlíková vlákna použita ve sekundárních konstrukcích letadel, jako byly Boeing 757/767. V roce 1987 americké ministerstvo obrany stanovilo požadavek, podle kterého muselo být 50 % uhlíkových vláken a jejich prekurzorů vyrobeno doma, což vyvolalo vlnu domácích investic, ale později vedlo k přebytku kapacity. Japonské firmy rozšířily svou globální působnost prostřednictvím společných podniků a zakládání továren a ke konci 80. let tvořily téměř polovinu celosvětové výroby uhlíkových vláken.

90. léta: Výzvy a transformace po skončení studené války

Konec studené války vedl k prudkému snížení objednávek v obranném průmyslu, což způsobilo pokles poptávky po uhlíkových vláknech ve Spojených státech o přibližně 60 % mezi lety 1990–1991 a donutilo mnoho výrobců zastavit výrobu nebo opustit trh. Naopak japonské společnosti rozšiřovaly svou kapacitu proti tomuto trendu a posilovaly svou globální pozici zakoupením závodů v Evropě a Americe. V roce 1993 zahájila administrativa prezidenta Clintona projekt Technology Reinvestment Project (TRP), který podporoval využití kompozitních materiálů v civilní infrastruktuře a leteckém průmyslu, čímž pomohl postupnému oživení amerického průmyslu.

Současně se rozšířilo využití uhlíkových vláken v průmyslových odvětvích, jako jsou lopatky větrných turbín a automobilové součásti, zatímco nové technologie, jako jsou termoplastické kompozity a uhlíková vlákna na bázi smol, dodaly průmyslu nový impuls.

1990–1995: Neklidné období úprav a přeskupování trhu

Celosvětové roční prodeje uhlíkových vláken v tomto období činily přibližně 8 000 tun, ale regionální struktury poptávky se výrazně lišily: trh ve Spojených státech ovládalo letecké a kosmické průmysly, zatímco v Asii vedly sportovní potřeby. Škrty ve vojenském rozpočtu USA způsobily vážné přebytky kapacit; již v roce 1991 byla polovina celonárodních kapacit nevyužita a společnosti jako Courtaulds a BASF trh opustily.

Japonské společnosti nadále expandovaly, přičemž firmy jako Toray a Mitsubishi Rayon vstupovaly na evropské a americké trhy prostřednictvím fúzí a akvizic. Do roku 1995 Japonsko kontrolovalo 62 % celosvětových kapacit uhlíkových vláken a získalo tak jasnou výhodu.

Obnova a nové vyhlídky

Po roce 1995, s rostoucí poptávkou po lehkých materiálech v občanské letecké dopravě a s pokračujícím růstem trhů pro větrnou energii a sportovní potřeby, se celosvětový průmysl uhlíkových vláken postupně zotavoval. Společnosti ve Spojených státech, které využily projekt TRP ke snížení technických nákladů, se vrátily na růstovou trať; Evropa se po odchodu místních subjektů stala více závislou na zahraničních investicích. V budoucnu, s rostoucí poptávkou po lehkých materiálech v nových oblastech, jako jsou elektrická vozidla a nové formy energie, lze očekávat širší uplatnění uhlíkových vláken.

Závěr

Cestování uhlíkových vláken z laboratorního materiálu k klíčové surovině v mnoha oblastech zahrnovalo technologické průlomy, kolísání trhu a mezinárodní konkurenci. Japonsko si díky nepřetržitému investování do technologií a rozšiřování trhu vybudovalo vedoucí postavení, Spojené státy postupně znovu získaly konkurenceschopnost díky podpoře politiky a Evropa čelila strukturálním úpravám. V budoucnu, jak budou klesat náklady a objevovat se nové aplikační scénáře, uhlíková vlákna budou hrát důležitější roli v oblasti zelené energie, dopravy a dalších odvětvích.

Využíváme století vývoje vědy o materiálech, posilujeme současné základy

Od vědeckého zkoumání ve 19. století až po dnešní špičkové aplikace po celém světě, vývoj uhlíkových vláken představuje historii neúnavného usilování o pevnost a lehkost. Tuto oddanost ctíme a vtékáme ji do každého vlákna, které vyrábíme.

Dr. Zesílení hluboce rozumí dědictví a inovacím technologie uhlíkových vláken. Kromě vlastnictví moderního výrobního areálu o rozloze 8 000 čtverečních metrů disponujeme také kapacitou vyrábět denně 50 000 tun uhlíkové tkaniny. To zajišťuje stabilní a spolehlivá vyztužovací řešení pro miliony zákazníků po celém světě, od velkých infrastrukturních projektů až po zlepšení bezpečnosti rodinných domů.

Celá naše produktová řada splňuje Mezinárodní systém kvality ISO-9001 a Certifikaci CE EU , což odpovídá světovým standardům. Trh je největším testem – skoro poloviční podíl opakovaných nákupů od našich zákazníků je nejsilnějším potvrzením našeho slibu „garantované kvality“.