कार्बन फाइबर का अतीत और वर्तमान

कार्बन फाइबर का प्रारंभिक अन्वेषण: उद्भव और स्थिरता

कार्बन फाइबर की उत्पत्ति 1880 के दशक तक जाती है, जब इसका उपयोग एक फिलामेंट सामग्री के रूप में किया जाता था। थॉमस एडिसन और जोसेफ स्वान ने क्रमशः बांस और कपास के धागे से बने कार्बन फिलामेंट का पेटेंट कराया। हालाँकि, टंगस्टन फिलामेंट बल्बों के व्यापक प्रचलन के साथ, कार्बन फिलामेंट कम दक्षता और छोटे जीवनकाल के कारण प्रतिस्थापित हो गए, जिसके परिणामस्वरूप उसके बाद के दशकों तक कार्बन फाइबर तकनीक के विकास में लगभग स्थिरता आ गई।

द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान, यूनियन कार्बाइड ने रेयॉन का पूर्ववर्ती के रूप में उपयोग करते हुए कार्बन फाइबर पर अनुसंधान आरंभ किया और 1958 में उच्च-तापमान ग्रेफाइटीकरण के माध्यम से रॉकेट नोजल और ऊष्मा रक्षक परीक्षणों के लिए उपयोग किए जा सकने वाले कार्बन फाइबर के कपड़े का उत्पादन किया। हालाँकि, अनुकूलित खिंचाव प्रक्रियाओं की कमी के कारण, इसके यांत्रिक गुण खराब थे, जिससे व्यावसायिक अनुप्रयोग सीमित रहे।

1960 के दशक: बहुराष्ट्रीय प्रतिस्पर्धा और तकनीकी उपलब्धियाँ

1960 के दशक की शुरुआत में, जापान, संयुक्त राज्य अमेरिका और यूनाइटेड किंगडम ने उच्च-शक्ति, उच्च-मॉड्यूलस कार्बन फाइबर पर लगभग एक साथ अनुसंधान आरंभ किया। 1960 में, अमेरिकी वैज्ञानिक आर. बेकन ने दबाव आर्क विधि का उपयोग करके ग्रेफाइट व्हिस्कर्स का उत्पादन किया; हालाँकि इसे व्यावसायिक रूप से नहीं अपनाया गया, लेकिन इसने अमेरिकी वायु सेना का ध्यान आकर्षित किया। उसी वर्ष, जापान के MITI ने पॉलीएक्राइलोनिट्राइल (PAN) आधारित कार्बन फाइबर विकसित करने के लिए टोराय और निप्पॉन कार्बन जैसी कंपनियों के साथ सहयोगात्मक अनुसंधान कार्यक्रम आरंभ किया। अकिओ शिंडो ने 1961 में रेयॉन-आधारित कार्बन फाइबर के प्रदर्शन से तीन गुना बेहतर नमूने तैयार करने के परिणाम प्रकाशित किए, लेकिन पश्चिमी शैक्षणिक जगत में इसे कम ध्यान दिया गया।

यूके के रॉयल एयरक्राफ्ट एस्टेब्लिशमेंट (RAE) ने 1963 में अनुसंधान आरंभ किया और जापान की उपलब्धि के बारे में जानने के बाद विकास को तेज कर दिया। उपलब्धि, छह महीने के भीतर दोगुना प्रदर्शन वाली पैन-आधारित कार्बन फाइबर प्रक्रिया विकसित करना। प्रमुख सफलताओं में आणविक अभिविन्यास को बढ़ाने के लिए ऑक्सीकरण के दौरान पीएएन पूर्ववर्ती को खींचना, ऊष्मा उपचार प्रक्रियाओं को अनुकूलित करना और फाइबर-राल बंधन में सुधार के लिए एक विद्युत रासायनिक ऑक्सीकरण विधि विकसित करना शामिल था। इस प्रौद्योगिकी को तीन ब्रिटिश कंपनियों—कोर्टॉल्ड्स, मॉर्गन क्रूसिबल और रोल्स-रॉयस को लाइसेंस प्रदान किया गया।

रोल्स-रॉयस ने आरबी211 इंजन की पंखुड़ियों के लिए कार्बन फाइबर का उपयोग किया, लेकिन पक्षी संघट्ट परीक्षण के दौरान विफलता ने कंपनी के दिवालिया होने में योगदान दिया, जिससे यूके कार्बन फाइबर उद्योग को गंभीर नुकसान पहुँचा। इस बीच, जापान की टोरेय ने 1971 में टोरेयका टी300 कार्बन फाइबर पेश किया, जो प्रथम पीढ़ी के कंपोजिट्स के लिए एक आधारभूत सामग्री बन गई और प्रौद्योगिकी विनिमय समझौतों के माध्यम से वैश्विक बाजार में प्रवेश किया।

1970–1989: अनुप्रयोग विस्तार और लागत में कमी

1970 के दशक में शुरू होकर, कार्बन फाइबर के उपयोग धीरे-धीरे एयरोस्पेस से लेकर खेल उपकरण और औद्योगिक क्षेत्रों तक फैल गए। जैसे-जैसे प्रक्रियाओं में विकास हुआ, इसकी उत्पादन लागत 1970 में 200 रुपये प्रति किलोग्राम से घटकर 1980 में 20–80 रुपये प्रति किलोग्राम हो गई। जापानी कंपनियों ने तकनीकी अनुकूलन और क्षमता विस्तार का लाभ उठाते हुए प्रभुत्व प्राप्त किया। टोराय और तोहो रेयोन जैसी कंपनियों ने गोल्फ क्लब और मछली पकड़ने की छड़िंयों जैसे उपभोक्ता बाजारों में कार्बन फाइबर को सफलतापूर्वक बढ़ावा दिया।

1980 के दशक में, बोइंग 757/767 जैसे विमानों की द्वितीयक संरचनाओं में कार्बन फाइबर का उपयोग किया गया। 1987 में अमेरिकी रक्षा विभाग की आवश्यकता थी कि कार्बन फाइबर और पूर्ववर्तियों का 50% उत्पादन घरेलू स्तर पर हो, जिससे घरेलू निवेश की एक लहर आई, लेकिन बाद में अत्यधिक क्षमता की स्थिति उत्पन्न हो गई। जापानी फर्मों ने संयुक्त उद्यमों और कारखानों की स्थापना के माध्यम से अपनी वैश्विक उपस्थिति को गहरा किया, और लगभग 1980 के दशक के अंत तक वैश्विक कार्बन फाइबर उत्पादन का लगभग आधा हिस्सा अपने पास कर लिया।

1990 के दशक: शीत युद्ध के बाद की चुनौतियाँ और रूपांतरण

शीत युद्ध के अंत ने रक्षा आदेशों में तेजी से कमी को जन्म दिया, जिससे 1990–1991 के बीच अमेरिकी कार्बन फाइबर की मांग लगभग 60% तक गिर गई, जिससे कई निर्माताओं को उत्पादन बंद करने या बाजार से बाहर होने के लिए मजबूर होना पड़ा। इसके विपरीत, जापानी कंपनियों ने इस प्रवृत्ति के खिलाफ क्षमता का विस्तार किया और यूरोप व अमेरिका में संयंत्रों का अधिग्रहण करके अपनी वैश्विक स्थिति को मजबूत किया। 1993 में, क्लिंटन प्रशासन ने टेक्नोलॉजी रीइन्वेस्टमेंट प्रोजेक्ट (TRP) शुरू किया, जिसने नागरिक बुनियादी ढांचे और एयरोस्पेस में कंपोजिट्स के अनुप्रयोग का समर्थन किया, जिससे अमेरिकी उद्योग की धीमी गति से वसूली में मदद मिली।

इसी समय, पवन टरबाइन ब्लेड और ऑटोमोटिव घटकों जैसे औद्योगिक क्षेत्रों में कार्बन फाइबर के उपयोग में वृद्धि हुई, जबकि थर्मोप्लास्टिक कंपोजिट्स और पिच-आधारित कार्बन फाइबर जैसी नई तकनीकों ने उद्योग में नई गति प्रदान की।

1990–1995: उथल-पुथल भरा समायोजन और परिदृश्य का पुनर्गठन

इस अवधि के दौरान वैश्विक कार्बन फाइबर की वार्षिक बिक्री लगभग 8,000 टन थी, लेकिन क्षेत्रीय मांग की संरचना में काफी भिन्नता थी: अमेरिकी बाजार में एयरोस्पेस का प्रभुत्व था, जबकि एशिया में खेल के सामान का नेतृत्व था। अमेरिकी रक्षा बजट में कटौती के कारण गंभीर अतिरिक्त क्षमता हो गई; 1991 तक राष्ट्रीय क्षमता का आधा हिस्सा निष्क्रिय था, और कोर्टॉल्ड्स और बीएएसएफ जैसी कंपनियों ने बाजार छोड़ दिया।

जापानी कंपनियाँ विस्तार करती रहीं, जिसमें टोराय और मित्सुबिशी रेयॉन जैसी फर्मों ने यूरोपीय और अमेरिकी बाजारों में विलय और अधिग्रहण के माध्यम से प्रवेश किया। 1995 तक, जापान वैश्विक कार्बन फाइबर क्षमता का 62% हिस्सा अपने नियंत्रण में कर चुका था, जिससे स्पष्ट बढ़त स्थापित हो गई।

उबरना और नए संभावनाएँ

1995 के बाद, सिविल एविएशन विमानों में हल्की सामग्री की बढ़ती मांग और पवन ऊर्जा तथा खेल सामग्री बाजारों में निरंतर वृद्धि के साथ, वैश्विक कार्बन फाइबर उद्योग धीरे-धीरे स्थिर हुआ। टीआरपी परियोजना का उपयोग करके तकनीकी लागत कम करने वाली अमेरिकी कंपनियाँ वृद्धि के पथ पर लौट आईं; स्थानीय संस्थाओं के बाहर निकल जाने के बाद यूरोप विदेशी निवेश पर अधिक निर्भर हो गया। भविष्य में, इलेक्ट्रिक वाहनों और नई ऊर्जा जैसे उभरते क्षेत्रों में हल्की सामग्री की मांग बढ़ने के साथ, कार्बन फाइबर के उपयोग की संभावना अधिक व्यापक होने की उम्मीद है।

निष्कर्ष

कार्बन फाइबर का एक प्रयोगशाला सामग्री से लेकर कई क्षेत्रों में प्रमुख कच्चे माल तक का सफर प्रौद्योगिकीय उपलब्धियों, बाजार में उतार-चढ़ाव और अंतरराष्ट्रीय प्रतिस्पर्धा से गुजरा। जापान ने लगातार प्रौद्योगिकी में निवेश और बाजार विस्तार के माध्यम से अग्रणी स्थिति हासिल की, अमेरिका नीतिगत सहायता के साथ धीरे-धीरे प्रतिस्पर्धात्मकता पुनः प्राप्त कर रहा है, और यूरोप संरचनात्मक समायोजन का सामना कर रहा है। भविष्य में, लागत में कमी और नए अनुप्रयोग संदर्भ उभरने के साथ, कार्बन फाइबर को हरित ऊर्जा, परिवहन और अन्य क्षेत्रों में अधिक महत्वपूर्ण भूमिका निभाने की संभावना है।

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