Prošlost i sadašnjost karbonskih vlakana

Sep 23, 2025

Rano istraživanje ugljičnih vlakana: pojava i zastoj

Porijeklo ugljičnih vlakana seže do 1880-ih godina, kada su se koristila kao materijal za nit. Thomas Edison i Joseph Swan patentirali su ugljične niti izrađene od bambusa, odnosno pamučne niti. Međutim, s uvođenjem volframnih žarnih niti, ugljične niti su zamijenjene zbog lošije učinkovitosti i kraćeg vijeka trajanja, što je dovelo do gotovo potpunog zaustavljanja razvoja tehnologije ugljičnih vlakana u narednim decenijama.

Tijekom Drugog svjetskog rata, tvrtka Union Carbide započela je istraživanje ugljičnih vlakana koristeći rajon kao preteču i 1958. godine proizvela tkaninu od ugljičnih vlakana pogodnu za testiranje raketnih mlaznjaka i toplinskih štitova putem visokotemperaturne grafitizacije. Međutim, zbog nedostatka optimiziranih procesa istezanja, mehanička svojstva bila su loša, što je ograničilo komercijalnu primjenu.

1960-ih: Natjecanje više zemalja i tehnološki proboji

U ranim 1960-ima, Japan, Sjedinjene Američke Države i Ujedinjeno Kraljevstvo gotovo istovremeno su započeli istraživanje visokoj čvrstoći i visokom modulu karbonskih vlakana. Godine 1960., američki znanstvenik R. Bacon proizveo je grafitne brkove metodom električnog luka pod tlakom; iako nije komercijalizirano, privuklo je pozornost američkog ratnog zrakoplovstva. Istu godinu, japanski MTI pokrenuo je zajednički istraživački program s tvrtkama poput Toraya i Nippon Carbona kako bi razvili karbonska vlakna na bazi poliakrilonitrila (PAN). Akio Šindo objavio je rezultate 1961., proizvodeći uzorke s tri puta boljim svojstvima od karbonskih vlakana na bazi celuloze, ali to je privuklo malo pozornosti zapadnoj akademskoj javnosti.

Britanski Kraljevski zavod za zrakoplovnu tehnologiju (RAE) započeo je istraživanje 1963. godine i ubrzao razvoj nakon što je saznao o japanskim Dostignućima, razvijajući PAN-bazirani proces proizvodnje ugljičnih vlakana s dvostruko većom izvedbom unutar šest mjeseci. Ključni proboji uključivali su istezanje PAN prethodnika tijekom oksidacije radi poboljšanja molekularne orijentacije, optimizaciju postupaka toplinske obrade te razvoj elektrolitičke oksidacijske metode za poboljšanje prianjanja vlakana na smolu. Ova tehnologija licencirana je trima britanskim tvrtkama: Courtaulds, Morgan Crucible i Rolls-Royce.

Rolls-Royce je koristio ugljična vlakna za lopatice motora RB211, ali neuspjeh tijekom testova sudara s pticama pridonio je bankrotu tvrtke, što je ozbiljno utjecalo na britansku industriju ugljičnih vlakana. U međuvremenu, japanski Toray je 1971. uveo Torayca T300 ugljična vlakna, koja su postala osnovni materijal za kompozite prve generacije i stupila na globalno tržište putem sporazuma o razmjeni tehnologije.

1970.–1989.: Proširenje primjene i smanjenje troškova

Od 1970-ih godina primjena ugljičnih vlakana postupno se proširila s aerokosmičke industrije na sportsku opremu i industrijska područja. Kako su procesi napredovali, trošak proizvodnje smanjio se s 200 funti po kg 1970. na 20–80 funti po kg 1980. godine. Japanske kompanije, iskorištavajući tehnološku optimizaciju i proširenje kapaciteta, stekle su dominaciju. Kompanije poput Toraya i Toho Rayon uspješno su promovirale ugljična vlakna na potrošačkim tržištima, kao što su golfski štapovi i udice za ribolov.

U 1980-ima ugljična vlakna korištena su u sekundarnim strukturama zrakoplova poput Boeinga 757/767. Zahtjev američkog Ministarstva obrane iz 1987. godine, koji je odredio 50% domaću proizvodnju ugljičnih vlakana i prethodnika, pokrenuo je val domaćih ulaganja, ali je kasnije dovelo do prekomjernih kapaciteta. Japanske tvrtke dodatno su proširile svoj globalni domet putem zajedničkih poduzeća i izgradnje tvornica, pri čemu su na kraju 1980-ih obuhvatile gotovo polovicu svjetske proizvodnje ugljičnih vlakana.

1990-ih: Izazovi i transformacija nakon Hladnog rata

Kraj hladnog rata doveo je do oštre smanjenja vojnih narudžbi, uslijed čega je potražnja za ugljičnim vlaknima u SAD-u pala otprilike 60% između 1990. i 1991. godine, što je prisililo mnoge proizvođače da prekinu proizvodnju ili napuste tržište. Naprotiv, japanske kompanije proširile su kapacitete nasuprot trendu i jačale svoj globalni položaj stjecanjem pogona u Europi i Americi. Godine 1993., administracija Klintona pokrenula je Projekt reinvesticije tehnologije (TRP), koji je podržavao primjenu kompozita u građevinarstvu i zrakoplovstvu, pružajući pomoć postupnom oporavku američke industrije.

U isto vrijeme, upotreba ugljičnih vlakana rasla je u industrijskim sektorima poput lopatica vjetroelektrana i automobilskih dijelova, dok su nove tehnologije poput termoplastičnih kompozita i kompozita na bazi smole dale novi zamah industriji.

1990.–1995.: Burna prilagodba i preoblikovanje tržišta

Globalne godišnje prodaje ugljičnih vlakana u ovom razdoblju iznosile su otprilike 8.000 tona, ali struktura potražnje po regijama znatno se razlikovala: tržište SAD-a dominiralo je zrakoplovstvom, dok je Aziju vodila sportska oprema. Smanjenja američkog obrambenog budžeta uzrokovala su ozbiljnu prekomjernu proizvodnju; do 1991. godine polovica nacionalnog kapaciteta bila je neiskorištena, a tvrtke poput Courtaulds i BASF napustile su tržište.

Japanske tvrtke nastavile su s proširenjem, pri čemu su poduzeća poput Toraya i Mitsubishi Rayon ulazila na europska i američka tržišta putem spajanja i prikupljanja. Do 1995. godine Japan je kontrolirao 62% globalnog kapaciteta ugljičnih vlakana, uspostavivši jasnu prednost.

Oporavak i nove perspektive

Nakon 1995., s povećanim potražnjama za laganim materijalima u građevinskoj zrakoplovnoj tehnici i stalnim rastom tržišta vjetrenjača i sportske opreme, globalna industrija ugljičnih vlakana postupno se oporavila. Američke tvrtke, iskorištavajući TRP projekt za smanjenje tehničkih troškova, vratile su se na stazu rasta; Europa je postala više ovisna o stranom ulaganju nakon lokalnog izlaska. U budućnosti, s rastućom potražnjom za laganim materijalima u novim područjima poput električnih vozila i novih oblika energije, očekuje se da će ugljična vlakna pronaći širu primjenu.

Zaključak

Put ugljičnih vlakana od laboratorijskog materijala do ključnog sirovog materijala u više područja uključivao je tehnološka otkrića, tržišne fluktuacije i međunarodnu konkurenciju. Japan je uspostavio vodeći položaj kroz kontinuirana ulaganja u tehnologiju i proširenje tržišta, SAD su postupno povratili svoju konkurentnost uz pomoć političke podrške, dok je Europa prolazila kroz strukturalne prilagodbe. U budućnosti, kako se troškovi smanjuju i pojavljuju nova područja primjene, ugljična vlakna će imati sve važniju ulogu u zelenoj energiji, prometu i drugim područjima.

Iskorištavanje stoljeća znanosti o materijalima, jačanje današnjih temelja

Od znanstvenog istraživanja u 19. stoljeću do današnjih najnaprednijih primjena širom svijeta, razvoj ugljičnih vlakana je povijest neumornog teženja čvrstoći i laganoći. Mi poštujemo tu posvećenost i utkivamo je u svako vlakno koje proizvodimo.

Dr. Ojačanje duboko razumije baštinu i inovaciju tehnologije ugljičnih vlakana. Posjedujemo modernu proizvodnu bazu od 8.000 četvornih metara, ali i snažnu sposobnost proizvodnje 50.000 tona tkanine od ugljičnih vlakana dnevno. To osigurava stabilna i pouzdana ojačanja za milijune korisnika diljem svijeta, od velikih infrastrukturnih projekata do poboljšanja sigurnosti u stambenim zgradama.

Cijela naša proizvodna linija sukladna je s Međunarodnim kvalitetnim sustavom ISO-9001 i Certifikacijom CE EU , ispunjavajući svjetske standarde. Tržište je konačni test — činjenica da gotovo polovica naših kupaca ponovno kupuje upravo naše proizvode najjači je dokaz naše obveze „apsolutno jamčene kvalitete“.