Прошлое и настоящее углеродного волокна

Раннее исследование углеродного волокна: зарождение и застой

Истоки углеродного волокна восходят к 1880-м годам, когда оно использовалось в качестве материала для нитей накаливания. Томас Эдисон и Джозеф Суон запатентовали углеродные нити, изготовленные из бамбука и хлопковой нити соответственно. Однако с распространением ламп с вольфрамовыми нитями накаливания углеродные нити были вытеснены из-за их более низкой эффективности и срока службы, что привело к почти полному застою в развитии технологии углеродного волокна на протяжении нескольких последующих десятилетий.

Во время Второй мировой войны компания Union Carbide начала исследования в области углеродного волокна, используя вискозу в качестве прекурсора, и в 1958 году получила ткань из углеродного волокна, пригодную для испытаний сопел ракет и тепловых экранов, путем высокотемпературной графитации. Однако из-за отсутствия оптимизированных процессов вытяжки его механические свойства были невысокими, что ограничивало коммерческое применение.

1960-е годы: конкуренция между несколькими странами и технологические прорывы

В начале 1960-х годов Япония, Соединённые Штаты и Великобритания почти одновременно начали исследования по созданию высокопрочных и высокомодульных углеродных волокон. В 1960 году американский учёный Р. Бэкон получил графитовые усы методом дугового разряда под давлением; хотя этот метод не был коммерциализирован, он привлёк внимание ВВС США. В том же году японское министерство MITI запустило совместную исследовательскую программу с такими компаниями, как Toray и Nippon Carbon, для разработки углеродного волокна на основе поливинилнитрила (PAN). Акио Синдо опубликовал результаты в 1961 году, представив образцы с производительностью, в три раза превышающей показатели углеродного волокна на основе вискозы, однако эти результаты не получили широкого признания в западной научной среде.

Британский Королевский авиастроительный институт (RAE) начал исследования в 1963 году и ускорил разработку после получения информации о японских Достижениях, разработка процесса получения углеродного волокна на основе ПАН с удвоенными характеристиками в течение шести месяцев. Ключевые прорывы включали растяжение ПАН-прекурсора в процессе окисления для улучшения молекулярной ориентации, оптимизацию процессов термообработки и разработку метода электролитического окисления для улучшения сцепления волокна с смолой. Эта технология была лицензирована трем британским компаниям: Courtaulds, Morgan Crucible и Rolls-Royce.

Rolls-Royce использовала углеродное волокно для лопаток двигателя RB211, однако их разрушение при испытаниях на удар птицы способствовало банкротству компании, что серьезно повлияло на британскую индустрию углеродного волокна. Тем временем японская компания Toray представила в 1971 году углеродное волокно Torayca T300, которое стало базовым материалом для композитов первого поколения и вышло на мировой рынок благодаря соглашениям о передаче технологий.

1970–1989: Расширение областей применения и снижение стоимости

Начиная с 1970-х годов, сфера применения углеродных волокон постепенно расширялась от аэрокосмической промышленности до товаров для спорта и промышленных областей. По мере совершенствования технологий стоимость их производства снизилась с 200 фунтов стерлингов за кг в 1970 году до 20–80 фунтов стерлингов за кг в 1980 году. Японские компании, используя технологическую оптимизацию и расширение мощностей, завоевали доминирующее положение. Такие компании, как Toray и Toho Rayon, успешно продвигали углеродные волокна на потребительском рынке, например, в производстве клюшек для гольфа и удочек.

В 1980-х годах углеродные волокна использовались в второстепенных конструкциях таких самолетов, как Boeing 757/767. В 1987 году требование Министерства обороны США, предписывающее производить 50% углеродных волокон и прекурсоров на территории страны, вызвало волну внутренних инвестиций, но впоследствии привело к избыточным мощностям. Японские фирмы расширили своё присутствие на мировом уровне через совместные предприятия и строительство заводов, обеспечив к концу 1980-х годов почти половину мирового производства углеродных волокон.

1990-е годы: Вызовы после окончания Холодной войны и трансформация

Окончание Холодной войны привело к резкому сокращению оборонных заказов, в результате чего спрос на углеродное волокно в США упал примерно на 60% в период между 1990–1991 годами, что вынудило многих производителей прекратить производство или выйти с рынка. В отличие от этого, японские компании расширили производственные мощности вопреки тенденции и укрепили свои глобальные позиции, приобретая предприятия в Европе и Америке. В 1993 году администрация Клинтона запустила Проект перераспределения технологий (TRP), поддержав применение композитов в гражданской инфраструктуре и аэрокосмической отрасли, что способствовало постепенному восстановлению американской промышленности.

Одновременно использование углеродного волокна расширялось в промышленных секторах, таких как лопасти ветровых турбин и автомобильные компоненты, а новые технологии, такие как термопластичные композиты и углеродные волокна на основе пека, придали отрасли новый импульс.

1990–1995: Бурная корректировка и изменение рыночного ландшафта

Глобальные годовые продажи углеродного волокна в этот период составляли около 8000 тонн, однако структура спроса по регионам значительно различалась: на рынке США доминировала аэрокосмическая отрасль, тогда как в Азии лидерство принадлежало товарам для спорта. Сокращение оборонного бюджета США привело к серьезному избыточному производству; к 1991 году половина национальных мощностей простаивала, а такие компании, как Courtaulds и BASF, покинули рынок.

Японские компании продолжали расширяться, выходя на европейские и американские рынки с помощью слияний и поглощений — такие фирмы, как Toray и Mitsubishi Rayon. К 1995 году Япония контролировала 62% мировых производственных мощностей по выпуску углеродного волокна, завоевав явное преимущество.

Восстановление и новые перспективы

После 1995 года, с ростом спроса на легкие материалы в гражданской авиации, а также с продолжением расширения рынков ветроэнергетики и спортивных товаров, мировая индустрия углеродных волокон постепенно восстановилась. Американские компании, используя проект TRP для снижения технических затрат, вернулись к траектории роста; Европа стала более зависимой от иностранных инвестиций после ухода местных игроков. В будущем, с ростом спроса на легкие материалы в новых сферах, таких как электромобили и новые источники энергии, ожидается расширение областей применения углеродных волокон.

Заключение

Путь углеродного волокна от лабораторного материала до ключевого сырья в различных областях включал технологические прорывы, колебания рынка и международную конкуренцию. Япония заняла лидирующие позиции благодаря непрерывным технологическим инвестициям и расширению рынков, США постепенно восстановили свою конкурентоспособность благодаря государственной поддержке, а Европа столкнулась со структурной перестройкой. В будущем, по мере снижения затрат и появления новых сфер применения, углеродное волокно будет играть более важную роль в таких областях, как зелёная энергетика и транспорт.

Используя столетний опыт материаловедения, укрепляем основы сегодняшнего дня

От научных исследований XIX века до современных передовых применений по всему миру, эволюция углеродного волокна — это история неустанного стремления к прочности и лёгкости. Мы чтим эту преданность и вкладываем её в каждое производимое нами волокно.

Д-р Арматура глубоко понимает наследие и инновации технологии углеродного волокна. У нас не только есть современная производственная база площадью 8000 квадратных метров, но и мощная производственная мощность — 50 000 тонн ткани из углеродного волокна в день. Это обеспечивает стабильные и надежные решения для армирования миллионов клиентов по всему миру — от крупных инфраструктурных проектов до улучшения безопасности жилых зданий.

Вся наша продуктовая линейка соответствует Международной системе качества ISO-9001 и Сертификации CE ЕС , соответствует мировым стандартам. Рынок — это окончательное испытание: повторные покупки почти половиной наших клиентов являются самым весомым подтверждением нашего обещания «качество гарантировано».

Выбирая Dr. Reinforcement, вы выбираете:

Глубокое техническое наследие: Мы находимся в авангарде материаловедения, позволяя истории Накапливаться до и усиливать ваши проекты.

Надежность и достоверность: Международные двойные сертификаты обеспечивают спокойствие при каждом усилении.

Многократно доказанное превосходство: Миллионы клиентов по всему миру и коэффициент повторных покупок, близкий к 50 %, свидетельствуют о доверии.

Какие бы задачи ни стояли перед вашим проектом, компания Dr. Reinforcement предлагает решение на основе углеволоконного материала, обеспечивающее самую надежную поддержку.

Свяжитесь с Dr. Reinforcement уже сегодня, и мы придадим вашему проекту непоколебимую прочность благодаря нашим возможностям!

Эл. почта: [email protected]

Whatsapp:86 19121157199