Kolvarmets förflutna och nutid

Sep 23, 2025

Den tidiga utforskningen av kolfiber: Uppblomstran och stagnation

Ursprunget till kolfiber kan spåras till 1880-talet, då det användes som filamentmaterial. Thomas Edison och Joseph Swan tog patent på kolfilament tillverkade av bambu respektive bomullstråd. Men med spridningen av glödlampor med wolframtråd ersattes kolfilamenten på grund av sämre verkningsgrad och kortare livslängd, vilket ledde till nästan fullständig stagnation i utvecklingen av kolfiberteknologi under följande decennier.

Under andra världskriget började Union Carbide forskning kring kolfiber med rayon som precursor och producerade 1958 ett kolfiberflams som kunde användas vid tester av raketmunstycken och värmesköldar genom högtemperaturgrafitisering. På grund av brist på optimerade sträckprocesser var dock de mekaniska egenskaperna dåliga, vilket begränsade kommersiella tillämpningar.

1960-talet: Flernationell konkurrens och teknologiska genombrott

I början av 1960-talet startade Japan, USA och Storbritannien nästan samtidigt forskning kring höghållfast, högmodulärt kolfiber. År 1960 framställde den amerikanske forskaren R. Bacon grafithår med en tryckbågsmetod; även om det inte kom att kommersialiseras drog det uppmärksamhet från USA:s flygvapen. Samma år initierade Japans MITI ett samarbetsprojekt med företag som Toray och Nippon Carbon för att utveckla polyakrylnitrilbaserad (PAN) kolfiber. Akio Shindo publicerade resultat 1961 där prov hade tre gånger bättre prestanda än rayonbaserad kolfiber, men detta fick liten uppmärksamhet i den västerländska akademin.

Storbritanniens Royal Aircraft Establishment (RAE) inleddes forskningen 1963 och utvecklingen gick snabbare efter att man fått kännedom om japarnas Prestation, utvecklade en PAN-baserad kolfiberprocess med dubblad prestanda inom sex månader. Nyckelgenombrott inkluderade att sträcka PAN-förloppet under oxidation för att förbättra molekylär orientering, optimera värmebehandlingsprocesser samt utveckla en elektrolytisk oxidationsmetod för att förbättra fästförbindningen mellan fiber och harpiksmaterial. Denna teknik licensierades till tre brittiska företag: Courtaulds, Morgan Crucible och Rolls-Royce.

Rolls-Royce använde kolfiber för RB211-motorbladen, men misslyckande under fågelslagstester bidrog till företagets konkurs, vilket allvarligt påverkade den brittiska kolfiberindustrin. Under tiden introducerade Japans Toray Torayca T300-kolfiber 1971, vilket blev ett grundläggande material för kompositer av första generationen och tog sig in på den globala marknaden genom teknikutväxlingsavtal.

1970–1989: Tillämpningsutvidgning och kostnadsminskning

Från 1970-talet och framåt utvidgades användningen av kolfiber gradvis från rymdindustrin till sportartiklar och industriella områden. När processerna förbättrades sjönk produktionskostnaden från 200 brittiska pund per kg år 1970 till 20–80 pund per kg under 1980-talet. Japanska företag, som utnyttjade teknologisk optimering och kapacitetsutbyggnad, etablerade dominans. Företag som Toray och Toho Rayon lyckades marknadsföra kolfiber på konsumentmarknader såsom golfklubbor och fiskespöar.

Under 1980-talet användes kolfiber i sekundära strukturer i flygplan som Boeing 757/767. Ett amerikanskt krav från försvarsdepartementet år 1987, som krävde att 50 % av kolfiber och dess precursorer skulle produceras inom landet, utlöste en våg av inhemska investeringar men ledde senare till överkapacitet. Japanska företag fördjupade sin globala närvaro genom gemensamma företag och anläggande av fabriker och stod för nästan hälften av världens kolfiberproduktion i slutet av 1980-talet.

1990-talet: Uppgifter efter kalla kriget och omvandling

Slutet på kalla kriget ledde till en dramatisk minskning av försvarsbeställningar, vilket fick efterfrågan på kolfiber i USA att sjunka med ungefär 60 % mellan 1990 och 1991. Det tvingade många tillverkare att stoppa produktionen eller lämna marknaden. I motsats till detta utvidgade japanska företag sin kapacitet trots tendensen och stärkte sin globala position genom att förvärva anläggningar i Europa och Amerika. År 1993 lanserade Clintonadministrationen Technology Reinvestment Project (TRP), som stödde användningen av kompositer inom civil infrastruktur och rymd- och flygindustri, vilket hjälpte den amerikanska industrin att gradvis återhämta sig.

Samtidigt ökade användningen av kolfiber inom industriella sektorer såsom vindkraftsblad och fordonskomponenter, medan nya tekniker såsom termoplastiska kompositer och pitchbaserade kolfibrer gav industrin ny impuls.

1990–1995: Turbulent omställning och omdaning av landskapet

Globala kolfiberårsförsäljningen under denna period var ungefär 8 000 ton, men regionala efterfrågestrukturer skiljde sig betydligt: den amerikanska marknaden dominerades av flyg- och rymdindustrin, medan Asien leddes av sportartiklar. Amerikanska försvarsbudgetkortningar orsakade allvarlig överskapacitet; redan 1991 var hälften av den nationella kapaciteten obrukad, och företag som Courtaulds och BASF drog sig ur marknaden.

Japanska företag fortsatte att expandera, med bolag som Toray och Mitsubishi Rayon som gick in på europeiska och amerikanska marknader genom fusioner och förvärv. År 1995 kontrollerade Japan 62 % av den globala kolfiberkapaciteten och etablerade därmed en klar fördel.

Återhämtning och nya perspektiv

Efter 1995, med ökande efterfrågan på lättviktmaterial i civila flygplan och fortsatt tillväxt på vindkraft- och sportartiklar marknader, återhämtade sig den globala kolfiberindustrin gradvis. Amerikanska företag, som utnyttjade TRP-projektet för att minska tekniska kostnader, återvände till en tillväxtbana; Europa blev mer beroende av utländska investeringar efter inhemska utträden. I framtiden, med stigande efterfrågan på lättviktmaterial inom framväxande områden som elbilar och ny energi, förväntas kolfiber få ett bredare användningsområde.

Slutsats

Kolvarorns resa från ett laboratoriematerial till en nyckelråvara inom flera områden innefattade tekniska genombrott, marknadsfluktuationer och internationell konkurrens. Japan etablerade en ledande position genom kontinuerlig teknologisk investering och marknadsexpansion, USA återvann gradvis konkurrenskraft med stöd av politik, medan Europa stod inför strukturella justeringar. I framtiden, när kostnaderna sjunker och nya användningsscenarier uppstår, är kolvaror på väg att spela en viktigare roll inom grön energi, transport och andra områden.

Utnyttjande av en sekel lång materialvetenskap, förstärker dagens grundvalar

Från den vetenskapliga utforskningen under 1800-talet till dagens modernaste tillämpningar världen över är utvecklingen av kolvaror en historia om orubblig strävan efter hållfasthet och lättvikt. Vi hedrar detta engagemang och förenar det i varje fiber vi tillverkar.

Dr. Reinforcement fördjupar sig i arvet och innovationen inom kolfiber-teknik. Vi har inte bara en modern produktionsbas på 8 000 kvadratmeter, utan även en stark kapacitet att producera 50 000 ton kolfiber tyg per dag. Detta säkerställer stabila och tillförlitliga förstärkningslösningar för miljontals kunder världen över, från stora infrastrukturprojekt till förbättringar av bostadssäkerhet.

Hela vår produktserie uppfyller ISO-9001 Internationellt kvalitetssystem och CE EU-certifiering , vilket innebär att vi lever upp till globala standarder. Marknaden är den ultimata testplattformen – att nästan hälften av våra kunder återköper selektivt är det starkaste beviset på vårt löfte om "absolut garanterad kvalitet".