一、碳纤维复合材料发展史
碳纤维复合材料的发展史应包含碳纤维的发展史何其复合材料应用史。碳纤维是碳材料的一种新形式。我们已经知道碳材料结构由四种类型,一是无定形碳、而是石墨、三是金刚石、四是白碳。碳纤维含碳99%以上,主要是石墨和无定形碳,纤维形状是一种新的应用形式。1880年人类制造了批电灯泡,那是电灯泡的灯丝就是当时人类研制的批碳纤维,直到1901年发明钨丝后才不用它做灯丝了。到1950年美国材料研究所由于的需求,
加紧对碳纤维研究,1959年由联合碳化合物公司实现了高强碳纤维的生产工艺。与此同时,1962年日本旭炭公司在远藤研究的基础上实现以聚纤维为原料,经过预氧化(不熔化)、1300℃以上高温炭化而得到有实用价值的通用碳纤维的工业生产线。1970年以后东丽公司、东邦公司相继参加聚腈基碳纤维的生产开发,形成2吨╱年的规模。1978年产量达1000t。2)强度、弹性模量高,其强度比钢大4-5倍,弹性回复为100。20世纪80年代后期批量生产的M30、M60、T1000等石墨化程度更高的碳纤维。随后碳纤维在全世界需求量随年逐增关,其它原因还有生产技术及设备等。
随着我国经济的快速发展,碳纤维需求与日俱增,虽然国际上一些公司T300级
原丝和碳纤维产品对我国开始解冻,但碳纤维及其复合材料的生产是关系到建设的高科技技术,必须立足国内。所以,研制生产、高质量的碳纤维,以满足和民用产品的需求,扭转大量进口的局面,是我国碳纤维工业发展亟待 解决的问题。碳纤维已被列为国家化纤行业重点扶持的新产品。近期国内有多家企业拟建或正在建设碳纤维生产装置,如安徽蚌埠灯芯绒集团与华源集团合作建设安徽华皖碳纤维有限公司一期500t/aPAN原丝和200t/a碳纤维工程,于2005年初建成投产,总投资超过2亿元。1969年,日本东丽公司研究成功特殊的单体共聚PAN基碳纤维,结合美国、法国、德国也都引进或开发了PAN原丝基碳纤维的生产。PAN原丝采用亚砜一步法,技术由碳纤维材料的成型工艺方法及应用
碳纤维材料成型主要有两种,一种是热固化成型,一种是热塑型成型
。
热固化成型是指将碳纤维按不同方向、不同层数铺设出制品形状 ,在一定压力和温度下固化成型 .而复合材料成型工艺 ,较常见的有以下 5种 .
裱糊成型工艺
它是用手工将预浸料裱糊在模具上 ,然后固化成型 .此法的优点是工艺装备简单 ,手工完成比较复杂的操作 ,能加工出形状复杂的零件 ,适用于小批量生产 ;缺点是生产效率低
,劳动条件差 ,劳动强度大 .笔者采用该工艺试制出的碳纤维整体车架样件 ,表观质量尚可 ,但尺寸精度较差 ,工艺稳定性差 .
1963年,英国皇家航空研究所(RAE)的瓦特和约翰逊成功地打通了制造PAN基碳纤维(在热处理时施加张力)的技术途径
1964年,英国Courtaulds,Morganite和Roii--Roys公司利用RAE技术生产PAN基碳纤维 1965年,日本群马大学的大谷杉郎发明了沥青基碳纤维美国UCC公司开始生产高模量黏胶基碳纤维(石墨化过程
中牵伸)1970年,日本吴学公司生产沥青基碳纤维(10吨/月),日本东丽公司与美国UCC进行技术合作
1971年,日本东丽公司工业规模生产PAN基碳纤维(1吨/月),碳纤维的牌号为T300,石墨纤维为M40