文章连载·美国赫氏：碳纤维--先进复合材料的关键组成部分
碳纤维是一种使能材料，自从它在 1970 年代初成为真正的工业化材料以来，已经在广泛的商业应用中得到了显着的增长和采用。它是一种令人兴奋的材料，因为它提供了性能改进、显着的重量减轻、热膨胀控制、刚度、隐身可能性、抗疲劳性和其他独特特性。在为每种应用选择合适的纤维时，必须了解可用的碳纤维的类型和形式。
History
市售碳纤维基于三种前体材料之一——人造丝、PAN（聚丙烯腈）和沥青。这些碳纤维类型的早期研究可以追溯到 1950 年代后期。人造丝被转化为碳纤维，被发现可以提供有史以来最坚固、最坚硬的材料。到 1963 年，Curry Ford 和 Charles Mitchell 获得了通过将人造丝热处理到高达 3000 °C 的温度来制造纤维和布料的专利。这些是迄今为止商业生产的最强碳纤维，并导致碳纤维进入“先进复合材料”行业。日本和英国同时进行了转化更高效前体的研究 日本大阪政府工业研究所的 Akio Shindo 在他的实验室中制造出模量超过 140 GPa 的纤维，约为人造丝基纤维的三倍美国生产的纤维 1963 年，英国科学家还为生产更高模量 PAN 基碳纤维的工艺申请了专利。这些快速改进的碳纤维背后的秘诀在于获得纯 PAN，这是一种聚合物骨架，可在加工后提供出色的产量。进步
在 1970 年代初期，人们发现加热沥青（石油或煤基）会产生可用于生产碳纤维的高碳有机前体。沥青基碳纤维具有优异的模量和导热性，但与 PAN 基碳纤维相比，其拉伸强度和压缩强度不足。随后几年对这些新型碳纤维材料的持续研究和开发导致了我们今天看到的创新。目前所有三种前体类型的碳纤维都可以在市场上买到，但 PAN 占主导地位，超过 90% 的碳纤维是由这种前体生产的。商业用途
碳纤维增强复合材料的商业应用在 1970 年代末和 1980 年代初开始加速，并应用于军用和商用飞机以及高尔夫球杆杆身和网球拍等休闲产品。自推出以来，成本/收益权衡一直是碳纤维面临的挑战。早期，飞机设计师渴望获得碳纤维复合材料的减重优势，但他们将复合材料用作“黑铝”，而碳纤维与铝相比成本相对较高，限制了其在商业航空航天领域的应用。军用飞机和武器系统以及娱乐产品引领了对碳纤维的需求增长，而商业航空航天继续了解复合材料可以带来的真正好处。随着在波音 787 和空客 A350 上创新使用碳纤维复合材料，碳纤维复合材料已成为最先进商用飞机的使能技术。未来
包括 Hexcel 在内的制造商基于碳纤维生产不断创新和构建产品组合。碳纤维现在可提供从标准模量纤维 (33 Msi)、中等模量纤维 (42 Msi) 和高模量纤维 (>50 Msi) 的全系列性能，拉伸强度范围从 500 ksi 到 > 1000 ksi。碳纤维也有多种丝束尺寸（纱线束中的长丝数量），从 1K 长丝到 320K 长丝不等。复合材料零件生产商现在有广泛的碳纤维性能和产品形式可供选择。近年来，先进的复合材料零件制造已经成熟，从碳预浸料的手工铺层转变为许多自动化和快速的生产工艺。多年来，随着碳复合材料具有成本效益的制造技术的发展增加，制造碳纤维的成本已经下降，从而导致了先进复合材料的广泛采用。随着碳纤维复合材料使用的增长，该行业必须关注复合材料的报废技术。经济的回收、回收和再加工技术显示出碳纤维的巨大前景。现在有一些方法可以将碳纤维从基质中分离出来，几乎不会降解，并将它们重新用于各种应用。复合材料回收的持续进步对于确保与传统金属和塑料继续保持竞争力至关重要。Hexcel 很自豪能够成为碳纤维早期开发和商业化的重要组成部分。我们还拥有碳纤维的技术、产品和增值工艺，包括织造、非卷曲织物、预浸料和增材制造材料。我们拥有制造规模和装机容量，可以满足行业未来的需求。我们将继续成为碳纤维的行业领导者，拥有广泛的产品组合和无与伦比的产品系列，在许多航空航天和工业应用中提供卓越的性能Tom Haulik 是 Hexcel 全球碳纤维的销售总监。他在碳纤维行业拥有 40 年的经验，在其整个职业生涯中担任过各种销售和营销职位。他活跃于行业组织，目前是 SAMPE（材料和工艺工程促进协会）的受托人和董事会成员，此前他曾担任国际主席。他活跃于 CAMX、ACMA、NCTO 和其他行业组织。他在宾夕法尼亚州立大学获得工业工程学位。特别声明:公 众号部分文章和图片来源于网络，发布的目的在于传递更多信息及分享，并不代表本公 众号赞同其观点和对其真实性负责，也不构成任何其他建议。版权归原作者所有，任何组织或个人对文章版权或内容的准确性存在疑议，请第一时间联系我们，我们会及时修改或删除。
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