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来源：中国硅酸盐学会 从碳纤维的问世到现在已经有150多年了，近几年来更是受到投资者的关注。碳纤维已进入到人们生活的很多方面，小至碳手机壳，大至航天飞机，碳纤维身影随处可见。这次我们从总体上看看碳纤维的发展历史，下次专题分享中国碳纤维的发展历史。 人们总想给重要的历史人物盘上高大上的故事，碳纤维的出场也不例外，那就是人尽皆是的爱迪生发明电灯泡。 碳纤维是如何诞生的——1860年-1900年 碳纤维最早诞生于美国，作为白炽灯的发光体诞生的。 英国化学家、物理学家约瑟夫·威尔森·斯万爵士(Sir Jo⁃seph Wilson Swan，1828—1914年)发明了以铂丝为发光体的白炽灯。为解决铂丝不耐热的问题，斯万使用碳化的细纸条代替铂丝。由于碳纸条在空气中很容易燃烧，斯万通过把灯泡抽成真空基本解决了这一问题。1860年斯万发明了一盏以碳纸条为发光体的半真空碳丝电灯，也就是白炽灯的原型。斯万发明的白炽灯比爱迪生(Thomas Alva Edison，1847—1931年)早了20年。由于当时真空技术不成熟，灯的寿命不长。19世纪70年代末，真空技术有了较大发展，斯万发明了更实用的白炽灯，并于1878年获得了白炽灯的专利权。 1879年，爱迪生把这专利买下来，发明了以碳纤维为发光体的白炽灯。1892年爱迪生发明的“白炽灯泡碳纤维长丝灯丝制造技术，获得了美国专利(专利号470925)。可以说，爱迪生发明了最早商业化的碳纤维。 碳纤维进入休眠期——1900年-1950年 尽管早期碳纤维获得了初步成功，但由于天然纤维制得的碳纤维几乎没有结构强力，制成产品的质量和可靠性都不佳，使用中很容易碎裂、折断，即便只是作为白炽灯的发光体，其耐用性也很不理想。早期的碳纤维灯丝，很快就被钨丝取代了。此后，碳纤维的研究停滞不前，进入了休眠期。 碳纤维工业化——1950年-1960年 直到20世纪50年代中期，美国空军需要寻找能够更加耐烧蚀的材料来制作航天飞机，以应对当时激烈的美苏激战。经过一系列的研究，最终发现了熔点在3600℃的材料，并取名为“碳纤维”。时隔50年之后，碳纤维再一次登上历史舞台。 与此同时，美国人威廉姆·F·阿博特(William F. Abbott)最先发明了提高碳纤维强力的方法，于1959年11月12日向美国专利局提出了“碳化纤维方法”。1962年9月11日，该申请获得了美国专利局的专利授权。自此，碳纤维重新进入人们视野，并逐渐形成工业化和商业化。 聚丙烯晴工艺的发现——1960年 碳纤维性能得以跨越式提升的原因，就是发明了更好的聚丙烯腈纤维。日本的科学家们最先研发出了纯聚丙烯腈。加工中，聚丙烯腈主链中连续的碳原子和氮原子链形成了高度取向的石墨样层，减少了对热拉伸的需求。 由于过度关注黏胶基和中间相沥青基碳纤维的发展，美国科学家错过了聚丙烯腈基碳纤维技术的发展机遇。在西方科学家几乎不知情的情况下，日本科学家一直在默默地开展这项技术的研究。 1962年，日本碳公司开始生产低模量聚丙烯晴基碳纤维。 技术互换、美日同盟——1970年 日本科学家進藤昭男之所以萌生开展高性能碳纤维研究的念头，就是因为受到了美国该领域技术进展报道的启发。 日本东丽工业公司(Toray Industries)开发了性能极优异的聚丙烯腈纤维，占据了碳纤维技术的领导地位。1970年东丽公司与美国联合碳化物公司UCC签署了技术互换协议，把美国带回了碳纤维制造的前沿，并合作生产了T300碳纤维，这比中国早了整整30年。2015年，日本东丽公司又把从聚丙烯腈纤维原丝到碳化的全过程的生产工厂建在了美国。 以小博大、成就日本东丽——2000年 东丽1971年在世界率先实现碳纤维量产，花了超过1400亿日元从事研究开发，却一直都是亏损。当时，其他碳纤维生产商都在争夺美国的波音订单，体量还比较小的东丽公司做了一次大赌，生产了一大批如鱼竿、高尔夫球杆等类似的碳纤维器具，当时体育休闲时尚处在一个崛起的阶段。日本东丽迅速占领了市场份额，并不断扩大。随着碳纤维在各行各业的渗透和广泛引用，东丽也于2003年，最终拿到了美国波音的长达50年的订单，决定了后来日本东丽在碳纤维领域的霸主地位。 东丽从发明到稳定盈利，耗时50年。 |
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