تاريخ تطوير ألياف الكربون

في عام 1879 ، استخدم إديسون ألياف السليلوز مثل خيوط الخيزران أو الكتان أو القطن كمواد خام لإنتاج ألياف الكربون أولاً وحصل على براءة اختراع. ومع ذلك ، كانت الخواص الميكانيكية للألياف التي تم الحصول عليها منخفضة جدًا في ذلك الوقت ، ولم يكن بالإمكان تصنيع العملية ، لذلك فشلت في التطور.
في أوائل الخمسينيات من القرن الماضي ، نظرًا لتطور التقنيات المتطورة مثل الصواريخ والفضاء والطيران ، كانت هناك حاجة ماسة إلى مواد جديدة ذات قوة محددة عالية ومعامل محدد عالي ومقاومة درجات حرارة عالية. خيوط ، هذه العملية أرست الأساس لتصنيع ألياف الكربون. على مدار الأربعين عامًا الماضية ، كان التقدم التكنولوجي الرئيسي الذي شهدته ألياف الكربون على النحو التالي:
في أوائل الخمسينيات من القرن الماضي ، استخدمت قاعدة رايت باترسون الجوية في الولايات المتحدة ألياف الفسكوز كمواد خام لتجربة إنتاج ألياف الكربون بنجاح. تم استخدام المنتج كمادة استئصال لفوهات الصواريخ ومخاريط الأنف ، وكان التأثير جيدًا جدًا. في عام 1956 ، نجحت شركة Union Carbide Corporation في الولايات المتحدة في إنتاج ألياف كربون ذات معامل عالي من الفيسكوز ، وتم طرح الاسم التجاري "Thornel -25" في السوق. في الوقت نفسه ، طورت تقنية الرسم البياني للإجهاد لتحسين قوة ومعامل ألياف الكربون.
في أوائل الستينيات ، اخترع الياباني أكيو شيندو طريقة لإنتاج ألياف الكربون من ألياف البولي أكريلونيتريل (PAN) وحصل على براءة اختراع. في عام 1963 ، طورت شركة Nippon Carbon Corporation و Tokai Electrode Corporation ألياف الكربون القائمة على البولي أكريلونيتريل باستخدام براءات اختراع Shinto. في عام 1965 ، نجحت شركة Nippon Carbon Corporation في الإنتاج الصناعي لألياف الكربون العادية القائمة على البولي أكريلونيتريل. في عام 1964 ، أنتج المركز الملكي البريطاني لبحوث الطيران (RAE) ألياف الكربون عالية الأداء القائمة على البولي أكريلونيتريل عن طريق إضافة التوتر أثناء الأكسدة المسبقة. يتم إنتاجها صناعيًا بواسطة Courtaulds و Hercules و Rolls-Royce باستخدام تقنية RAE.
في عام 1965 ، صنعت شركة Otani Sugiro اليابانية لأول مرة ألياف الكربون القائمة على البولي فينيل كلوريد ، ونشرت تقريرًا بحثيًا رائدًا عن ألياف الكربون القائمة على الملعب.
في عام 1969 ، نجحت شركة Nippon Carbon Corporation في تطوير ألياف الكربون عالية الأداء القائمة على البولي أكريلونيتريل. في عام 1970 ، اعتمدت شركة Toray Textile Inc. اليابانية على تقنية السلائف المتقدمة من البولي أكريلونيتريل وتبادلت تقنية الكربنة مع شركة United Carbide Corporation لتطوير ألياف الكربون عالية الأداء القائمة على البولي أكريلونيتريل. في عام 1971 ، طرحت شركة Toray Corporation منتجات ألياف الكربون عالية الأداء القائمة على البولي أكريلونيتريل (Torayca) في السوق. بعد ذلك ، استمر أداء المنتجات وتنوعها وإنتاجها في التطور ، ولا تزال في موقع الريادة في العالم. منذ ذلك الحين ، استثمرت شركة Toho اليابانية وأساهي كاسي وميتسوبيشي رايون وسوميتومو على التوالي في إنتاج ألياف الكربون القائمة على البولي أكريلونيتريل. (انظر ألياف الكربون القائمة على البولي أكريلونيتريل)
في عام 1970 ، تبنت شركة Kureha للصناعات الكيماوية اليابانية المحدودة براءة اختراع Otani Sugiro ، وأنشأت لأول مرة مصنعًا للإنتاج يبلغ إنتاجه السنوي 120 طنًا من ألياف الكربون العادية (GPCF) القائمة على الملاعب. في عام 1978 ، ارتفع الإنتاج إلى 240 طنًا. بعد استخدام المنتج كمادة تقوية أسمنتية ، وجد أن التأثير جيد جدًا. في عام 1984 ، ارتفع الإنتاج إلى 400 طن ، وفي عام 1986 زاد الإنتاج مرة أخرى إلى 900 طن. في عام 1976 ، نجحت United Carbide في إنتاج ألياف الكربون عالية الأداء القائمة على الملعب (HPCF) ، بإنتاج سنوي قدره 113 طنًا ، والذي زاد إلى 230 طنًا في عام 1982 و 311 طنًا في عام 1985.
منذ عام 1982 ، أنتجت شركة Toray اليابانية ، و Toho ، و Nippon Carbon ، و American Hercules ، و Celanese ، و British Courtaulds على التوالي القوة العالية ، والقوة الفائقة ، والمعاملات العالية ، والمعاملات الفائقة ، والقوة العالية ، والوضع المتوسط ​​والعالي. - معامل القوة العالية وأنواع أخرى من المنتجات عالية الأداء ، زادت قوة الشد لألياف الكربون من 3.5GPa إلى 5.5GPa ، والمنتجات صغيرة الحجم تصل إلى 7. 0 GPa. تمت زيادة المعامل من 230GPa إلى 600GPa ، وهو إنجاز كبير في تكنولوجيا ألياف الكربون ويدخل تطوير التطبيقات إلى مرحلة جديدة عالية المستوى.
منذ عام 1981 ، تم إحراز تقدم كبير في علم الأسفلت ، وتم تطوير العديد من العمليات الجديدة لتعديل الأسفلت المتوسط ​​الطور ، مثل طريقة الطور الوسيط لمختبر كيوشو الصناعي في اليابان ، وطريقة الطور المتوسطة الجديدة لشركة EXXON في الولايات المتحدة ، وطريقة الطور المتوسطة المحتملة التي طورتها جامعة جونما في اليابان. عززت طريقة المرحلة تطوير ألياف الكربون عالية الأداء القائمة على الملعب. في وقت لاحق ، قامت شركة Mitsubishi Chemical Corporation اليابانية وشركة Osaka Gas وشركة Nippon Steel Corporation ببناء عدد من مصانع إنتاج ألياف الكربون عالية الأداء بمواصفات مختلفة. يتميز بزيادة المعامل والقوة المتزايدة. كانت الثمانينيات فترة مزدهرة لألياف الكربون القائمة على الملعب.
لم يتم تطوير ألياف الكربون القائمة على الفسكوز منذ منتصف -1960 ، ويتم إنتاج كمية صغيرة فقط من المنتجات للأقسام العسكرية والخاصة.