تاریخچه توسعه فیبر کربن

در سال 1879، ادیسون از الیاف سلولزی مانند نخ بامبو، کتان یا پنبه به عنوان مواد خام برای اولین بار تولید الیاف کربن استفاده کرد و حق ثبت اختراع را به دست آورد. با این حال، خواص مکانیکی الیاف به‌دست‌آمده در آن زمان بسیار کم بود و این فرآیند نمی‌توانست صنعتی شود، بنابراین نتوانست توسعه یابد.
در اوایل دهه 1950، با توجه به توسعه فناوری های پیشرفته مانند موشک، هوا فضا و هوانوردی، مواد جدید با استحکام ویژه بالا، مدول ویژه بالا و مقاومت در برابر دمای بالا به فوریت مورد نیاز بودند. رشته، این فرآیند پایه و اساس صنعتی شدن فیبر کربن را گذاشت. در طول 40 سال گذشته، پیشرفت تکنولوژیکی عمده ای که فیبر کربن تجربه کرده است به شرح زیر است:
در اوایل دهه 1950، پایگاه نیروی هوایی رایت-پترسون در ایالات متحده از الیاف ویسکوز به عنوان ماده خام برای تولید آزمایشی الیاف کربن با موفقیت استفاده کرد. این محصول به عنوان ماده ابلیشن برای نازل های موشک و مخروط بینی استفاده شد و تأثیر بسیار خوبی داشت. در سال 1956، شرکت یونیون کاربید ایالات متحده با موفقیت الیاف کربن مبتنی بر ویسکوز با مدول بالا را به صورت آزمایشی تولید کرد و نام تجاری "Thornel-25" به بازار عرضه شد. در همان زمان، فناوری گرافیتی شدن استرس را برای بهبود استحکام و مدول الیاف کربن توسعه داد.
در اوایل دهه 1960، آکیو شیندو ژاپنی روشی برای تولید الیاف کربن از الیاف پلی اکریلونیتریل (PAN) اختراع کرد و حق اختراع را به دست آورد. در سال 1963، Nippon Carbon Corporation و Tokai Electrode Corporation الیاف کربن مبتنی بر پلی اکریلونیتریل را با استفاده از پتنت های شینتو توسعه دادند. در سال 1965، Nippon Carbon Corporation موفق به تولید صنعتی الیاف کربن معمولی مبتنی بر پلی اکریلونیتریل شد. در سال 1964، مرکز تحقیقات هوانوردی سلطنتی بریتانیا (RAE) به صورت آزمایشی الیاف کربن مبتنی بر پلی اکریلونیتریل با کارایی بالا را با افزایش کشش در طول پیش اکسیداسیون تولید کرد. این به صورت صنعتی توسط Courtaulds، Hercules و Rolls-Royce با استفاده از فناوری RAE تولید می شود.
در سال 1965، Otani Sugiro ژاپنی برای اولین بار الیاف کربنی بر پایه پلی وینیل کلرید ساخت و یک گزارش تحقیقاتی پیشگام در مورد الیاف کربن پایه زمین منتشر کرد.
در سال 1969، Nippon Carbon Corporation با موفقیت الیاف کربن مبتنی بر پلی اکریلونیتریل با کارایی بالا را توسعه داد. در سال 1970، شرکت Toray Textile ژاپن بر فناوری پیشرفته پیش ساز پلی اکریلونیتریل تکیه کرد و فناوری کربنیزاسیون را با United Carbide Corporation مبادله کرد تا الیاف کربن مبتنی بر پلی اکریلونیتریل با کارایی بالا را توسعه دهد. در سال 1971، شرکت Toray محصولات فیبر کربنی مبتنی بر پلی اکریلونیتریل با کارایی بالا (Torayca) را در بازار عرضه کرد. پس از آن، عملکرد، تنوع و خروجی محصولات همچنان به رشد خود ادامه داد و همچنان در جایگاه پیشرو در جهان قرار دارد. از آن زمان، شرکت‌های ژاپنی Toho، Asahi Kasei، Mitsubishi Rayon و Sumitomo به‌طور متوالی در تولید الیاف کربن مبتنی بر پلی اکریلونیتریل سرمایه‌گذاری کردند. (به فیبر کربن مبتنی بر پلی اکریلونیتریل مراجعه کنید)
در سال 1970، شرکت صنایع شیمیایی Kureha ژاپن حق اختراع Otani Sugiro را پذیرفت و برای اولین بار یک کارخانه تولید با تولید سالانه 120 تن الیاف کربن معمولی (GPCF) ساخت. در سال 1978 تولید به 240 تن افزایش یافت. پس از استفاده از این محصول به عنوان ماده تقویت کننده سیمان، اثر بسیار خوبی مشاهده شد. در سال 1984 تولید به 400 تن افزایش یافت و در سال 1986 دوباره به 900 تن افزایش یافت. در سال 1976، یونایتد کاربید با موفقیت فیبر کربن مبتنی بر زمین مزوفاز (HPCF) با کارایی بالا را با خروجی سالانه 113 تن تولید کرد که در سال 1982 به 230 تن و در سال 1985 به 311 تن افزایش یافت.
از سال 1982، Toray، Toho، Nippon Carbon، American Hercules، Celanese و British Courtaulds ژاپن به طور متوالی با استحکام بالا، فوق العاده استحکام، مدول بالا، مدول فوق العاده بالا، حالت متوسط ​​و با استحکام بالا تولید کرده اند. -استحکام مدول بالا و انواع دیگر محصولات با عملکرد بالا، استحکام کششی فیبر کربن از 3.5 گیگا پاسکال به 5.5 گیگا پاسکال افزایش یافته است و محصولات در مقیاس کوچک به 7 می رسد.{18}}GPa. مدول از 230 گیگا پاسکال به 600 گیگا پاسکال افزایش یافته است که یک پیشرفت بزرگ در فناوری فیبر کربن است و توسعه برنامه را وارد مرحله سطح بالا می کند.
از سال 1981، پیشرفت های عمده ای در علم آسفالت صورت گرفته است و چندین فرآیند جدید برای تعدیل آسفالت مزوفاز توسعه یافته است، مانند روش پیش مزوفاز آزمایشگاه صنعتی کیوشو در ژاپن، روش مزوفاز جدید شرکت EXXON در ایالات متحده، و روش مزوفاز بالقوه توسعه یافته توسط دانشگاه Gunma در ژاپن. روش فاز توسعه الیاف کربن مبتنی بر گام را با کارایی بالا ارتقا داده است. متعاقباً، شرکت شیمی میتسوبیشی ژاپن، شرکت گاز اوزاکا و شرکت فولاد نیپون به طور متوالی تعدادی کارخانه تولید فیبر کربن با کارایی بالا با مشخصات مختلف ساختند. با افزایش مدول و افزایش استحکام مشخص می شود. دهه 1980 یک دوره پررونق برای الیاف کربن پایه زمین بود.
فیبر کربن مبتنی بر ویسکوز از اواسط-1960 توسعه نیافته است و فقط مقدار کمی از محصولات برای بخش های نظامی و ویژه تولید می شود.