碳纤维:过去、现在和未来

碳纤维:过去、现在和未来

一根人的头发最多可以承受 3 盎司的重量,也就是十几便士,而不会断裂。把你头上所有的头发加在一起,你的头发可以承受 12 吨!现在,想象一根碳基细丝,其直径比人类头发丝还小,但强度是钢的 5 倍。听起来很不真实,对吧?这种基于碳的长丝被称为碳纤维。一根碳纤维 本身是不可思议的,但是当你把多根碳纤维放在一起时,你就有了无限的应用。但这是从哪里来的呢?继续阅读以了解碳纤维的过去、现在和未来。

历史

已知最早的碳丝是由 Joseph Wilson Swan 爵士在 1800 年代中期开发的。但直到1879年托马斯·爱迪生用碳丝制成第一个白炽灯泡时,碳纤维才真正投入实际应用。爱迪生将棉线或竹条塑造成所需的形状,然后将它们过热,使它们的纤维素结构碳化。

钨在一段时间内变得更受欢迎

最终,灯泡中的碳丝被钨取代。只有海军舰艇继续使用碳丝,因为它们比钨丝更能承受船只的振动。

过渡到现代

我们今天所知的转变始于 1956 年,当时联合碳化物公司开设了帕尔马技术中心并聘请了 Roger Bacon 博士。基于 1800 年代后期使用的碳弧灯,培根开始尝试使用石墨。他的工作是尝试确定石墨的三相点,即液态、气态和固态物质处于平衡状态的时间。通过这个过程,他发现了他所谓的晶须,即在微小尺寸下具有巨大强度的碳纤维。

今天的碳纤维

世界各地的科学家和公司都在继续研究和开发这种材料。过去,碳纤维的机械性能和应用受到限制。它被成型然后过热以碳化,这个过程称为热解。自 1950 年代以来碳纤维的发展推动了制造业的进步,几乎任何东西都可以 由碳纤维制成。用途几乎跨越所有行业:

  • 航天
  • 药物
  • 汽车
  • 绿色能源
  • 家庭用品。

未来

过去,开发这种材料的成本效益一直是一个主要的障碍。总体而言,价格已从每磅 15 美元降至每磅 7 美元。随着技术和制造业的不断进步,它们将 继续呈下降趋势。碳纤维材料的多功能性、强度和轻质特性使其成为未来的材料。它在您能想到的每个行业都有无限的应用。

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