Тенденции развития углеродного волокна в будущем

С развитием науки и технологий, а также с непрерывным улучшением композитных технологий, эксплуатационные характеристики и технологии углеродно-волоконных композитных материалов постоянно повышаются, а их применение постепенно расширяется. Они используются не только в военной и промышленной сферах, но и всё активнее находят своё применение в энергетике, транспорте, информационно-коммуникационной отрасли, а также в строительных материалах. Основными направлениями развития углеродного волокна являются следующие аспекты.

1. Разработка высокопроизводительного, недорогого углеродного волокна

В последние годы компании по производству углеродного волокна по всему миру разрабатывают высокопроизводительные и недорогие углеродные волокна. Например, компания Toray Industries, Inc. в Японии сосредоточилась на создании разновидностей с прочностью на растяжение 4000–5000 МПа, сохраняя при этом цену, сопоставимую с углеродным волокном T300. С точки зрения потребностей в развитии передовых композитных материалов, углеродное волокно T300 с прочностью на растяжение 3530 МПа уже не может удовлетворить спрос, поэтому углеродное волокно T300 постепенно вытесняется с рынка. Кроме того, чтобы снизить стоимость углеродного волокна, Toray Industries, Inc. также активно развивает «квази»-углеродные волокна крупного кроя — 18K и 24K. Цена на углеродное волокно крупного кроя на 30–40% ниже, чем на волокно мелкого кроя, при этом его характеристики сопоставимы с характеристиками волокна мелкого кроя, а у некоторых даже выше. В последние годы углеродное волокно крупного кроя добилось значительного развития благодаря своему ценовому преимуществу.

2. Интенсивные исследования и разработка углеродного волокна и его композиционных материалов с высокой теплопроводностью

Развитие высоких технологий, таких как оборонная промышленность и электроника, требует материалов с высокой теплопроводностью, чтобы тепло могло быстро рассеиваться в процессе применения. Исследования углеродного волокна с высокой теплопроводностью стали важным направлением в области изучения углеродного волокна. Например, компания BP Amoco успешно разработала пековое углеродное волокно с высоким коэффициентом теплопроводности. Медь — это металлический материал с самой высокой теплопроводностью, равной 394 Вт/(м·К), тогда как пековое углеродное волокно, разработанное BP Amoco, может достигать 800–1000 Вт/(м·К), что в 2,0–2,5 раза превышает теплопроводность меди. Теплопроводность композитов на основе углеродного волокна с армированной смолой, полученных из этого углеродного волокна, может достигать 50–150 Вт/(м·К), тогда как теплопроводность обычных литых металлов находится в пределах 50–100 Вт/(м·К).

3. Исследование и разработка углеродных волокон с различными коэффициентами теплового расширения

Углеродное волокно в основном используется для приготовления композитных материалов, причём типы используемых смоляных матриц разнообразны и сильно различаются по коэффициентам теплового расширения. Чтобы удовлетворить потребности в производстве различных композитных материалов, подготовка углеродных волокон с различными коэффициентами теплового расширения является важным направлением развития в области исследований и производства углеродного волокна. Например, компания Grafil Corporation в Японии разработала серию углеродных волокон с разными коэффициентами теплового расширения. Эти углеродные волокна обладают широким диапазоном значений коэффициентов — от (-0,5*10^-6) до (0,5*10^-6 К-1), что соответствует требованиям к различным композитным материалам.