50% 的最新客机由碳纤维制成！

2008/10/01

AIST来了，用通俗易懂的方式介绍最新的研究成果和产业技术/科学技术！最新型客机

#能源/环境约束响应

轻盈、坚固、坚固！碳纤维是材料界最好的材料

碳纤维是经过高温烘烤改变其性能的有机纤维，其碳含量达到90%或以上。据说，碳纤维始于19世纪，当时爱迪生将日本竹子蒸汽烘烤使其碳化，并用其作为白炽灯泡的灯丝。
主要特点是“轻、强、硬”。与铁相比，它的重量是铁的四分之一，强度是铁的十倍，硬度是铁的七倍多。具有耐疲劳、耐腐蚀、减震（振动立即停止）、X射线透明、导热率高等特点。另一方面，它的热膨胀系数较低，因此具有优异的尺寸稳定性（尺寸不发生变化），使其成为真正的优质材料。
碳纤维的研究和开发始于20世纪50年代。在美国，太空探索需要具有高耐热性的碳纤维，因此开发了由人造丝制成的碳纤维。通商产业省产业科学技术厅、大阪产业技术研究所（产业技术研究所的前身机构之一）的新藤昭夫博士听说此事后，热情高涨，决定在日本开始研发。

经过Shindo博士的研究，将会有更多的公司进入这个市场

经过多次试验和错误，Shindo 博士发现使用聚丙烯腈 (PAN) 纤维合成可以生产出性能更高的碳纤维。 1959年，Shindo博士申请了PAN基碳纤维的专利。
当我们第一次开发这种 PAN 基碳纤维时，我们认为它主要用于其耐热性和电性能。然而，前来参观该材料的美国军方人员指出，该材料具有“出色的强度和弹性”，他们确信其作为结构材料的潜力，并决定改变他们的研究政策。因此，工业应用范围急剧扩大。
随着Shindo博士的研究，日本越来越多的公司开始从事碳纤维研究，产业化的努力变得活跃。 1962年，日本碳素株式会社创立了PAN基碳纤维的试点品牌。 1971年，获得许可并通过产政府合作进行长期开发的东丽公司开始全面生产PAN基高性能碳纤维。

“Shindo模型”是AIST研发的基础

Shindo博士发明PAN基碳纤维后，获得了制造方法的专利，并为近30家公司提供了技术指导。他还协调碳纤维评价方法的标准化，努力为碳纤维技术奠定基础。这种将一项发明与另一领域产品的商业化联系起来的方法被称为“Shindo模型”，是AIST当前研究和开发的基础。
当碳纤维用作结构材料时，它主要用作嵌入树脂等中的复合材料，而不是用作纤维。复合材料是两种或两种以上不同材料的整体组合，由增强材料和支撑材料组成。
最常用的材料是碳纤维增强塑料（CFRP），它使用热固性树脂（环氧树脂）作为基材。它被称为碳树脂，或简称为碳，这个名字可能更广为人知。

CFRP让梦想成真，应用延伸至太空

现在，碳纤维增强塑料（CFRP）是我们通常不会想到的东西，但它已经成为我们现代生活中不可或缺的一部分。
首先，它在20世纪70年代被用于运动器材，使其为普通消费者所熟知。它被用于各种设备，包括钓鱼竿、高尔夫球杆、网球拍和滑雪板，在减轻重量和提高性能方面发挥了重要作用。即使在今天，它仍被用作所有类型运动器材的基本材料。
20世纪80年代开始应用于大型客机。在最新的飞机波音787中，CFRP占飞机结构总重量的50%。除了提高燃油效率外，更坚固的机身结构还扩大了机舱空间并提高了舒适度。
此外，其应用领域也随着时代的发展而不断扩大，包括印刷机滚筒、高压罐、抗震加固材料、风力发电叶片、土木工程、建筑、工业机械、航空航天开发等。