คาร์บอนไฟเบอร์กลายเป็นที่นิยมในต่างประเทศได้อย่างไร?

คาร์บอนไฟเบอร์ของจีน

การวิจัยเกี่ยวกับอุตสาหกรรมคาร์บอนไฟเบอร์ในประเทศจีนสามารถตรวจสอบย้อนกลับไปในช่วงทศวรรษที่ 1960

อย่างไรก็ตามจนถึงปี 2000 อุตสาหกรรมคาร์บอนไฟเบอร์ยังไม่ได้รับการยอมรับและเนื่องจากการพัฒนาเทคโนโลยีการเตรียมคาร์บอนไฟเบอร์ในประเทศจีนในระยะยาวหน่วยวิจัยต่างๆจึงค่อยๆเริ่มมีความมั่นใจไม่เพียงพอ บุคลากร R&D จากทุกช่วงชีวิตได้หลีกเลี่ยงคําว่า "คาร์บอนไฟเบอร์" ในเวลานี้เป็นช่วงเวลาที่ยากที่สุดสําหรับการแปลและการวิจัยและพัฒนาวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์

เมื่อเทียบกับพื้นหลังนี้นาย Shi Changxu นักวิทยาศาสตร์เชิงกลยุทธ์และนักวิชาการของสถาบันวิทยาศาสตร์จีนและสถาบันวิทยาศาสตร์จีนเป็นผู้นําในการหารือเกี่ยวกับอุตสาหกรรมคาร์บอนไฟเบอร์ในปี 2000

เมื่อต้นปี 2544 ครูได้ส่ง "รายงานการขอเร่งพัฒนาคาร์บอนไฟเบอร์ประสิทธิภาพสูง" ให้กับคณะกรรมการกลางพรรค ในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2544 กระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งสาธารณรัฐประชาชนจีนได้ตัดสินใจจัดตั้งโครงการพิเศษเกี่ยวกับเทคโนโลยีกุญแจคาร์บอนไฟเบอร์ (Carbon Fiber Key Technology) ซึ่งตั้งชื่อด้วยรหัส 304 โครงการพิเศษ

ตั้งแต่นั้นมาจีนได้เข้าสู่ช่องทางที่รวดเร็วของการวิจัยและพัฒนาคาร์บอนไฟเบอร์ที่เป็นอิสระอย่างเป็นทางการ

คาร์บอนไฟเบอร์กลายเป็นที่นิยมในต่างประเทศได้อย่างไร?

ในตอนท้ายของศตวรรษที่ 19 โจเซฟสวอนอังกฤษและอเมริกันโทมัสเอดิสันคิดค้นเส้นใยคาร์บอนเพื่อค้นหาเส้นใยหลอดไฟที่ดีขึ้น แม้ว่าเส้นใยคาร์บอนนี้จะถูกแทนที่ด้วยเส้นใยทังสเตนที่ถูกกว่าในเวลานั้น แต่วัสดุเส้นใยคาร์บอนนี้ตอนนี้ถือว่าเป็นผลิตภัณฑ์ล่าสุดของคาร์บอนไฟเบอร์

เอดิสัน

ในการพัฒนาทางประวัติศาสตร์ที่ตามมาเส้นใยคาร์บอนได้รับการพิจารณาว่าเป็นความล้มเหลวของการเพิ่มประสิทธิภาพเส้นใยและไม่ได้รับความสนใจในอุตสาหกรรมและการผลิต

จนกระทั่งองค์กรเวทย์มนตร์นั้น NASA ปรากฏตัวบนเวทีของประวัติศาสตร์วัสดุการบินและอวกาศชนิดใหม่นี้มีความต้านทานต่ออุณหภูมิสูงความต้านทานการกัดกร่อนความแข็งแรงสูงและความหนาแน่นต่ําถูกเชื่อมต่อกับอารยธรรมสมัยใหม่และได้รับการขนานนามว่า "คาร์บอนไฟเบอร์"

เช่นเดียวกับผ้าอ้อมรองเท้ากันกระแทกอากาศและผักที่ขาดน้ําได้ย้ายจากนาซาไปยังสนามพลเรือนคาร์บอนไฟเบอร์เป็น "ความรักใหม่" ที่พบโดยนาซ่าในอุตสาหกรรมวัสดุมีคุณค่าตามธรรมชาติจาก บริษัท ต่างๆเพื่อดูว่าสามารถเป็นคนแรกได้หรือไม่ คนที่กินปูเป็นคนแรกที่ยึดตลาดและทําโชคลาภ

เป็นผลให้ บริษัท ยูไนเต็ดคาร์บอนคอมปาวน์ UCC เข้าสู่อุตสาหกรรมการพัฒนาคาร์บอนไฟเบอร์และในปี 1959 ได้พัฒนาวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ที่ใช้ความหนืดแห่งแรกของโลก Thornel-25

ในเวลานั้นในช่วงสงครามเย็นระหว่างสหภาพโซเวียตและสหรัฐอเมริกาการแข่งขันทางอาวุธต่าง ๆ ก็เริ่มขึ้น ถ้าคุณมีเครื่องบิน ผมจะไปจักรวาล และถ้าคุณไปที่จักรวาล ผมจะไปดวงจันทร์ ในฐานะที่เป็นวัสดุที่มีประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมในด้านการบินและอวกาศและทหารคาร์บอนไฟเบอร์ยังใช้กันอย่างแพร่หลาย

ชายคนแรกบนดวงจันทร์: อาร์มสตรอง

เนื่องจากสหรัฐอเมริกาต้องการจึงมีญี่ปุ่นทํา

ในเวลานั้นญี่ปุ่นในฐานะ "ถ้วยรางวัล" ที่ใหญ่ที่สุดของสหรัฐอเมริกาในสงครามโลกครั้งที่สองก็เริ่มทําการวิจัยเกี่ยวกับคาร์บอนไฟเบอร์

ในความเป็นจริง Thornel-25 ของ UCC นั้นไม่สมบูรณ์แบบ ชื่อทางเทคโนโลยีของคาร์บอนไฟเบอร์มีความหมายเหมือนกันกับธนบัตรในช่วงทศวรรษที่ 1950 ตามราคาทองคําในเวลานั้นคาร์บอนไฟเบอร์ที่มีคุณภาพเดียวกันมีราคาแพงกว่าทองคํา ค่าใช้จ่ายสูงของทองคําดําที่เหมาะสมกลายเป็นจุดเจ็บปวดที่ใหญ่ที่สุดของคาร์บอนไฟเบอร์ในเวลานั้น

ในปี 1961 อากิโอะ ชินโต แห่งห้องปฏิบัติการอุตสาหกรรมโอซาก้าประสบความสําเร็จในการคิดค้นเทคโนโลยีสําหรับการเตรียมเส้นใยคาร์บอนโพลีอะคริโลไนไตรล์ (PAN)

ชินโต อากิโอะ

ก่อนหน้านี้ผลผลิตคาร์บอนไดออกไซด์ของเส้นใยที่มีความหนืดของนาซาค่อนข้างต่ําเพียง 20% นั่นคือหลังจากเส้นใยที่มีความหนืด 100 กิโลกรัมเป็นคาร์บอนสามารถรับคาร์บอนไฟเบอร์ได้เพียง 20 กิโลกรัมเท่านั้น

ตามสูตรโมเลกุลของความหนืดสัดส่วนของอะตอมคาร์บอนอยู่ที่ประมาณ 44% แต่ในกระบวนการคาร์บอเนนซ์ครึ่งหนึ่งของอะตอมคาร์บอนทําปฏิกิริยากับออกซิเจนไฮโดรเจนและไนโตรเจน นอกจากนี้ยังส่งผลให้ประสิทธิภาพการทํางานของคาร์บอนไฟเบอร์ที่มีความหนืดลดลงซึ่งไม่น่าพอใจ

Akio Jindo ใช้ PAN เพื่อให้มีลักษณะของเสถียรภาพทางความร้อนหลังจากการเกิดออกซิเดชันก่อนเกิดออกซิเดชันกล่าวคือในระหว่างกระบวนการอัดคาร์บอนกิจกรรมทางเคมีของอะตอมคาร์บอนของเส้นใย PAN ไม่สูงและอะตอมของคาร์บอนสามารถรักษาได้ดี

ข้อเท็จจริงได้พิสูจน์แล้วว่าการตัดสินของ Kondo Akio นั้นถูกต้อง ผลผลิตคาร์บอนไดออกไซด์ของเส้นทางกระบวนการที่เขาพัฒนาอยู่ระหว่าง 50-60% และประสิทธิภาพนั้นเหนือกว่าเส้นใยที่มีความหนืด อัตราการแปลงเพิ่มขึ้นและราคาลดลงตามธรรมชาติ ตั้งแต่นั้นมา PAN ได้เปลี่ยนคาร์บอนไฟเบอร์ที่มีความหนืดอย่างรวดเร็ว ตอนนี้ส่วนแบ่งของคาร์บอนไฟเบอร์ที่มีความหนืดน้อยกว่า 10% ในขณะที่เส้นใยคาร์บอนที่ใช้ PAN คิดเป็นมากกว่า 80% ของส่วนแบ่ง

ด้วยเทคโนโลยีการเตรียมสารตั้งต้น polyacrylonitrile โดยตรง Toray ประสบความสําเร็จในระดับแนวหน้าของการเตรียมคาร์บอนไฟเบอร์

ต่อมาในปี 1971 บริษัท Toray ของญี่ปุ่น (Toray ชื่อภาษาอังกฤษ 'Toray Industries, Inc) ร่วมมือกับ United Carbon Compounds ของสหรัฐอเมริกาในการผลิตคาร์บอนไฟเบอร์ T300 และประสบความสําเร็จในการผลิตจํานวนมาก 1 ตัน / เดือนในเวลานั้น

ต่อมา บริษัท Toray ยังคงยกระดับคุณภาพของคาร์บอนไฟเบอร์ตามแนว T300, T800, T1000 และเป็นผู้บุกเบิกการเพิ่มวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ให้กับสินค้ากีฬาเช่นไม้แร็กเกตคันเบ็ดไม้กอล์ฟ ฯลฯ ซึ่งกลายเป็นผลิตภัณฑ์ที่ต้องการในอุตสาหกรรมเครื่องกีฬา โทเรของญี่ปุ่นยังมีชื่อเสียงกลายเป็นผู้ผลิตวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์รายใหญ่ที่สุดในโลก