碳纤维如何诞生的？

轻而坚固的碳纤维是一种工业材料，广泛应用于多种应用，包括汽车车身、飞机机身和发电风力涡轮机的叶片。此外，碳纤维是日本的特产，约占世界产量的70%。为什么日本纺织品制造商能够引领世界市场？其起源在于日本产业技术研究院（AIST）的研究人员对碳纤维的开发和实用化的强烈愿望。

我想用碳制造工业材料！

　碳纤维，顾名思义，是指以碳为原料的纤维，由有机纤维烧制而成。其特点是质轻、强度大。它的比重是铁的四分之一，但强度却是铁的十倍，硬度是铁的七倍多。此外，它还具有优异的抗疲劳性和耐腐蚀性，并且具有高导热性，但热膨胀系数非常低。因此，其用途广泛，从人造卫星、飞机等航空航天领域到钓鱼竿、高尔夫球杆、网球拍等运动器材，最近还应用于汽车车身。

由PAN纤维制成的轻质高强度碳纤维用于服装等。

　碳纤维有着悠久的历史，可以追溯到19世纪，当时爱迪生将竹子蒸汽烧成碳化，并用它作为白炽灯泡的灯丝。后来，在 20 世纪 50 年代，美国需要太空探索的材料，于是利用人造丝（一种类似于丝绸的再生纤维）开发了碳纤维。

　大约在这个时候，日本产业技术综合研究所（AIST 的前身之一）大阪产业技术研究所的新藤昭夫（Akio Shindo）正在进行碳的基础研究。然而，Shindo 想做的不仅仅是基础研究，他想做直接造福社会的研究和开发。与此同时，1959 年，Shindo 在一份商业报纸上发现了一篇报道美国碳纤维潜力的文章。当时，还没有开发出可以工业化的碳纤维材料，新藤本能地知道，“就是这个了！” 然而，当时很难获得详细信息。我尝试在高温下随意烧制各种织物，但大多数织物只是熔化并变成了块状物。

碳纤维的诞生

　当他在没有成功后再次迷失地研究合成纤维时，新藤在一本书中读到，只有一种名为“Orlon”的聚丙烯腈（PAN）基纤维即使在高温下也具有粘性而不熔化。我明白了。我立即从在一家纺织公司工作的兄弟那里得到了奥伦，当我尝试烧制它时，我确信碳化的绒毛仍然存在。得到积极回应后，Shindo 决定将研究重点放在 PAN 基纤维上。

　当他继续进行烧制实验时，有一天，他创造出了一束闪亮的黑色纤维，可以缠绕在手指上而不会断裂。这是他们第一次使用独特的方法成功制造碳纤维。

　然而，当我增加纤维量并烘烤它时，它不知怎的就散开了。调查其原因后，新藤还发现，在烧制前必须进行氧化处理作为预处理，以使其更难以断裂或切割。另外，发现如果在烧成前对碳纤维进行这样的预氧化处理，则即使接近火焰也难以燃烧。

　烧成过程中碳化是如何进行的，结构和机械性能如何变化？Shindo也致力于阐明其原理，在美国看到一篇有关碳纤维的文章后仅四个月，他就申请了专利（1962年通过）。除了耐高温、耐化学腐蚀、导电之外，它们还利用其纤维特性生产耐酸、耐碱、耐高温气体的过滤材料，以及红外线辐射器、真空管丝、以及合成树脂填充物，他们宣布可以应用于药品等。

“新藤模式”是产学研成功技术转让的代表例子。

　经过多次实验，1963年，Shindo（代表他）在国际碳相关学术会议上首次发表了有关PAN基碳纤维的碳化过程、结构和强度的报告。1965年，美国空军官员在看到该论文后参观了大阪工业技术研究所，发现通过将塑料与碳纤维结合，可以生产出更轻、更强的碳纤维增强塑料（CFRP），他提出了建议。

　考虑到它是一种工业材料，轻质和硬质CFRP的用途显然将会扩大。从此，Shindo积极致力于CFRP的研发，其成果使得国内企业开始积极研究碳纤维。Shindo还为日本碳纤维株式会社等30多家民间企业提供了技术指导，成为日本碳纤维产业大幅增长的基础。此外，这种将发明与其他领域的商业化联系起来的方法被称为“Shindo模型”，并且是AIST当前技术桥接的基础。

　Shindo 在去世前表示，“在其发明时，我从未想象过它的用途会扩大到今天的程度”，但他开发的 PAN 基碳纤维的高强度和刚性也启发了美国和英国的产业，也刺激了两国碳纤维的发展。据说，任何国家的PAN基碳纤维的根源都可以追溯到Shindo的技术。

　PAN基碳纤维的发明已经过去了50多年，正如本文开头所提到的，碳纤维现在被用于各种用途，从普通消费者使用的体育用品到飞机和汽车的结构材料。成为。碳纤维的用途不断扩大，已成为世界各地人们生活中不可或缺的一部分。