国内关于三代碳纤维产品划分最早是在2016年见诸报端的,其背景主要是日本、美国在高性能碳纤维领域的新突破:
日本:2014年3月,日本东丽公司宣布利用传统的PAN溶液纺丝技术,精细控制碳化过程,在纳米尺度上改善碳纤维的微结构,对碳化后纤维中石墨微晶取向、微晶尺寸、缺陷等进行控制,从而使强度和弹性模量都得到大幅提升,成功研发出拉伸强度6.6GPa、拉伸模量324GPa的T1100型碳纤维,在2017年实现商品化时,该型碳纤维的拉伸强度修正为7.0GPa,而拉伸模量保持不变。美国:2015年7月,在美国国防预研局(DARPA)资助下,佐治亚理工学院创新PAN基碳纤维凝胶纺丝技术,开发出拉伸强度达到了大流量套餐5.5-5.8GPa,拉伸模量在354-375GPa的新一代高强度高模量碳纤维,它同时实现了纤维强度和模量的提升。小编也清晰记得,2016年新闻中将上述两款产品定义为第三代碳纤维时,也引起了国内不少专家的异议,但是,随着2018年,日本东丽公司研发成功兼具高强度高模量的M40X型碳纤维(拉伸强度5.7GPa、拉伸模量377GPa),让不少人渐渐对第三代碳纤维认同起来。
由于高强型碳纤维和高模型碳纤维在应用领域存在着明显的不同,因此小编及所在团队便提出了航空用三代高强度碳纤维和航天用三代高模量碳纤维的概念,并在《以日本东丽、美国Hexcel公司为代表的国外碳纤维发展策略及其对我国高性能碳纤维产业发大流量套餐展的启示》技术报告中分别就两大类碳纤维详细发展历程进行了阐述,而该技术报告也荣获荣获恒逸基金优秀软课题二等奖。有关航空用三代高强度碳纤维发展历程、代表性产品等大家可以延伸阅读《详细剖析国外三代航空级碳纤维的特点、典型产品以及国内航空级碳纤维现状》,在这里不再重复介绍。
随着三代碳纤维概念深入人心,国内相关领域的人员也渐渐接受了高性能碳纤维经历了三代产品的发展,但是作为全球PAN基碳纤维龙头企业——日本东丽公司是如何划分自己的碳纤维产品呢?而经过小编的悉心整理,从东丽公司2023年最新的公开资料中发现了其对碳纤维的划分方法,如下图所示;
虽然文献为日文材料,但是不难发现,日本东丽公司也是将其碳纤维产大流量套餐品划分为三代产品,在产品划分时不但有明确的时间节点,而且有产品类别和丝束规格,具体三代产品如下:
第一代:1970年代,碳纤维实现工业生产的初期,纤维丝束规格为3k-6k,代表性产品包括:T300、M30、M40、M46、M50等级别碳纤维;第二代:1980-2000年代,碳纤维实现高强度、高模量化,并具有高生产率,纤维丝束规格6k-24k,代表性产品包括:T700S、T800H、T800S、T1000、M30S、M35J、M40J、M46J、M50J、M55J、M60J、M65J(技术突破但未商品化)、M70J(技术突破但未商品化)等级别碳纤维。第三代:2010-如今,碳纤维进一步高强度、高模大流量套餐量化,纤维丝束规格≥12k,代表性产品为拉伸强度7GPa的T1100G和超高强度、高弹性模量MX系列。在了解上述东丽公司对其碳纤维产品划分方法后,我们不难发现,除了基本的力学性能以外,纤维丝束规格也是一项重要的衡量指标。
丝束规格对碳纤维成本有着重要影响,在本号前期文章《一文简要了解高性能碳纤维的价格影响因素》中介绍了根据日本东丽公司提供相关数据,其旗下某型号碳纤维3k规格产品的成本为50-70美元/kg,6k规格产品的为40-50美元/kg,但当产品为12k规格碳纤维时,其成本可下降到不足30美元/kg。
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