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全面了解顶级碳纤维制造商—日本东丽:碳纤维产品分类及应用

2020-12-15 16:174560
  
东丽株式会社成立于 1926 年,其前身是东洋人造丝公司,1970 年 1 月,东丽从公司名称中去掉“人造丝”一词,更名为“东丽株式会社”,是著名的以有机合成、高分子化学、生物化学为核心技术的高科技跨国企业,目前东丽在23个和地区拥有 226 家公司。
  本公众号关于日本东丽公司已撰写40余篇原创类文章,更多有关东丽公司的精彩文章请点击日本东丽专辑(延伸阅读)。本文主要介绍了东丽碳纤维分类产品的性能特点、应用及规格,概述了东丽碳纤维在航空航天、工业应用及体育休闲三大领域应用情况。
  东丽公司碳纤维主要是按照力学性能进行区分,按照拉伸强度和拉伸模量可以分为T系列和M系列:
  T 系列高强度碳纤维:分别标准模量级和高强中模级 ;
  M系列包括高模M系列和高强高模MJ系列。
  除上述两大传统系列产品以外,近期东丽公司相继研发出系列兼具高强度高模量的新型碳纤维,其代表产品为2018年11月研发成功的M40X型碳纤维(阅读原文),以及今年5月份研发出的拉伸强度4.8GPa、拉伸模量390GPa的新一代工业级高模量碳纤维(阅读原文),上述两款产品东丽公司实现了技术突破,尚未完全实现量产,但有望成为东丽未来发展重点产品。
  值得关注的是,东丽公司研发的M40X只是未来重点开发的MX系列款代表产品,按照下图公司官方图示,后续很有可能继续开发基于传统M46J、M50J、M55J等产品的MX替代产品。
 
  除此以外,东丽公司依托其收购的Zoltek公司大丝束碳纤维制备技术,于2017年11月研发出在性能和成本之间实现平衡的Z600碳纤维,并于2019年5月进行商品化生产,关于Z600碳纤维详细性能指标参见《深度解密日本东丽新产品Z600碳纤维》。
  1
  标准模量碳纤维
  标准模量(Standard modulus )碳纤维通常具有33-34msi或略高的纤维模量。TorayT300标准模量碳纤维是公认的行业标准碳纤维,已经生产了30多年。T700S则是拉伸强度高的标准模量级碳纤维。标准模量碳纤维涵盖1K到24K不同规格。
  T300:用于航空航天应用领域,具有20多年应用历史、30年的生产历史,以平衡复合材料特性、高质量、一致性、可靠性和稳定供货而闻名。规格为1K,3K,6K和12K。
  T400H:拉伸强度高于T300和T300J,专为航空航天应用而设计。规格为3K和6K。
  T700S :可提供高强度的标准模量级碳纤维,具有出色的加工特性,适用于纤维缠绕、编织和预浸料。这种无捻纤维主要用于各种工业和休闲娱乐用品,包括天然气汽车(NGV)储罐和SCBA呼吸罐等压力容器。规格为6K,12K和24K。
  T700G :较T700S的拉伸模量和粘合性能有所提升。这种无捻纤维的应用主要包括飞机和高性能运动用品。规格为12K。
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  高强中模碳纤维
  中模(Intermediate modulus,IM)碳纤维的拉伸模量为42msi。IM纤维初是为航空航天应用而开发的,现在也可用于休闲娱乐和工业应用。Toray提供各种规格IM纤维,结合不同价位和性能特征,可满足各行各业的需求。Toray的IM纤维规格包括6K,12K,18K和24K。
  T800H :高强中模碳纤维,具有高水平和平衡复合特性。为满足飞机轻量化需求而设计开发的品种,主要用于商用飞机的一级结构,包括垂直鳍和水平稳定器。规格为6K和12K。
  T800S :T800H的一种非常经济的、更高拉伸强度的替代品。这种无捻纤维具有特别高拉伸性能,仅提供24K规格。
  T1000G:上拉伸强度高的碳纤维。适用于轻质、高强领域,如航空航天器和卫星的压力容器,以及燃料电池车辆储氢瓶。仅提供12K规格。
  T1100G :下一代中模碳纤维,在传统制造方法(编织、预浸带等)中具有优异的加工性能。仅提供12K规格。
  T1100S :下一代中模碳纤维,在传统制造方法(长丝缠绕)中具有优异的加工性能。仅提供12K规格。
  图片
  3
  高模量碳纤维
  Toray的MJ和M系列高模量碳纤维代表了高模量的PAN基碳纤维。PAN基高模量纤维性能优于沥青基纤维,其原因在于其拉伸强度和压缩强度通常是相应沥青基纤维的两倍以上。
  MJ系列纤维比M系列纤维具有更高的拉伸强度和伸长率。刚度和热膨胀系数(CTE)是其获得应用的关键,主要应用领域包括:航天器、体育用品和工业辊。
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  主要应用领域
  航空航天:TORAYCA?碳纤维被视为现代航空航天应用的重要组成,主要应用领域包括美国波音、欧洲空客商用飞机的主承力和次承力结构、国际空间站、卫星、火箭发动机外壳以及波音三角洲计划中一次性运载火箭等。TORAYCA?T800碳纤维是目前唯一获得美国联邦航空局(FAA)认证的、可为波音777提供关键结构件的原材料。
 
  工业应用:TORAYCA?碳纤维在工业领域应用不断扩展。从消防员减负到使汽车更加省油,由TORAYCA?纤维制成的轻质储罐正在取代传统的金属压力容器。性能提升的X射线设备、储能电池、地面天线、风力发电叶片和工业用辊都是TORAYCA?碳纤维改变生活的一些典型应用。
  娱乐休闲:TORAYCA?碳纤维是适用于体育休闲产品的佳材料解决方案。典型产品包括高尔夫球杆杆身、商业和游戏钓鱼杆、冲浪设备、自行车部件、滑雪设备和网球拍。此外,TORAYCA?碳纤维是美洲杯帆船和其他高性能船舶的选。
原创 钱 鑫 博士
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