全面了解頂級碳纖維制造商—日本東麗:碳纖維產品分類及應用

 
東麗株式會社成立于 1926 年,其前身是東洋人造絲公司,1970 年 1 月,東麗從公司名稱中去掉“人造絲”一詞,更名為“東麗株式會社”,是著名的以有機合成、高分子化學、生物化學為核心技術的高科技跨國企業,目前東麗在23個和地區擁有 226 家公司。
  本公眾號關于日本東麗公司已撰寫40余篇原創類文章,更多有關東麗公司的精彩文章請點擊日本東麗專輯(延伸閱讀)。本文主要介紹了東麗碳纖維分類產品的性能特點、應用及規格,概述了東麗碳纖維在航空航天、工業應用及體育休閑三大領域應用情況。
  東麗公司碳纖維主要是按照力學性能進行區分,按照拉伸強度和拉伸模量可以分為T系列和M系列:
  T 系列高強度碳纖維:分別標準模量級和高強中模級 ;
  M系列包括高模M系列和高強高模MJ系列。
  除上述兩大傳統系列產品以外,近期東麗公司相繼研發出系列兼具高強度高模量的新型碳纖維,其代表產品為2018年11月研發成功的M40X型碳纖維(閱讀原文),以及今年5月份研發出的拉伸強度4.8GPa、拉伸模量390GPa的新一代工業級高模量碳纖維(閱讀原文),上述兩款產品東麗公司實現了技術突破,尚未完全實現量產,但有望成為東麗未來發展重點產品。
  值得關注的是,東麗公司研發的M40X只是未來重點開發的MX系列款代表產品,按照下圖公司官方圖示,后續很有可能繼續開發基于傳統M46J、M50J、M55J等產品的MX替代產品。
 
  除此以外,東麗公司依托其收購的Zoltek公司大絲束碳纖維制備技術,于2017年11月研發出在性能和成本之間實現平衡的Z600碳纖維,并于2019年5月進行商品化生產,關于Z600碳纖維詳細性能指標參見《深度解密日本東麗新產品Z600碳纖維》。
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  標準模量碳纖維
  標準模量(Standard modulus )碳纖維通常具有33-34msi或略高的纖維模量。TorayT300標準模量碳纖維是公認的行業標準碳纖維,已經生產了30多年。T700S則是拉伸強度高的標準模量級碳纖維。標準模量碳纖維涵蓋1K到24K不同規格。
  T300:用于航空航天應用領域,具有20多年應用歷史、30年的生產歷史,以平衡復合材料特性、高質量、一致性、可靠性和穩定供貨而聞名。規格為1K,3K,6K和12K。
  T400H:拉伸強度高于T300和T300J,專為航空航天應用而設計。規格為3K和6K。
  T700S :可提供高強度的標準模量級碳纖維,具有出色的加工特性,適用于纖維纏繞、編織和預浸料。這種無捻纖維主要用于各種工業和休閑娛樂用品,包括天然氣汽車(NGV)儲罐和SCBA呼吸罐等壓力容器。規格為6K,12K和24K。
  T700G :較T700S的拉伸模量和粘合性能有所提升。這種無捻纖維的應用主要包括飛機和高性能運動用品。規格為12K。
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  高強中模碳纖維
  中模(Intermediate modulus,IM)碳纖維的拉伸模量為42msi。IM纖維初是為航空航天應用而開發的,現在也可用于休閑娛樂和工業應用。Toray提供各種規格IM纖維,結合不同價位和性能特征,可滿足各行各業的需求。Toray的IM纖維規格包括6K,12K,18K和24K。
  T800H :高強中模碳纖維,具有高水平和平衡復合特性。為滿足飛機輕量化需求而設計開發的品種,主要用于商用飛機的一級結構,包括垂直鰭和水平穩定器。規格為6K和12K。
  T800S :T800H的一種非常經濟的、更高拉伸強度的替代品。這種無捻纖維具有特別高拉伸性能,僅提供24K規格。
  T1000G:上拉伸強度高的碳纖維。適用于輕質、高強領域,如航空航天器和衛星的壓力容器,以及燃料電池車輛儲氫瓶。僅提供12K規格。
  T1100G :下一代中模碳纖維,在傳統制造方法(編織、預浸帶等)中具有優異的加工性能。僅提供12K規格。
  T1100S :下一代中模碳纖維,在傳統制造方法(長絲纏繞)中具有優異的加工性能。僅提供12K規格。
  圖片
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  高模量碳纖維
  Toray的MJ和M系列高模量碳纖維代表了高模量的PAN基碳纖維。PAN基高模量纖維性能優于瀝青基纖維,其原因在于其拉伸強度和壓縮強度通常是相應瀝青基纖維的兩倍以上。
  MJ系列纖維比M系列纖維具有更高的拉伸強度和伸長率。剛度和熱膨脹系數(CTE)是其獲得應用的關鍵,主要應用領域包括:航天器、體育用品和工業輥。
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  主要應用領域
  航空航天:TORAYCA?碳纖維被視為現代航空航天應用的重要組成,主要應用領域包括美國波音、歐洲空客商用飛機的主承力和次承力結構、國際空間站、衛星、火箭發動機外殼以及波音三角洲計劃中一次性運載火箭等。TORAYCA?T800碳纖維是目前唯一獲得美國聯邦航空局(FAA)認證的、可為波音777提供關鍵結構件的原材料。
 
  工業應用:TORAYCA?碳纖維在工業領域應用不斷擴展。從消防員減負到使汽車更加省油,由TORAYCA?纖維制成的輕質儲罐正在取代傳統的金屬壓力容器。性能提升的X射線設備、儲能電池、地面天線、風力發電葉片和工業用輥都是TORAYCA?碳纖維改變生活的一些典型應用。
  娛樂休閑:TORAYCA?碳纖維是適用于體育休閑產品的佳材料解決方案。典型產品包括高爾夫球桿桿身、商業和游戲釣魚桿、沖浪設備、自行車部件、滑雪設備和網球拍。此外,TORAYCA?碳纖維是美洲杯帆船和其他高性能船舶的選。
原創 錢 鑫 博士