碳纤维的发展历程悠久且充满变革。其诞生最早可追溯到 19 世纪,然而真正的商业化应用则在 20 世纪中后期才逐渐展开。
在早期发展阶段,碳纤维主要用于一些简单的领域,如电灯灯丝等。随着技术的不断进步,碳纤维的性能得到显著提升。
20 世纪 70 年代,日本东丽公司发明了碳纤维 T300,这一突破为碳纤维在更多领域的应用奠定了基础。此后,碳纤维的性能不断优化,T700 逐渐取代 T300 成为新一代通用级碳纤维。
T300 的出现标志着碳纤维在一定程度上实现了工业化生产和初步应用。而 T700 的诞生则反映了技术的进一步提升,其在强度、模量等性能方面相较于 T300 有了显著改进,从而在航空航天、汽车工业等对材料性能要求较高的领域得到更广泛的应用。
近年来,T800 等更高性能的碳纤维型号也相继出现。T800 在强度、耐高温等性能上更具优势,使得碳纤维能够满足更加苛刻的使用条件和更高的性能要求。
随着碳纤维技术的不断发展,T300、T700、T800 等型号的出现不仅推动了碳纤维行业的进步,也为各个应用领域带来了更多可能性。它们在不同领域的应用,不断促进着相关产业的技术创新和产品升级。

在拉伸强度上,T300 的拉伸强度约为 3500Mpa,T700 的拉伸强度约为 4900Mpa,T800 的拉伸强度则达到约 5800Mpa 。T700 拉伸强度高于 T300 的原因在于其原丝技术的变革,例如从湿法纺丝转变为干喷湿纺,以及碳含量和碳化温度的差异等,这使得 T700 的纤维结构更加致密,强度得以提升。这种差异的影响在于,T700 在对强度要求较高的领域,如高端汽车零部件制造等,能够更好地发挥作用,而 T300 则更适用于对强度要求相对较低的一般工业产品。
在拉伸模量上,T300 的拉伸模量约为 230Gpa,T700 约为 240Gpa,T800 约为 294Gpa 。在实际应用中,T300 常用于对模量要求不太高的产品,如一些普通的机械部件;T700 则适用于对模量有一定要求的场合,如中等性能的运动器材;T800 由于其较高的拉伸模量,更多地应用于对模量要求苛刻的航空航天领域等。
在伸出量上,T300 的断裂伸长率约为 1.5%,T700 约为 2.1%,T800 约为 2.0% 。T700 相对较高的伸长率特点使其在产品的耐用性方面表现更为出色,能够承受更多的拉伸和变形而不易损坏;而 T300 较低的伸长率则使其在柔韧性上稍逊一筹。在产品应用中,对于需要较好柔韧性和耐用性的部件,如一些复杂形状的结构体,T700 可能是更好的选择;而对于一些对柔韧性要求不高的简单结构,T300 则能满足需求。

在碳纤维 T300 的生产中,主要采用湿法纺丝工艺。这种工艺下,纺出的纤维表面呈树皮状,有明显沟槽。然而,这也导致纤维的表面粗糙度相对较高,一定程度上限制了其在某些对表面要求较高领域的应用。
对于碳纤维 T700 ,则主要运用干喷湿纺工艺。该工艺使得纤维表面光滑,有利于提高其与树脂等材料的结合性能,从而在复合材料制备中展现出更优异的性能。
碳纤维 T800 的纺丝工艺与 T700 类似,但在具体参数和细节上可能会有进一步的优化和调整,以实现更高的性能指标。
在碳纤维的凝固过程中,凝固液的选择至关重要。对于 T300 、T700 和 T800 ,通常会根据所需性能来选择合适的凝固液。
例如,若追求较高的强度和模量,可能会选择特定成分和浓度的凝固液,以控制纤维的结晶度和取向度。在凝固过程中,参数如温度、压力和凝固液流速的变化,都会显著影响纤维的性能。
温度过高或过低可能导致纤维的结晶不完善,影响强度;压力不稳定可能造成纤维结构不均匀;而凝固液流速的改变则会影响纤维的微观形貌和孔隙分布。
这些凝固过程中的参数变化,最终塑造了碳纤维 T300 、T700 和 T800 不同的性能特点,使其能够适应不同的应用需求。
在航空航天领域,T300 常用于一些次要结构部件,如飞机座椅、舱口等;T700 则应用于承受横向机械应力的复合材料结构,如机翼部分;T800 主要用于关键的航空结构,如机身和发动机等。
在汽车领域,T300 适合汽车内饰应用,因其高质量能提供良好的内饰质感;T700 可用于高端汽车零部件制造,如发动机部件等,以满足高强度要求;T800 则在一级方程式赛车等高性能汽车中发挥作用,有助于减轻车身重量,提高车辆性能。
在体育用品中,T300 可用于制作一些一般性的体育器材,如普通的健身器材;T700 常用于中等性能的运动器材,如自行车架;T800 则在对性能要求极高的体育用品,如高端钓鱼竿、竞技级别的赛车部件中得到应用。

性能方面,如果对强度要求较高,如在航空航天的关键结构或高端汽车零部件制造中,T700 和 T800 是更好的选择。若对模量要求较高,特别是在需要高精度和高稳定性的场合,如航空航天的精密部件,T800 更为合适。对于一般工业产品或对性能要求相对较低的应用,T300 就能满足需求。
成本因素上,如果预算有限,T300 因其成本相对较低,是较为经济的选择。但如果考虑到长期使用和产品的耐用性,虽然 T700 和 T800 初始成本较高,但在使用寿命和性能表现上可能更具优势。例如,对于需要频繁使用且对性能稳定性要求高的产品,选择 T700 或 T800 可能在长期来看更能节省成本。