Carbon fibres, manufacture, use and economy

Abstract
More than a decade has passed since carbon fibre has been introduced into market. At the beginning, carbon fibre was appreciated bacause of its degree of freedom of form and its flexibility compared with solid carbon/graphite block. Main applications were: heat resistant, refractory or ablative materials. In 1959, rayon based carbon fibre with high strength and high modulus properties was introduced under a tradename of Thornel 25 by Union Carbide Corp. USA. Since then carbon fibre has come into the spotlight as a reinforcing material in the composite for structural usage.Then an intensive research work has been carried out to find the more suitable raw materials for carbon fibre (precursor) in UK and in Japan, Dr. Shindo, Osaka Industrial Institute of Japan has succeded in making carbon fibre from acrylic fibre in 1961. The scientists of RAE (Royal Aircraft Establishment, U. K.) have invented the manufacturing technology of carbon fibre based on PAN (polyacrylonitrile) in 1964. The mechanical properties of them were far excellent compared with that of rayon based carbon fibre. Since then, PAN has established the position of precursor and still the most important precursor for structural use carbon fibre.On the other hand in order to reduce the cost, a number of extensive work has been done to develop carbon fibre based on petroleum pitch or on coal pitch. Nowadays high performance carbon fibre based on pitch is industrialized by Union Carbide and also general purpose carbon fibre based on pitch has been commercialized by Kureha Chemical Co, Japan.With regards to the applications, high performance PAN based carbon fibre paves the way for reinforced resin structural materials for aerospace applications. With an increasing performance requirements from aerospace industry, carbon fibre is moving to the second phase in terms of its properties to meet these requirements. A new generation type of carbon fibre is now under development by a number of manufacturers.In this paper, the trend of carbon fibre including its characteristics applications and market estimation are reviewed. Plus d'une décennie s'est écoulée depuis que les fibres de carbone ont été développées commercialement. Au début la fibre de carbone a été appréciée à cause de sa liberté de mise en forme et de sa flexibilité comparées aux blocs de carbone ou de graphite. Les principales applications étaient associées à leur résistance à la chaleur et à leurs caractéristiques réfactaire ou ablative. En 1959, la fibre de carbone issue de la rayonne et présentant des caractéristiques haute résistance et haut module a été introduite par la compagnie Union Carbide Corp. USA sous le nom commercial Thornel 25. A partir de cette date, la fibre de carbone est devenue célèbre comme matériau de renforcement dans les composites structuraux.Ensuite un travail de recherche intensif, en Grande-Bretagne et au Japon), a été mené pour trouver la matière première la mieux adaptée comme précurseur de fibre de carbone. Le Dr. Shindo, de l'Institut de Recherche Industrielle d'Osaka, réussit en 1961 à fabriquer une fibre de carbone à partir d’une fibre acrylique. Les chercheurs de la Royal Aircraft Establishment en Grande-Bretagne, ont inventé en 1964 la technique de fabrication de la fibre de carbone issue du polyacrylonitrile (PAN). Les propriétés mécaniques de cette fibre étaient meilleures que celles de la fibre réalisée à partir de la rayonne. Depuis, la fibre PAN a établi une position dominante de plus important précurseur de fibre de carbone pour les applications structurales.D'un autre côté, afin de réduire le prix de fabrication, un grand nombre de travaux ont été accomplis pour développer une fibre de carbone fabriquée à partir d'un brai de pétrole ou d'un brai de houille. De nos jours, une fibre de carbone haute performance issue d'un brai est industrialisée par l'Union Carbide, et une fibre pour application banalisée, à partir également d'un brai, est commercialisée par la Compagnie Kureha Chemical Co. du Japon.Pour les applications, la fibre de carbone ex-PAN à haute performance couvre le domaine des matériaux composites de structure à matrice polymérique utilisés dans les applications aérospatiales. Avec des spécifications accrues de l'industrie aérospatiale, la fibre de carbone entre dans une deuxième phase pour remplir les caractéristiques physiques requises. Une nouvelle génération de fibres de carbone est actuellement en développement chez certains fabricants.Dans cet article sur la fibre de carbone, les grandes tendances du marché actuel avec les applications caractéristiques sont analysées et présentées.