Analisi di u sviluppu di a tecnulugia mundiale di a fibra di carbone

1. Introduzione

A fibra di carbone hè un novu materiale inorganicu cù un cuntenutu di carbone superiore à 95%, cù bassa densità, alta resistenza, resistenza à alta temperatura, alta stabilità chimica, anti-fatica, resistenza à l'usura è altre eccellenti proprietà fisiche è chimiche di basa, è hà una alta attenuazione di vibrazioni, una bona cunduttività termica conduttiva, prestazioni di schermatura elettromagnetica è un bassu coefficiente di dilatazione termica è altre caratteristiche. Queste eccellenti proprietà rendenu a fibra di carbone largamente aduprata in l'aerospaziale, u trasportu ferroviariu, a fabricazione di veiculi, armi è equipaggiamenti, macchine per a custruzzione, custruzzione di infrastrutture, ingegneria marina, ingegneria petrolifera, energia eolica, articuli sportivi è altri campi.

Basatu annantu à i bisogni strategichi naziunali di i materiali di fibra di carbone, a Cina l'hà listata cum'è una di e tecnulugie core di l'industrie emergenti chì sò focalizate nantu à u sustegnu. In a pianificazione naziunale di scienza è tecnulugia "Dodici-Cinque", a tecnulugia di preparazione è applicazione di a fibra di carbone d'altu rendimentu hè una di e tecnulugie core di l'industrie emergenti strategiche sustinute da u statu. In maghju 2015, u Cunsigliu di Statu hà publicatu ufficialmente "Made in China 2025", i novi materiali cum'è una di e zone chjave di a prumuzione è u sviluppu vigorosu, cumpresi i materiali strutturali d'altu rendimentu, i cumposti avanzati sò u focu di u sviluppu in u campu di i novi materiali. In uttrovi 2015, u Ministeru di l'Industria è di l'Industria di l'Infurmazione hà publicatu ufficialmente a "China Manufacturing 2025 key Areas Technology Roadmap", "fibra d'altu rendimentu è i so cumposti" cum'è materiale strategicu chjave, l'ubbiettivu 2020 hè "cumposti di fibra di carbone naziunali per risponde à i requisiti tecnichi di grandi aerei è altri equipaggiamenti impurtanti". In nuvembre 2016, u Cunsigliu di Statu hà publicatu u pianu naziunale di sviluppu strategicu di l'industrie emergenti "Tredici-Cinque", chì hà chjaramente indicatu di rinfurzà u sustegnu di a cuuperazione à monte è à valle di l'industria di i novi materiali, in i cumposti di fibra di carbone è altri campi per realizà una dimostrazione pilota di applicazioni collaborative, custruisce una piattaforma di applicazioni collaborative. In ghjennaghju 2017, u Ministeru di l'Industria è di u Sviluppu, a NDRC, a scienza è a tecnulugia, è u Ministeru di e Finanze anu furmulatu inseme a "Guida à u sviluppu di novi industrie di materiali", è anu prupostu chì à partesi da u 2020, "in i cumposti di fibra di carbone, l'acciaiu speciale di alta qualità, i materiali avanzati in lega leggera è altri campi per ottene più di 70 industrializazione è applicazione chjave di novi materiali, custruisce un sistema di supportu per l'equipaggiamenti di prucessu chì currisponde à u livellu di sviluppu di l'industria di i novi materiali di a Cina".

Siccomu a fibra di carbone è i so cumposti ghjocanu un rollu impurtante in a difesa naziunale è in u sustenimentu di u populu, parechji esperti si cuncentrenu nantu à u so sviluppu è l'analisi di e tendenze di ricerca. U duttore Zhou Hong hà rivisu i cuntributi scientifichi è tecnologichi fatti da i scientifichi americani in e prime fasi di u sviluppu di a tecnulugia di a fibra di carbone à alte prestazioni, è hà scansionatu è riportatu 16 applicazioni principali è recenti avanzamenti tecnologichi di a fibra di carbone, è a tecnulugia di pruduzzione, e proprietà è l'applicazione di a fibra di carbone in poliacrilonitrile è u so sviluppu tecnologicu attuale sò stati rivisti da u duttore Wei Xin, ecc. Presenta ancu alcune suggerimenti custruttivi per i prublemi esistenti in u sviluppu di a fibra di carbone in Cina. Inoltre, parechje persone anu realizatu ricerche nantu à l'analisi metrologica di documenti è brevetti in u campu di a fibra di carbone è i so cumposti. Per esempiu, Ma Xianglin è altri da u puntu di vista di a metrologia da a distribuzione di brevetti di fibra di carbone 1998-2017 è l'applicazione di u campu di l'analisi; Yang Sisi è altri basati nantu à a piattaforma d'innografia per a ricerca glubale di brevetti di tessuti di fibra di carbone è statistiche di dati, da a tendenza annuale di sviluppu di brevetti, titulari di brevetti, U hotspot di a tecnulugia di brevetti è u brevettu core di a tecnulugia sò analizati.

Da u puntu di vista di a ricerca è di u sviluppu di a fibra di carbone, a ricerca cinese hè guasi sincronizata cù quella mundiale, ma u sviluppu hè lentu, a scala è a qualità di a pruduzzione di fibra di carbone d'altu rendimentu paragunate à i paesi stranieri anu una lacuna, ci hè un bisognu urgente di accelerà u prucessu di R&S, di fà avanzà a struttura strategica, di coglie l'opportunità di sviluppu di l'industria futura. Dunque, questu articulu investiga prima a struttura di u prughjettu di i paesi in u campu di a ricerca di a fibra di carbone, per capisce a pianificazione di e rotte di R&S in diversi paesi, è secondu, perchè a ricerca basica è a ricerca applicativa di a fibra di carbone hè assai impurtante per a ricerca tecnica è u sviluppu di a fibra di carbone, dunque, realizemu analisi metrologiche da i risultati di a ricerca accademica - documenti SCI è risultati di a ricerca applicata - brevetti à u listessu tempu per ottene una cunniscenza cumpleta di i progressi di R&S in u campu di a fibra di carbone, è per scansà i recenti sviluppi di a ricerca in questu campu per vede i progressi di Peep International Frontier R&S. Infine, basatu annantu à i risultati di a ricerca sopra, sò state presentate alcune suggerimenti per a strada di ricerca è sviluppu in u campu di a fibra di carbone in Cina.

2. Cfibra d'arbonu schema di u prughjettu di ricercai principali paesi/regioni

I principali paesi di pruduzzione di fibra di carbone includenu u Giappone, i Stati Uniti, a Corea di u Sud, certi paesi europei è Taiwan, Cina. I paesi di tecnulugia avanzata in a prima fase di u sviluppu di a tecnulugia di a fibra di carbone anu capitu l'impurtanza di stu materiale, anu realizatu un pianu strategicu, prumove vigorosamente u sviluppu di materiali in fibra di carbone.

2.1 Giappone

U Giappone hè u paese u più sviluppatu per a tecnulugia di a fibra di carbone. E 3 cumpagnie in Toray, Bong è Mitsubishi Liyang in Giappone rapprisentanu circa u 70% ~ 80% di a quota di mercatu mundiale di a pruduzzione di fibra di carbone. Tuttavia, u Giappone attribuisce una grande impurtanza à u mantenimentu di i so punti di forza in questu duminiu, in particulare u sviluppu di fibre di carbone à alte prestazioni è tecnulugie energetiche è rispettose di l'ambiente, cù un forte sustegnu umanu è finanziariu, è in una quantità di pulitiche basiche, cumprese u pianu energeticu basicu, u schema strategicu per a crescita ecunomica è u Protocolu di Kyoto, anu fattu di questu un prughjettu strategicu chì deve esse avanzatu. Basatu annantu à a pulitica energetica è ambientale naziunale basica, u Ministeru di l'Ecunumia, l'Industria è a Pruprietà di u Giappone hà presentatu u "Prugramma di ricerca è sviluppu di tecnulugia di risparmiu energeticu". Sustenuta da a pulitica sopra, l'industria giapponese di a fibra di carbone hè stata capace di centralizà più efficacemente tutti l'aspetti di e risorse è di prumove a suluzione di prublemi cumuni in l'industria di a fibra di carbone.

"U sviluppu tecnologicu cum'è i novi materiali strutturali innovativi" (2013-2022) hè un prughjettu messu in opera in u quadru di u "prughjettu di ricerca Future Development" in Giappone per ottene significativamente u sviluppu di a tecnulugia innovativa necessaria di i materiali strutturali è a cumbinazione di diversi materiali, cù l'ubbiettivu principale di riduce u pesu ligeru (a metà di u pesu di a vittura) di i mezi di trasportu. È infine realizà a so applicazione pratica. Dopu avè pigliatu in carica u prughjettu di ricerca è sviluppu in u 2014, l'Agenzia di Sviluppu Tecnulugicu Industriale (NEDO) hà sviluppatu parechji sottoprughjetti in i quali l'ubbiettivi generali di u prughjettu di ricerca in fibra di carbone "Ricerca è sviluppu basicu innovativu in fibra di carbone" eranu: sviluppà novi cumposti precursori di fibra di carbone; elucidà u mecanismu di furmazione di e strutture di carbonizazione; è sviluppà è standardizà i metudi di valutazione di a fibra di carbone. U prugettu, guidatu da l'Università di Tokyo è chì implica inseme l'Istitutu di Tecnulugia Industriale (NEDO), Toray, Teijin, Dongyuan è Mitsubishi Liyang, hà fattu progressi significativi in ​​ghjennaghju 2016 è hè un'altra svolta maiò in u campu di a fibra di carbone à basa di padella dopu à l'invenzione di u "modu Kondo" in Giappone in u 1959.

2.2 Stati Uniti

L'Agenzia di ricerca preliminare per a difesa di i Stati Uniti (DARPA) hà lanciatu u prughjettu Advanced Structural Fiber in u 2006 cù l'ubbiettivu di riunisce a forza di ricerca scientifica duminante di u paese per sviluppà fibre strutturali di prossima generazione basate nantu à e fibre di carbone. Sustenuta da stu prughjettu, a squadra di ricerca di l'Istitutu Tecnulugicu di Georgia in i Stati Uniti hà sfondatu a tecnulugia di preparazione di u filu crudu in u 2015, aumentendu u so modulu elasticu di 30%, marcandu i Stati Uniti cù a capacità di sviluppu di a terza generazione di fibra di carbone.

In u 2014, u Dipartimentu di l'Energia di i Stati Uniti (DOE) hà annunziatu un sussidiu di 11,3 milioni di dollari per dui prughjetti nantu à "prucessi catalitici multi-passu per a cunversione di zuccheri di biomassa non comestibili in acrilonitrile" è "ricerca è ottimizazione di l'acrilonitrile derivatu da a pruduzzione di biomassa" per prumove l'usu di residui agriculi, Ricerca nantu à materiali di fibra di carbone rinnuvevuli à alte prestazioni à costu cumpetitivu per a pruduzzione di materie prime rinnuvevuli micca basate nantu à l'alimentu, cum'è a biomassa legnosa, è piani per riduce u costu di pruduzzione di fibre di carbone rinnuvevuli di biomassa à menu di $ 5 / lb entro u 2020.

In marzu 2017, u Dipartimentu di l'Energia di i Stati Uniti hà annunziatu torna 3,74 milioni di dollari per finanziare un "prughjettu di R&S di cumpunenti di fibra di carbone à bassu costu" guidatu da u Western American Institute (WRI), chì si cuncentra nantu à u sviluppu di cumpunenti di fibra di carbone à bassu costu basati nantu à risorse cum'è u carbone è a biomassa.

In lugliu 2017, u Dipartimentu di l'Energia di i Stati Uniti hà annunziatu u finanziamentu di 19,4 milioni di dollari per sustene a ricerca è u sviluppu di veiculi avanzati à risparmiu energeticu, 6,7 milioni di i quali sò aduprati per finanziare a preparazione di fibre di carbone à bassu costu utilizendu materiali computazionali, cumpresu u sviluppu di metudi di valutazione multiscala per a tecnulugia informatica integrata per valutà l'entusiasmu di i novi precursori di fibre di carbone, a teoria funzionale di a densità assistita da dinamica moleculare avanzata, l'apprendimentu automaticu è altri strumenti sò aduprati per sviluppà strumenti informatici d'avanguardia per migliurà l'efficienza di selezzione di materie prime di fibre di carbone à bassu costu.

2.3 Europa

L'industria europea di a fibra di carbone s'hè sviluppata in Giappone è in i Stati Uniti in l'anni settanta o ottanta di u XXu seculu, ma per via di a tecnulugia è di u capitale, parechje cumpagnie produttrici di fibra di carbone unica ùn anu micca rispettatu u periodu di forte crescita di a dumanda di fibra di carbone dopu à 2000 anni è sò sparite. A cumpagnia tedesca SGL hè l'unica cumpagnia in Europa à avè una parte maiò di u mercatu mundiale di a fibra di carbone.

In nuvembre 2011, l'Unione Europea hà lanciatu u prughjettu Eucarbon, chì hà per scopu di migliurà e capacità di fabricazione europee in fibra di carbone è materiali preimpregnati per l'aerospaziale. U prughjettu hà duratu 4 anni, cù un investimentu tutale di 3,2 milioni d'euri, è in maghju 2017 hà stabilitu cù successu a prima linea di pruduzzione speciale di fibra di carbone in Europa per applicazioni spaziali cum'è i satelliti, permettendu cusì à l'Europa di alluntanassi da a so dipendenza da l'impurtazioni di u pruduttu è di assicurà a sicurezza di l'approvvigionamentu di materiali.

U Settimu Quadru di l'UE prevede di sustene u prughjettu "fibra di carbone funzionale in a preparazione di un novu sistema precursore cù prestazioni economiche è gestibili" (FIBRALSPEC) (2014-2017) per 6,08 milioni d'euri. U prughjettu di 4 anni, guidatu da l'Università Tecnica Naziunale d'Atene, Grecia, cù a participazione di cumpagnie multinaziunali cum'è l'Italia, u Regnu Unitu è ​​l'Ucraina, hè focalizatu nantu à l'innuvazione è u miglioramentu di u prucessu di preparazione cuntinua di fibre di carbone à basa di poliacrilonitrile per ottene una pruduzzione sperimentale di fibre di carbone à basa cuntinua. U prughjettu hà cumpletatu cù successu u sviluppu è l'applicazione di fibra di carbone è tecnulugia cumposta migliorata da risorse polimeriche organiche rinnuvevuli (cum'è supercondensatori, rifugi d'emergenza rapidi, è ancu prototipi di macchine di rivestimentu rotative elettriche meccaniche è sviluppu di linee di pruduzzione di nanofibre, ecc.).

Un numeru crescente di settori industriali, cum'è l'automobile, l'energia eolica è a custruzzione navale, necessitanu cumposti leggeri è d'altu rendimentu, chì custituiscenu un enorme mercatu potenziale per l'industria di a fibra di carbone. L'UE investe 5,968 milioni d'euri per lancià u prughjettu Carboprec (2014-2017), chì hà per scopu strategicu di sviluppà precursori à bassu costu da materiali rinnuvevuli chì sò largamente presenti in Europa è di migliurà a pruduzzione di fibre di carbone d'altu rendimentu per mezu di nanotubi di carbone.

U prugramma di ricerca Cleansky II di l'Unione Europea hà finanziatu un prughjettu "R&D di pneumatici cumposti" (2017), direttu da l'Istitutu Fraunhofer per a Produzione è l'Affidabilità di i Sistemi (LBF) in Germania, chì prevede di sviluppà cumpunenti di a rota anteriore per aerei cumposti rinforzati cù fibra di carbone per l'Airbus A320. L'obiettivu hè di riduce u pesu di u 40% paragunatu à i materiali metallichi cunvinziunali. U prughjettu hè finanziatu da circa 200 000 EUR.

2.4 Corea

A R&S è l'industrializazione di a fibra di carbone in Corea di u Sud anu cuminciatu tardi, a R&S hà cuminciatu in u 2006, è in u 2013 hà cuminciatu à entre formalmente in a fase pratica, invertendu a situazione di a fibra di carbone coreana chì dipendeva da l'impurtazioni. Per u gruppu xiaoxing lucale di Corea di u Sud è Taiguang Business cum'è rappresentante di u pioniere di l'industria impegnatu attivamente in u campu di u layout di l'industria di a fibra di carbone, u sviluppu di u momentum hè forte. Inoltre, a basa di pruduzzione di fibra di carbone stabilita da Toray Japan in Corea hà ancu cuntribuitu à u mercatu di a fibra di carbone in Corea stessa.

U guvernu coreanu hà sceltu di fà di u Gruppu Xiaoxing un locu di riunione per l'industrie innovative di a fibra di carbone. L'obiettivu hè di furmà un cluster di l'industria di i materiali di fibra di carbone, prumove u sviluppu di un ecosistema ecunomicu creativo in tutta a regione di u Nordu, l'obiettivu ultimu hè di furmà una catena di pruduzzione unica di materiali di fibra di carbone → pezzi → pruduttu finitu, a creazione di un cluster d'incubazione di fibra di carbone pò esse paragunata à a Silicon Valley in i Stati Uniti, sfruttà novi mercati, creà un novu valore aghjuntu, ghjunghje à l'obiettivu di 10 miliardi di dollari in esportazioni di prudutti ligati à a fibra di carbone (equivalenti à circa 55,2 miliardi di yuan) da u 2020.

3. analisi di a ricerca mundiale nantu à a fibra di carbone è di i risultati di a ricerca

Questa sottusiczione conta i documenti SCI relativi à a ricerca nantu à a fibra di carbone è i risultati di i brevetti DII dapoi u 2010, per analizà a ricerca accademica è a ricerca è u sviluppu industriale di a tecnulugia glubale di a fibra di carbone à u listessu tempu, è capisce cumpletamente u prugressu di a ricerca è u sviluppu di a fibra di carbone à livellu internaziunale.

Dati derivati ​​da a basa di dati Scie è a basa di dati Dewent in a basa di dati web of Science publicata da Clarivate Analytics; intervallu di tempu di recuperu: 2010-2017; data di recuperu: 1 di ferraghju 2018.

Strategia di Recuperazione di Carta SCI: Ts=((fibra di carbone* o fibra di carbone* o ("fibra di carbone*" micca "fibra di vetru di carbone") o "fibra di carbone*" o "filamentu di carbone*" o ((poliacrilonitrile o pece) è "precursore*" è fibra*) o ("fibra di grafite*")) micca ("carboniu di bambù")).

Strategia di ricerca di brevetti Dewent: Ti=((fibra di carboniu* o fibra di carboniu* o ("fibra di carboniu*" micca "fibra di vetru di carboniu") o "fibra di carboniu*" o "filamentu di carboniu*" o ((poliacrilonitrile o pece) è "precursore*" è fibra*) o ("fibra di grafite*")) micca ("carboniu di bambù")) o TS=((fibra di carboniu* o fibra di carboniu* o ("fibra di carboniu*" micca "fibra di vetru di carboniu") o "fibra di carboniu*" o "filamentu di carboniu*" o ((poliacrilonitrile o pece) è "precursore*" è fibra*) o ("fibra di grafite*")) micca ("carboniu di bambù")) è IP=(D01F-009/12 o D01F-009/127 o D01F-009/133 o D01F-009/14 o D01F-009/145 o D01F-009/15 o D01F-009/155 o D01F-009/16 o D01F-009/17 o D01F-009/18 o D01F-009/20 o D01F-009/21 o D01F-009/22 o D01F-009/24 o D01F-009/26 o D01F-09/28 o D01F-009/30 o D01F-009/32 o C08K-007/02 o C08J-005/04 o C04B-035/83 o D06M-014/36 o D06M-101/40 o D21H-013/50 o H01H-001/027 o H01R-039/24).

3.1 tendenza

Dapoi u 2010, 16 553 articuli pertinenti sò stati publicati in u mondu sanu, è 26 390 brevetti d'invenzione sò stati dumandati, tutti chì mostranu una tendenza à a crescita costante annu dopu annu (Figura 1).

fibra di carbone

3.2 Distribuzione per paese o regione

I documenti di fibra di carbone è e dumande di brevetti d'invenzione di a Cina (quì i paesi prioritari statistici) sò i più numerosi, mustrendu u vantaghju principale; u numeru di documenti classificati in u 2 ~ 5 in i Stati Uniti, Giappone, Regnu Unitu, Corea di u Sud, è u numeru di dumande di brevetti d'invenzione classificati in u 2 ~ 5 in i paesi di Giappone, Corea, Stati Uniti, Germania (Figura 2).
fibra di carbone
3.3 Analisi istituziunale

I primi 10 istituzioni cù a più grande pruduzzione mundiale di documenti di ricerca nantu à a fibra di carbone sò cinesi, di i quali i primi 5 sò: l'Accademia Cinese di e Scienze, l'Istitutu di Tecnulugia di Harbin, l'Università di Tecnulugia di u Norduveste, l'Università Donghua, l'Istitutu di Aeronautica è Astronautica di Pechino. Frà l'istituzioni straniere, l'Istitutu Indianu di Tecnulugia, l'Università di Tokyo, l'Università di Bristol, l'Università Monash, l'Università di Manchester è l'Istitutu di Tecnulugia di Georgia si classificanu trà i 10 è i 20 (Fig. 3).

fibra di carbone

Numeru di dumande di brevettu in e prime 30 istituzioni, u Giappone ne hà 5, è 3 di elle sò in i primi cinque, a cumpagnia Toray hè stata classificata prima, seguitata da Mitsubishi Liyang (2a), Teijin (4a), East State (10a), Japan Toyo Textile Company (24a), a Cina hà 21 istituzioni, u Gruppu Sinopec hà u più grande numeru di brevetti, classificatu terzu, in segundu locu, l'Istitutu di Tecnulugia di Harbin, a cumpagnia di cavi Henan Ke Letter, l'Università Donghua, a Cina Shanghai Petrochemical, l'Industria Chimica di Pechino, ecc., l'Accademia Cinese di Scienze Shanxi Coal dumanda di brevettu d'invenzione 66, classificata 27a, l'istituzioni sudcoreane ne anu 2, di e quali Xiaoxing Co., Ltd. hè stata classificata prima, classificata 8a.

Istituzioni di pruduzzione, a pruduzzione di u documentu principalmente da università è istituzioni di ricerca scientifica, a pruduzzione di brevetti principalmente da a cumpagnia, si pò vede chì a fabricazione di fibra di carbone hè una industria high-tech, cum'è u corpu principale di u sviluppu di l'industria di R & S di fibra di carbone, a cumpagnia attribuisce una grande impurtanza à a prutezzione di a tecnulugia di R & S di fibra di carbone, in particulare e 2 principali cumpagnie in Giappone, U numeru di brevetti hè assai avanti.

3.4 Punti caldi di ricerca

L'articuli di ricerca nantu à a fibra di carbone coprenu a maiò parte di i temi di ricerca: cumposti di fibra di carbone (cumpresi i cumposti rinforzati cù fibra di carbone, i cumposti à matrice polimerica, ecc.), ricerca di proprietà meccaniche, analisi di elementi finiti, nanotubi di carbone, delaminazione, rinforzu, fatica, microstruttura, filatura elettrostatica, trattamentu di superficie, adsorbimentu è cusì via. L'articuli chì trattanu queste parole chjave rapprisentanu u 38,8% di u numeru tutale di articuli.

I brevetti d'invenzione di fibra di carbone coprenu a maiò parte di i temi ligati à a preparazione di fibra di carbone, l'attrezzatura di pruduzzione è i materiali cumposti. Frà elli, Japan Toray, Mitsubishi Liyang, Teijin è altre cumpagnie in u "cumposti polimerichi rinforzati cù fibra di carbone" in u campu di u layout tecnicu impurtante, in più, Toray è Mitsubishi Liyang in "Pruduzzione di poliacrilonitrile di fibra di carbone è attrezzatura di pruduzzione", "cù nitrile insaturatu, cum'è poliacrilonitrile, polivinilidene cianuro etilene pruduzzione di fibra di carbone" è altre tecnulugie anu una grande parte di u layout di brevetti, è a cumpagnia giapponese Teijin in u "cumposti di fibra di carbone è cumposti d'ossigenu" anu una parte più grande di u layout di brevetti.

U Gruppu China Sinopec, l'Università Chimica di Pechino, l'Accademia Cinese di Scienze Ningbo Materials in a "pruduzzione di poliacrilonitrile di fibra di carbone è equipaggiamenti di pruduzzione" anu una grande parte di u layout di brevetti; Inoltre, l'Università di Ingegneria Chimica di Pechino, l'Accademia Cinese di Scienze Shanxi Coal Chemical Institute è l'Accademia Cinese di Scienze Ningbo key Layout di materiali "Usendu fibra di elementi inorganici cum'è ingredienti di preparazione di cumposti polimerici" hà Harbin Institute of Technology si concentra nantu à u layout di "trattamentu di fibra di carbone", "fibra di carbone è cumposti cumposti chì cuntenenu ossigenu" è altre tecnulugie.

Inoltre, da e statistiche annuali di distribuzione statistica di i brevetti mundiali si scopre chì un certu numeru di novi punti caldi anu cuminciatu à emerge in l'ultimi trè anni, cum'è: "Cumposizioni di poliammidi ottenute da a furmazione di reazione di legame carbossilatu in a catena principale", "cumposizioni di poliestere da a furmazione di legami estere di acidu carbossilicu 1 in a catena principale", "materiale cumpostu basatu annantu à materiali sintetici", "acidu carbossilicu ciclicu chì cuntene cumposti d'ossigenu cum'è ingredienti di cumposti di fibra di carbone", "in forma tridimensionale di solidificazione o trattamentu di materiali tessili", "etere insaturatu, acetale, semi-acetale, chetone o aldeide attraversu solu a reazione di legame insaturatu carboniu-carboniu à a pruduzzione di cumposti polimerichi", "tubu o cavu di materiale adiabaticu", "Cumposti di fibra di carbone cù esteri di fosfatu cum'è ingredienti" è cusì via.

4. Ricerca è Sviluppu Dinamicu di a tecnulugia di a fibra di carbone

In l'ultimi anni, a R&S in u settore di a fibra di carbone hè apparsa, cù a maiò parte di e scoperte chì venenu da i Stati Uniti è da u Giappone. L'ultime tecnulugie d'avanguardia si focalizanu micca solu nantu à a tecnulugia di pruduzzione è preparazione di fibra di carbone, ma ancu nantu à l'applicazioni in una gamma più larga di materiali automobilistici, cum'è materiali leggeri, stampa 3D è generazione di energia. Inoltre, u riciclaggio è u riciclaggio di materiali in fibra di carbone, a preparazione di fibra di carbone lignina di legnu è altre realizzazioni anu prestazioni brillanti. I risultati rappresentativi sò descritti quì sottu:

1) L'Istitutu Tecnulugicu di Georgia di i Stati Uniti face sfondà e tecnulugie di fibra di carbone di terza generazione

In lugliu 2015, cù u finanziamentu DARPA, l'Istitutu di Tecnulugia di Georgia, cù a so tecnica innovativa di filatura di gel di fibra di carbone à basa di padella, hà aumentatu significativamente u so modulu, superendu a fibra di carbone Hershey IM7, chì hè avà largamente aduprata in l'aerei militari, marcandu u secondu paese in u mondu à ammaestrà a terza generazione di tecnulugia di fibra di carbone dopu à u Giappone.

A resistenza à a trazione di a fibra di carbone à filatura di gel fabbricata da Kumarz righjunghji 5,5 à 5,8 Gpa, è u modulu di trazione hè trà 354-375 gpa. "Questa hè a fibra cuntinua chì hè stata signalata cù a più alta resistenza è u modulu di prestazione cumpleta. In u fasciu di filamenti corti, a resistenza à a trazione finu à 12,1 Gpa, a listessa hè a più alta fibra di carbone in poliacrilonitrile".

2) Tecnulugia di riscaldamentu à onde elettromagnetiche

In u 2014, Nedo hà sviluppatu a tecnulugia di riscaldamentu à onde elettromagnetiche. A tecnulugia di carbonizazione à onde elettromagnetiche si riferisce à l'usu di a tecnulugia di riscaldamentu à onde elettromagnetiche per carbonizà a fibra à pressione atmosferica. A prestazione di a fibra di carbone ottenuta hè basicamente a stessa di a fibra di carbone prodotta da u riscaldamentu à alta temperatura, u modulu elasticu pò ghjunghje à più di 240GPA, è l'allungamentu à rottura hè più di 1,5%, chì hè u primu successu in u mondu.

U materiale simile à a fibra hè carbonizatu da l'onde elettromagnetiche, cusì chì l'equipaggiu di fornu di carbonizazione utilizatu per u riscaldamentu à alta temperatura ùn hè micca necessariu. Stu prucessu ùn solu riduce u tempu necessariu per a carbonizazione, ma riduce ancu u cunsumu d'energia è riduce l'emissioni di CO2.

3) cuntrollu fine di u prucessu di carbonizazione

In marzu 2014, Toray hà annunziatu u sviluppu successu di a fibra di carbone t1100g. Toray usa a tecnulugia tradiziunale di filatura in soluzione à padella per cuntrullà finemente u prucessu di carbonizazione, migliurà a microstruttura di a fibra di carbone à nanoscala, cuntrullà l'orientazione microcristallina di a grafite, a dimensione microcristallina, i difetti è cusì via in a fibra dopu a carbonizazione, in modu chì a resistenza è u modulu elasticu possinu esse assai migliurati. A resistenza à a trazione di t1100g hè 6,6GPa, chì hè 12% più alta di quella di T800, è u modulu elasticu hè 324GPa è hè aumentatu di 10%, chì entra in a fase di industrializazione.

4) Tecnulugia di trattamentu di superficie

U Statu di Teijin Est hà sviluppatu cù successu una tecnulugia di trattamentu di superficie à plasma chì pò cuntrullà l'aspettu di a fibra di carbone in pochi secondi. Sta nova tecnulugia simplifica significativamente tuttu u prucessu di pruduzzione è riduce u cunsumu d'energia di u 50% paragunatu à a tecnulugia di trattamentu di superficie esistente per e soluzioni acquose elettrolitiche. Inoltre, dopu u trattamentu à plasma, hè statu trovu chì l'adesione di a fibra è di a matrice di resina hè stata ancu migliorata.

5) studiu nantu à a velocità di ritenzione di a resistenza à a trazione di a fibra di carbone in un ambiente di grafite à alta temperatura

I materiali Ningbo anu realizatu cù successu un studiu dettagliatu nantu à l'analisi di u prucessu, a ricerca di struttura è l'ottimisazione di e prestazioni di a fibra di carbone domestica d'alta resistenza è di modu altu, in particulare u travagliu di ricerca nantu à u tassu di ritenzione di a resistenza à a trazione di a fibra di carbone in un ambiente di grafite à alta temperatura, è a recente preparazione riescita di fibra di carbone d'alta resistenza è di modulu più altu cù una resistenza à a trazione di 5,24 GPa è un vulume di modulu di trazione di 593 GPa. Continua à avè u vantaghju di a resistenza à a trazione paragunatu à a fibra di carbone Toray m60j d'alta resistenza è altamente stampata di u Giappone (resistenza à a trazione 3,92 GPa, modulu di trazione 588 GPa).

6) Grafite à microonde

Yongda Advanced Materials hà sviluppatu cù successu a tecnulugia di grafite à temperatura ultra-alta brevettata esclusiva di i Stati Uniti, a pruduzzione di fibra di carbone di ordine mediu è superiore, hà superatu cù successu i trè colli di buttiglia in u sviluppu di fibra di carbone di ordine superiore, l'equipaggiu di grafite hè caru è sottu cuntrollu internaziunale, difficultà di tecnulugia chimica di seta grezza, rendimentu di pruduzzione bassu è costu altu. Finu à avà, Yongda hà sviluppatu 3 tippi di fibre di carbone, chì anu tutti elevatu a resistenza è u modulu di a fibra di carbone originale di qualità relativamente bassa à una nova altezza.

7) Novu prucessu di fusione di filatura di filu crudu di fibra di carbone à basa di padella da Fraunhofer, Germania

L'Istitutu Fraunhofer di Polimeri Applicati (Applied polymer Research, IAP) hà annunziatu pocu fà ch'ellu prisenterà l'ultima tecnulugia Comcarbon à u Berlin Air Show Ila u 25 è u 29 d'aprile 2018. Sta tecnulugia riduce assai u costu di pruduzzione di a fibra di carbone prodotta in massa.

fibra di carbone

Fig. 4 Filatura di fusione di filu crudu.

Hè ben cunnisciutu chì in i prucessi tradiziunali, a mità di u costu di pruduzzione di a fibra di carbone à basa di padella hè cunsumata in u prucessu di pruduzzione di filu crudu. In vista di l'incapacità di u filu crudu di funde, deve esse pruduttu aduprendu un prucessu di filatura in suluzione caru (Solution Spinning). "À questu scopu, avemu sviluppatu un novu prucessu per a pruduzzione di seta cruda à basa di padella, chì pò riduce u costu di pruduzzione di filu crudu di u 60%. Questu hè un prucessu di filatura di fusione ecunomicu è fattibile, aduprendu un copolimeru à basa di padella fusa appositamente sviluppatu. "U duttore Johannes Ganster, Ministru di i Polimeri Biologichi à l'Istitutu Fraunhofer IAP, hà spiegatu.

8) Tecnulugia d'ossidazione à plasma

4M Carbon fiber hà annunziatu ch'ella aduprerà a tecnulugia d'ossidazione à plasma per fabricà è vende fibra di carbone d'alta qualità è à bassu costu cum'è un focus strategicu, micca solu per licenzià a tecnulugia. 4M afferma chì a tecnulugia d'ossidazione à plasma hè 3 volte più veloce di a tecnulugia d'ossidazione cunvinziunale, mentre chì l'usu d'energia hè menu di un terzu di a tecnulugia tradiziunale. È l'affermazioni sò state validate da parechji pruduttori internaziunali di fibra di carbone, chì si cunsultanu cù un numeru di i più grandi pruduttori di fibra di carbone è case automobilistiche di u mondu per participà cum'è iniziatori di a pruduzzione di fibre di carbone à bassu costu.

9) Nanofibra di cellulosa

L'Università di Kyoto in Giappone, inseme cù parechji fornitori maiò di cumpunenti cum'è a cumpagnia d'installazione elettrica (u più grande fornitore di Toyota) è Daikyonishikawa Corp., travaglia à u sviluppu di materiali plastichi chì combinanu nanofibre di cellulosa. Stu materiale hè fattu rumpendu a polpa di legnu in pochi micron (1 per milla mm). U pesu di u novu materiale hè solu un quintu di u pesu di l'acciaiu, ma a so resistenza hè cinque volte quella di l'acciaiu.

10) corpu frontale in fibra di carbone di materie prime di poliolefina è lignina

U Laboratoriu Naziunale Oak Ridge in i Stati Uniti hà travagliatu nantu à a ricerca di fibre di carbone à bassu costu dapoi u 2007, è anu sviluppatu corpi frontali in fibra di carbone per materie prime di poliolefina è lignina, è ancu tecnulugie avanzate di pre-ossidazione à plasma è di carbonizazione à microonde.

11) U novu polimeru (polimeru precursore) hè statu sviluppatu eliminendu u trattamentu refrattariu

In u metudu di fabricazione guidatu da l'Università di Tokyo, hè statu sviluppatu un novu polimeru (polimeru precursore) per rimuovere u trattamentu refrattariu. U puntu principale hè chì dopu avè filatu u polimeru in seta, ùn effettua micca u trattamentu refrattariu originale, ma u face ossidà in u solvente. U dispusitivu di riscaldamentu à microonde hè tandu riscaldatu à più di 1000 ℃ per a carbonizazione. U tempu di riscaldamentu dura solu 2-3 minuti. Dopu u trattamentu di carbonizazione, u plasma hè ancu adupratu per effettuà u trattamentu di a superficia, affinchì a fibra di carbone possa esse fatta. U trattamentu à u plasma dura menu di 2 minuti. In questu modu, u tempu di sinterizazione originale di 30-60 minuti pò esse riduttu à circa 5 minuti. In u novu metudu di fabricazione, u trattamentu à u plasma hè realizatu per migliurà u ligame trà a fibra di carbone è a resina termoplastica cum'è materiale di basa CFRP. U modulu elasticu à a trazione di a fibra di carbone fabbricata da u novu metudu di fabricazione hè 240GPa, a resistenza à a trazione hè 3,5GPa è l'allungamentu righjunghje l'1,5%. Questi valori sò u listessu livellu chè a fibra di carbone Toray Universal grade T300 aduprata per articuli sportivi, ecc.

12) riciclaggio è utilizzazione di materiali in fibra di carbone cù u prucessu di lettu fluidizatu

Mengran Meng, u primu autore di u studiu, hà dettu: "A ricuperazione di a fibra di carbone riduce l'impattu annantu à l'ambiente paragunatu à a pruduzzione di fibra di carbone cruda, ma ci hè una cuscenza limitata di e tecnulugie di riciclaggio potenziali è di a fattibilità ecunomica di u riciclaggio di l'usu di a fibra di carbone. "U riciclaggio si svolge in duie tappe: e fibre devenu prima esse recuperate da i cumposti di fibra di carbone è decomposte termicamente da materiali di macinazione meccanica o aduprendu pirolisi o prucessi à lettu fluidizatu. Quessi metudi eliminanu a parte plastica di u materiale cumpostu, lascendu a fibra di carbone, chì pò esse poi cunvertita in tappetini di fibre aggrovigliate aduprendu a tecnulugia di fabricazione di carta umida, o riurganizata in fibre direzionali.

I circadori anu calculatu chì a fibra di carbone puderia esse recuperata da i rifiuti cumposti di fibra di carbone aduprendu un prucessu à lettu fluidizatu, chì richiede solu 5 dollari/kg è menu di u 10% di l'energia necessaria per fabricà a fibra di carbone primaria. E fibre di carbone riciclate prodotte da i prucessi à lettu fluidizatu ùn riducenu guasi micca u modulu, è a resistenza à a trazione hè ridutta da u 18% à u 50% in paragone à e fibre di carbone primarie, ciò chì li rende adatte per applicazioni chì richiedenu una rigidità elevata piuttostu chè una resistenza. "E fibre di carbone riciclate ponu esse adatte per applicazioni non strutturali chì richiedenu leggerezza, cum'è l'industrie automobilistiche, di custruzzione, eoliche è sportive", hà dettu Meng.

13) Nova tecnulugia di riciclaggio di fibre di carbone sviluppata in i Stati Uniti

In ghjugnu 2016, i circadori di l'Istitutu di Tecnulugia di Georgia in i Stati Uniti anu imbevutu fibra di carbone in un solvente chì cuntene alcolu per dissolve a resina epossidica, e fibre separate è e resine epossidiche ponu esse riutilizate, a realizazione riescita di u recuperu di fibra di carbone.

In lugliu 2017, l'Università Statale di Washington hà ancu sviluppatu una tecnulugia di ricuperazione di fibra di carbone, aduprendu un acidu debule cum'è catalizatore, l'usu di etanolu liquidu à temperature relativamente basse per decompone i materiali termoindurenti, a fibra di carbone decomposta è a resina sò cunservate separatamente, è ponu esse messe in ripruduzzione.

14) Sviluppu di a tecnulugia di l'inchiostru in fibra di carbone per a stampa 3D in u laburatoriu LLNL, USA

In u marzu 2017, u Laboratoriu Naziunale Lawrence Livemore (LLNL) in i Stati Uniti hà sviluppatu i primi cumposti di fibra di carbone d'altu rendimentu stampati in 3D, di qualità aeronautica. Anu utilizatu un metudu di stampa 3D di trasmissione diretta di inchiostru (DIW) per creà strutture tridimensionali cumplesse chì anu migliuratu assai a velocità di trasfurmazione per l'usu in l'automobile, l'aerospaziale, a difesa, e cumpetizioni motociclistiche è u surf.

15) I Stati Uniti, a Corea è a Cina cooperanu in u sviluppu di a fibra di carbone per a pruduzzione d'energia

In l'aostu 2017, u campus di Dallas di l'Università di u Texas, l'Università Hanyang in Corea, l'Università Nankai in Cina è altre istituzioni anu collaboratu à u sviluppu di un materiale di filu di fibra di carbone per a generazione d'energia. U filu hè prima immersu in suluzioni elettrolitiche cum'è a salamoia, chì permette à l'ioni in l'elettrolitu di attaccassi à a superficia di i nanotubi di carbone, chì ponu esse cunvertiti in energia elettrica quandu u filu hè tesu o allungatu. U materiale pò esse adupratu in ogni locu cù energia cinetica affidabile è hè adattatu per furnisce energia à i sensori IoT.

16) Novi progressi in a ricerca di fibra di carbone di lignina di legnu ottenuta rispettivamente da Cinesi è Americani

In marzu 2017, a squadra speciale di fibre di l'Istitutu di Tecnulugia è Ingegneria di i Materiali di Ningbo hà preparatu un copolimeru di lignina-acrilonitrile cù una bona filabilità è stabilità termica utilizendu a tecnulugia di mudificazione in dui passi di esterificazione è copolimerizazione di radicali liberi. Filamenti cuntinui di alta qualità sò stati ottenuti utilizendu u copolimeru è u prucessu di filatura umida, è a fibra di carbone compatta hè stata ricevuta dopu a stabilizazione termica è u trattamentu di carbonizazione.

In Aostu 2017, a squadra di ricerca Birgitte Ahring di l'Università di Washington in i Stati Uniti hà mischiatu lignina è poliacrilonitrile in diverse proporzioni, è dopu hà utilizatu a tecnulugia di filatura à fusione per cunvertisce i polimeri mischiati in fibre di carbone. U studiu hà trovu chì a lignina aghjunta à u 20%∼30% ùn hà micca affettatu a resistenza di a fibra di carbone è si prevedeva chì fussi aduprata in a pruduzzione di materiali di fibra di carbone à bassu costu per pezzi di automobili o d'aerei.

À a fine di u 2017, u Laboratoriu Naziunale di l'Energie Rinnuvevuli (NREL) hà publicatu una ricerca nantu à a fabricazione di acrilonitrile aduprendu parti di scarto di e piante, cum'è a paglia di granu è a paglia di granu. Prima scumponu i materiali vegetali in zuccheru è dopu li cunvertenu in acidi, è li combinanu cù catalizatori economici per pruduce prudutti mirati.

17) U Giappone sviluppa u primu chassis di vittura cumpostu termoplasticu rinforzatu cù fibra di carbone

In uttrovi 2017, l'Agenzia di R&S integrata da a nova tecnulugia di l'industria energetica giapponese è u Centru Naziunale di Ricerca di Compositi di l'Università di Nagoya anu sviluppatu cù successu u primu chassis di vittura in cumpostu termoplasticu rinforzatu cù fibra di carbone in u mondu. Utilizanu un prucessu di stampaggio direttu in linea di cumposti termoplastici rinforzati cù fibre lunghe, mischjendu cuntinuamente particelle di fibra di carbone è resina termoplastica, fabbrichendu cumposti rinforzati cù fibre, è dopu, per mezu di u riscaldamentu è di a fusione, anu riesciutu à pruduce chassis di vittura in CFRP termoplasticu.

5. suggerimenti nantu à a R&S di a tecnulugia di a fibra di carbone in Cina

5.1 Disposizione orientata à u futuru, orientata à l'ubbiettivi, cuncentrata nantu à a svolta di a terza generazione di a tecnulugia di a fibra di carbone

A tecnulugia di fibra di carbone di seconda generazione di a Cina ùn hè ancu una scuperta cumpleta, u nostru paese duveria pruvà à esse un layout orientatu versu u futuru chì riunirà e nostre istituzioni di ricerca pertinenti, cuncentrate nantu à a cattura di tecnulugie chjave, u focu di a terza generazione di ricerca è sviluppu di tecnulugia di preparazione di fibra di carbone d'alta prestazione (vale à dì applicabile à l'aerospaziale d'alta resistenza, tecnulugia di fibra di carbone d'altu modulu), è a tecnulugia di materiale cumpostu di fibra di carbone sviluppata, cumprese per l'automobile, a custruzzione è a riparazione è altre preparazioni di fibra di carbone di grande rimorchiu leggere è à bassu costu, tecnulugia di fabricazione additiva materiale cumpostu di fibra di carbone, tecnulugia di riciclaggio è tecnulugie di prototipazione rapida.

5.2 Organizazione di cuurdinamentu, rinfurzà u sustegnu, mette in opera prughjetti tecnichi maiò per sustene continuamente a ricerca collaborativa

Attualmente, ci sò parechje istituzioni per realizà a ricerca nantu à a fibra di carbone in Cina, ma u putere hè dispersu, è ùn ci hè micca un mecanismu unificatu di urganizazione di R&S è un forte sustegnu finanziariu per una coordinazione efficace. À ghjudicà da l'esperienza di sviluppu di i paesi avanzati, l'urganizazione è a pianificazione di i grandi prughjetti ghjocanu un grande rolu in a prumuzione di u sviluppu di questu campu tecnicu. Duvemu fucalizà ci nantu à a Forza di R&S Advantage di a Cina, in vista di a rivoluzione tecnologica di R&S di a Cina in fibra di carbone per inizià grandi prughjetti, rinfurzà l'innuvazione tecnologica collaborativa è prumove constantemente u livellu tecnologicu di ricerca di a fibra di carbone di a Cina, a cumpetizione per a fibra di carbone internaziunale è i cumposti.

5.3 Migliurà u mecanismu di valutazione di l'orientazione di l'effettu di l'applicazione di e realizzazioni tecniche

Da u puntu di vista di l'analisi econometrica di i documenti SCI, a fibra di carbone di a Cina cum'è materiale di alta resistenza aduprata in diversi campi di ricerca, ma per a tecnulugia di pruduzzione è preparazione di fibra di carbone, in particulare cuncentrandosi nantu à a riduzione di i costi, migliurà l'efficienza di a pruduzzione di menu ricerca. U prucessu di pruduzzione di fibra di carbone hè longu, punti chjave di a tecnulugia, alte barriere di pruduzzione, hè una integrazione multidisciplinare è multitecnologica, bisognu di rompe l'ostaculi tecnichi, per prumove efficacemente a ricerca è u sviluppu di a tecnulugia di preparazione di u core "à bassu costu, altu rendimentu", da una parte, bisognu di rinfurzà l'investimentu in ricerca, da l'altra parte, bisognu di indebulisce u campu di a valutazione di u rendiment di a ricerca scientifica, rinfurzà a guida di a valutazione di l'effettu di l'applicazione di i risultati tecnichi, è passà da a valutazione "quantitativa", chì presta attenzione à a publicazione di u documentu, à a valutazione di a "qualità" di u valore di i risultati.

5.4 Rafurzà a cultura di talenti cumposti di tecnulugia d'avanguardia

L'attributu high-tech di a tecnulugia di a fibra di carbone determina l'impurtanza di i talenti spezializati, s'elli anu un persunale tecnicu di punta determina direttamente u livellu di R&S di una istituzione.

In cunsequenza di i ligami di R&S di a tecnulugia di a fibra di carbone, duvemu fà attenzione à a furmazione di u persunale di i cumposti, per assicurà a coordinazione è u sviluppu di tutti i ligami. Inoltre, da a storia di u sviluppu di a ricerca in fibra di carbone in Cina, u flussu di esperti di u core di a tecnulugia hè spessu un fattore chjave chì affetta u livellu di R&S di un istitutu di ricerca. Mantene a fissazione di l'esperti di u core è di e squadre di R&S in i prucessi di pruduzzione, i cumposti è i prudutti principali hè impurtante per l'aghjurnamenti tecnologichi cuntinui.

Duvemu cuntinuà à rinfurzà a furmazione è l'usu di persunale specializatu in alta tecnulugia in questu duminiu, migliurà a pulitica di valutazione è di trattamentu di i talenti di R&S tecnologica, rinfurzà a cultura di i ghjovani talenti, sustene attivamente a cuuperazione è i scambii cù istituzioni straniere di R&S avanzata, è introduce vigorosamente talenti avanzati stranieri, ecc. Questu ghjucherà un grande rolu in a prumuzione di u sviluppu di a ricerca nantu à a fibra di carbone in Cina.
Citat da-
Analisi di u sviluppu di a tecnulugia mundiale di a fibra di carbone è a so illuminazione in Cina. Tian Yajuan, Zhang Zhiqiang, Tao Cheng, Yang ming, Ba jin, Chen Yunwei.R&S Scientifica-Tecnologica Mundiale.2018


Data di publicazione: 04 dicembre 2018
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