Karbonfibro estas neorganika polimera fibro, nova neorganika materialo kun karbona enhavo super 95%, malalta denseco, alta forto, alta temperaturrezisto, alta kemia stabileco, kontraŭlaceco, eluziĝrezista forviŝado kaj aliaj bonegaj bazaj fizikaj kaj kemiaj ecoj, kaj havas altan vibradan malfortigon, bonan konduktan varmokonduktivecon, elektromagnetan ŝirmadon kaj malaltan termikan dilatiĝkoeficienton kaj aliajn karakterizaĵojn. Ĉi tiuj bonegaj ecoj igas karbonfibron vaste uzata en aerspaca, fervoja transporto, veturilfabrikado, armiloj kaj ekipaĵo, konstrumaŝinaro, infrastrukturkonstruado, mara inĝenierarto, naftoinĝenierarto, venta energio, sportvaroj kaj aliaj kampoj.
Surbaze de la naciaj strategiaj bezonoj pri karbonfibraj materialoj, Ĉinio listigis ilin kiel unu el la kernaj teknologioj de la emerĝantaj industrioj, kiujn ili celas subteni. En la nacia "Dek du kvin" scienca kaj teknologia planado, la preparado kaj aplika teknologio de alt-efikeca karbonfibro estas unu el la kernaj teknologioj de strategiaj emerĝantaj industrioj subtenataj de la ŝtato. En majo 2015, la Ŝtata Konsilio oficiale publikigis "Farita en Ĉinio 2025", kiu emfazis la viglan antaŭenigon kaj disvolviĝon de novaj materialoj kiel unu el la ŝlosilaj areoj de vigla antaŭenigo kaj disvolviĝo, inkluzive de alt-efikecaj strukturaj materialoj kaj progresintaj kompozitoj kiel la fokuso de disvolviĝo en la kampo de novaj materialoj. En oktobro 2015, la Ministerio pri Industrio kaj Informa Industrio oficiale publikigis la "Ŝlosilan Teknologian Vojmapon de Ĉina Fabrikado 2025", kiu emfazis "alt-efikecan fibron kaj ĝiajn kompozitojn" kiel ŝlosilan strategian materialon, kaj la celo por 2020 estas "hejmaj karbonfibraj kompozitoj plenumi la teknikajn postulojn de grandaj aviadiloj kaj aliaj gravaj ekipaĵoj". En novembro 2016, la Ŝtata Konsilio eldonis la nacian Strategian Disvolvan Planon "Dek Tri Kvin" por emerĝantaj industrioj, klare celante plifortigi la kunlaboron en la industrio de novaj materialoj, supren kaj malsupren, kaj subteni la kunlaboron en la ĉina industrio, en karbonfibraj kompozitoj kaj aliaj kampoj, efektivigi kunlaborajn pilotajn demonstraciojn kaj konstrui kunlaboran aplikaĵan platformon. En januaro 2017, la Ministerio pri Industrio kaj Disvolviĝo, la Nacia Konsilio pri Scienco kaj Teknologio (NDRC), kaj la Ministerio pri Financoj komune formulis la "Gvidilon al la disvolviĝo de novaj materialaj industrioj", kaj proponis, ke ekde 2020, "en karbonfibraj kompozitoj, altkvalita speciala ŝtalo, progresintaj malpezaj alojaj materialoj kaj aliaj kampoj, atingi pli ol 70 ŝlosilajn industriigojn kaj aplikojn de novaj materialoj, kaj konstrui sistemon por subteni procesekipaĵon, kiu kongruas kun la disvolva nivelo de la ĉina industrio de novaj materialoj."
Ĉar karbonfibro kaj ĝiaj kompozitoj ludas gravan rolon en la nacia defendo kaj la porvivaĵo de la popolo, multaj fakuloj fokusiĝas al sia disvolviĝo kaj analizo de esploraj tendencoj. D-ro Zhou Hong reviziis la sciencajn kaj teknologiajn kontribuojn faritajn de usonaj sciencistoj en la fruaj stadioj de la disvolviĝo de alt-efikeca karbonfibra teknologio, kaj skanis kaj raportis pri 16 ĉefaj aplikoj kaj lastatempaj teknologiaj progresoj de karbonfibro, kaj la produktadoteknologio, ecoj kaj aplikoj de poliakrilonitrila karbonfibro kaj ĝia nuna teknologia disvolviĝo estis reviziitaj de D-ro Wei Xin, ktp. Ĝi ankaŭ prezentas kelkajn konstruajn sugestojn pri la problemoj ekzistantaj en la disvolviĝo de karbonfibro en Ĉinio. Krome, multaj homoj faris esploradon pri la metrologia analizo de artikoloj kaj patentoj en la kampo de karbonfibro kaj ĝiaj kompozitoj. Ekzemple, Ma Xianglin kaj aliaj el la vidpunkto de metrologio el la karbonfibra patenta distribuado kaj apliko de 1998-2017 en la kampo de analizo; Yang Sisi kaj aliaj, bazitaj sur innografia platformo por la tutmonda serĉado de patentoj kaj datumstatistikoj pri karbonfibraj ŝtofoj, analizis la jara disvolviĝan tendencon de patentoj, patentposedantoj, la fokuso de patentteknologio kaj la kerna patento de la teknologio.
El la perspektivo de la esplorado kaj disvolviĝo de karbonfibro, la esplorado de Ĉinio preskaŭ sinkronigas kun la mondo, sed la disvolviĝo estas malrapida, la skalo kaj kvalito de alt-efikeca karbonfibro-produktado kompare kun fremdaj landoj havas breĉon, ekzistas urĝa bezono akceli la esploradon kaj disvolviĝon, antaŭenigi strategian aranĝon, kaj kapti la estontajn industriajn disvolviĝajn ŝancojn. Tial, ĉi tiu artikolo unue esploras la projektan aranĝon de landoj en la kampo de karbonfibro-esplorado, por kompreni la planadon de esplorado kaj disvolviĝaj vojoj en diversaj landoj, kaj due, ĉar la baza esplorado kaj aplika esplorado de karbonfibro estas tre gravaj por la teknika esplorado kaj disvolviĝo de karbonfibro, tial ni faras metrologian analizon de akademiaj esplorrezultoj - SCI-artikoloj kaj aplikitaj esplorrezultoj - patentoj samtempe por akiri ampleksan komprenon pri la esplorado kaj disvolviĝo en la kampo de karbonfibro, kaj por skani lastatempajn esplorajn evoluojn en ĉi tiu kampo por rigardi la progreson de esplorado kaj disvolviĝo laŭ Internaciaj Limoj. Fine, surbaze de la supre menciitaj esplorrezultoj, kelkaj sugestoj por la esplorado kaj disvolviĝo en la kampo de karbonfibro en Ĉinio estas prezentitaj.
2. Carbofibroaranĝo de esplorprojektogravaj landoj/regionoj
La ĉefaj produktantaj landoj de karbonfibro inkluzivas Japanion, Usonon, Sud-Koreion, kelkajn eŭropajn landojn kaj Tajvanon, Ĉinion. Altnivelaj teknologiaj landoj en la frua stadio de la disvolviĝo de karbonfibra teknologio rimarkis la gravecon de ĉi tiu materialo, efektivigis strategian aranĝon, kaj vigle antaŭenigis la disvolviĝon de karbonfibraj materialoj.
2.1 Japanio
Japanio estas la plej evoluinta lando pri karbonfibra teknologio. La tri kompanioj en Toray, Bong kaj Mitsubishi Liyang en Japanio respondecas pri ĉirkaŭ 70%~80% de la tutmonda merkatparto de karbonfibra produktado. Tamen, Japanio atribuas grandan gravecon al la konservado de siaj fortoj en ĉi tiu kampo, precipe la disvolviĝo de alt-efikecaj pato-bazitaj karbonfibroj kaj energiaj kaj mediprotektaj teknologioj, kun forta homa kaj financa subteno, kaj en kelkaj bazaj politikoj, inkluzive de la baza energia plano, la strategia skizo por ekonomia kresko kaj la Protokolo de Kioto, igis ĉi tion strategia projekto, kiun oni devas antaŭenigi. Surbaze de la baza nacia energia kaj media politiko, la Ministerio pri Ekonomio, Industrio kaj Posedaĵo de Japanio prezentis la "Esplor- kaj Disvolvan Programon pri Energiŝpara Teknologio". Subtenate de la supre menciita politiko, la japana karbonfibra industrio povis pli efike centraligi ĉiujn aspektojn de rimedoj kaj antaŭenigi la solvon de komunaj problemoj en la karbonfibra industrio.
"Teknologia disvolviĝo kiel ekzemple novigaj novaj strukturaj materialoj" (2013-2022) estas projekto efektivigita kadre de la "Esplorprojekto pri Estonta Disvolviĝo" en Japanio por signife atingi la disvolviĝon de la necesa noviga teknologio pri strukturaj materialoj kaj la kombinadon de diversaj materialoj, kun la ĉefa celo redukti la malpezecon (duonon de la aŭtopezo) de la transportiloj. Kaj fine realigi ĝian praktikan aplikon. Post transpreno de la esplora kaj disvolviĝa projekto en 2014, la Agentejo pri Industria Teknologia Disvolviĝo (NEDO) disvolvis plurajn subprojektojn, en kiuj la ĝeneralaj celoj de la esplorprojekto pri karbonfibraj "Noviga baza esplorado kaj disvolviĝo pri karbonfibraj fibroj" estis: disvolvi novajn karbonfibrajn antaŭulajn kombinaĵojn; klarigi la formiĝmekanismon de karbonigaj strukturoj; kaj disvolvi kaj normigi metodojn por taksi karbonfibrajn. La projekto, gvidata de la Universitato de Tokio kaj komune implikanta la Instituton de Industria Teknologio (NEDO), Toray, Teijin, Dongyuan kaj Mitsubishi Liyang, faris signifan progreson en januaro 2016 kaj estas alia grava sukceso en la kampo de pato-bazita karbonfibro post la invento de la "Kondo-reĝimo" en Japanio en 1959.
2.2 Usono
La Usona Defenda Antaŭesplora Agentejo (DARPA) lanĉis la projekton "Advanced Structural Fiber" en 2006 kun la celo kunigi la dominan sciencan esplorforton de la lando por disvolvi venontgeneraciajn strukturajn fibrojn bazitajn sur karbonfibroj. Subtenate de ĉi tiu projekto, la esplorteamo de la Georgia Institute of Technology en Usono pionire penetris la teknologion de kruda drato-preparado en 2015, pliigante ĝian elastan modulon je 30%, markante Usonon kun la disvolva kapablo de la tria generacio de karbonfibro.
En 2014, la Usona Departemento pri Energio (DOE) anoncis subvencion de 11,3 milionoj da dolaroj por du projektoj pri "plurpaŝaj katalizaj procezoj por la konvertado de nemanĝeblaj biomasaj sukeroj en akrilonitrilon" kaj "esplorado kaj optimumigo de akrilonitrilo derivita de biomasproduktado" por antaŭenigi la uzon de agrikulturaj restaĵoj, esploradon pri kostkonkurencaj renovigeblaj alt-efikecaj karbonfibraj materialoj por la produktado de renovigeblaj ne-nutraĵ-bazitaj krudmaterialoj, kiel ekzemple ligneca biomaso, kaj planojn redukti la produktokoston de biomasaj renovigeblaj karbonfibroj al malpli ol 5 USD/funto antaŭ 2020.
En marto 2017, la Usona Departemento pri Energio denove anoncis 3,74 milionojn da dolaroj por financado de "malaltkosta esplor- kaj disvolviĝprojekto pri karbonfibraj komponantoj" gvidata de la Okcidenta Amerika Instituto (WRI), kiu fokusiĝas al la disvolviĝo de malaltkostaj karbonfibraj komponantoj bazitaj sur resursoj kiel karbo kaj biomaso.
En julio 2017, la Usona Departemento pri Energio anoncis financadon de 19.4 milionoj da dolaroj por subteni esploradon kaj disvolvon de progresintaj energiefikaj veturiloj, el kiuj 6.7 milionoj estas uzataj por financi la preparadon de malaltkostaj karbonfibroj uzante komputilajn materialojn, inkluzive de la disvolvo de plurskalaj taksadmetodoj por integra komputila teknologio por taksi la entuziasmon pri novaj karbonfibraj antaŭuloj. Altnivela molekula dinamiko helpata de denseca funkcia teorio, maŝinlernado kaj aliaj iloj estas uzataj por disvolvi pintnivelajn komputilajn ilojn por plibonigi la selektan efikecon de malaltkostaj karbonfibraj krudmaterialoj.
2.3 Eŭropo
La eŭropa karbonfibra industrio disvolviĝis en Japanio kaj Usono en la sepdekaj aŭ okdekaj jaroj de la 20-a jarcento, sed pro teknologio kaj kapitalo, multaj kompanioj produktantaj unu-karbonfibrojn ne adheris al la alta kreskoperiodo de la postulo pri karbonfibra karbonfibro post 2000 jaroj kaj malaperis. La germana kompanio SGL estas la sola kompanio en Eŭropo, kiu havas gravan parton de la monda karbonfibra merkato.
En novembro 2011, la Eŭropa Unio lanĉis la Projekton Eucarbon, kiu celas plibonigi eŭropajn produktadkapablojn pri karbonfibro kaj antaŭimpregnitaj materialoj por aerospaca industrio. La projekto daŭris 4 jarojn, kun totala investo de 3.2 milionoj da eŭroj, kaj en majo 2017 sukcese establis la unuan eŭropan specialan produktadlinion de karbonfibraj materialoj por spacaj aplikoj kiel satelitoj, tiel ebligante al Eŭropo forlasi sian importan dependecon de la produkto kaj certigi la sekurecon de la provizado de materialoj.
La Sepa Kadro de EU planas subteni la projekton "funkcia karbonfibro en la preparado de nova antaŭsistemo kun kostefika kaj administrebla agado" (FIBRALSPEC) (2014-2017) per 6.08 milionoj da eŭroj. La 4-jara projekto, gvidata de la Nacia Teknika Universitato de Ateno, Grekio, kun la partopreno de multnaciaj kompanioj kiel Italio, Britio kaj Ukrainio, celas novigi kaj plibonigi la procezon de kontinua preparado de poliakrilonitrilaj karbonfibroj por atingi eksperimentan produktadon de kontinue platbazitaj karbonfibroj. La projekto sukcese kompletigis la disvolvon kaj aplikon de karbonfibro kaj plibonigita kompozita teknologio el renovigeblaj organikaj polimeraj rimedoj (kiel superkondensatoroj, rapidaj krizŝirmejoj, same kiel prototipaj mekanikaj elektraj rotaciantaj tegaĵmaŝinoj kaj produktadlinia disvolvo de nanofibroj, ktp.).
Kreskanta nombro da industriaj sektoroj, kiel ekzemple aŭtomobila, venta energio kaj ŝipkonstruado, bezonas malpezajn, alt-efikecajn kompozitojn, kio estas grandega potenciala merkato por la karbonfibra industrio. La EU investas 5.968 milionojn da eŭroj por lanĉi la projekton Carboprec (2014-2017), kies strategia celo estas disvolvi malaltkostajn antaŭulojn el renovigeblaj materialoj, kiuj estas vaste ĉeestantaj en Eŭropo, kaj plibonigi la produktadon de alt-efikecaj karbonfibroj per karbonnanotuboj.
La esplorprogramo Cleansky II de la Eŭropa Unio financis projekton "Esplorado kaj Disvolviĝo de Kompozitaj Pneŭoj" (2017), gvidatan de la Fraunhofer-Instituto por Produktado kaj Sistemfidindeco (LBF) en Germanio, kiu planas disvolvi antaŭajn radkomponentojn por karbonfibro-plifortigitaj kompozitaj aviadiloj por Airbus A320. La celo estas redukti pezon je 40% kompare kun konvenciaj metalaj materialoj. La projekto estas financata per proksimume 200 000 eŭroj.
2.4 Koreio
La esplorado kaj disvolvado kaj industriigo de karbonfibra teknologio en Sud-Koreio komenciĝis malfrue. En 2006, esplorado kaj disvolvado komencis, kaj en 2013 ĝi formale eniris la praktikan stadion, inversigante la situacion, kiu tute dependis de importado en la korea karbonfibra teknologio. Por la loka xiaoxing-grupo de Sud-Koreio kaj Taiguang Business, kiel reprezentantoj de pioniroj en la industrio, aktive engaĝitaj en la kampo de la aranĝo de la karbonfibra industrio, la impeto de disvolviĝo estas forta. Krome, la karbonfibra produktada bazo establita de Toray Japan en Koreio ankaŭ kontribuis al la karbonfibra merkato en Koreio mem.
La korea registaro elektis fari la Xiaoxing-Grupon renkontiĝejo por la novigaj industrioj de karbonfibro. La celo estas formi karbonfibran materialan industrian areton, antaŭenigi la disvolviĝon de kreiva ekonomia ekosistemo en la tuta norda regiono, la finfina celo estas formi unu-haltan produktadĉenon de karbonfibraj materialoj → partoj → finitaj produktoj, la establado de karbonfibra inkubacia areto povas esti kongrua kun Silicon Valley en Usono, atingi novajn merkatojn, krei novan aldonvaloron, kaj atingi la celon de 10 miliardoj da dolaroj en eksportoj de karbonfibro-rilataj produktoj (ekvivalento al ĉirkaŭ 55.2 miliardoj da juanoj) antaŭ 2020.
3. analizo de tutmonda esplorado kaj esploraj rezultoj pri karbonfibro
Ĉi tiu subsekcio listigas la SCI-artikolojn rilatajn al esplorado pri karbonfibraj kaj la patentrezultojn de DII ekde 2010, por analizi la akademian esploradon kaj industrian esploradon kaj disvolviĝon de tutmonda karbonfibra teknologio samtempe, kaj plene kompreni la progreson de karbonfibra esplorado kaj disvolviĝo internacie.
Datumoj derivitaj de la Scie-datumbazoj kaj Dewent-datumbazoj en la retejo de Scienco, publikigita de Clarivate Analytics; daŭro de serĉado: 2010-2017; dato de serĉado: 1-a de februaro 2018.
Strategio por Retrovo de SCI-Paperoj: Ts=((karbonfibro* aŭ Karbonfibro* aŭ ("Karbonfibro*" ne "karbonvitrofibro") aŭ "karbonfibro*" aŭ "karbonfilamento*" aŭ ((poliakrilonitrilo aŭ peĉo) kaj "antaŭulo*" kaj fibro*) aŭ ("grafita fibro*")) ne ("bambua karbono")).
Strategio de Dewent-Patentserĉado: Ti=((karbonfibro* aŭ Karbonfibro* aŭ ("Karbonfibro*" ne"karbona Vitrofibro") aŭ "karbonfibro*" aŭ "karbonfilamento*" aŭ ((poliakrilonitrilo aŭ peĉo) kaj "antaŭulo*" kaj fibro*) aŭ ("grafita fibro*")) ne ("bambua karbono")) aŭ TS=((karbonfibro* aŭ Karbonfibro* aŭ ("Karbonfibro*" ne"karbona Vitrofibro") aŭ "karbonfibro*" aŭ "karbonfilamento*" aŭ ((poliakrilonitrilo aŭ peĉo) kaj "antaŭulo*" kaj fibro*) aŭ ("grafita fibro*")) ne ("bambua karbono")) kaj IP=(D01F-009/12 aŭ D01F-009/127 aŭ D01F-009/133 aŭ D01F-009/14 aŭ D01F-009/145 aŭ D01F-009/15 aŭ D01F-009/155 aŭ D01F-009/16 aŭ D01F-009/17 aŭ D01F-009/18 aŭ D01F-009/20 aŭ D01F-009/21 aŭ D01F-009/22 aŭ D01F-009/24 aŭ D01F-009/26 aŭ D01F-09/28 aŭ D01F-009/30 aŭ D01F-009/32 aŭ C08K-007/02 aŭ C08J-005/04 aŭ C04B-035/83 aŭ D06M-014/36 aŭ D06M-101/40 aŭ D21H-013/50 aŭ H01H-001/027 aŭ H01R-039/24).
3.1 tendenco
Ekde 2010, 16 553 koncernaj artikoloj estis publikigitaj tutmonde, kaj 26 390 inventopatentoj estis aplikitaj, ĉiuj montrante konstantan supreniran tendencon jaron post jaro (Figuro 1).
3.2 Distribuo laŭ landoj aŭ regionoj
La 10 plej grandaj institucioj kun la plej granda produktado de tutmondaj esplorartikoloj pri karbonfibro estas el Ĉinio, el kiuj la kvin plej grandaj estas: Ĉina Akademio de Sciencoj, Harbina Instituto de Teknologio, Nordokcidenta Universitato de Teknologio, Universitato Donghua, Pekina Instituto de Aeronaŭtiko kaj Astronaŭtiko. Inter la eksterlandaj institucioj, la Hinda Instituto de Teknologio, la Universitato de Tokio, la Universitato de Bristol, Universitato Monash, Universitato de Manĉestro kaj la Kartvelia Instituto de Teknologio rangas inter la 10 kaj 20 (Fig. 3).
Laŭ la nombro da patentpetoj en la supraj 30 institucioj, Japanio havas 5, kaj 3 el ili estas en la supraj kvin. La kompanio Toray rangis unue, sekvata de Mitsubishi Liyang (2a), Teijin (4a), East State (10a), kaj la japana tekstila kompanio Toyo (24a). Ĉinio havas 21 instituciojn. La grupo Sinopec havas la plej grandan nombron da patentoj, rangante trie. Due, venas la Harbin-Instituto de Teknologio, la kablokompanio Henan Ke Letter, la Universitato Donghua, la Ĉina Ŝanhaja Petrokemia kompanio, la Pekina Kemia Industrio, ktp.; la Ĉina Akademio de Sciencoj, Shanxi Coal, havas inventan patenton 66, rangante 27e. Sudkoreaj institucioj havas 2, el kiuj Xiaoxing Co., Ltd. rangis unue, rangante 8e.
Produktantaj institucioj, la produktado de la artikolo ĉefe de universitatoj kaj sciencaj esplorinstitucioj, patenta produktado ĉefe de la kompanio, oni povas vidi, ke karbonfibra fabrikado estas altteknologia industrio, kiel la ĉefa korpo de karbonfibra esplorado kaj disvolviĝo, la kompanio atribuas grandan gravecon al la protekto de karbonfibra esplorado kaj disvolviĝo de teknologio, precipe la du ĉefaj kompanioj en Japanio, la nombro da patentoj estas multe pli granda.
3.4 Esplorpunktoj
Esplorartikoloj pri karbonfibraj kovras la plej multajn esplortemojn: karbonfibraj kompozitoj (inkluzive de karbonfibro-plifortigitaj kompozitoj, polimeraj matricaj kompozitoj, ktp.), esplorado pri mekanikaj ecoj, finia elementa analizo, karbonaj nanotuboj, delaminado, plifortigo, laceco, mikrostrukturo, elektrostatika ŝpinado, surfaca traktado, adsorbado kaj tiel plu. Artikoloj traktantaj ĉi tiujn ŝlosilvortojn konsistigas 38.8% de la tuta nombro de artikoloj.
Karbonfibraj inventaj patentoj kovras la plej multajn temojn rilatajn al la preparado de karbonfibro, produktada ekipaĵo kaj kompozitaj materialoj. Inter ili, la japanaj kompanioj Toray, Mitsubishi Liyang, Teijin kaj aliaj kompanioj en la kampo de "karbonfibro-plifortigitaj polimeraj kombinaĵoj" havas gravajn teknikajn aranĝojn. Krome, Toray kaj Mitsubishi Liyang havas grandan proporcion de patentoj en "poliakrilonitrila produktado de karbonfibro kaj produktada ekipaĵo", "karbonfibro kun nesaturita nitrilo, kiel ekzemple poliakrilonitrilo, poliviniliden-cianida etileno-produktado" kaj aliaj teknologioj, kaj la japana kompanio Teijin havas pli grandan proporcion de patentoj en "karbonfibraj kaj oksigenaj kombinaĵoj".
La Ĉinia Sinopec-Grupo, la Pekina Kemia Universitato, la Ĉina Akademio de Sciencoj pri Materialoj Ningbo en la "poliakrilonitrila produktado de karbonfibro kaj produktada ekipaĵo" havas grandan proporcion de la patenta aranĝo; Krome, la Pekina Universitato de Kemia Inĝenierarto, la Ĉina Akademio de Sciencoj pri Karbo-Kemia Instituto Ŝanŝia kaj la Ĉina Akademio de Sciencoj pri Materialoj Ningbo ŝlosila aranĝo "Uzado de neorganikaj elementaj fibroj kiel ingrediencoj en la preparado de polimeraj kombinaĵoj" havas la Harbinan Instituton de Teknologio, kiu fokusiĝas al la aranĝo de "karbonfibra traktado", "karbonfibraj kaj oksigenentenantaj kombinaĵoj" kaj aliaj teknologioj.
Krome, el la jaraj statistikaj distribuaj statistikoj de tutmondaj patentoj oni trovas, ke kelkaj novaj varmaj punktoj komencis aperi en la lastaj tri jaroj, kiel ekzemple: "Komponaĵoj de poliamidoj akiritaj per la formado de karboksilata ligreakcio en la ĉefa ĉeno", "poliesteraj konsistaĵoj per la formado de karboksilataj esteraj ligoj en la ĉefa ĉeno", "kompozita materialo bazita sur sintezaj materialoj", "cikla karboksila acido enhavanta oksigenajn kombinaĵojn kiel ingrediencojn de karbonfibraj kompozitoj", "en tridimensia formo de solidiĝo aŭ traktado de tekstilaj materialoj", "nesaturita etero, acetalo, duonacetalo, ketono aŭ aldehido per nur la karbon-karbona nesaturita ligreakcio al la produktado de polimeraj kombinaĵoj", "adiabata materialo por tuboj aŭ kabloj", "Karbonfibraj kompozitoj kun fosfataj esteroj kiel ingrediencoj" kaj tiel plu.
En la lastaj jaroj, esplorado kaj disvolvado (E&D) en la karbonfibra sektoro aperis, kun plej multaj sukcesoj venantaj de Usono kaj Japanio. La plej novaj avangardaj teknologioj fokusiĝas ne nur al karbonfibra produktado kaj preparado, sed ankaŭ al aplikoj en pli vasta gamo de aŭtomobilaj materialoj, kiel ekzemple malpezaj materialoj, 3D-presado kaj elektrogeneraj materialoj. Krome, la reciklado kaj reakiro de karbonfibraj materialoj, la preparado de ligno-lignina karbonfibro kaj aliaj atingoj havas brilan okulfrapan rendimenton. La reprezentaj rezultoj estas priskribitaj sube:
1) Usona Georgia Instituto de Teknologio rompas triageneraciajn karbonfibrajn teknologiojn
En julio 2015, kun financado de DARPA, la Georgia Institute of Technology (Georgia Instituto de Teknologio), per sia noviga tekniko de karbonfibra ĝelŝpinado bazita sur pato, signife pliigis sian modulon, superante la karbonfibron Hershey IM7, kiu nun estas vaste uzata en militaviadiloj, markante la duan landon en la mondo, kiu majstris la trian generacion de karbonfibra teknologio post Japanio.
La streĉa forto de la ĝelŝpinanta karbonfibro fabrikita de Kumarz atingas 5,5 ĝis 5,8 Gpa, kaj la streĉa modulo estas inter 354-375 gpa. "Ĉi tiu estas la kontinua fibro, kiu estis raportita kun la plej alta forto kaj modulo de ampleksa funkciado. En la mallonga filamenta fasko, la streĉa forto ĝis 12,1 Gpa, la sama estas la plej alta poliakrilonitrila karbonfibro."
2) Elektromagneta ondohejta teknologio
En 2014, Nedo disvolvis elektromagnetan ondon da hejtado. Elektromagneta ondo-karboniga teknologio rilatas al la uzo de elektromagneta ondo-hejta teknologio por karbonigi la fibron je atmosfera premo. La atingita karbonfibra rendimento estas baze la sama kiel tiu de karbonfibro produktita per alttemperatura hejtado, la elasta modulo povas atingi pli ol 240GPA, kaj la plilongiĝo ĉe rompiĝo estas pli ol 1.5%, kio estas la unua sukceso en la mondo.
La fibrosimila materialo estas karbigita per elektromagneta ondo, tiel ke la karbiga fornego uzata por alttemperatura hejtado ne estas bezonata. Ĉi tiu procezo ne nur reduktas la tempon bezonatan por karbigado, sed ankaŭ reduktas energikonsumon kaj reduktas CO2-emisiojn.
3) fajna kontrolo de la karbiga procezo
En marto 2014, Toray anoncis la sukcesan disvolvon de la karbonfibro t1100g. Toray uzas la tradician patosolvan ŝpinteknologion por fajne kontroli la karbonigprocezon, plibonigi la mikrostrukturon de karbonfibro je la nanoskalo, kontroli la grafitan mikrokristalan orientiĝon, mikrokristalan grandecon, difektojn kaj tiel plu en la fibro post karbonigo, tiel ke la forto kaj elasta modulo povas esti multe plibonigitaj. La streĉrezisto de t1100g estas 6.6GPa, kio estas 12% pli alta ol tiu de T800, kaj la elasta modulo estas 324GPa kaj pliiĝis je 10%, kio eniras la industriigan fazon.
4) Teknologio de Surfaca Traktado
La Universitato de Teijin Orienta Ŝtato sukcese disvolvis teknologion por plasmo-surfaca traktado, kiu povas kontroli la aspekton de karbonfibro en nur kelkaj sekundoj. Ĉi tiu nova teknologio signife simpligas la tutan produktadprocezon kaj reduktas energikonsumon je 50% kompare kun la ekzistanta teknologio por surfaca traktado por elektrolitaj akvaj solvaĵoj. Krome, post plasmo-traktado, oni trovis, ke la adhero de la fibro kaj la rezina matrico ankaŭ pliboniĝis.
5) studo pri la retenrapideco de streĉforto de karbonfibro en alttemperatura grafita medio
Ningbo-materialoj sukcese efektivigis detalan studon pri la procezanalizo, strukturesplorado kaj rendimentoptimigo de hejmaj alt-fortaj kaj alt-reĝimaj karbonfibroj, precipe la esploradon pri la retenrapideco de karbonfibra streĉforto en alt-temperatura grafita medio, kaj la lastatempan sukcesan preparadon de alt-forta kaj pli alt-modula karbonfibro kun streĉforto 5.24GPa kaj streĉmodula volumeno 593GPa. Ĝi daŭre havas la avantaĝon de streĉforto kompare kun la japana Toray m60j alt-forta, tre muldita karbonfibro (streĉforto 3.92GPa, streĉmodulo 588GPa).
6) Mikroonda Grafito
Yongda Advanced Materials sukcese disvolvis la usonan ekskluzivan patentan ultra-altan temperaturan grafitan teknologion. La produktado de mez- kaj pli alt-orda karbonfibro sukcese trarompis la tri proplempunktojn en la disvolviĝo de alt-orda karbonfibro: grafita ekipaĵo estas multekosta kaj sub internacia kontrolo, malfacilaĵoj en krudsilka kemia teknologio, kaj malalta kaj alta produktokosto. Ĝis nun, Yongda disvolvis tri specojn de karbonfibroj, kiuj ĉiuj levis la forton kaj modulon de la originala relative malalt-grada karbonfibro al nova nivelo.
7) Nova procezo de fandado de drato el karbonfibra krudaĵo bazita sur pato fare de Fraunhofer, Germanio
La Fraunhofer-Instituto pri Aplikataj Polimeroj (Applied Polymer Research, IAP) ĵus anoncis, ke ĝi prezentos la plej novan Comcarbon-teknologion ĉe la Berlina Aera Ekspozicio ILA la 25-an kaj 29-an de aprilo 2018. Ĉi tiu teknologio multe reduktas la produktokoston de amasprodukte produktita karbonfibro.
Fig. 4 Fandado de kruda drato.
Estas bone konate, ke en tradiciaj procezoj, duono de la produktokosto de pato-bazita karbonfibro estas konsumata en la procezo de kruda dratoproduktado. Konsiderante la nekapablon de la kruda drato fandiĝi, ĝi devas esti produktita per multekosta solva ŝpinada procezo (Solva Ŝpinado). "Por ĉi tiu celo, ni evoluigis novan procezon por la produktado de pato-bazita kruda silko, kiu povas redukti la produktokoston de kruda drato je 60%. Ĉi tio estas ekonomia kaj farebla fanda ŝpinada procezo, uzante speciale evoluigitan fanditan pato-bazitan kopolimeron. "Klarigis D-ro Johannes Ganster, Ministro pri biologiaj Polimeroj ĉe la Fraunhofer IAP Instituto.
8) Teknologio de plasma oksidado
4M Carbon fiber anoncis, ke ĝi uzos plasman oksidigan teknologion por fabriki kaj vendi altkvalitan, malaltkostan karbonfibron kiel strategian fokuson, ne nur por licenci la teknologion. 4M asertas, ke plasma oksidiga teknologio estas 3 fojojn pli rapida ol konvencia oksidiga teknologio, dum la energikonsumo estas malpli ol triono de tiu de tradicia teknologio. Kaj la asertoj estis validigitaj de multaj internaciaj karbonfibro-produktantoj, kiuj konsultas kun kelkaj el la plej grandaj karbonfibro-produktantoj kaj aŭtoproduktantoj de la mondo por partopreni kiel iniciatintoj de la produktado de malaltkostaj karbonfibroj.
9) Celuloza nanofibro
La Universitato de Kioto de Japanio, kune kun pluraj gravaj provizantoj de komponantoj, kiel ekzemple la elektra instala kompanio (la plej granda provizanto de Toyota) kaj Daikyonishikawa Corp., laboras pri la disvolviĝo de plastaj materialoj, kiuj kombinas celulozajn nanofibrojn. Ĉi tiu materialo estas farita per rompado de la lignopulpo en kelkajn mikrometrojn (1 por mil mm). La pezo de la nova materialo estas nur kvinono de la pezo de ŝtalo, sed ĝia forto estas kvinobla ol tiu de ŝtalo.
10) karbonfibra antaŭa korpo el poliolefino kaj lignino krudmaterialoj
La Nacia Laboratorio Oak Ridge en Usono laboras pri malaltkosta esplorado de karbonfibraj fibroj ekde 2007, kaj ili evoluigis antaŭajn korpojn de karbonfibraj por poliolefinoj kaj ligninoj, same kiel progresintajn teknologiojn por antaŭ-oksidado de plasmaj kaj mikroondaj karbonigaj sistemoj.
11) La nova polimero (antaŭpolimero) estis evoluigita per forigo de obstina traktado
En la fabrikada metodo gvidata de la Universitato de Tokio, nova polimero (antaŭpolimero) estis evoluigita por forigi obstinan traktadon. La ĉefa punkto estas, ke post ŝpinado de la polimero en silkon, ĝi ne plenumas la originalan obstinan traktadon, sed kaŭzas ĝian oksidiĝon en la solvilo. La mikroonda hejtilo estas poste varmigita ĝis pli ol 1000 ℃ por karbigado. La varmigtempo daŭras nur 2-3 minutojn. Post la karbigada traktado, plasmo ankaŭ estas uzata por efektivigi surfacan traktadon, por ke karbonfibro povu esti farita. Plasmotraktado daŭras malpli ol 2 minutojn. Tiel, la originala sinterizadotempo de 30-60 minutoj povas esti reduktita al ĉirkaŭ 5 minutoj. En la nova fabrikada metodo, plasmotraktado estas efektivigita por plibonigi la ligadon inter karbonfibro kaj termoplasta rezino kiel CFRP-bazmaterialo. La streĉa elasta modulo de karbonfibro fabrikita per la nova fabrikada metodo estas 240GPa, la streĉrezisto estas 3.5GPa kaj la plilongigo atingas 1.5%. Ĉi tiuj valoroj estas la sama nivelo kiel la karbonfibro T300 de Toray Universal-grado uzata por sportvaroj, ktp.
12) reciklado kaj utiligo de karbonfibraj materialoj uzante fluidigitan litan procezon
Mengran Meng, la unua aŭtoro de la studo, diris: "Reakiro de karbonfibraj fibroj reduktas la efikon sur la medion kompare kun la produktado de kruda karbonfibra fibro, sed ekzistas limigita konscio pri eblaj reciklaj teknologioj kaj la ekonomia farebleco de reciklado de karbonfibra utiligo. Reciklado okazas en du etapoj: la fibroj devas unue esti reakiritaj el la karbonfibraj kompozitoj kaj termike malkomponitaj per mekanikaj muelmaterialoj aŭ per pirolizo aŭ fluidigitaj litoprocezoj. Ĉi tiuj metodoj forigas la plastan parton de la kompozita materialo, lasante karbonfibron, kiu poste povas esti konvertita en interplektitajn fibrajn matojn uzante malsekan paperfaradan teknologion, aŭ reorganizita en direktajn fibrojn."
La esploristoj kalkulis, ke karbonfibro povus esti reakirita el karbonfibraj kompozitaj rubaĵoj uzante fluidigitan litan procezon, postulante nur 5 dolarojn/kg kaj malpli ol 10% de la energio bezonata por fabriki la primaran karbonfibron. Reciklitaj karbonfibroj produktitaj per fluidigitaj litaj procezoj apenaŭ reduktas modulon, kaj la streĉrezisto estas reduktita je 18% ĝis 50% kompare kun primaraj karbonfibroj, igante ilin taŭgaj por aplikoj postulantaj altan rigidecon anstataŭ forton. "Reciklitaj karbonfibroj povas esti taŭgaj por nestrukturaj aplikoj, kiuj postulas malpezecon, kiel ekzemple la aŭtomobila, konstrua, venta kaj sporta industrioj," diris Meng.
13) Nova teknologio de karbonfibro-reciklado evoluigita en Usono
En junio 2016, esploristoj ĉe la Georgia Institute of Technology en Usono trempis karbonfibron en solvilo enhavanta alkoholon por dissolvi la epoksirezinon, la apartigitaj fibroj kaj epoksirezinoj povis esti reuzataj, la sukcesa realigo de karbonfibro-reakiro.
En julio 2017, la Ŝtata Universitato de Vaŝingtonio ankaŭ evoluigis teknologion por reakiri karbonfibran materialon, uzante malfortan acidon kiel katalizilon. La uzo de likva etanolo je relative malaltaj temperaturoj por malkomponi termohardantajn materialojn, konservante malkomponitan karbonfibron kaj rezinon aparte, kaj eblas reprodukti ĝin.
14) Evoluigo de 3D-presada karbonfibra inkteknologio en LLNL-laboratorio, Usono
En marto 2017, la Nacia Laboratorio Lawrence Livemore (LLNL) en Usono evoluigis la unuajn 3D-presitajn alt-efikecajn, aviad-nivelajn karbonfibrajn kompozitojn. Ili uzis 3D-presmetodon de rekta inkotransdono (DIW) por krei kompleksajn tridimensiajn strukturojn, kiuj multe plibonigis la prilaboran rapidon por uzo en la aŭtomobila, aerspaca, defenda, kaj motorciklaj konkursoj kaj surfado.
15) Usono, Koreio kaj Ĉinio kunlaboras en la disvolviĝo de karbonfibro por elektroproduktado
En aŭgusto 2017, la kampuso Dallas de la Universitato de Teksaso, la Universitato Hanyang en Koreio, la Universitato Nankai en Ĉinio kaj aliaj institucioj kunlaboris en la disvolviĝo de karbonfibra fadenmaterialo por elektroproduktado. La fadeno unue estas trempita en elektrolitaj solvaĵoj kiel ekzemple sala akvo, permesante al la jonoj en la elektrolito alkroĉiĝi al la surfaco de la karbonaj nanotuboj, kiu povas esti konvertita en elektran energion kiam la fadeno estas streĉita aŭ etendita. La materialo povas esti uzata en iu ajn loko kun fidinda kineta energio kaj taŭgas por provizi energion al IoT-sensiloj.
16) Nova progreso en la esplorado de lignolignina karbonfibro akirita de ĉinoj kaj usonanoj respektive
En marto 2017, la speciala fibro-teamo de la Ningbo-Instituto pri Materiala Teknologio kaj Inĝenierarto preparis lignin-akrilonitrilan kopolimeron kun bona turnebleco kaj termika stabileco uzante esterigilon kaj du-ŝtupan modifan teknologion de libera radikala kopolimerizado. Altkvalitaj kontinuaj filamentoj estis akiritaj uzante la kopolimeron kaj malsekan turnadprocezon, kaj la kompakta karbonfibro estis ricevita post termika stabiligo kaj karboniga traktado.
En aŭgusto 2017, la esplorteamo Birgitte Ahring ĉe la Universitato de Vaŝingtonio en Usono miksis ligninon kaj poliakrilonitrilon en malsamaj proporcioj, kaj poste uzis fandŝpinilteknologion por konverti miksitajn polimerojn en karbonfibrojn. La studo trovis, ke la lignino aldonita al la 20%∼30% ne influis la forton de la karbonfibro kaj oni atendis, ke ĝi estos uzata en la produktado de malpli kostaj karbonfibraj materialoj por aŭto- aŭ aviadilpartoj.
Fine de 2017, la Nacia Laboratorio pri Renovigebla Energio (NREL) publikigis esploron pri la fabrikado de akrilonitrilo uzante rubpartojn de plantoj, kiel ekzemple maizpajlon kaj tritikpajlon. Ili unue malkomponas plantmaterialojn en sukeron kaj poste konvertas ilin en acidojn, kaj kombinas ilin kun malmultekostaj kataliziloj por produkti celitajn produktojn.
17) Japanio disvolvas la unuan aŭtoĉasion el karbonfibro plifortigita termoplasta kompozita termoplasta
En oktobro 2017, la japana agentejo pri esplorado kaj disvolvado (R&D) kaj la Nacia Esplorcentro pri Kompozitoj de la Universitato de Nagojo sukcese disvolvis la unuan aŭtoĉasion el karbonfibro plifortigita termoplasta kompozito. Ili uzis aŭtomatan, retan muldan procezon de longaj fibroj plifortigitaj termoplastaj kompozitoj, kontinuan miksadon de karbonfibro kaj termoplastaj rezinaj partikloj, fabrikadon de fibroj plifortigitaj kompozitoj, kaj poste, per varmigo kaj fandado, sukcese produktis termoplastajn CFRP-aŭtoĉasiojn.
5. sugestoj pri esplorado kaj disvolvado de karbonfibra teknologio en Ĉinio
5.1 Antaŭenrigardanta aranĝo, celorientita, fokuso sur trarompi la trian generacion de karbonfibra teknologio
La dua-generacia karbonfibra teknologio de Ĉinio ankoraŭ ne estas ampleksa sukceso. Nia lando devus provi havi antaŭenrigardan aranĝon, kiu kunigos niajn koncernajn esplorinstituciojn, fokusante sur la kapto de ŝlosilaj teknologioj, la fokuso de la tria generacio de alt-efikeca karbonfibra preparadoteknologio (t.e., aplikebla al aerspaca alt-forta, alt-modula karbonfibra teknologio), kaj la evoluigita karbonfibra kompozita materiala teknologio, inkluzive de por aŭtomobila, konstruado kaj ripara kaj aliaj malpezaj, malaltkostaj grandaj trenaj karbonfibraj preparadoj, aldona fabrikada teknologio, karbonfibra kompozita materialo, reciklada teknologio kaj rapida prototipado.
5.2 Kunordigi organizon, plifortigi subtenon, starigi gravajn teknikajn projektojn por kontinue subteni kunlaboran esploradon
Nuntempe, en Ĉinio ekzistas multaj institucioj, kiuj faras esploradon pri karbonfibraj materialoj, sed la povo estas disigita, kaj ne ekzistas unuigita mekanismo por organizado de esplorado kaj disvolvado kaj forta financa subteno por efika kunordigo. Juĝante laŭ la disvolva sperto de evoluintaj landoj, la organizado kaj aranĝo de gravaj projektoj ludas gravan rolon en la antaŭenigo de la disvolviĝo de ĉi tiu teknika kampo. Ni devus fokusiĝi sur la ĉina avantaĝo en esplorado kaj disvolvado, konsiderante la ĉinan sukceson en esplorado kaj disvolvado de karbonfibraj materialoj por komenci gravajn projektojn, plifortigi kunlaboran teknologian novigadon, kaj konstante antaŭenigi la nivelon de ĉina esplorado kaj disvolvado pri karbonfibraj materialoj, kaj la internacian konkurencon pri karbonfibro kaj kompozitaĵoj.
5.3 Plibonigante la taksadmekanismon de aplikaĵa efika orientiĝo de teknikaj atingoj
El la vidpunkto de ekonometria analizo de SCI-paperoj, la ĉina karbonfibro kiel alt-forta rendimenta materialo estas uzata en diversaj esplorkampoj, sed por la produktado kaj preparado de karbonfibra teknologio, oni precipe celas redukti kostojn kaj plibonigi produktadan efikecon per malpli da esplorado. La karbonfibra produktadoprocezo estas longa, havas teknologiajn ŝlosilajn punktojn, altajn produktadajn barojn, kaj estas multdisciplina kaj multteknologia integriĝo. Oni devas rompi la teknikajn obstaklojn por efike antaŭenigi la esploradon kaj disvolviĝon de kernaj preparteknologioj "malaltkosta, alt-rendimenta". Unuflanke, necesas plifortigi esplorajn investojn, aliflanke, necesas malfortigi la kampon de scienca esplorado pri rendimenta taksado, plifortigi la gvidadon de la aplika efiko-taksado de teknikaj atingoj, kaj ŝanĝi de "kvanta" taksado, kiu atentas la publikigon de la artikolo, al "kvalita" taksado de la valoro de la rezultoj.
5.4 Fortigi la kultivadon de talentaj komponaĵoj pri pintnivela teknologio
La altteknologia atributo de karbonfibra teknologio determinas la gravecon de specialigitaj talentoj, ĉu ili havas pintnivelan kernan teknikiston rekte determinas la nivelon de esplorado kaj disvolvado de institucio.
Rezulte de la esplorado kaj disvolviĝo de karbonfibra teknologio, ni devus atenti la trejnadon de personaro en la kombinaĵoj, por certigi la kunordigon kaj disvolviĝon de ĉiuj ligiloj. Krome, laŭ la disvolviĝa historio de karbonfibra esplorado en Ĉinio, la fluo de teknologiaj kernaj fakuloj ofte estas ŝlosila faktoro, kiu influas la esploradon kaj disvolviĝon de esplorinstitucio. Konservi la atenton de kernaj fakuloj kaj esplorado kaj disvolviĝoteamoj en produktadaj procezoj, kompozitoj kaj gravaj produktoj estas grava por kontinuaj teknologiaj ĝisdatigoj.
Ni devas daŭre plifortigi la trejnadon kaj uzadon de specialigita altteknologia personaro en ĉi tiu kampo, plibonigi la politikon de taksado kaj traktado de teknologiaj esplor- kaj disvolvaj talentoj, plifortigi la kultivadon de junaj talentoj, aktive subteni kunlaboron kaj interŝanĝojn kun eksterlandaj progresintaj esplor- kaj disvolvaj institucioj, kaj vigle enkonduki eksterlandajn progresintajn talentojn, ktp. Ĉi tio ludos gravan rolon en la antaŭenigo de la disvolviĝo de karbonfibra esplorado en Ĉinio.
Citita el-
Analizo pri la disvolviĝo de tutmonda karbonfibra teknologio kaj ĝia klerigado al Ĉinio. Tian Yajuan, Zhang Zhiqiang, Tao Cheng, Yang Ming, Ba Jin, Chen Yunwei.Monda Scienc-Teknologia Esploro kaj Disvolviĝo2018
Afiŝtempo: Dec-04-2018