Koalstofvezel is in nij anorganysk polymearfezelmateriaal mei in koalstofynhâld fan mear as 95%, mei lege tichtheid, hege sterkte, hege temperatuerresistinsje, hege gemyske stabiliteit, anty-wurgens, slijtvastheid en oare poerbêste basisfysyske en gemyske eigenskippen, en hat hege trillingsdemping, goede geleidende termyske geleidingsfermogen, elektromagnetyske ôfskermingsprestaasjes en in lege termyske útwreidingskoëffisjint en oare skaaimerken. Dizze poerbêste eigenskippen meitsje koalstofvezel in soad brûkt yn loftfeart, spoarferfier, autoproduksje, wapens en apparatuer, boumasines, ynfrastruktuerbou, marinetechnyk, petroleumtechnyk, wynenerzjy, sportartikelen en oare fjilden.
Op basis fan 'e nasjonale strategyske behoeften fan koalstofvezelmaterialen hat Sina it neamd as ien fan 'e kearntechnologyen fan 'e opkommende yndustryen dy't rjochte binne op stipe. Yn 'e nasjonale "Tolve-Five" Wittenskip- en technologyplanning is de tarieding en tapassingstechnology fan hege prestaasjes koalstofvezel ien fan 'e kearntechnologyen fan strategyske opkommende yndustryen dy't troch de steat stipe wurde. Yn maaie 2015 hat de Steatsried offisjeel "Made in China 2025" útbrocht, wêrby't nije materialen ien fan 'e kaaigebieten fan 'e krêftige promoasje en ûntwikkeling binne, ynklusyf hege prestaasjes strukturele materialen, en avansearre kompositen binne de fokus fan ûntwikkeling op it mêd fan nije materialen. Yn oktober 2015 hat it Ministearje fan Yndustry en Ynformaasje-yndustry offisjeel de "China Manufacturing 2025 key Areas Technology Roadmap" publisearre, wêrby't "hege prestaasjes fezels en har kompositen" as in wichtich strategysk materiaal beskôge wurde, mei as doel foar 2020 "ynlânske koalstofvezelkompositen dy't foldogge oan 'e technyske easken fan grutte fleantugen en oare wichtige apparatuer." Yn novimber 2016 hat de Steatsried it nasjonale strategyske ûntwikkelingsplan foar opkommende yndustry "Trettjin-fiif" útjûn, wêryn't dúdlik oanjûn is dat de stipe foar gearwurking tusken de nije materiaalsektor en de stroomopwaarts- en stroomafwaarts moat wurde fersterke. Yn koalstofvezelkompositen en oare fjilden moat in pilotdemonstraasje fan mienskiplike tapassingen útfierd wurde en in platfoarm foar gearwurking yn 'e tapassing bouwe. Yn jannewaris 2017 hawwe it Ministearje fan Yndustry en Untwikkeling, de NDRC, wittenskip en technology, en it Ministearje fan Finânsjes mienskiplik de "Hânlieding foar de ûntwikkeling fan nije materiaalsektoren" formulearre, en foarsteld om fanôf 2020 "yn koalstofvezelkompositen, spesjaal stiel fan hege kwaliteit, avansearre lichte legearingsmaterialen en oare fjilden mear as 70 wichtige yndustrialisaasje en tapassing fan nije materialen te berikken, en in systeem foar prosesapparatuer te bouwen dat oerienkomt mei it ûntwikkelingsnivo fan 'e nije materiaalsektor fan Sina."
Omdat koalstofvezel en syn kompositen in wichtige rol spylje yn nasjonale ferdigening en it bestean fan it folk, rjochtsje in protte saakkundigen har op har ûntwikkeling en analyze fan ûndersykstrends. Dr. Zhou Hong hat de wittenskiplike en technologyske bydragen fan Amerikaanske wittenskippers yn 'e iere stadia fan' e ûntwikkeling fan hege prestaasjes koalstofvezeltechnology besjoen, en 16 haadtapassingen en resinte technologyske foarútgong fan koalstofvezel scanne en rapportearre, en de produksjetechnology, eigenskippen en tapassing fan polyacrylonitril koalstofvezel en syn hjoeddeistige technologyske ûntwikkeling waarden besjoen troch Dr. Wei Xin, ensfh. It bringt ek wat konstruktive suggestjes foar de problemen dy't besteane yn 'e ûntwikkeling fan koalstofvezel yn Sina. Derneist hawwe in protte minsken ûndersyk dien nei de metrologyske analyze fan artikels en patinten op it mêd fan koalstofvezel en syn kompositen. Bygelyks, Ma Xianglin en oaren út it eachpunt fan metrology fan 'e 1998-2017 koalstofvezelpatintferdieling en tapassing fan it fjild fan analyze; Yang Sisi en oaren basearre op it innografyplatfoarm foar it wrâldwide sykjen nei patinten en gegevensstatistiken foar koalstoffaserstof, fan 'e jierlikse ûntwikkelingstrend fan patinten, patinthâlders, de hotspot fan patinttechnology en it kearnpatent fan' e technology wurde analysearre.
Fanút it perspektyf fan it ûndersyk en de ûntwikkeling fan koalstofvezels is it ûndersyk fan Sina hast syngronisearre mei de wrâld, mar de ûntwikkeling is stadich. De produksjeskaal en kwaliteit fan hege prestaasjes fan koalstofvezels yn ferliking mei it bûtenlân hawwe in gat. Dêrtroch is der in driuwende needsaak om it ûndersyks- en ûntwikkelingsproses te fersnellen, strategyske yndieling te befoarderjen en de takomstige kâns foar yndustryûntwikkeling te benutten. Dêrom ûndersiket dit artikel earst de projektyndieling fan lannen op it mêd fan koalstofvezelûndersyk, om de planning fan ûndersyks- en ûntwikkelingsrûtes yn ferskate lannen te begripen. Twad, om't basisûndersyk en tapassingsûndersyk fan koalstofvezels tige wichtich binne foar it technysk ûndersyk en de ûntwikkeling fan koalstofvezels, fiere wy dêrom metrologyske analyze út akademyske ûndersyksresultaten - SCI-papieren en tapaste ûndersyksresultaten - patinten tagelyk om in wiidweidich begryp te krijen fan 'e foarútgong fan ûndersyk en ûntwikkeling op it mêd fan koalstofvezels, en om resinte ûndersyksûntwikkelingen op dit mêd te skennen nei de foarútgong fan Peep International Frontier. Ta beslút, basearre op 'e boppesteande ûndersyksresultaten, wurde wat suggestjes foar de ûndersyks- en ûntwikkelingsrûte op it mêd fan koalstofvezels yn Sina nei foaren brocht.
2. Ckoalstofvezelûndersyksprojekt yndieling fanwichtige lannen/regio's
De wichtichste produksjelannen fan koalstofvezel binne Japan, de Feriene Steaten, Súd-Korea, guon Jeropeeske lannen en Taiwan, Sina. Avansearre technologyske lannen yn 'e iere faze fan' e ûntwikkeling fan koalstofvezeltechnology hawwe it belang fan dit materiaal realisearre, hawwe strategyske yndieling útfierd, en de ûntwikkeling fan koalstofvezelmaterialen krêftich befoardere.
2.1 Japan
Japan is it meast ûntwikkele lân foar koalstofvezeltechnology. De 3 bedriuwen yn Toray, Bong en Mitsubishi Liyang yn Japan binne ferantwurdlik foar sawat it wrâldwide merkoandiel fan 70% ~ 80% fan 'e koalstofvezelproduksje. Dochs hecht Japan grut belang oan it behâld fan syn sterke punten op dit mêd, yn it bysûnder de ûntwikkeling fan hege prestaasjes op panne basearre koalstofvezels en enerzjy- en miljeufreonlike technologyen, mei sterke minsklike en finansjele stipe, en yn in oantal basisbelied, ynklusyf it basisenerzjyplan, de strategyske skets foar ekonomyske groei en it Kyoto-protokol, hawwe dit in strategysk projekt makke dat fierder ûntwikkele wurde moat. Op basis fan it basisnasjonale enerzjy- en miljeubelied hat it Ministearje fan Ekonomy, Yndustry en Eigendom fan Japan it "Enerzjybesparjende technologyûndersyks- en ûntwikkelingsprogramma" foarsteld. Stipe troch it boppesteande belied hat de Japanske koalstofvezelyndustry alle aspekten fan boarnen effektiver sintralisearje kinnen en de oplossing fan mienskiplike problemen yn 'e koalstofvezelyndustry befoarderje kinnen.
"Technologyûntwikkeling lykas ynnovative nije strukturele materialen" (2013-2022) is in projekt dat yn Japan útfierd wurdt ûnder it "Future Development research project" om de ûntwikkeling fan 'e nedige ynnovative strukturele materiaaltechnology en de kombinaasje fan ferskate materialen signifikant te berikken, mei as haaddoel it ferminderjen fan it lichtgewicht (de helte fan it autogewicht) fan it ferfiermiddel. En úteinlik de praktyske tapassing dêrfan te realisearjen. Nei't it ûndersyks- en ûntwikkelingsprojekt yn 2014 oernommen wie, ûntwikkele it Industrial Technology Development Agency (NEDO) ferskate subprojekten wêryn't de algemiene doelen fan it koalstofvezelûndersyksprojekt "Ynnovatyf basisûndersyk en ûntwikkeling fan koalstofvezels" wiene: it ûntwikkeljen fan nije koalstofvezelfoargongersferbiningen; it ferdúdlikjen fan it foarmingsmeganisme fan karbonisaasjestrukturen; en it ûntwikkeljen en standardisearjen fan metoaden foar it beoardieljen fan koalstofvezels. It projekt, ûnder lieding fan 'e Universiteit fan Tokio en mei it Ynstitút foar Yndustriële Technology (NEDO), Toray, Teijin, Dongyuan, en Mitsubishi Liyang, hat yn jannewaris 2016 wichtige foarútgong boekt en is in oare grutte trochbraak op it mêd fan koalstofvezel op basis fan panne nei de útfining fan 'e "Kondo-modus" yn Japan yn 1959.
2.2 Feriene Steaten
It Amerikaanske Definsje-foarûndersyksburo (DARPA) lansearre yn 2006 it Advanced Structural Fiber-projekt mei as doel de dominante wittenskiplike ûndersyksmacht fan it lân byinoar te bringen om de folgjende generaasje strukturele fezels te ûntwikkeljen basearre op koalstofvezels. Stipe troch dit projekt bruts it ûndersyksteam fan it Georgia Institute of Technology yn 'e Feriene Steaten yn 2015 troch de technology foar it tarieden fan rau tried, wêrtroch't de elastyske modulus mei 30% fergrutte waard, wêrtroch't de Feriene Steaten de ûntwikkelingskapasiteit krigen foar de tredde generaasje koalstofvezel.
Yn 2014 kundige it Amerikaanske Ministearje fan Enerzjy (DOE) in subsydzje fan 11,3 miljoen dollar oan foar twa projekten oer "mearstaps katalytyske prosessen foar de konverzje fan net-ytbere biomassasuikers yn acrylonitril" en "ûndersyk en optimalisaasje fan acrylonitril ôflaat fan biomassaproduksje" om it gebrûk fan lânbouresten te befoarderjen, ûndersyk nei kosten-kompetitive duorsume hege prestaasjes koalstofvezelmaterialen foar de produksje fan duorsume net-iten-basearre grûnstoffen, lykas houtige biomassa, en plannen om de produksjekosten fan biomassa duorsume koalstofvezels te ferminderjen nei minder as $ 5 / lb yn 2020.
Yn maart 2017 kundige it Amerikaanske Ministearje fan Enerzjy opnij 3,74 miljoen dollar oan foar finansiering fan in "goedkeap R&D-projekt foar koalstoffiberkomponinten" ûnder lieding fan it Western American Institute (WRI), dat him rjochtet op 'e ûntwikkeling fan goedkeape koalstoffiberkomponinten basearre op boarnen lykas stienkoal en biomassa.
Yn july 2017 kundige it Amerikaanske Ministearje fan Enerzjy de finansiering fan 19,4 miljoen dollar oan om ûndersyk en ûntwikkeling fan avansearre enerzjy-effisjinte auto's te stypjen, wêrfan 6,7 miljoen brûkt wurdt om de tarieding fan goedkeape koalstofvezels te finansieren mei help fan komputasjonele materialen, ynklusyf de ûntwikkeling fan mearskalige evaluaasjemetoaden foar yntegreare kompjûtertechnology om it entûsjasme fan nije koalstofvezelfoargongers te beoardieljen, Avansearre molekulêre dynamika-assistearre tichtheidsfunksjonele teory, masinelearen en oare ark wurde brûkt om state-of-the-art kompjûterark te ûntwikkeljen om de seleksje-effisjinsje fan goedkeape koalstofvezel-grûnstoffen te ferbetterjen.
2.3 Europa
De Jeropeeske koalstoffiberyndustry ûntwikkele him yn Japan en de Feriene Steaten yn 'e santiger of tachtiger jierren fan 'e 20e iuw, mar fanwegen technology en kapitaal hawwe in protte bedriuwen dy't ien koalstoffiber produsearje, har net oan 'e hege groeiperioade fan 'e fraach nei koalstoffiber nei 2000 jier hâlden en ferdwûnen. It Dútske bedriuw SGL is it ienige bedriuw yn Jeropa dat in grut oandiel hat yn 'e wrâldwide koalstoffibermerk.
Yn novimber 2011 lansearre de Jeropeeske Uny it Eucarbon-projekt, dat as doel hat de Jeropeeske produksjemooglikheden yn koalstofvezel en foar-impregnearre materialen foar de loftfeart te ferbetterjen. It projekt duorre 4 jier, mei in totale ynvestearring fan 3,2 miljoen euro, en yn maaie 2017 waard mei súkses de earste spesjale produksjeline foar koalstofvezels fan Jeropa oprjochte foar romtetapassingen lykas satelliten, wêrtroch Jeropa syn ymportôfhinklikens fan it produkt kwyt koe en de feiligens fan 'e oanfier fan materialen garandearje koe.
It Sânde Kader fan 'e EU is fan doel it projekt "funksjonele koalstofvezels by de tarieding fan in nij foargongersysteem mei kosteneffektive en behearsbere prestaasjes" (FIBRALSPEC) (2014-2017) te stypjen foar 6,08 miljoen euro. It 4-jierrige projekt, laat troch de Nasjonale Technyske Universiteit fan Atene, Grikelân, mei dielname fan multinationale bedriuwen lykas Italië, it Feriene Keninkryk en Oekraïne, is rjochte op it ynnovearjen en ferbetterjen fan it proses fan trochgeande tarieding fan koalstofvezels op basis fan polyacrylonitril om eksperimintele produksje fan kontinu pan-basearre koalstofvezels te berikken. It projekt hat mei súkses de ûntwikkeling en tapassing fan koalstofvezel en ferbettere komposittechnology út duorsume organyske polymearboarnen foltôge (lykas superkondensatoren, rappe needopfang, lykas prototype meganyske elektryske rotearjende coatingmasines en produksjelineûntwikkeling fan nanofibers, ensfh.).
In groeiend oantal yndustriële sektoaren, lykas de auto-yndustry, wynenerzjy en skipsbou, hawwe lichtgewicht, hege prestaasjes kompositen nedich, wat in enoarme potinsjele merk is foar de koalstoffiberyndustry. De EU ynvestearret 5,968 miljoen euro om it Carboprec-projekt (2014-2017) te lansearjen, waans strategysk doel is om goedkeape foargongers te ûntwikkeljen út duorsume materialen dy't breed oanwêzich binne yn Jeropa en om de produksje fan hege prestaasjes koalstoffibers te ferbetterjen troch koalstofnanobuisjes.
It ûndersyksprogramma Cleansky II fan 'e Europeeske Uny finansierde in projekt "Komposite tire R&D" (2017), laat troch it Fraunhofer Ynstitút foar Produksje en Systeembetrouberens (LBF) yn Dútslân, dat fan doel is om foarwielkomponinten te ûntwikkeljen foar koalstofvezelfersterke kompositfleantugen foar Airbus A320. It doel is om it gewicht mei 40% te ferminderjen yn ferliking mei konvinsjonele metalen materialen. It projekt wurdt finansierd mei sawat € 200.000.
2.4 Korea
De ûndersyk en ûntwikkeling en yndustrialisaasje fan koalstofvezel yn Súd-Korea begûnen let, mar yn 2006 begûnen de R&D en yn 2013 kamen se formeel yn 'e praktyske faze, wêrtroch't de situaasje fan Koreaanske koalstofvezel hielendal ôfhinklik wie fan ymport omkeard waard. De lokale Xiaoxing-groep yn Súd-Korea en Taiguang Business, as fertsjintwurdigers fan 'e yndustrypionier dy't aktyf dwaande is mei de yndieling fan 'e koalstofvezelyndustry, hawwe in sterke momentumûntwikkeling. Derneist hat de produksjebasis fan koalstofvezels dy't troch Toray Japan yn Korea oprjochte is, ek bydroegen oan 'e koalstofvezelmerk yn Korea sels.
De Koreaanske regearing hat keazen om de xiaoxing Groep in gearkomsteplak te meitsjen foar de ynnovative yndustry fan koalstofvezel. It doel is om in kluster foar de koalstofvezelyndustry te foarmjen, de ûntwikkeling fan in kreatyf ekonomysk ekosysteem yn 'e heule noardlike regio te befoarderjen, it úteinlike doel is om in ien-stop-produksjeketen te foarmjen foar koalstofvezelmateriaal → ûnderdielen → ôfmakke produkt, de oprjochting fan in ynkubaasjekluster foar koalstofvezel kin wurde fergelike mei Silicon Valley yn 'e Feriene Steaten, nije merken oanboarje, nije tafoege wearde kreëarje, en it doel fan $10 miljard oan eksport fan koalstofvezel-relatearre produkten (lykweardich oan sawat 55,2 miljard yuan) yn 2020 berikke.
3. analyze fan wrâldwide ûndersyk en ûndersyksútfier nei koalstofvezels
Dizze subseksje telt de SCI-papieren oangeande ûndersyk nei koalstofvezels en de DII-patentresultaten sûnt 2010, om tagelyk it akademysk ûndersyk en yndustrieel ûndersyk en ûntwikkeling fan wrâldwide koalstofvezeltechnology te analysearjen, en de foarútgong fan ûndersyk en ûntwikkeling nei koalstofvezels ynternasjonaal folslein te begripen.
Gegevens ôflaat fan 'e Scie-database en Dewent-database yn 'e Web of Science-database publisearre troch Clarivate Analytics; opheltiidsberik: 2010-2017; datum fan opheljen: 1 febrewaris 2018.
SCI Papierophelstrategy: Ts=((koalstofvezel* of koalstofvezel* of ("koalstofvezel*" net "koalstoffiber") of "koalstofvezel*" of "koalstoffilament*" of ((polyacrylonitril of pik) en "foargonger*" en glêstried*) of ("grafytvezel*")) net ("bamboekoalstof")).
Dewent Patent Search Strategy: Ti=((koalstofvezel* of koalstofvezel* of ("koalstofvezel*" net"koalstoffiberglês") of "koalstofvezel*" of "koalstoffilament*" of ((polyacrylonitril of pik) en "foargonger*" enfiber*) of ("grafytfiber*")) net ("bamboekoalstof")) of TS=((koalstofvezel* of koalstofvezel* of ("koalstofvezel*" net"koalstoffiberglês") of "koalstofvezel*" of "koalstoffilament*" of ((polyacrylonitril of pik) en "foargonger*" enfiber*) of ("grafytfiber*")) net ("bamboekoalstof")) enIP=(D01F-009/12 of D01F-009/127 of D01F-009/133 of D01F-009/14 of D01F-009/145 of D01F-009/15 of D01F-009/155 of D01F-009/16 of D01F-009/17 of D01F-009/18 of D01F-009/20 of D01F-009/21 of D01F-009/22 of D01F-009/24 of D01F-009/26 of D01F-09/28 of D01F-009/30 of D01F-009/32 of C08K-007/02 of C08J-005/04 of C04B-035/83 of D06M-014/36 of D06M-101/40 of D21H-013/50 of H01H-001/027 of H01R-039/24).
3.1 trend
Sûnt 2010 binne wrâldwiid 16.553 relevante artikels publisearre en binne 26390 útfiningspatinten oanfrege, allegear in stadige opwaartse trend jier nei jier (Ofbylding 1).
3.2 Ferdieling fan lannen of regio's
De top 10 ynstellingen mei de grutste útfier fan it wrâldwide ûndersykspapier oer koalstofvezels komme út Sina, wêrfan de top 5 binne: Sineeske Akademy fan Wittenskippen, Harbin Institute of Technology, Northwestern University of Technology, Donghua University, Beijing Institute of Aeronautics and Astronautics. Under de bûtenlânske ynstellingen steane it Indian Institute of Technology, de Universiteit fan Tokio, de Universiteit fan Bristol, Monash University, de Universiteit fan Manchester en it Georgia Institute of Technology tusken de 10~20 (Fig. 3).
Oantal patintoanfragen yn 'e top 30 ynstellingen, Japan hat 5, en 3 dêrfan binne yn 'e top fiif, it bedriuw Toray stiet op it earste plak, folge troch Mitsubishi Liyang (2e), Teijin (4e), East State (10e), Japan Toyo Textile Company (24e), Sina hat 21 ynstellingen, Sinopec Group hat it grutste oantal patinten, op it tredde plak, Twadde, Harbin Institute of Technology, Henan Ke Letter kabelbedriuw, Donghua Universiteit, China Shanghai Petrochemical, Beijing Chemical Industry, ensfh., de Sineeske Akademy fan Wittenskippen Shanxi Coal applikaasje útfining Patent 66, op it 27e plak, Súd-Koreaanske ynstellingen hawwe 2, wêrfan Xiaoxing Co., Ltd. op it earste plak stiet, op it 8e plak.
Utfierynstellingen, de útfier fan it papier benammen fan universiteiten en wittenskiplike ûndersyksynstellingen, patintútfier benammen fan it bedriuw, it kin sjoen wurde dat koalstofvezelproduksje in hightech-yndustry is, as it wichtichste orgaan fan koalstofvezel R & amp; D-yndustryûntwikkeling, hecht it bedriuw grut belang oan 'e beskerming fan koalstofvezel R & amp; technology, benammen de 2 grutte bedriuwen yn Japan, It oantal patinten is fier foarút.
3.4 Undersykspunten
Undersyksartikels oer koalstofvezel behannelje de measte ûndersyksûnderwerpen: koalstofvezelkompositen (ynklusyf koalstofvezelfersterke kompositen, polymeermatrixkompositen, ensfh.), ûndersyk nei meganyske eigenskippen, eindige elemintenanalyse, koalstofnanobuizen, delaminaasje, fersterking, wurgens, mikrostruktuer, elektrostatysk spinnen, oerflakbehanneling, adsorpsje en sa fierder. Artikels dy't oer dizze kaaiwurden geane, meitsje 38,8% út fan it totale oantal artikels.
Patinten foar útfiningen fan koalstofvezels behannelje de measte ûnderwerpen dy't relatearre binne oan 'e tarieding fan koalstofvezel, produksjeapparatuer en gearstalde materialen. Under harren binne Japan Toray, Mitsubishi Liyang, Teijin en oare bedriuwen yn 'e "koalstofvezelfersterke polymeerferbiningen" op it mêd fan wichtige technyske yndieling, dêrneist hawwe Toray en Mitsubishi Liyang yn "Polyacrylonitrilproduksje fan koalstofvezel en produksjeapparatuer", "mei ûnfersêde nitril, lykas polyacrylonitril, polyvinylideencyanide-etyleenproduksje fan koalstofvezel" en oare technologyen in grut part fan 'e patintlayout, en it Japanske bedriuw Teijin yn 'e "koalstofvezel- en soerstofferbiningkompositen" hat in grutter part fan 'e patintlayout.
China Sinopec Group, Beijing Chemical University, Chinese Academy of Sciences Ningbo Materials yn 'e "polyacrylonitrilproduksje fan koalstofvezel en produksjeapparatuer" hat in grut part fan 'e patintlayout; Derneist hat de Beijing University of Chemical Engineering, de Chinese Academy of Sciences Shanxi Coal Chemical Institute en de Chinese Academy of Sciences Ningbo Materials kaailayout "Mei help fan anorganyske elemintvezels as de yngrediïnten fan polymearferbining tarieding" technology, it Harbin Institute of Technology rjochtet him op 'e yndieling fan "koalstofvezelbehanneling", "koalstofvezel en soerstofhâldende ferbiningkompositen" en oare technologyen.
Derneist wurdt út 'e jierlikse statistyske ferdielingsstatistiken fan wrâldwide patinten fûn dat in oantal nije hotspots yn 'e lêste trije jier begûn binne te ûntstean, lykas: "Gearstallingen fan polyamiden krigen út 'e foarming fan karboksylaatbiningreaksje yn 'e haadketen", "polyestergearstallingen út 'e foarming fan 1 karboksylsoeresterbiningen yn 'e haadketen", "gearstald materiaal basearre op syntetyske materialen", "syklyske karboksylsoer mei soerstofferbiningen as yngrediïnten fan koalstofvezelkompositen", "yn trijediminsjonale foarm fan stolling of behanneling fan tekstylmaterialen", "ûnfersêde ether, acetaal, semi-acetaal, keton of aldehyde troch allinich de koalstof-koalstof ûnfersêde biningreaksje foar de produksje fan polymearferbiningen", "adiabatyske materiaalpipe of kabel", "Koalstofvezelkompositen mei fosfaatesters as yngrediïnten" en sa fierder.
Yn 'e lêste jierren is ûndersyk en ûntwikkeling yn 'e sektor fan koalstofvezels ûntstien, wêrby't de measte trochbraken út 'e Feriene Steaten en Japan komme. De nijste baanbrekkende technologyen rjochtsje har net allinich op 'e technology foar de produksje en tarieding fan koalstofvezels, mar ek op tapassingen yn in breder skala oan automaterialen, lykas lichtgewicht, 3D-printsjen en materialen foar enerzjyopwekking. Derneist hawwe it recyclen en recyclen fan koalstofvezelmaterialen, de tarieding fan houtlignine, koalstofvezel en oare prestaasjes in opfallende prestaasje hân. De represintative resultaten wurde hjirûnder beskreaun:
1) US Georgia Institute of Technology brekt troch tredde generaasje koalstoffibertechnologyen
Yn july 2015, mei DARPA-finansiering, ferhege it Georgia Institute of Technology, mei syn ynnovative panne-basearre koalstoffibergel-spintechnyk, syn modulus signifikant, en oertrof de Hershey IM7 koalstoffiber, dy't no in soad brûkt wurdt yn militêre fleantugen, wêrtroch't it it twadde lân yn 'e wrâld markearre dat de tredde generaasje koalstoffibertechnology behearsket nei Japan.
De treksterkte fan 'e gel-spinnende koalstofvezel makke troch Kumarz berikt 5,5 oant 5,8 Gpa, en de trekmodulus leit tusken 354-375 gpa. "Dit is de trochgeande fezels dy't rapportearre is mei de heechste sterkte en modulus fan wiidweidige prestaasjes. Yn 'e koarte filamentbondel, de treksterkte oant 12,1 Gpa, is itselde de heechste polyacrylonitril koalstofvezel."
2) Elektromagnetyske weachferwaarmingtechnology
Yn 2014 ûntwikkele Nedo elektromagnetyske weachferwaarmingstechnology. Elektromagnetyske weachkarbonisaasjetechnology ferwiist nei it brûken fan elektromagnetyske weachferwaarmingstechnology om de fezels te karbonisearjen by atmosfearyske druk. De prestaasjes fan 'e koalstofvezels dy't krigen wurde binne yn prinsipe itselde as dy fan koalstofvezels dy't produsearre wurde troch ferwaarming by hege temperatuer, de elastyske modulus kin mear as 240GPA berikke, en de ferlinging by brek is mear as 1,5%, wat it earste súkses yn 'e wrâld is.
It fezeleftige materiaal wurdt karbonisearre troch elektromagnetyske weagen, sadat de karbonisaasje-ovenapparatuer dy't brûkt wurdt foar ferwaarming op hege temperatuer net nedich is. Dit proses ferminderet net allinich de tiid dy't nedich is foar karbonisaasje, mar ferminderet ek it enerzjyferbrûk en de CO2-útstjit.
3) fyn kontrôle fan it karbonisaasjeproses
Yn maart 2014 kundige Toray de suksesfolle ûntwikkeling fan 'e t1100g koalstofvezel oan. Toray brûkt de tradisjonele pan-oplossingspintechnology om it karbonisaasjeproses fyn te kontrolearjen, de mikrostruktuer fan koalstofvezel op nanoskaal te ferbetterjen, de mikrokristallijne oriïntaasje fan grafyt, mikrokristallijne grutte, defekten en sa yn 'e fezels nei karbonisaasje te kontrolearjen, sadat de sterkte en elastisiteitsmodulus sterk ferbettere wurde kinne. De treksterkte fan t1100g is 6.6GPa, wat 12% heger is as dy fan T800, en de elastisiteitsmodulus is 324GPa en in tanimming fan 10%, wat de yndustrialisaasjefaze yngiet.
4) Oerflakbehannelingtechnology
Teijin East State hat mei súkses plasma-oerflakbehannelingtechnology ûntwikkele dy't it uterlik fan koalstofvezel yn mar in pear sekonden kontrolearje kin. Dizze nije technology ferienfâldiget it heule produksjeproses signifikant en ferminderet it enerzjyferbrûk mei 50% yn ferliking mei de besteande oerflakbehannelingtechnology foar wetterige elektrolytoplossingen. Boppedat waard nei plasmabehanneling fûn dat de adhesion fan fezels en harsmatrix ek ferbettere wie.
5) stúdzje oer it retinsjetaryf fan treksterkte fan koalstofvezels yn in grafytomjouwing mei hege temperatuer
Ningbo Materials hat mei súkses in detaillearre stúdzje útfierd oer de prosesanalyse, struktuerûndersyk en prestaasjeoptimalisaasje fan húshâldlike hege sterkte en hege modus koalstofvezel, benammen it ûndersykswurk nei it behâldpersintaazje fan treksterkte fan koalstofvezels yn grafytomjouwings mei hege temperatuer, en de resinte suksesfolle tarieding fan hege sterkte en hegere modulus koalstofvezel mei treksterkte 5.24GPa en trekmodulusfolume 593GPa. It bliuwt it foardiel fan treksterkte hawwe yn ferliking mei de Japanske Toray m60j hege sterkte heechfoarmige koalstofvezel (treksterkte 3.92GPa, trekmodulus 588GPa).
6) Mikrogolfgrafyt
Yongda Advanced Materials hat mei súkses de eksklusive Amerikaanske patint ûntwikkele foar ultra-hege temperatuer grafyttechnology, de produksje fan middelgrutte en hegere-oarder koalstofvezel, en hat mei súkses de trije knelpunten yn 'e ûntwikkeling fan hege-oarder koalstofvezel brutsen. Grafytapparatuer is djoer en ûnder ynternasjonale kontrôle, rau side gemyske technology is swierrichheden, produksjeopbringst leech en hege kosten. Oant no ta hat Yongda trije soarten koalstofvezels ûntwikkele, dy't allegear de sterkte en modulus fan 'e orizjinele relatyf lege kwaliteit koalstofvezel nei in nije hichte hawwe ferhege.
7) Nij proses foar it smelten fan spinnende koalstoffiber-rauwe tried op basis fan panne troch Fraunhofer, Dútslân
It Fraunhofer Ynstitút foar Tapaste Polymeren (Applied polymer Research, IAP) hat koartlyn oankundige dat it de nijste Comcarbon-technology sil sjen litte op 'e Berliner Loftshow IIa op 25 april 2018. Dizze technology ferleget de produksjekosten fan massa produsearre koalstofvezel sterk.
Fig. 4 Rauwe tried smelten spinnen.
It is wolbekend dat by tradisjonele prosessen de helte fan 'e produksjekosten fan koalstofvezel op basis fan in panne brûkt wurdt yn it proses fan 'e produksje fan rau tried. Mei it each op it ûnfermogen fan 'e rau tried om te smelten, moat it produsearre wurde mei in djoer oplossingspinproses (Solution Spinning). "Hjirfoar hawwe wy in nij proses ûntwikkele foar de produksje fan rau side op basis fan in panne, dat de produksjekosten fan rau tried mei 60% ferminderje kin. Dit is in ekonomysk en rendabel smeltspinproses, mei in spesjaal ûntwikkele fusearre kopolymeer op basis fan in panne," ferklearre Dr. Johannes Ganster, minister fan biologyske polymearen by it Fraunhofer IAP Ynstitút.
8) Plasma-oksidaasjetechnology
4M Carbon fiber hat oankundige dat it gebrûk fan plasma-oksidaasjetechnology sil meitsje om hege kwaliteit, goedkeape koalstofvezels te produsearjen en te ferkeapjen as in strategyske fokus, net allinich om de technology te lisinsjearjen. 4M beweart dat plasma-oksidaasjetechnology trije kear rapper is as konvinsjonele oksidaasjetechnology, wylst it enerzjyferbrûk minder is as in tredde fan tradisjonele technology. En de útspraken binne falidearre troch in protte ynternasjonale koalstofvezelprodusinten, dy't oerlis hawwe mei in oantal fan 'e grutste koalstofvezelfabrikanten en autofabrikanten fan' e wrâld om mei te dwaan as inisjatyfnimmers oan 'e produksje fan goedkeape koalstofvezels.
9) Cellulose Nanofaser
De Universiteit fan Kyoto yn Japan wurket, tegearre mei ferskate wichtige leveransiers fan ûnderdielen lykas it elektryske ynstallaasjebedriuw (de grutste leveransier fan Toyota) en Daikyonishikawa Corp., oan 'e ûntwikkeling fan plestikmaterialen dy't cellulose-nanovezels kombinearje. Dit materiaal wurdt makke troch it brekken fan houtpulp yn in pear mikron (1 per tûzen mm). It gewicht fan it nije materiaal is mar ien fyfde fan it gewicht fan stiel, mar de sterkte is fiif kear dy fan stiel.
10) koalstoffiber foarkant lichem fan polyolefine en lignine grûnstoffen
It Oak Ridge National Laboratory yn 'e Feriene Steaten wurket sûnt 2007 oan leechkostenûndersyk nei koalstofvezels, en se hawwe frontlichems fan koalstofvezel ûntwikkele foar polyolefine- en lignine-grûnstoffen, lykas avansearre plasma-pre-oksidaasje- en mikrogolfkarbonisaasjetechnologyen.
11) It nije polymeer (foargongerpolymeer) waard ûntwikkele troch it fuortheljen fan refraktêre behanneling
Yn 'e produksjemetoade laat troch de Universiteit fan Tokio is in nij polymeer (foargongerpolymeer) ûntwikkele om de refraktêre behanneling te ferwiderjen. It wichtichste punt is dat nei it spinnen fan it polymeer ta side, it net de orizjinele refraktêre behanneling útfiert, mar it oksidearret yn it oplosmiddel. It mikrogolfferwaarmingsapparaat wurdt dan ferwaarme ta mear as 1000 ℃ foar karbonisaasje. De ferwaarmingstiid duorret mar 2-3 minuten. Nei de karbonisaasjebehanneling wurdt plasma ek brûkt om oerflakbehanneling út te fieren, sadat koalstofvezel makke wurde kin. De plasmabehanneling duorret minder as 2 minuten. Op dizze manier kin de orizjinele sintertiid fan 30-60 minuten wurde fermindere nei sawat 5 minuten. Yn 'e nije produksjemetoade wurdt plasmabehanneling útfierd om de ferbining tusken koalstofvezel en termoplastyske hars as CFRP-basismateriaal te ferbetterjen. De treksterkte-elastisiteitsmodulus fan koalstofvezel produsearre mei de nije produksjemetoade is 240GPa, de treksterkte is 3.5GPa en de ferlinging berikt 1.5%. Dizze wearden binne itselde nivo as de Toray Universal-koalstoffiber T300 dy't brûkt wurdt foar sportartikelen, ensfh.
12) recycling en gebrûk fan koalstofvezelmaterialen mei help fan in fluidisearre bêdproses
Mengran Meng, de earste auteur fan 'e stúdzje, sei: "It weromwinnen fan koalstofvezels ferminderet de ynfloed op it miljeu yn ferliking mei de produksje fan rau koalstofvezels, mar d'r is beheind bewustwêzen fan potinsjele recyclingtechnologyen en de ekonomyske mooglikheid fan it recyclen fan it gebrûk fan koalstofvezels. Recycling bestiet út twa stadia: de fezels moatte earst weromwûn wurde út 'e koalstofvezelkompositen en termysk ûntbûn wurde troch meganyske slypmaterialen of troch gebrûk te meitsjen fan pyrolyse- of fluidisearre bêdprosessen. Dizze metoaden ferwiderje it plestike diel fan it kompositmateriaal, wêrtroch't koalstofvezels oerbliuwe, dy't dan kinne wurde omset yn ferwarde fezelmatten mei help fan wiete papiermeitsjentechnology, of opnij organisearre wurde yn rjochtingsfezels.
De ûndersikers berekkene dat koalstofvezel weromhelle wurde koe út koalstofvezelkompositôffal mei in fluidisearre bêdproses, wêrby't mar 5 dollar/kg nedich wie en minder as 10% fan 'e enerzjy dy't nedich wie om de primêre koalstofvezel te produsearjen. Recyclede koalstofvezels produsearre troch fluidisearre bêdprosessen ferminderje amper de modulus, en de treksterkte wurdt mei 18% oant 50% fermindere yn ferliking mei primêre koalstofvezels, wêrtroch't se geskikt binne foar tapassingen dy't hege styfheid fereaskje ynstee fan sterkte. "Recyclede koalstofvezels kinne geskikt wêze foar net-strukturele tapassingen dy't lichtgewicht fereaskje, lykas de auto-, bou-, wyn- en sportyndustry," sei Meng.
13) Nije technology foar it recyclen fan koalstoffiber ûntwikkele yn 'e Feriene Steaten
Yn juny 2016 hawwe ûndersikers fan it Georgia Institute of Technology yn 'e Feriene Steaten koalstofvezels yn in oplosmiddel mei alkohol wekt om de epoksyhars op te lossen, wêrtroch't de skieden fezels en epoksyharsen opnij brûkt wurde kinne, en sadwaande koalstofvezels mei súkses weromhelle binne.
Yn july 2017 ûntwikkele de Washington State University ek in technology foar it herstellen fan koalstofvezels, wêrby't swak soer as katalysator brûkt wurdt, floeibere ethanol by relatyf lege temperatueren brûkt wurdt om thermosetmaterialen te ûntbinen, wêrtroch't ûntbûne koalstofvezels en hars apart bewarre wurde kinne en reprodusearre wurde kinne.
14) Untwikkeling fan 3D-printtechnology foar koalstoffaser-inkt yn it LLNL-laboratoarium, Feriene Steaten
Yn maart 2017 ûntwikkele it Lawrence Livemore National Laboratory (LLNL) yn 'e Feriene Steaten de earste 3D-printe hege-prestaasjes koalstoffiberkompositen fan loftfeartkwaliteit. Se brûkten in 3D-printmetoade fan direkte inkttransmisje (DIW) om komplekse trijediminsjonale struktueren te meitsjen dy't de ferwurkingssnelheid sterk ferbetteren foar gebrûk yn 'e auto-, loftfeart-, definsje- en motorfytskompetysjes en surfen.
15) De Feriene Steaten, Korea en Sina wurkje gear oan 'e ûntwikkeling fan koalstofvezel foar enerzjyopwekking
Yn augustus 2017 hawwe de Dallas-kampus fan 'e Universiteit fan Teksas, Hanyang Universiteit yn Korea, Nankai Universiteit yn Sina en oare ynstellingen gearwurke oan 'e ûntwikkeling fan in koalstoffibergarenmateriaal foar enerzjyopwekking. It garen wurdt earst wiet makke yn elektrolytoplossingen lykas sâltwetter, wêrtroch't de ioanen yn 'e elektrolyt oan it oerflak fan 'e koalstofnanobuisjes kinne hechte, wat kin wurde omset yn elektryske enerzjy as it garen strak of útrekt wurdt. It materiaal kin op elke plak brûkt wurde mei betroubere kinetyske enerzjy en is geskikt foar it leverjen fan stroom oan IoT-sensoren.
16) Nije foarútgong yn it ûndersyk nei houtlignine-koalstofvezels krigen troch respektivelik Sinezen en Amerikanen
Yn maart 2017 hat it spesjale glêstriedteam fan it Ningbo Ynstitút foar Materiaaltechnology en yngenieurswittenskip in lignine-akrylnitril-kopolymeer taret mei goede spinberens en termyske stabiliteit troch gebrûk te meitsjen fan twastapsmodifikaasjetechnology foar ferestering en frije radikale kopolymerisaasje. Troch gebrûk te meitsjen fan it kopolymeer- en wietspinnproses waarden trochgeande filamenten fan hege kwaliteit krigen, en de kompakte koalstoffiber waard krigen nei termyske stabilisaasje en karbonisaasjebehanneling.
Yn augustus 2017 mingde it ûndersyksteam fan Birgitte ahring oan 'e Universiteit fan Washington yn 'e Feriene Steaten lignine en polyacrylonitril yn ferskillende ferhâldingen, en brûkte doe smeltspintechnology om mingde polymearen yn koalstofvezels om te setten. De stúdzje fûn dat de lignine dy't tafoege waard oan 'e 20% ~ 30% gjin ynfloed hie op 'e sterkte fan 'e koalstofvezel en ferwachte waard dat it brûkt wurde soe yn 'e produksje fan goedkeapere koalstofvezelmaterialen foar auto- of fleantúchûnderdielen.
Oan 'e ein fan 2017 publisearre it Nasjonaal Laboratoarium foar Renewable Energy (NREL) ûndersyk nei de produksje fan acrylonitril mei help fan ôffaldielen fan planten, lykas maisstrie en weetstrie. Se brekke earst plantmaterialen ôf yn sûker en sette se dan om yn soeren, en kombinearje se mei goedkeape katalysatoren om doelprodukten te produsearjen.
17) Japan ûntwikkelt it earste mei koalstoffiber fersterke termoplastyske komposit autochassis
Yn oktober 2017 hawwe it Japanske nije enerzjy-yndustrytechnology-yntergrearre R&D-buro en it Nagoya University National Composites Research Center mei súkses it earste koalstoffiberfersterke termoplastyske komposit-autochassis fan 'e wrâld ûntwikkele. Se brûke in automatysk direkt online foarmjaanproses fan lange fezelfersterke termoplastyske kompositen, trochgeande minging fan koalstoffiber en termoplastyske harspartikels, produsearje fezelfersterke kompositen, en dan troch ferwaarming en smelten, de suksesfolle produksje fan termoplastyske CFRP-autochassis.
5. suggestjes foar R&D fan koalstoffibertechnology yn Sina
5.1 Foarútstribjende yndieling, doelgericht, fokus op it trochbrekken fan 'e tredde generaasje fan koalstoffibertechnology
Sina's twadde-generaasje koalstoffibertechnology is noch gjin wiidweidige trochbraak. Us lân moat besykje in foarútstribjende yndieling te wêzen dy't ús relevante ûndersyksynstellingen byinoar bringt, rjochte op it fangen fan wichtige technologyen, de fokus fan 'e tredde generaasje fan hege prestaasjes koalstoffiber tariedingstechnology ûndersyk en ûntwikkeling (d.w.s. fan tapassing op loftfeart hege sterkte, hege modulus koalstoffibertechnology), en de ûntwikkele koalstoffiber kompositmateriaaltechnology, ynklusyf foar de auto-, bou- en reparaasje- en oare lichtgewicht, lege kosten grutte tow koalstoffiber tarieding, additive produksjetechnology koalstoffiber kompositmateriaal, recyclingtechnology en rappe prototypingtechnologyen.
5.2 Koördinearjende organisaasje, fersterkje stipe, sette grutte technyske projekten op om gearwurkjend ûndersyk kontinu te stypjen
Op it stuit binne der in soad ynstellingen dy't ûndersyk nei koalstofvezels útfiere yn Sina, mar de macht is ferspraat, en der is gjin ferienige R&D-organisaasjemeganisme en sterke finansjele stipe foar effektive koördinaasje. Te oardieljen nei de ûntwikkelingsûnderfining fan avansearre lannen, spylje de organisaasje en yndieling fan grutte projekten in grutte rol yn it befoarderjen fan 'e ûntwikkeling fan dit technyske fjild. Wy moatte ús rjochtsje op 'e foardielige R&D-krêft fan Sina, mei it each op 'e trochbraaktechnology fan koalstofvezels yn Sina yn R&D om grutte projekten te begjinnen, gearwurkjende technologyske ynnovaasje te fersterkjen, en it konstant befoarderjen fan it technologynivo fan Sina foar koalstofvezelûndersyk, konkurrinsje foar ynternasjonale koalstofvezels en kompositen.
5.3 Ferbetterjen fan it evaluaasjemeganisme fan tapassingseffektoriïntaasje fan technyske prestaasjes
Fanút it eachpunt fan ekonometryske analyze fan SCI-papieren, wurdt koalstofvezel út Sina brûkt as in heechweardige prestaasjesmateriaal yn ferskate ûndersyksfjilden, mar foar de produksje- en tariedingstechnology fan koalstofvezels, rjochtet it him benammen op it ferminderjen fan kosten en it ferbetterjen fan de produksjeeffisjinsje fan minder ûndersyk. It produksjeproses fan koalstofvezels is lang, de technology hat wichtige punten, de produksjebarriêres binne heech, it is in multidissiplinêre en multitechnologyske yntegraasje, en it is nedich om de technyske obstakels te trochbrekken, om it ûndersyk en de ûntwikkeling fan 'e kearntariedingstechnology "lege kosten, hege prestaasjes" effektyf te befoarderjen. Oan 'e iene kant moatte ynvestearrings yn ûndersyk fersterke wurde, oan 'e oare kant moatte de prestaasjes fan wittenskiplik ûndersyk ferswakke wurde, de begelieding fan 'e evaluaasje fan technyske prestaasjes fan tapassing fersterke wurde, en de "kwantitative" evaluaasje, dy't omtinken jout oan 'e publikaasje fan it papier, ferskowe nei de "kwaliteit"-evaluaasje fan 'e wearde fan' e resultaten.
5.4 Fersterking fan 'e kultivaasje fan gearstalde talinten op it mêd fan baanbrekkende technology
It hege-technyske attribút fan koalstofvezeltechnology bepaalt it belang fan spesjalisearre talinten, oft se no oer foaroansteande kearntechnysk personiel beskikke, bepaalt direkt it nivo fan R&D fan in ynstelling.
As gefolch fan R&D-keppelings yn koalstofvezeltechnology, moatte wy omtinken jaan oan de training fan personiel op it mêd fan gearstalde materialen, om de koördinaasje en ûntwikkeling fan alle keppelings te garandearjen. Derneist, út 'e ûntwikkelingsskiednis fan koalstofvezelûndersyk yn Sina, is de stream fan technologyske kearneksperts faak in wichtige faktor dy't it R&D-nivo fan in ûndersyksynstelling beynfloedet. It behâld fan 'e fêstiging fan kearneksperts en R&D-teams yn produksjeprosessen, kompositen en wichtige produkten is wichtich foar trochgeande technologyske upgrades.
Wy moatte de training en it gebrûk fan spesjalisearre hightech-personiel op dit mêd fierder fersterkje, it evaluaasje- en behannelingsbelied foar technologyske R&D-talinten ferbetterje, de kultivaasje fan jonge talinten fersterkje, gearwurking en útwikselingen mei bûtenlânske avansearre R&D-ynstellingen aktyf stypje, en krêftich bûtenlânske avansearre talinten yntrodusearje, ensfh. Dit sil in grutte rol spylje by it befoarderjen fan 'e ûntwikkeling fan koalstoffiberûndersyk yn Sina.
Sitearre fan-
Analyse fan 'e ûntwikkeling fan wrâldwide koalstoffibertechnology en de ferljochting dêrfan foar Sina. Tian Yajuan, Zhang Zhiqiang, Tao Cheng, Yang ming, Ba jin, Chen Yunwei.Wrâldwittenskiplike R&D.2018
Pleatsingstiid: 4 desimber 2018