कार्बन फाइबर एक अकार्बनिक बहुलक फाइबर अकार्बनिक नई सामग्री है जिसमें 95% से अधिक कार्बन सामग्री होती है, जिसमें कम घनत्व, उच्च शक्ति, उच्च तापमान प्रतिरोध, अत्यधिक रासायनिक स्थिरता, थकान-रोधी, पहनने-प्रतिरोधी पोंछे और अन्य उत्कृष्ट बुनियादी भौतिक और रासायनिक गुण होते हैं, और इसमें उच्च कंपन क्षीणन, अच्छी प्रवाहकीय तापीय चालकता, विद्युत चुम्बकीय परिरक्षण प्रदर्शन और कम तापीय विस्तार गुणांक और अन्य विशेषताएं होती हैं। ये उत्कृष्ट गुण कार्बन फाइबर को एयरोस्पेस, रेल पारगमन, वाहन निर्माण, हथियार और उपकरण, निर्माण मशीनरी, बुनियादी ढांचे के निर्माण, समुद्री इंजीनियरिंग, पेट्रोलियम इंजीनियरिंग, पवन ऊर्जा, खेल के सामान और अन्य क्षेत्रों में व्यापक रूप से उपयोग करते हैं।
कार्बन फाइबर सामग्री की राष्ट्रीय रणनीतिक जरूरतों के आधार पर, चीन ने इसे उभरते उद्योगों की मुख्य प्रौद्योगिकियों में से एक के रूप में सूचीबद्ध किया है जो समर्थन पर केंद्रित हैं। राष्ट्रीय "बारह-पांच" विज्ञान और प्रौद्योगिकी योजना में, उच्च प्रदर्शन कार्बन फाइबर की तैयारी और अनुप्रयोग तकनीक राज्य द्वारा समर्थित रणनीतिक उभरते उद्योगों की मुख्य प्रौद्योगिकियों में से एक है। मई 2015 में, राज्य परिषद ने आधिकारिक तौर पर "मेड इन चाइना 2025" जारी किया, नई सामग्री जोरदार प्रचार और विकास के प्रमुख क्षेत्रों में से एक है, जिसमें उच्च प्रदर्शन संरचनात्मक सामग्री, उन्नत कंपोजिट शामिल हैं, नई सामग्री के क्षेत्र में विकास का ध्यान केंद्रित है। अक्टूबर 2015 में, उद्योग और सूचना उद्योग मंत्रालय ने आधिकारिक तौर पर "चीन विनिर्माण 2025 प्रमुख क्षेत्र प्रौद्योगिकी रोडमैप", "उच्च प्रदर्शन फाइबर और इसके कंपोजिट" को एक प्रमुख रणनीतिक सामग्री के रूप में प्रकाशित किया, 2020 का लक्ष्य "घरेलू कार्बन फाइबर कंपोजिट बड़े विमानों और अन्य महत्वपूर्ण उपकरणों की तकनीकी आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए है।" नवंबर 2016 में, राज्य परिषद ने "तेरह-पांच" राष्ट्रीय रणनीतिक उभरते उद्योग विकास योजना जारी की, जिसमें स्पष्ट रूप से नए सामग्री उद्योग के अपस्ट्रीम और डाउनस्ट्रीम सहयोग समर्थन को मजबूत करने, कार्बन फाइबर कंपोजिट और अन्य क्षेत्रों में सहयोगी आवेदन पायलट प्रदर्शन करने, एक सहयोगी आवेदन मंच बनाने के लिए कहा गया। जनवरी 2017 में, उद्योग और विकास मंत्रालय, एनडीआरसी, विज्ञान और प्रौद्योगिकी, और वित्त मंत्रालय ने संयुक्त रूप से "नई सामग्री उद्योगों के विकास के लिए मार्गदर्शिका" तैयार की, और प्रस्तावित किया कि 2020 तक, "कार्बन फाइबर कंपोजिट, उच्च गुणवत्ता वाले विशेष स्टील, उन्नत प्रकाश मिश्र धातु सामग्री और अन्य क्षेत्रों में 70 से अधिक प्रमुख नई सामग्री औद्योगिकीकरण और अनुप्रयोग प्राप्त करने के लिए, एक प्रक्रिया उपकरण समर्थन प्रणाली का निर्माण करें जो चीन के नए सामग्री उद्योग के विकास स्तर से मेल खाती है।"
क्योंकि कार्बन फाइबर और इसके कंपोजिट राष्ट्रीय रक्षा और लोगों की आजीविका में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, कई विशेषज्ञ उनके विकास और अनुसंधान प्रवृत्तियों के विश्लेषण पर ध्यान केंद्रित करते हैं। डॉ झोउ हांग ने उच्च प्रदर्शन कार्बन फाइबर प्रौद्योगिकी के विकास के शुरुआती चरणों में अमेरिकी वैज्ञानिकों द्वारा किए गए वैज्ञानिक और तकनीकी योगदान की समीक्षा की, और कार्बन फाइबर के 16 मुख्य अनुप्रयोगों और हालिया तकनीकी विकासों को स्कैन और रिपोर्ट किया, और पॉलीएक्रिलोनिट्राइल कार्बन फाइबर के उत्पादन तकनीक, गुण और अनुप्रयोग और इसके वर्तमान तकनीकी विकास की समीक्षा डॉ वेई शिन आदि ने की। इसने चीन में कार्बन फाइबर के विकास में मौजूद समस्याओं के लिए कुछ रचनात्मक सुझाव भी सामने रखे। इसके अलावा, कई लोगों ने कार्बन फाइबर और इसके कंपोजिट के क्षेत्र में कागजात और पेटेंट के मेट्रोलॉजी विश्लेषण पर शोध किया है। यांग सिसी और अन्य ने वैश्विक कार्बन फाइबर फैब्रिक पेटेंट खोज और डेटा सांख्यिकी के लिए इनोग्राफी मंच पर आधारित, पेटेंट, पेटेंटधारकों, पेटेंट प्रौद्योगिकी हॉटस्पॉट और प्रौद्योगिकी के मूल पेटेंट के वार्षिक विकास की प्रवृत्ति का विश्लेषण किया है।
कार्बन फाइबर अनुसंधान और विकास प्रक्षेपवक्र के परिप्रेक्ष्य से, चीन का अनुसंधान लगभग दुनिया के साथ सिंक्रनाइज़ किया गया है, लेकिन विकास धीमा है, उच्च प्रदर्शन कार्बन फाइबर उत्पादन पैमाने और गुणवत्ता विदेशी देशों की तुलना में एक अंतर है, आर एंड डी प्रक्रिया में तेजी लाने, रणनीतिक लेआउट को अग्रिम करने, भविष्य के उद्योग विकास के अवसर को जब्त करने की तत्काल आवश्यकता है। इसलिए, यह पत्र पहली बार कार्बन फाइबर अनुसंधान के क्षेत्र में देशों के प्रोजेक्ट लेआउट की जांच करता है, ताकि विभिन्न देशों में आर एंड डी मार्गों की योजना को समझा जा सके, और दूसरी बात, क्योंकि कार्बन फाइबर का बुनियादी शोध और अनुप्रयोग अनुसंधान कार्बन फाइबर के तकनीकी अनुसंधान और विकास के लिए बहुत महत्वपूर्ण है, इसलिए, हम कार्बन फाइबर के क्षेत्र में आर एंड डी प्रगति की व्यापक समझ प्राप्त करने के लिए अकादमिक शोध परिणामों-एससीआई पत्रों और लागू शोध परिणामों-पेटेंट से मेट्रोलॉजी विश्लेषण का संचालन करते हैं, और इस क्षेत्र में हाल के शोध विकास को पीप इंटरनेशनल फ्रंटियर आर एंड डी प्रगति में स्कैन करते हैं। अंत में, उपरोक्त शोध परिणामों के आधार पर, चीन में कार्बन फाइबर के क्षेत्र में अनुसंधान और विकास मार्ग के लिए कुछ सुझाव सामने रखे गए हैं।
2. सीआर्बन फाइबरअनुसंधान परियोजना का लेआउटप्रमुख देश/क्षेत्र
कार्बन फाइबर के मुख्य उत्पादक देशों में जापान, संयुक्त राज्य अमेरिका, दक्षिण कोरिया, कुछ यूरोपीय देश और ताइवान, चीन शामिल हैं। कार्बन फाइबर प्रौद्योगिकी के विकास के शुरुआती चरण में उन्नत प्रौद्योगिकी वाले देशों ने इस सामग्री के महत्व को महसूस किया है, रणनीतिक लेआउट किया है, और कार्बन फाइबर सामग्री के विकास को सख्ती से बढ़ावा दिया है।
2.1 जापान
कार्बन फाइबर तकनीक के लिए जापान सबसे विकसित देश है। जापान में टोरे, बोंग और मित्सुबिशी लियांग की 3 कंपनियाँ कार्बन फाइबर उत्पादन के वैश्विक 70%~80% बाजार हिस्से के लिए जिम्मेदार हैं। फिर भी, जापान इस क्षेत्र में अपनी ताकत बनाए रखने के लिए बहुत महत्व देता है, विशेष रूप से उच्च प्रदर्शन वाले पैन-आधारित कार्बन फाइबर और ऊर्जा और पर्यावरण के अनुकूल प्रौद्योगिकियों के विकास के लिए, मजबूत मानव और वित्तीय सहायता के साथ, और बुनियादी ऊर्जा योजना, आर्थिक विकास के लिए रणनीतिक रूपरेखा और क्योटो प्रोटोकॉल सहित कई बुनियादी नीतियों में, इसे एक रणनीतिक परियोजना बना दिया है जिसे आगे बढ़ाया जाना चाहिए। बुनियादी राष्ट्रीय ऊर्जा और पर्यावरण नीति के आधार पर, जापान के अर्थव्यवस्था, उद्योग और संपत्ति मंत्रालय ने "ऊर्जा बचत प्रौद्योगिकी अनुसंधान और विकास कार्यक्रम" को आगे बढ़ाया है। उपरोक्त नीति द्वारा समर्थित, जापानी कार्बन फाइबर उद्योग संसाधनों के सभी पहलुओं को अधिक प्रभावी ढंग से केंद्रीकृत करने और कार्बन फाइबर उद्योग में आम समस्याओं के समाधान को बढ़ावा देने में सक्षम रहा है।
"प्रौद्योगिकी विकास जैसे कि अभिनव नई संरचनात्मक सामग्री" (2013-2022) जापान में "भविष्य के विकास अनुसंधान परियोजना" के तहत कार्यान्वित एक परियोजना है, जिसका उद्देश्य आवश्यक अभिनव संरचनात्मक सामग्री प्रौद्योगिकी और विभिन्न सामग्रियों के संयोजन के विकास को महत्वपूर्ण रूप से प्राप्त करना है, जिसका मुख्य उद्देश्य परिवहन के साधनों के हल्केपन (कार के वजन का आधा) को कम करना है। और अंत में इसके व्यावहारिक अनुप्रयोग को साकार करना है। 2014 में अनुसंधान और विकास परियोजना को संभालने के बाद, औद्योगिक प्रौद्योगिकी विकास एजेंसी (NEDO) ने कई उप-परियोजनाएँ विकसित कीं, जिनमें कार्बन फाइबर अनुसंधान परियोजना "अभिनव कार्बन फाइबर बुनियादी अनुसंधान और विकास" के समग्र उद्देश्य थे: नए कार्बन फाइबर अग्रदूत यौगिकों का विकास करना; कार्बनीकरण संरचनाओं के गठन तंत्र को स्पष्ट करना; और कार्बन फाइबर मूल्यांकन विधियों को विकसित और मानकीकृत करना। टोक्यो विश्वविद्यालय के नेतृत्व में तथा औद्योगिक प्रौद्योगिकी संस्थान (NEDO), तोरे, तीजिन, डोंगयुआन और मित्सुबिशी लियांग की संयुक्त भागीदारी वाली इस परियोजना ने जनवरी 2016 में उल्लेखनीय प्रगति की है और यह 1959 में जापान में "कोंडो मोड" के आविष्कार के बाद पैन-आधारित कार्बन फाइबर के क्षेत्र में एक और बड़ी सफलता है।
2.2 संयुक्त राज्य अमेरिका
अमेरिकी रक्षा पूर्व अनुसंधान एजेंसी (DARPA) ने 2006 में उन्नत संरचनात्मक फाइबर परियोजना शुरू की थी, जिसका उद्देश्य देश के प्रमुख वैज्ञानिक अनुसंधान बल को कार्बन फाइबर पर आधारित अगली पीढ़ी के संरचनात्मक फाइबर विकसित करने के लिए एक साथ लाना था। इस परियोजना के समर्थन से, संयुक्त राज्य अमेरिका में जॉर्जिया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी की शोध टीम ने 2015 में कच्चे तार तैयार करने की तकनीक में सफलता हासिल की, जिससे इसके लोचदार मापांक में 30% की वृद्धि हुई, जिससे संयुक्त राज्य अमेरिका को कार्बन फाइबर की तीसरी पीढ़ी की विकास क्षमता के साथ चिह्नित किया गया।
2014 में, संयुक्त राज्य ऊर्जा विभाग (DOE) ने कृषि अवशेषों के उपयोग को बढ़ावा देने के लिए "गैर-खाद्य बायोमास शर्करा को एक्रिलोनिट्राइल में बदलने के लिए बहु-चरण उत्प्रेरक प्रक्रियाओं" और "बायोमास उत्पादन से प्राप्त एक्रिलोनिट्राइल के अनुसंधान और अनुकूलन" पर दो परियोजनाओं के लिए 11.3 मिलियन डॉलर की सब्सिडी की घोषणा की, अक्षय गैर-खाद्य-आधारित कच्चे माल, जैसे वुडी बायोमास के उत्पादन के लिए लागत-प्रतिस्पर्धी नवीकरणीय उच्च-प्रदर्शन कार्बन फाइबर सामग्री पर अनुसंधान, और 2020 तक बायोमास नवीकरणीय कार्बन फाइबर की उत्पादन लागत को 5 डॉलर प्रति पाउंड से कम करने की योजना।
मार्च 2017 में, अमेरिकी ऊर्जा विभाग ने फिर से पश्चिमी अमेरिकी संस्थान (WRI) के नेतृत्व में "कम लागत वाले कार्बन फाइबर घटक आर एंड डी परियोजना" को वित्त पोषित करने में 3.74 मिलियन डॉलर की घोषणा की, जो कोयला और बायोमास जैसे संसाधनों के आधार पर कम लागत वाले कार्बन फाइबर घटकों के विकास पर केंद्रित है।
जुलाई 2017 में, अमेरिकी ऊर्जा विभाग ने उन्नत ऊर्जा-कुशल वाहनों के अनुसंधान और विकास का समर्थन करने के लिए 19.4 मिलियन डॉलर के वित्त पोषण की घोषणा की, जिनमें से 6.7 मिलियन का उपयोग कम्प्यूटेशनल सामग्रियों का उपयोग करके कम लागत वाले कार्बन फाइबर की तैयारी को निधि देने के लिए किया जाता है, जिसमें नए कार्बन फाइबर अग्रदूतों के उत्साह का आकलन करने के लिए एकीकृत कंप्यूटर प्रौद्योगिकी के लिए बहु-स्तरीय मूल्यांकन विधियों का विकास शामिल है, उन्नत आणविक गतिशीलता सहायता प्राप्त घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत, मशीन लर्निंग और अन्य उपकरणों का उपयोग कम लागत वाले कार्बन फाइबर कच्चे माल की चयन दक्षता में सुधार करने के लिए अत्याधुनिक कंप्यूटर उपकरण विकसित करने के लिए किया जाता है।
2.3 यूरोप
यूरोपीय कार्बन फाइबर उद्योग 20वीं सदी के सत्तर या अस्सी के दशक में जापान और संयुक्त राज्य अमेरिका में विकसित हुआ, लेकिन प्रौद्योगिकी और पूंजी के कारण, कई एकल-कार्बन फाइबर उत्पादक कंपनियों ने 2000 वर्षों के बाद कार्बन फाइबर की मांग की उच्च वृद्धि अवधि का पालन नहीं किया और गायब हो गईं, जर्मन कंपनी एसजीएल यूरोप की एकमात्र कंपनी है जिसके पास दुनिया के कार्बन फाइबर बाजार का एक बड़ा हिस्सा है।
नवंबर 2011 में, यूरोपीय संघ ने यूकार्बन परियोजना शुरू की, जिसका उद्देश्य एयरोस्पेस के लिए कार्बन फाइबर और प्री-इम्प्रेगनेटेड सामग्रियों में यूरोपीय विनिर्माण क्षमताओं को उन्नत करना है। यह परियोजना 4 साल तक चली, जिसमें कुल 3.2 मिलियन यूरो का निवेश हुआ, और मई 2017 में उपग्रहों जैसे अंतरिक्ष अनुप्रयोगों के लिए यूरोप की पहली विशेष कार्बन फाइबर उत्पादन लाइन सफलतापूर्वक स्थापित की गई, जिससे यूरोप को उत्पाद पर अपनी आयात निर्भरता से दूर जाने और सामग्रियों की आपूर्ति की सुरक्षा सुनिश्चित करने में मदद मिली।
यूरोपीय संघ के सातवें ढांचे में "लागत-प्रभावी और प्रबंधनीय प्रदर्शन के साथ एक नए अग्रदूत प्रणाली की तैयारी में कार्यात्मक कार्बन फाइबर" (FIBRALSPEC) परियोजना (2014-2017) को 6.08 मिलियन यूरो में समर्थन देने की योजना है। ग्रीस के एथेंस के राष्ट्रीय तकनीकी विश्वविद्यालय के नेतृत्व में इटली, यूनाइटेड किंगडम और यूक्रेन जैसी बहुराष्ट्रीय कंपनियों की भागीदारी के साथ 4 साल की परियोजना, निरंतर पैन-आधारित कार्बन फाइबर के प्रायोगिक उत्पादन को प्राप्त करने के लिए पॉलीएक्रिलोनिट्राइल-आधारित कार्बन फाइबर की निरंतर तैयारी की प्रक्रिया को नया रूप देने और सुधारने पर केंद्रित है। परियोजना ने अक्षय कार्बनिक बहुलक संसाधनों (जैसे सुपरकैपेसिटर, रैपिड इमरजेंसी शेल्टर, साथ ही प्रोटोटाइप मैकेनिकल इलेक्ट्रिक रोटरी कोटिंग मशीन और नैनोफाइबर के उत्पादन लाइन विकास, आदि) से कार्बन फाइबर और उन्नत समग्र प्रौद्योगिकी के विकास और अनुप्रयोग को सफलतापूर्वक पूरा किया है।
ऑटोमोटिव, पवन ऊर्जा और जहाज निर्माण जैसे कई औद्योगिक क्षेत्रों को हल्के, उच्च प्रदर्शन वाले कंपोजिट की आवश्यकता होती है, जो कार्बन फाइबर उद्योग के लिए एक बहुत बड़ा संभावित बाजार है। यूरोपीय संघ ने कार्बोप्रेक परियोजना (2014-2017) शुरू करने के लिए 5.968 मिलियन यूरो का निवेश किया है, जिसका रणनीतिक लक्ष्य यूरोप में व्यापक रूप से मौजूद नवीकरणीय सामग्रियों से कम लागत वाले प्रीकर्सर विकसित करना और कार्बन नैनोट्यूब के माध्यम से उच्च प्रदर्शन वाले कार्बन फाइबर के उत्पादन को बढ़ाना है।
यूरोपीय संघ के क्लीनस्की II अनुसंधान कार्यक्रम ने जर्मनी में फ्राउनहोफर इंस्टीट्यूट फॉर प्रोडक्शन एंड सिस्टम्स रिलायबिलिटी (LBF) की अध्यक्षता में एक "कम्पोजिट टायर आर एंड डी" परियोजना (2017) को वित्त पोषित किया, जो एयरबस A320 के लिए कार्बन फाइबर प्रबलित समग्र विमान के लिए फ्रंट व्हील घटकों को विकसित करने की योजना बना रही है, जिसका लक्ष्य पारंपरिक धातु सामग्री की तुलना में वजन को 40% कम करना है। परियोजना को लगभग 200,000 यूरो द्वारा वित्त पोषित किया गया है।
2.4 कोरिया
दक्षिण कोरिया के कार्बन फाइबर आर एंड amp; डी और औद्योगिकीकरण देर से शुरू हुआ, आर एंड amp; डी 2006 में शुरू हुआ, 2013 में औपचारिक रूप से व्यावहारिक चरण में प्रवेश करना शुरू हुआ, कोरियाई कार्बन फाइबर की स्थिति को उलट दिया, जो आयात पर निर्भर था। दक्षिण कोरिया के स्थानीय ज़ियाओक्सिंग समूह और ताइगुआंग बिजनेस के लिए उद्योग के अग्रणी के प्रतिनिधि के रूप में सक्रिय रूप से कार्बन फाइबर उद्योग लेआउट के क्षेत्र में लगे हुए हैं, गति विकास मजबूत है। इसके अलावा, कोरिया में टोरे जापान द्वारा स्थापित कार्बन फाइबर उत्पादन आधार ने भी कोरिया में कार्बन फाइबर बाजार में योगदान दिया है।
कोरियाई सरकार ने कार्बन फाइबर के अभिनव उद्योगों के लिए ज़ियाओक्सिंग ग्रुप ए को एक सभा स्थल बनाने के लिए चुना है। इसका उद्देश्य कार्बन फाइबर सामग्री उद्योग क्लस्टर बनाना है, पूरे उत्तरी क्षेत्र में रचनात्मक आर्थिक पारिस्थितिकी तंत्र के विकास को बढ़ावा देना है, अंतिम लक्ष्य कार्बन फाइबर सामग्री → भागों → तैयार उत्पाद वन-स्टॉप उत्पादन श्रृंखला बनाना है, कार्बन फाइबर ऊष्मायन क्लस्टर की स्थापना संयुक्त राज्य अमेरिका में सिलिकॉन वैली के साथ मेल खा सकती है, नए बाजारों का दोहन कर सकती है, नए जोड़े गए मूल्य बना सकती है, 2020 तक कार्बन फाइबर से संबंधित उत्पादों (लगभग 55.2 बिलियन युआन के बराबर) के निर्यात में $ 10 बिलियन का लक्ष्य प्राप्त कर सकती है।
3. वैश्विक कार्बन फाइबर अनुसंधान और अनुसंधान आउटपुट का विश्लेषण
यह उपखंड 2010 से कार्बन फाइबर अनुसंधान से संबंधित एससीआई पत्रों और डीआईआई पेटेंट परिणामों की गणना करता है, ताकि एक ही समय में वैश्विक कार्बन फाइबर प्रौद्योगिकी के शैक्षणिक अनुसंधान और औद्योगिक अनुसंधान और विकास का विश्लेषण किया जा सके और अंतरराष्ट्रीय स्तर पर कार्बन फाइबर अनुसंधान और विकास की प्रगति को पूरी तरह से समझा जा सके।
क्लेरिवेट एनालिटिक्स द्वारा प्रकाशित वेब ऑफ साइंस डेटाबेस में साइए डेटाबेस और डेवेंट डेटाबेस से प्राप्त डेटा; पुनर्प्राप्ति समय सीमा: 2010-2017; पुनर्प्राप्ति की तिथि: 1 फरवरी, 2018।
एससीआई पेपर पुनर्प्राप्ति रणनीति: टीएस = ((कार्बन फाइबर * या कार्बन फाइबर * या ("कार्बन फाइबर *" नहीं "कार्बन फाइबरग्लास") या "कार्बन फाइबर *" या "कार्बन फिलामेंट *" या ((पॉलीएक्रिलोनिट्राइल या पिच) और "अग्रदूत *" और फाइबर *) या ("ग्रेफाइट फाइबर *")) नहीं ("बांस कार्बन"))।
डेवेंट पेटेंट खोज रणनीति: Ti=((कार्बनफाइबर* या कार्बनफाइबर* या ("कार्बन फाइबर*" न कि "कार्बन फाइबरग्लास") या "कार्बन फाइबर*" या "कार्बनफिलामेंट*" या ((पॉलीएक्रिलोनिट्राइल या पिच) और "प्रीकर्सर*" औरफाइबर*) या ("ग्रेफाइट फाइबर*")) न ("बांस कार्बन")) याTS=((कार्बनफाइबर* या कार्बनफाइबर* या ("कार्बन फाइबर*" न "कार्बन फाइबरग्लास") या "कार्बन फाइबर*" या "कार्बनफिलामेंट*" या ((पॉलीएक्रिलोनिट्राइल या पिच) और "प्रीकर्सर*" औरफाइबर*) या ("ग्रेफाइट फाइबर*")) न ("बांस कार्बन")) औरIP=(D01F-009/12 या D01F-009/127 या D01F-009/133 या D01F-009/14 या D01F-009/145या D01F-009/15 या D01F-009/155 या D01F-009/16 या D01F-009/17 या D01F-009/18 याD01F-009/20 या D01F-009/21 या D01F-009/22 या D01F-009/24 या D01F-009/26 याD01F-09/28 या D01F-009/30 या D01F-009/32 या C08K-007/02 या C08J-005/04 याC04B-035/83 या D06M-014/36 या D06M-101/40 या D21H-013/50 या H01H-001/027 याH01R-039/24)।
3.1 प्रवृत्ति
2010 से, दुनिया भर में 16,553 प्रासंगिक शोधपत्र प्रकाशित हुए हैं, और 26390 आविष्कार पेटेंट के लिए आवेदन किया गया है, जो कि साल दर साल लगातार बढ़ रहा है (चित्र 1)।
3.2 देश या क्षेत्र वितरण
वैश्विक कार्बन फाइबर शोध पत्र के सबसे बड़े आउटपुट वाले शीर्ष 10 संस्थान चीन से हैं, जिनमें से शीर्ष 5 हैं: चीनी विज्ञान अकादमी, हार्बिन इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी, नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी ऑफ टेक्नोलॉजी, डोंगुआ यूनिवर्सिटी, बीजिंग इंस्टीट्यूट ऑफ एयरोनॉटिक्स एंड एस्ट्रोनॉटिक्स। विदेशी संस्थानों में, भारतीय प्रौद्योगिकी संस्थान, टोक्यो विश्वविद्यालय, ब्रिस्टल विश्वविद्यालय, मोनाश विश्वविद्यालय, मैनचेस्टर विश्वविद्यालय और जॉर्जिया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी 10 से 20 के बीच रैंक करते हैं (चित्र 3)।
शीर्ष 30 संस्थानों में पेटेंट आवेदनों की संख्या, जापान में 5 हैं, और उनमें से 3 शीर्ष पांच में हैं, तोरे कंपनी पहले स्थान पर है, उसके बाद मित्सुबिशी लियांग (दूसरा), तेजिन (4 वां), ईस्ट स्टेट (10 वां), जापान टोयो टेक्सटाइल कंपनी (24 वां), चीन में 21 संस्थान हैं, सिनोपेक समूह में सबसे अधिक पेटेंट हैं, तीसरे स्थान पर, दूसरे स्थान पर, हार्बिन इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी, हेनान के लेटर केबल कंपनी, डोंगुआ विश्वविद्यालय, चीन शंघाई पेट्रोकेमिकल, बीजिंग केमिकल इंडस्ट्री, आदि, चीनी विज्ञान अकादमी शांक्सी कोयला आवेदन आविष्कार पेटेंट 66, 27 वें स्थान पर, दक्षिण कोरियाई संस्थानों में 2 हैं, जिनमें से ज़ियाओक्सिंग कंपनी लिमिटेड पहले स्थान पर, 8 वें स्थान पर।
आउटपुट संस्थान, कागज का आउटपुट मुख्य रूप से विश्वविद्यालयों और वैज्ञानिक अनुसंधान संस्थानों से होता है, पेटेंट आउटपुट मुख्य रूप से कंपनी से होता है, यह देखा जा सकता है कि कार्बन फाइबर विनिर्माण एक उच्च तकनीक उद्योग है, कार्बन फाइबर आर एंड डी उद्योग विकास के मुख्य निकाय के रूप में, कंपनी कार्बन फाइबर आर एंड डी प्रौद्योगिकी के संरक्षण को बहुत महत्व देती है, विशेष रूप से जापान में 2 प्रमुख कंपनियां, पेटेंट की संख्या बहुत आगे है।
3.4 अनुसंधान हॉटस्पॉट
कार्बन फाइबर शोध पत्र सबसे अधिक शोध विषयों को कवर करते हैं: कार्बन फाइबर कंपोजिट (कार्बन फाइबर प्रबलित कंपोजिट, पॉलिमर मैट्रिक्स कंपोजिट, आदि सहित), यांत्रिक गुण अनुसंधान, परिमित तत्व विश्लेषण, कार्बन नैनोट्यूब, विघटन, सुदृढीकरण, थकान, सूक्ष्म संरचना, इलेक्ट्रोस्टैटिक स्पिनिंग, सतह उपचार, अवशोषण और इतने पर। इन कीवर्ड से निपटने वाले पेपर कुल पेपर की संख्या का 38.8% हैं।
कार्बन फाइबर आविष्कार पेटेंट कार्बन फाइबर, उत्पादन उपकरण और मिश्रित सामग्री की तैयारी से संबंधित सबसे अधिक विषयों को कवर करते हैं। उनमें से, जापान टोरे, मित्सुबिशी लियांग, तेजिन और अन्य कंपनियों ने "कार्बन फाइबर प्रबलित बहुलक यौगिकों" के क्षेत्र में महत्वपूर्ण तकनीकी लेआउट के क्षेत्र में, इसके अलावा, टोरे और मित्सुबिशी लियांग ने "कार्बन फाइबर और उत्पादन उपकरण के पॉलीएक्रिलोनिट्राइल उत्पादन", "असंतृप्त नाइट्राइल के साथ, जैसे पॉलीएक्रिलोनिट्राइल, पॉलीविनाइलिडीन साइनाइड एथिलीन कार्बन फाइबर का उत्पादन" और अन्य प्रौद्योगिकियों में पेटेंट लेआउट का एक बड़ा हिस्सा है, और जापानी तेजिन कंपनी ने "कार्बन फाइबर और ऑक्सीजन यौगिक कंपोजिट" में पेटेंट लेआउट का एक बड़ा हिस्सा है।
चीन सिनोपेक समूह, बीजिंग केमिकल यूनिवर्सिटी, चीनी एकेडमी ऑफ साइंसेज Ningbo सामग्री "कार्बन फाइबर और उत्पादन उपकरण के पॉलीएक्रिलोनिट्राइल उत्पादन" में पेटेंट लेआउट का एक बड़ा हिस्सा है; इसके अलावा, बीजिंग यूनिवर्सिटी ऑफ केमिकल इंजीनियरिंग, चीनी एकेडमी ऑफ साइंसेज शांक्सी कोल केमिकल इंस्टीट्यूट और चीनी एकेडमी ऑफ साइंसेज Ningbo सामग्री कुंजी लेआउट "पॉलिमर यौगिक तैयारी की सामग्री के रूप में अकार्बनिक तत्व फाइबर का उपयोग करना" प्रौद्योगिकी है हार्बिन प्रौद्योगिकी संस्थान "कार्बन फाइबर उपचार", "कार्बन फाइबर और ऑक्सीजन युक्त यौगिक कंपोजिट" और अन्य प्रौद्योगिकियों के लेआउट पर केंद्रित है।
इसके अलावा, वैश्विक पेटेंट के वार्षिक सांख्यिकीय वितरण आंकड़ों से यह पता चलता है कि पिछले तीन वर्षों में कई नए हॉट स्पॉट उभरने लगे हैं, जैसे: "मुख्य श्रृंखला में कार्बोक्सिलेट बंधन प्रतिक्रिया के गठन से प्राप्त पॉलियामाइड की रचनाएं", "मुख्य श्रृंखला में 1 कार्बोक्सिलिक एसिड एस्टर बॉन्ड के गठन से पॉलिएस्टर रचनाएं", "सिंथेटिक सामग्रियों पर आधारित समग्र सामग्री", "कार्बन फाइबर कंपोजिट के घटक के रूप में ऑक्सीजन यौगिकों युक्त चक्रीय कार्बोक्सिलिक एसिड", "वस्त्र सामग्री के ठोसकरण या उपचार के त्रि-आयामी रूप में", "असंतृप्त ईथर, एसीटल, सेमी-एसीटल, कीटोन या एल्डिहाइड केवल कार्बन-कार्बन असंतृप्त बंधन प्रतिक्रिया के माध्यम से बहुलक यौगिकों के उत्पादन के लिए", "एडियाबेटिक सामग्री पाइप या केबल", "घटक के रूप में फॉस्फेट एस्टर के साथ कार्बन फाइबर कंपोजिट"
हाल के वर्षों में, कार्बन फाइबर क्षेत्र में अनुसंधान और विकास उभरा है, जिसमें अधिकांश सफलताएँ संयुक्त राज्य अमेरिका और जापान से आई हैं। नवीनतम अत्याधुनिक प्रौद्योगिकियाँ न केवल कार्बन फाइबर उत्पादन और तैयारी प्रौद्योगिकी पर ध्यान केंद्रित करती हैं, बल्कि ऑटोमोटिव सामग्रियों की एक विस्तृत श्रृंखला में अनुप्रयोगों पर भी ध्यान केंद्रित करती हैं, जैसे कि हल्के वजन, 3 डी प्रिंटिंग और बिजली उत्पादन सामग्री। इसके अलावा, कार्बन फाइबर सामग्री की रीसाइक्लिंग और रीसाइक्लिंग, लकड़ी लिग्निन कार्बन फाइबर की तैयारी और अन्य उपलब्धियों में उज्ज्वल प्रदर्शन है। प्रतिनिधि परिणाम नीचे वर्णित हैं:
1) अमेरिकी जॉर्जिया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी ने तीसरी पीढ़ी की कार्बन फाइबर प्रौद्योगिकी में सफलता हासिल की
जुलाई 2015 में, DARPA के वित्तपोषण से, जॉर्जिया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी ने अपनी अभिनव पैन-आधारित कार्बन फाइबर जेल स्पिनिंग तकनीक के साथ, अपने मापांक में उल्लेखनीय वृद्धि की, तथा हर्षे IM7 कार्बन फाइबर को पीछे छोड़ दिया, जिसका अब सैन्य विमानों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, तथा जापान के बाद तीसरी पीढ़ी की कार्बन फाइबर प्रौद्योगिकी में महारत हासिल करने वाला यह दुनिया का दूसरा देश बन गया।
कुमारज़ द्वारा बनाए गए जेल स्पिनिंग कार्बन फाइबर की तन्य शक्ति 5.5 से 5.8Gpa तक पहुँचती है, और तन्य मापांक 354-375gpa के बीच होता है। "यह निरंतर फाइबर है जिसे व्यापक प्रदर्शन के उच्चतम शक्ति और मापांक के साथ रिपोर्ट किया गया है। छोटे फिलामेंट बंडल में, तन्य शक्ति 12.1Gpa तक है, वही उच्चतम पॉलीएक्रिलोनिट्राइल कार्बन फाइबर है।"
2) विद्युतचुंबकीय तरंग तापन प्रौद्योगिकी
2014 में, नेडो ने विद्युत चुम्बकीय तरंग हीटिंग तकनीक विकसित की। विद्युत चुम्बकीय तरंग कार्बनीकरण तकनीक वायुमंडलीय दबाव पर फाइबर को कार्बनीकरण करने के लिए विद्युत चुम्बकीय तरंग हीटिंग तकनीक के उपयोग को संदर्भित करती है। प्राप्त कार्बन फाइबर का प्रदर्शन मूल रूप से उच्च तापमान हीटिंग द्वारा उत्पादित कार्बन फाइबर के समान है, लोचदार मापांक 240GPA से अधिक तक पहुंच सकता है, और ब्रेक पर बढ़ाव 1.5% से अधिक है, जो दुनिया में पहली सफलता है।
फाइबर जैसी सामग्री को विद्युत चुम्बकीय तरंग द्वारा कार्बनीकृत किया जाता है, ताकि उच्च तापमान हीटिंग के लिए उपयोग किए जाने वाले कार्बनीकरण भट्ठी उपकरण की आवश्यकता न हो। यह प्रक्रिया न केवल कार्बनीकरण के लिए आवश्यक समय को कम करती है, बल्कि ऊर्जा की खपत को भी कम करती है और CO2 उत्सर्जन को कम करती है।
3) कार्बनीकरण प्रक्रिया का उत्तम नियंत्रण
मार्च 2014 में, टोरे ने टी1100जी कार्बन फाइबर के सफल विकास की घोषणा की। टोरे कार्बनीकरण प्रक्रिया को ठीक से नियंत्रित करने, नैनोस्केल पर कार्बन फाइबर की सूक्ष्म संरचना में सुधार करने, कार्बनीकरण के बाद फाइबर में ग्रेफाइट माइक्रोक्रिस्टलाइन अभिविन्यास, माइक्रोक्रिस्टलाइन आकार, दोष आदि को नियंत्रित करने के लिए पारंपरिक पैन सॉल्यूशन स्पिनिंग तकनीक का उपयोग करता है, ताकि ताकत और लोचदार मापांक में काफी सुधार हो सके। टी1100जी की तन्य शक्ति 6.6GPa है, जो T800 की तुलना में 12% अधिक है, और लोचदार मापांक 324GPa है और 10% की वृद्धि हुई है, जो औद्योगिकीकरण चरण में प्रवेश कर रहा है।
4) सतह उपचार प्रौद्योगिकी
तेजिन ईस्ट स्टेट ने प्लाज्मा सतह उपचार तकनीक को सफलतापूर्वक विकसित किया है जो कुछ ही सेकंड में कार्बन फाइबर की उपस्थिति को नियंत्रित कर सकता है। यह नई तकनीक पूरी उत्पादन प्रक्रिया को काफी सरल बनाती है और इलेक्ट्रोलाइट जलीय घोल के लिए मौजूदा सतह उपचार तकनीक की तुलना में ऊर्जा की खपत को 50% तक कम करती है। इसके अलावा, प्लाज्मा उपचार के बाद, यह पाया गया कि फाइबर और राल मैट्रिक्स के आसंजन में भी सुधार हुआ था।
5) उच्च तापमान ग्रेफाइट वातावरण में कार्बन फाइबर तन्य शक्ति की अवधारण दर पर अध्ययन
निंगबो मैटेरियल्स ने घरेलू उच्च शक्ति और लम्बे मोड कार्बन फाइबर के प्रक्रिया विश्लेषण, संरचना अनुसंधान और प्रदर्शन अनुकूलन पर विस्तृत अध्ययन सफलतापूर्वक किया, विशेष रूप से उच्च तापमान ग्रेफाइट वातावरण में कार्बन फाइबर तन्य शक्ति की अवधारण दर पर शोध कार्य, और तन्य शक्ति 5.24GPa और तन्य मापांक मात्रा 593GPa के साथ उच्च शक्ति और उच्च मापांक कार्बन फाइबर की हाल ही में सफल तैयारी, यह जापान के तोरे m60j उच्च शक्ति अत्यधिक ढाला कार्बन फाइबर (तन्य शक्ति 3.92GPa, तन्य मापांक 588GPa) की तुलना में तन्य शक्ति का लाभ जारी रखता है।
6) माइक्रोवेव ग्रेफाइट
योंगडा एडवांस्ड मटेरियल्स ने संयुक्त राज्य अमेरिका के अनन्य पेटेंट अल्ट्रा-हाई टेम्परेचर ग्रेफाइट तकनीक को सफलतापूर्वक विकसित किया है, मध्यम और उच्च-क्रम कार्बन फाइबर का उत्पादन, उच्च-क्रम कार्बन फाइबर के विकास में तीन बाधाओं को सफलतापूर्वक तोड़ दिया है, ग्रेफाइट उपकरण महंगा है और अंतरराष्ट्रीय नियंत्रण में है, कच्चे रेशम रासायनिक प्रौद्योगिकी कठिनाइयों, उत्पादन उपज कम और उच्च लागत। अब तक, योंगडा ने 3 प्रकार के कार्बन फाइबर विकसित किए हैं, जिनमें से सभी ने मूल अपेक्षाकृत कम ग्रेड कार्बन फाइबर की ताकत और मापांक को एक नई ऊंचाई पर पहुंचा दिया है।
7) फ्रॉनहोफर, जर्मनी द्वारा पैन-आधारित कार्बन फाइबर कच्चे तार के पिघलने और स्पिनिंग की नई प्रक्रिया
फ्रॉनहोफर इंस्टीट्यूट ऑफ एप्लाइड पॉलिमर्स (एप्लाइड पॉलीमर रिसर्च, IAP) ने हाल ही में घोषणा की है कि वह 25, 29 अप्रैल 2018 को बर्लिन एयर शो इला में नवीनतम कॉमकार्बन तकनीक का प्रदर्शन करेगा। यह तकनीक बड़े पैमाने पर उत्पादित कार्बन फाइबर की उत्पादन लागत को बहुत कम कर देती है।
चित्र 4 कच्चे तार का पिघलना और कताई।
यह सर्वविदित है कि पारंपरिक प्रक्रियाओं में, कच्चे तार उत्पादन की प्रक्रिया में पैन-आधारित कार्बन फाइबर की उत्पादन लागत का आधा हिस्सा खर्च हो जाता है। कच्चे तार के पिघलने में असमर्थता को देखते हुए, इसे एक महंगी सॉल्यूशन स्पिनिंग प्रक्रिया (सॉल्यूशन स्पिनिंग) का उपयोग करके उत्पादित किया जाना चाहिए। "इस उद्देश्य के लिए, हमने पैन-आधारित कच्चे रेशम के उत्पादन के लिए एक नई प्रक्रिया विकसित की है, जो कच्चे तार की उत्पादन लागत को 60% तक कम कर सकती है। यह एक किफायती और व्यवहार्य पिघलने वाली स्पिनिंग प्रक्रिया है, जिसमें विशेष रूप से विकसित फ्यूज्ड पैन-आधारित कॉपोलीमर का उपयोग किया जाता है।" डॉ. जोहान्स गैंस्टर, फ्रॉनहोफर आईएपी संस्थान में जैविक पॉलिमर मंत्री ने समझाया।
8) प्लाज्मा ऑक्सीकरण प्रौद्योगिकी
4M कार्बन फाइबर ने घोषणा की है कि वह प्लाज़्मा ऑक्सीकरण तकनीक का उपयोग उच्च गुणवत्ता वाले, कम लागत वाले कार्बन फाइबर के निर्माण और बिक्री के लिए रणनीतिक फोकस के रूप में करेगा, न कि केवल तकनीक को लाइसेंस देने के लिए। 4M का दावा है कि प्लाज़्मा ऑक्सीकरण तकनीक पारंपरिक ऑक्सीकरण तकनीक की तुलना में 3 गुना तेज़ है, जबकि ऊर्जा का उपयोग पारंपरिक तकनीक के एक तिहाई से भी कम है। और कई अंतरराष्ट्रीय कार्बन फाइबर उत्पादकों द्वारा बयानों को मान्य किया गया है, जो कम लागत वाले कार्बन फाइबर के उत्पादन के आरंभकर्ता के रूप में भाग लेने के लिए दुनिया के कई सबसे बड़े कार्बन फाइबर निर्माताओं और वाहन निर्माताओं के साथ परामर्श कर रहे हैं।
9) सेल्यूलोज नैनो फाइबर
जापान की क्योटो यूनिवर्सिटी, इलेक्ट्रिकल इंस्टॉलेशन कंपनी (टोयोटा की सबसे बड़ी आपूर्तिकर्ता) और दाईक्योनिशिकावा कॉर्प जैसे कई प्रमुख घटक आपूर्तिकर्ताओं के साथ मिलकर प्लास्टिक सामग्री के विकास पर काम कर रही है, जिसमें सेल्यूलोज नैनोफाइबर का संयोजन किया जाता है, यह सामग्री लकड़ी के गूदे को कुछ माइक्रोन (प्रति हजार मिमी 1) में तोड़कर बनाई जाती है। नई सामग्री का वजन स्टील के वजन का केवल पांचवां हिस्सा है, लेकिन इसकी मजबूती स्टील से पांच गुना अधिक है।
10) पॉलीओलेफ़िन और लिग्निन कच्चे माल का कार्बन फाइबर फ्रंट बॉडी
संयुक्त राज्य अमेरिका में ओक रिज राष्ट्रीय प्रयोगशाला 2007 से कम लागत वाले कार्बन फाइबर अनुसंधान पर काम कर रही है, और उन्होंने पॉलीओलेफिन और लिग्निन कच्चे माल के लिए कार्बन फाइबर फ्रंट बॉडीज के साथ-साथ उन्नत प्लाज्मा प्री-ऑक्सीकरण और माइक्रोवेव कार्बनीकरण प्रौद्योगिकियों का विकास किया है।
11) नया बहुलक (अग्रदूत बहुलक) दुर्दम्य उपचार को हटाकर विकसित किया गया था
टोक्यो विश्वविद्यालय के नेतृत्व में निर्माण विधि में, दुर्दम्य उपचार को हटाने के लिए एक नया बहुलक (अग्रदूत बहुलक) विकसित किया गया है। मुख्य बिंदु यह है कि बहुलक को रेशम में कताई करने के बाद, यह मूल दुर्दम्य उपचार नहीं करता है, लेकिन इसे विलायक में ऑक्सीकरण करने का कारण बनता है। माइक्रोवेव हीटिंग डिवाइस को फिर कार्बोनाइजेशन के लिए 1000 ℃ से अधिक तक गर्म किया जाता है। गर्म होने में केवल 2-3 मिनट लगते हैं। कार्बोनाइजेशन उपचार के बाद, प्लाज्मा का उपयोग सतह के उपचार के लिए भी किया जाता है, ताकि कार्बन फाइबर बनाया जा सके। प्लाज्मा उपचार में 2 मिनट से भी कम समय लगता है। इस तरह, 30-60 मिनट के मूल सिंटरिंग समय को लगभग 5 मिनट तक कम किया जा सकता है। नई निर्माण विधि में, सीएफआरपी आधार सामग्री के रूप में कार्बन फाइबर और थर्मोप्लास्टिक राल के बीच संबंध को बेहतर बनाने के लिए प्लाज्मा उपचार किया जाता है ये मूल्य खेल के सामान आदि के लिए उपयोग किए जाने वाले टोरे यूनिवर्सल ग्रेड कार्बन फाइबर T300 के समान स्तर के हैं।
12) द्रवीकृत बिस्तर प्रक्रिया का उपयोग करके कार्बन फाइबर सामग्री का पुनर्चक्रण और उपयोग
अध्ययन के प्रथम लेखक मेंगरान मेंग ने कहा: "कार्बन फाइबर की रिकवरी कच्चे कार्बन फाइबर उत्पादन की तुलना में पर्यावरण पर प्रभाव को कम करती है, लेकिन संभावित रीसाइक्लिंग तकनीकों और कार्बन फाइबर उपयोग की रीसाइक्लिंग की आर्थिक व्यवहार्यता के बारे में सीमित जागरूकता है। "रीसाइक्लिंग में दो चरण होते हैं: फाइबर को पहले कार्बन फाइबर कंपोजिट से पुनर्प्राप्त किया जाना चाहिए और यांत्रिक पीसने वाली सामग्रियों या पायरोलिसिस या द्रवीकृत बिस्तर प्रक्रियाओं का उपयोग करके थर्मल रूप से विघटित किया जाना चाहिए। ये विधियाँ मिश्रित सामग्री के प्लास्टिक वाले हिस्से को हटा देती हैं, जिससे कार्बन फाइबर बच जाता है, जिसे फिर गीले पेपरमेकिंग तकनीक का उपयोग करके उलझे हुए फाइबर मैट में परिवर्तित किया जा सकता है, या दिशात्मक फाइबर में पुनर्गठित किया जा सकता है।
शोधकर्ताओं ने गणना की कि कार्बन फाइबर को द्रवीकृत बिस्तर प्रक्रिया का उपयोग करके कार्बन फाइबर मिश्रित कचरे से पुनर्प्राप्त किया जा सकता है, जिसके लिए केवल 5 डॉलर/किग्रा की आवश्यकता होती है और प्राथमिक कार्बन फाइबर के निर्माण के लिए आवश्यक ऊर्जा का 10% से भी कम। द्रवीकृत बिस्तर प्रक्रियाओं द्वारा उत्पादित पुनर्चक्रित कार्बन फाइबर शायद ही मापांक को कम करते हैं, और तन्य शक्ति प्राथमिक कार्बन फाइबर के सापेक्ष 18% से 50% तक कम हो जाती है, जिससे वे ताकत के बजाय उच्च कठोरता की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हो जाते हैं। मेंग ने कहा, "पुनर्नवीनीकृत कार्बन फाइबर गैर-संरचनात्मक अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हो सकते हैं, जिनमें हल्के वजन की आवश्यकता होती है, जैसे कि ऑटोमोटिव, निर्माण, पवन और खेल उद्योग।"
13) संयुक्त राज्य अमेरिका में कार्बन फाइबर रीसाइक्लिंग की नई तकनीक विकसित की गई
जून 2016 में, संयुक्त राज्य अमेरिका में जॉर्जिया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं ने कार्बन फाइबर को इपॉक्सी राल को भंग करने के लिए शराब युक्त विलायक में भिगोया, अलग किए गए फाइबर और इपॉक्सी रेजिन का पुन: उपयोग किया जा सकता है, कार्बन फाइबर वसूली की सफल प्राप्ति।
जुलाई 2017 में, वाशिंगटन स्टेट यूनिवर्सिटी ने एक कार्बन फाइबर रिकवरी तकनीक भी विकसित की, जिसमें उत्प्रेरक के रूप में कमजोर एसिड का उपयोग किया गया, थर्मोसेटिंग सामग्री को विघटित करने के लिए अपेक्षाकृत कम तापमान पर तरल इथेनॉल का उपयोग किया गया, विघटित कार्बन फाइबर और राल को अलग से संरक्षित किया गया, और प्रजनन में डाला जा सकता है।
14) एलएलएनएल प्रयोगशाला, यूएसए में 3डी प्रिंटिंग कार्बन फाइबर स्याही प्रौद्योगिकी का विकास
मार्च 2017 में, संयुक्त राज्य अमेरिका में लॉरेंस लाइवमोर नेशनल लेबोरेटरी (LLNL) ने पहला 3D प्रिंटेड उच्च-प्रदर्शन, विमानन-ग्रेड कार्बन फाइबर कंपोजिट विकसित किया। उन्होंने जटिल त्रि-आयामी संरचनाएं बनाने के लिए प्रत्यक्ष स्याही संचरण (DIW) की 3D प्रिंटिंग विधि का उपयोग किया, जिसने ऑटोमोटिव, एयरोस्पेस, रक्षा और मोटरसाइकिल प्रतियोगिताओं और सर्फिंग में उपयोग के लिए प्रसंस्करण गति में काफी सुधार किया।
15) संयुक्त राज्य अमेरिका, कोरिया और चीन बिजली उत्पादन के लिए कार्बन फाइबर के विकास में सहयोग कर रहे हैं
अगस्त 2017 में टेक्सास विश्वविद्यालय के डलास परिसर, कोरिया में हानयांग विश्वविद्यालय, चीन में नानकाई विश्वविद्यालय और अन्य संस्थानों ने बिजली उत्पादन के लिए कार्बन फाइबर यार्न सामग्री के विकास में सहयोग किया। यार्न को पहले नमकीन पानी जैसे इलेक्ट्रोलाइट घोल में भिगोया जाता है, जिससे इलेक्ट्रोलाइट में मौजूद आयन कार्बन नैनोट्यूब की सतह से जुड़ जाते हैं, जिसे यार्न को कसने या खींचने पर विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित किया जा सकता है। सामग्री का उपयोग किसी भी स्थान पर विश्वसनीय गतिज ऊर्जा के साथ किया जा सकता है और यह IoT सेंसर को बिजली प्रदान करने के लिए उपयुक्त है।
16) चीनी और अमेरिकी द्वारा प्राप्त लकड़ी लिग्निन कार्बन फाइबर के अनुसंधान में नई प्रगति
मार्च 2017 में, निंगबो इंस्टीट्यूट ऑफ मैटेरियल्स टेक्नोलॉजी एंड इंजीनियरिंग की विशेष फाइबर टीम ने एस्टरीफिकेशन और फ्री रेडिकल कॉपोलीमराइजेशन टू-स्टेप मॉडिफिकेशन तकनीक का उपयोग करके अच्छी स्पिनेबिलिटी और थर्मल स्थिरता के साथ लिग्निन-एक्रिलोनिट्राइल कॉपोलीमर तैयार किया। कॉपोलीमर और वेट स्पिनिंग प्रक्रिया का उपयोग करके उच्च गुणवत्ता वाले निरंतर फिलामेंट प्राप्त किए गए, और थर्मल स्थिरीकरण और कार्बोनाइजेशन उपचार के बाद कॉम्पैक्ट कार्बन फाइबर प्राप्त किया गया।
अगस्त 2017 में, संयुक्त राज्य अमेरिका में वाशिंगटन विश्वविद्यालय में बिरगिट एहरिंग अनुसंधान दल ने लिग्निन और पॉलीएक्रिलोनिट्राइल को अलग-अलग अनुपात में मिलाया और फिर मिश्रित पॉलिमर को कार्बन फाइबर में बदलने के लिए मेल्ट स्पिनिंग तकनीक का इस्तेमाल किया। अध्ययन में पाया गया कि 20%∼30% में मिलाए गए लिग्निन ने कार्बन फाइबर की ताकत को प्रभावित नहीं किया और उम्मीद है कि इसका इस्तेमाल ऑटोमोटिव या विमान भागों के लिए कम लागत वाली कार्बन फाइबर सामग्री के उत्पादन में किया जाएगा।
2017 के अंत में, राष्ट्रीय अक्षय ऊर्जा प्रयोगशाला (NREL) ने मकई के भूसे और गेहूं के भूसे जैसे पौधों के अपशिष्ट भागों का उपयोग करके एक्रिलोनिट्राइल के निर्माण पर शोध जारी किया। वे पहले पौधों की सामग्री को चीनी में तोड़ते हैं और फिर उन्हें एसिड में बदल देते हैं, और उन्हें सस्ते उत्प्रेरकों के साथ मिलाकर लक्षित उत्पाद बनाते हैं।
17) जापान ने पहली कार्बन फाइबर प्रबलित थर्मोप्लास्टिक कम्पोजिट कार चेसिस विकसित की
अक्टूबर 2017, जापान की नई ऊर्जा उद्योग प्रौद्योगिकी एकीकृत अनुसंधान एवं विकास एजेंसी और नागोया विश्वविद्यालय राष्ट्रीय कम्पोजिट अनुसंधान केंद्र ने दुनिया की पहली कार्बन फाइबर प्रबलित थर्माप्लास्टिक समग्र कार चेसिस को सफलतापूर्वक विकसित किया। वे स्वचालित लंबे फाइबर प्रबलित थर्माप्लास्टिक कंपोजिट प्रत्यक्ष ऑन-लाइन मोल्डिंग प्रक्रिया, निरंतर कार्बन फाइबर और थर्माप्लास्टिक राल कणों के मिश्रण, फाइबर प्रबलित कंपोजिट का निर्माण, और फिर हीटिंग और पिघलने कनेक्शन के माध्यम से, थर्माप्लास्टिक सीएफआरपी कार चेसिस का सफल उत्पादन करते हैं।
5. चीन में कार्बन फाइबर प्रौद्योगिकी के अनुसंधान एवं विकास पर सुझाव
5.1 दूरदर्शी लेआउट, लक्ष्य-उन्मुख, कार्बन फाइबर प्रौद्योगिकी की तीसरी पीढ़ी को आगे बढ़ाने पर ध्यान केंद्रित
चीन की दूसरी पीढ़ी की कार्बन फाइबर तकनीक अभी तक एक व्यापक सफलता नहीं है, हमारे देश को आगे की ओर देखने की कोशिश करनी चाहिए जो हमारे प्रासंगिक अनुसंधान संस्थानों को एक साथ लाएगी, प्रमुख प्रौद्योगिकियों पर कब्जा करने पर ध्यान केंद्रित करेगी, तीसरी पीढ़ी के उच्च प्रदर्शन कार्बन फाइबर तैयारी प्रौद्योगिकी अनुसंधान और विकास पर ध्यान केंद्रित करेगी (यानी एयरोस्पेस उच्च शक्ति, उच्च मापांक कार्बन फाइबर प्रौद्योगिकी के लिए लागू), और कार्बन फाइबर मिश्रित सामग्री प्रौद्योगिकी विकसित की, जिसमें मोटर वाहन, निर्माण और मरम्मत और अन्य हल्के, कम लागत वाली बड़ी टो कार्बन फाइबर तैयारी, योजक विनिर्माण प्रौद्योगिकी कार्बन फाइबर मिश्रित सामग्री, रीसाइक्लिंग प्रौद्योगिकी और तेजी से प्रोटोटाइप प्रौद्योगिकियां शामिल हैं।
5.2 संगठन का समन्वय करना, समर्थन को मजबूत करना, सहयोगी अनुसंधान को निरंतर समर्थन देने के लिए प्रमुख तकनीकी परियोजनाएं स्थापित करना
वर्तमान में, चीन में कार्बन फाइबर अनुसंधान करने के लिए कई संस्थान हैं, लेकिन शक्ति बिखरी हुई है, और प्रभावी समन्वय के लिए कोई एकीकृत आर एंड डी संगठन तंत्र और मजबूत वित्त पोषण समर्थन नहीं है। उन्नत देशों के विकास के अनुभव से देखते हुए, प्रमुख परियोजनाओं का संगठन और लेआउट इस तकनीकी क्षेत्र के विकास को बढ़ावा देने में एक बड़ी भूमिका निभाते हैं। हमें चीन के एडवांटेज आर एंड डी फोर्स पर ध्यान केंद्रित करना चाहिए, चीन की कार्बन फाइबर सफलता आर एंड डी तकनीक को देखते हुए प्रमुख परियोजनाएं शुरू करनी चाहिए, सहयोगी तकनीकी नवाचार को मजबूत करना चाहिए और लगातार चीन के कार्बन फाइबर अनुसंधान प्रौद्योगिकी स्तर, अंतरराष्ट्रीय कार्बन फाइबर और समग्र के लिए प्रतिस्पर्धा को बढ़ावा देना चाहिए।
5.3 तकनीकी उपलब्धियों के अनुप्रयोग प्रभाव अभिविन्यास के मूल्यांकन तंत्र में सुधार
एससीआई पेपर के अर्थमितीय विश्लेषण के दृष्टिकोण से, चीन के कार्बन फाइबर को अनुसंधान के विभिन्न क्षेत्रों में उपयोग की जाने वाली उच्च शक्ति प्रदर्शन सामग्री के रूप में, लेकिन कार्बन फाइबर उत्पादन और तैयारी प्रौद्योगिकी के लिए, विशेष रूप से लागत को कम करने पर ध्यान केंद्रित करना, कम शोध की उत्पादन दक्षता में सुधार करना। कार्बन फाइबर उत्पादन प्रक्रिया लंबी है, प्रौद्योगिकी के प्रमुख बिंदु, उच्च उत्पादन बाधाएं, एक बहु-विषयक, बहु-प्रौद्योगिकी एकीकरण है, तकनीकी बाधाओं को तोड़ने की जरूरत है, प्रभावी रूप से "कम लागत, उच्च प्रदर्शन" कोर तैयारी प्रौद्योगिकी अनुसंधान और विकास को बढ़ावा देने के लिए, एक तरफ, अनुसंधान निवेश को मजबूत करने की जरूरत है, दूसरी तरफ, वैज्ञानिक अनुसंधान प्रदर्शन मूल्यांकन के क्षेत्र को कमजोर करने, तकनीकी उपलब्धियों के आवेदन प्रभाव मूल्यांकन के मार्गदर्शन को मजबूत करने और "मात्रात्मक" मूल्यांकन से स्थानांतरित करने की जरूरत है, जो कागज के प्रकाशन पर ध्यान देता है, परिणामों के मूल्य के "गुणवत्ता" मूल्यांकन के लिए।
5.4 अत्याधुनिक प्रौद्योगिकी मिश्रित प्रतिभाओं के विकास को मजबूत करना
कार्बन फाइबर प्रौद्योगिकी की उच्च तकनीक विशेषता विशिष्ट प्रतिभाओं के महत्व को निर्धारित करती है, चाहे उनके पास अत्याधुनिक कोर तकनीकी कर्मी हों, यह सीधे तौर पर किसी संस्थान के अनुसंधान एवं विकास के स्तर को निर्धारित करता है।
कार्बन फाइबर प्रौद्योगिकी अनुसंधान एवं विकास लिंक के परिणामस्वरूप, हमें सभी लिंक के समन्वय और विकास को सुनिश्चित करने के लिए यौगिक कर्मियों के प्रशिक्षण पर ध्यान देना चाहिए। इसके अलावा, चीन में कार्बन फाइबर अनुसंधान के विकास के इतिहास से, प्रौद्योगिकी कोर विशेषज्ञों का प्रवाह अक्सर एक शोध संस्थान के आर एंड डी स्तर को प्रभावित करने वाला एक महत्वपूर्ण कारक होता है। उत्पादन प्रक्रियाओं, कंपोजिट और प्रमुख उत्पादों में कोर विशेषज्ञों और आर एंड डी टीमों के निर्धारण को बनाए रखना निरंतर प्रौद्योगिकी उन्नयन के लिए महत्वपूर्ण है।
हमें इस क्षेत्र में विशेष उच्च तकनीक कर्मियों के प्रशिक्षण और उपयोग को मजबूत करना जारी रखना चाहिए, प्रौद्योगिकी अनुसंधान एवं विकास प्रतिभाओं के लिए मूल्यांकन और उपचार नीति में सुधार करना चाहिए, युवा प्रतिभाओं की खेती को मजबूत करना चाहिए, विदेशी उन्नत अनुसंधान एवं विकास संस्थानों के साथ सहयोग और आदान-प्रदान का सक्रिय रूप से समर्थन करना चाहिए और विदेशी उन्नत प्रतिभाओं को सख्ती से पेश करना चाहिए, आदि। यह चीन में कार्बन फाइबर अनुसंधान के विकास को बढ़ावा देने में एक बड़ी भूमिका निभाएगा।
उद्धृत:
वैश्विक कार्बन फाइबर प्रौद्योगिकी के विकास और चीन के लिए इसके ज्ञान पर विश्लेषण। तियान याजुआन, झांग झिकियांग, ताओ चेंग, यांग मिंग, बा जिन, चेन युनवेई।विश्व विज्ञान-तकनीक अनुसंधान एवं विकास.2018
पोस्ट करने का समय: दिसम्बर-04-2018