Serat karbon minangka bahan anyar anorganik serat polimer anorganik kanthi isi karbon ing ndhuwur 95%, kanthi kapadhetan kurang, kekuatan dhuwur, tahan suhu dhuwur, stabilitas kimia sing dhuwur, anti-kelelahan, ngilangke tahan nyandhang lan sifat fisik lan kimia dhasar liyane sing apik banget, lan nduweni atenuasi geter dhuwur, konduktivitas termal konduktif sing apik, kinerja shielding elektromagnetik lan koefisien ekspansi termal liyane. Sifat-sifat sing apik iki ndadekake serat karbon digunakake akeh ing aerospace, transit rel, manufaktur kendaraan, senjata lan peralatan, mesin konstruksi, konstruksi infrastruktur, teknik laut, teknik petroleum, energi angin, barang olahraga lan lapangan liyane.
Adhedhasar kabutuhan strategis nasional bahan serat karbon, China wis nyathet minangka salah sawijining teknologi inti saka industri berkembang sing fokus ing dhukungan. Ing perencanaan Ilmu lan teknologi "Rolas Lima" nasional, teknologi persiapan lan aplikasi serat karbon kinerja dhuwur minangka salah sawijining teknologi inti industri berkembang strategis sing didhukung dening negara. Mei 2015, Dewan Negara resmi dirilis "Made in China 2025", bahan anyar minangka salah siji saka wilayah tombol saka promosi vigorous lan pembangunan, kalebu-kinerja dhuwur bahan struktural, komposit majeng fokus pembangunan ing lapangan saka bahan anyar. Ing Oktober 2015, Kamentrian Perindustrian lan Industri Informasi resmi nerbitake "China Manufaktur 2025 Key Areas Technology Roadmap", "serat kinerja dhuwur lan komposite" minangka bahan strategis tombol, tujuan 2020 yaiku "komposit serat karbon domestik kanggo nyukupi syarat teknis pesawat gedhe lan peralatan penting liyane." November 2016, Dewan Negara ditanggepi "telulas-Lima" nasional Strategic berkembang Industries rencana Development, cetha nuding metu kanggo ngiyataken industri materi anyar hulu lan support kerjasama hilir, ing komposit serat karbon lan lapangan liyane kanggo nindakake demonstrasi pilot aplikasi collaborative, mbangun platform aplikasi collaborative. Ing Januari 2017, Kamentrian Perindustrian lan Pembangunan, ing NDRC, ilmu lan teknologi, lan Kamentrian Keuangan bebarengan dirumuske ing "Guide kanggo pangembangan industri bahan anyar", lan ngajokaken sing ing 2020, "ing komposit serat karbon, baja khusus kualitas dhuwur, bahan alloy cahya majeng lan kothak liyane kanggo entuk luwih saka 70 tombol anyar bahan industrialisasi lan aplikasi support bahan anyar kanggo industrialisasi lan aplikasi bahan bangunan anyar. industri.
Amarga serat karbon lan komposit nduweni peran penting ing pertahanan nasional lan mata pencaharian Rakyat, akeh ahli fokus ing pangembangan lan analisis tren riset. Dr Zhou Hong nliti kontribusi ilmiah lan teknologi sing digawe dening ilmuwan Amerika ing tahap awal pangembangan teknologi serat karbon kanthi kinerja dhuwur, lan mindhai lan kacarita ing 16 aplikasi utama lan kemajuan teknologi anyar saka serat karbon, lan teknologi produksi, sifat lan aplikasi serat karbon polyacrylonitrile lan pembangunan teknologi saiki padha dideleng dening Dr. pangembangan serat karbon ing China. Kajaba iku, akeh wong sing nindakake riset babagan analisis metrologi kertas lan paten ing bidang serat karbon lan komposite. Contone, Ma Xianglin lan liya-liyane saka sudut pandang metrologi saka distribusi paten serat karbon 1998-2017 lan aplikasi saka lapangan analisis; Yang Sisi lan liya-liyane adhedhasar platform innography kanggo telusuran paten kain serat karbon global lan statistik data, saka tren pangembangan taunan paten, paten, Hotspot teknologi paten lan paten inti teknologi dianalisis.
Saka perspektif riset serat karbon lan lintasan pembangunan, riset China meh nyelarasake karo donya, nanging pembangunan alon,-kinerja dhuwur ukuran produksi serat karbon lan kualitas dibandhingake karo negara manca wis longkangan, ana sing urgent perlu kanggo nyepetake R & amp; d proses, advance tata letak strategis, ngrebut kesempatan pangembangan industri mangsa. Mulane, kertas iki pisanan nyelidiki tata project negara ing lapangan riset serat karbon, supaya ngerti planning R & amp; rute d ing macem-macem negara, lan sareh, amarga riset dhasar lan riset aplikasi saka serat karbon penting banget kanggo riset technical lan pangembangan serat karbon, mulane, We nindakake analisis metrologi saka asil riset akademisi-SCI makalah lan Applied asil riset-paten ing wektu sing padha kanggo njupuk pangerten lengkap R & amp; d kemajuan ing lapangan serat karbon, lan kanggo mindai pangembangan riset anyar ing lapangan iki kanggo Peep International Frontier R & amp; d kemajuan. Pungkasan, adhedhasar asil riset ing ndhuwur, sawetara saran kanggo rute riset lan pangembangan ing bidang serat karbon ing China diajukake.
2. Cserat arbontata letak proyek riset sakanegara / wilayah utama
Negara produksi utama serat karbon kalebu Jepang, Amerika Serikat, Korea Selatan, sawetara negara Eropa lan Taiwan, China. Negara teknologi majeng ing tataran awal pangembangan teknologi serat karbon wis temen maujud pentinge materi iki, wis digawa metu tata strategis, vigorously ningkataké pangembangan bahan serat karbon.
2.1 Jepang
Jepang minangka negara paling maju kanggo teknologi serat karbon. Perusahaan 3 ing Toray, Bong lan Mitsubishi Liyang ing Jepang kira-kira 70% ~ 80% pangsa pasar produksi serat karbon global. Nanging, Jepang penting banget kanggo njaga kekuwatane ing lapangan iki, utamane pangembangan serat karbon basis pan-kinerja dhuwur lan teknologi energi lan ramah lingkungan, kanthi dhukungan manungsa lan finansial sing kuwat, lan ing sawetara kabijakan dhasar, kalebu rencana energi dhasar, garis strategis kanggo pertumbuhan ekonomi lan Protokol Kyoto, wis nggawe proyek strategis sing kudu maju. Adhedhasar dhasar energi nasional lan Kebijakan Lingkungan, Kamentrian Ekonomi, industri lan properti Jepang wis ngusulake "Program Riset lan Pengembangan teknologi hemat energi". Didhukung dening kabijakan ing ndhuwur, industri serat karbon Jepang wis bisa luwih efektif sentralisasi kabeh aspek sumber daya lan ningkatake solusi masalah umum ing industri serat karbon.
"Pengembangan teknologi kayata bahan struktural anyar sing inovatif" (2013-2022) minangka proyek sing ditindakake miturut "proyek riset Pembangunan Future" ing Jepang kanggo nggayuh pangembangan teknologi bahan struktural inovatif sing dibutuhake lan kombinasi bahan sing beda-beda, kanthi tujuan utama nyuda bobot entheng (setengah saka bobot mobil) saka alat transportasi. Lan pungkasanipun éling aplikasi praktis. Sawise njupuk alih proyek riset lan pangembangan ing taun 2014, Badan Pengembangan Teknologi Industri (NEDO) ngembangake sawetara subproyek ing ngendi tujuan sakabèhé proyek riset Serat karbon "Riset lan pangembangan dhasar serat karbon inovatif" yaiku: ngembangake senyawa prekursor serat karbon anyar; kanggo njlentrehake mekanisme pambentukan struktur karbonisasi; lan kanggo ngembangake lan nggawe standar metode penilaian serat karbon. Proyèk kasebut, dipimpin déning Universitas Tokyo lan bebarengan karo Institut Teknologi Industri (NEDO), Toray, Teijin, Dongyuan, lan Mitsubishi Liyang, wis ngalami kemajuan sing signifikan ing Januari 2016 lan minangka terobosan gedhé ing bidang serat karbon basis pan sawisé panemuan "mode Kondo" ing Jepang ing taun 1959.
2.2 Amerika Serikat
Badan Pre-Riset Pertahanan AS (DARPA) ngluncurake proyek Advanced Structural Fiber ing taun 2006 kanthi tujuan nggabungake pasukan riset ilmiah sing dominan ing negara kasebut kanggo ngembangake serat struktural generasi sabanjure adhedhasar serat karbon. Didhukung dening proyek iki, tim riset Institut Teknologi Georgia ing Amerika Serikat nyuwil teknologi persiapan kawat mentah ing 2015, nambah modulus elastis kanthi 30%, menehi tandha Amerika Serikat kanthi kapasitas pangembangan serat karbon generasi katelu.
Ing 2014, Departemen Energi Amerika Serikat (DOE) ngumumake subsidi 11,3 yuta dolar kanggo rong proyek babagan "proses katalitik multi-langkah kanggo konversi gula biomas sing ora bisa ditonton dadi acrylonitrile" lan "riset lan optimalisasi acrylonitrile sing asale saka produksi biomassa" kanggo ningkatake panggunaan residual biomassa sing bisa dianyari kanthi kompetitif. bahan serat karbon kanggo produksi bahan mentah non-panganan sing bisa dianyari, kayata biomas kayu, lan rencana nyuda biaya produksi serat karbon sing bisa dianyari biomas dadi kurang saka $5/lb ing taun 2020.
Ing Maret 2017, Departemen Energi AS maneh ngumumake 3,74 yuta dolar kanggo mbiayai "proyek R & amp; komponen serat karbon murah" sing dipimpin dening Western American Institute (WRI), sing fokus ing pangembangan komponen serat karbon murah adhedhasar sumber daya kayata batu bara lan biomas.
Juli 2017, Departemen Energi AS ngumumake pendanaan 19,4 yuta dolar kanggo ndhukung riset lan pangembangan kendaraan hemat energi canggih, 6,7 yuta digunakake kanggo mbiayai nyiapake serat karbon murah kanthi nggunakake bahan komputasi, kalebu pangembangan metode evaluasi multi-ukuran kanggo teknologi komputer terpadu kanggo ngevaluasi semangat saka mesin anyar sing dibantu, modulasi molekuler karbon sing dibantu lan fungsional liyane. alat digunakake kanggo ngembangake piranti komputer canggih kanggo nambah efisiensi pemilihan bahan mentah serat karbon sing murah.
2.3 Eropah
Industri serat karbon Eropa dikembangake ing Jepang lan Amerika Serikat ing taun 70-an utawa wolung puluhan abad kaping 20, nanging amarga teknologi lan modal, akeh perusahaan sing ngasilake serat karbon tunggal ora netepi periode pertumbuhan permintaan serat karbon sing dhuwur sawise 2000 taun lan ilang.
Ing November 2011, Uni Eropa ngluncurake Proyek Eucarbon, sing tujuane kanggo nganyarke kapabilitas manufaktur Eropa ing serat karbon lan bahan sing wis diresapi kanggo aerospace. Proyèk iki tahan 4 taun, kanthi total investasi 3,2 yuta euro, lan ing Mei 2017 kasil ngedegake jalur produksi serat karbon khusus pisanan ing Eropah kanggo aplikasi ruang kayata satelit, saéngga ngidini Eropah kanggo pindhah saka katergantungan impor ing produk lan njamin safety saka sumber bahan.
Kerangka EU Seventh plans kanggo ndhukung "serat karbon fungsional ing preparation saka sistem prekursor anyar karo biaya-efektif lan kinerja ngatur" (FIBRALSPEC) project (2014-2017) ing euro 6,08 yuta. Proyek 4 taun, dipimpin dening Universitas Teknik Nasional Athena, Yunani, kanthi partisipasi perusahaan multinasional kayata Italia, Inggris lan Ukraina, fokus ing inovasi lan ningkatake proses nyiapake serat karbon berbasis polyacrylonitrile kanggo entuk produksi eksperimental serat karbon basis pan. Proyèk kasebut wis kasil ngrampungake pangembangan lan aplikasi serat karbon lan teknologi komposit sing ditingkatake saka sumber daya polimer organik sing bisa dianyari (kayata superkapasitor, papan perlindungan darurat kanthi cepet, uga prototipe mesin pelapis puteran listrik mekanik lan pengembangan lini produksi nanofibers, lan liya-liyane).
Sektor industri sing saya akeh, kayata otomotif, tenaga angin lan galangan kapal, mbutuhake komposit sing entheng lan kinerja dhuwur, sing dadi pasar potensial kanggo industri serat karbon. EU nandur modal 5.968 yuta euro kanggo ngluncurake proyek Carboprec (2014-2017), tujuan strategis yaiku ngembangake prekursor murah saka bahan sing bisa dianyari sing akeh ana ing Eropa lan nambah produksi serat karbon kanthi kinerja dhuwur liwat nanotube karbon.
Program riset Cleansky II Uni Eropa mbiayai proyek "R & amp; d" komposit (2017), dipimpin dening Institut Fraunhofer kanggo Produksi lan Sistem Reliabilitas (LBF) ing Jerman, sing ngrancang ngembangake komponen roda ngarep kanggo pesawat komposit sing dikuatake serat karbon kanggo Airbus A320, Tujuane kanggo nyuda bobote 40% dibandhingake karo bahan logam konvensional. Proyek kasebut didanai kira-kira EUR 200,000.
2.4 Korea
serat karbon Korea Kidul R & amp; D lan Industrialisasi diwiwiti pungkasan, R & amp; D wiwit ing 2006, 2013 wiwit resmi mlebu ing tataran praktis, reversing serat karbon Korea kabeh gumantung ing impor saka kahanan. Kanggo klompok xiaoxing lokal Korea Selatan lan Bisnis Taiguang minangka wakil pelopor industri sing aktif ing bidang tata letak industri serat karbon, pangembangan momentum kuwat. Kajaba iku, basis produksi serat karbon sing diadegake dening Toray Japan ing Korea uga wis nyumbang kanggo pasar serat karbon ing Korea dhewe.
Pamrentah Korea milih nggawe xiaoxing Group A papan kumpul kanggo industri inovatif serat karbon. Tujuane kanggo mbentuk klompok industri bahan serat karbon, ningkatake pangembangan ekosistem ekonomi kreatif ing wilayah Lor kabeh, tujuan utama yaiku mbentuk materi serat karbon → bagean → produk rampung rantai produksi siji-mandeg, panyiapan kluster inkubasi serat karbon bisa dicocogake karo Silicon Valley ing Amerika Serikat, tunyuk pasar anyar, nggawe nilai tambah anyar, Entuk target $ 10 milyar ing ekspor serat karbon 5 milyar ing ekspor. Yuan) ing 2020.
3. analisis riset serat karbon global lan hasil riset
Bagian iki ngetung makalah SCI sing ana gandhengane karo riset serat karbon lan asil paten DII wiwit taun 2010, supaya bisa nganalisa riset akademik lan riset industri lan pangembangan teknologi serat karbon global bebarengan, lan ngerti kanthi lengkap kemajuan riset lan pangembangan serat karbon internasional.
Data asalé saka database Scie lan database Dewent ing web saka database Science diterbitake dening Clarivate Analytics; sawetara wektu njupuk: 2010-2017; tanggal njupuk: 1 Februari 2018.
Strategi Pengambilan Kertas SCI: Ts=((serat karbon* utawa Serat Karbon* utawa ("Serat Karbon*" dudu "Fiberglass karbon") utawa "serat karbon*" utawa "karbonfilamen*" utawa ((polyacrylonitrile utawa pitch) lan "prekursor*" lanserat*) utawa ("serat grafit*") dudu ("serat grafit*")).
Strategi Panelusuran Paten Dewent: Ti=((serat karbon* utawa Serat Karbon* utawa ("Serat Karbon*" dudu "Fiberglass karbon") utawa "serat karbon*" utawa "filamen karbon*" utawa ((polyacrylonitrile utawa pitch) lan "prekursor*" lan serat*) utawa ("serat grafit*") dudu ("serat karbon* utawa serat Karbon*") dudu ("serat karbon* utawa serat karbon () ("Serat karbon*" dudu "fiberglass karbon") utawa "serat karbon*" utawa "karbonfilamen*" utawa ((polyacrylonitrile utawa pitch) lan "prekursor*" lan serat*) utawa ("serat grafit*") dudu ("karbon pring") lan IP=(D01F-009/12 utawa D01F3-0 utawa 09 D01F-009/14 utawa D01F-009/145 utawa D01F-009/15 utawa D01F-009/155 utawa D01F-009/16 utawa D01F-009/17 utawa D01F-009/18 utawa D01F-009/20 utawa D01F-009/20 D01F-009/22 utawa D01F-009/24 utawa D01F-009/26 utawa D01F-09/28 utawa D01F-009/30 utawa D01F-009/32 utawa C08K-007/02 utawa C08J-005/04 utawa D404 utawa D404 utawa D06M-101/40 utawa D21H-013/50 utawa H01H-001/027 utawa H01R-039/24).
3.1 tren
Wiwit 2010, 16.553 makalah sing relevan wis diterbitake ing saindenging jagad, lan 26390 paten penemuan wis diterapake, kabeh nuduhake tren munggah sing tetep saben taun (Gambar 1).
3.2 Distribusi negara utawa wilayah
Institusi 10 paling dhuwur kanthi output kertas riset serat karbon global paling gedhe yaiku saka China, sing 5 paling dhuwur yaiku: Akademi Ilmu Pengetahuan Cina, Institut Teknologi Harbin, Universitas Teknologi Northwestern, Universitas Donghua, Institut Aeronautika lan Astronautika Beijing. Antarane institusi manca, Institut Teknologi India, Universitas Tokyo, Universitas Bristol, Universitas Monash, Universitas Manchester lan Institut Teknologi Georgia antarane 10 ~ 20 (Gambar 3).
Jumlah aplikasi paten ing ndhuwur 30 institusi, Japan wis 5, lan 3 saka wong-wong mau ana ing limang ndhuwur, Toray perusahaan ditingkat pisanan, ngiring dening Mitsubishi Liyang (2nd), Teijin (4th), East State (10th), Japan Toyo Textile Company (24th), China wis 21 institusi, Sinopec Group wis nomer paling gedhé paten saka paten, He Donghua perusahaan, He Donghua Institut Teknologi, He Donghua kaping telu. Universitas, China Shanghai Petrochemical, Beijing Chemical Industry, etc., Chinese Academy of Sciences Shanxi Coal aplikasi penemuan Paten 66, peringkat 27th, institusi Korea Kidul duwe 2, kang Xiaoxing Co., Ltd. rangking pisanan, peringkat 8.
institusi Output, output saka kertas utamané saka universitas lan institusi riset ngelmu, output paten utamané saka perusahaan, bisa katon sing Manufaktur serat karbon industri dhuwur-tech, minangka awak utama serat karbon R & amp; d Industry Development, perusahaan attaches gedhe wigati kanggo pangayoman saka serat karbon R & amp; d teknologi, utamané 2 perusahaan utama ing Jepang, Jumlah paten adoh ahead.
3.4 Titik Panas Panliten
Makalah riset serat karbon nyakup topik riset paling akeh: Komposit serat karbon (kalebu komposit sing dikuatake serat karbon, komposit matriks polimer, lsp.), riset sifat mekanik, analisis unsur terhingga, nanotube karbon, delaminasi, penguatan, kelelahan, struktur mikro, pemutaran elektrostatik, perawatan permukaan, adsorpsi lan liya-liyane. Makalah sing ana gandhengane karo tembung kunci kasebut kalebu 38.8% saka total makalah.
Paten penemuan serat karbon nyakup topik paling akeh sing ana gandhengane karo persiapan serat karbon, peralatan produksi lan bahan komposit. Antarane wong-wong mau, Jepang Toray, Mitsubishi Liyang, Teijin lan perusahaan liyane ing "serat karbon dikiataken senyawa polimer" ing lapangan noto technical penting, ing Kajaba iku, Toray lan Mitsubishi Liyang ing "Polyacrylonitrile produksi serat karbon lan peralatan produksi", "karo nitrile unsaturated, kayata polyacrylonitrile, polyvinythylidene silikon produksi liyane saka carbonide technologi" proporsi tata paten, lan perusahaan Teijin Jepang ing "serat karbon lan komposit senyawa oksigen" duwe proporsi sing luwih gedhe saka tata letak paten.
China Sinopec Group, Beijing Chemical University, Chinese Academy of Sciences Ningbo Materials ing "polyacrylonitrile produksi serat karbon lan peralatan produksi" wis babagan gedhe saka tata paten; Kajaba iku, Beijing University of Chemical Engineering, Chinese Academy of Sciences Shanxi Coal Chemical Institute lan Chinese Academy of Sciences Ningbo material key Layout "Nggunakake serat unsur anorganik minangka bahan saka preparation senyawa polimer" teknologi wis Harbin Institut Teknologi fokus ing tata letak "karbon perawatan serat", "serat karbon lan oksigen-ngemot senyawa komposit" lan teknologi liyane.
Kajaba iku, ditemokake saka statistik distribusi statistik taunan paten global sing sawetara titik panas anyar wis wiwit muncul ing telung taun pungkasan, kayata: "Komposisi poliamida sing dipikolehi saka pambentukan reaksi ikatan karboksilat ing rantai utama", "komposisi poliester saka pambentukan 1 ester asam karboksilat ing rantai utama", "komposisi asam karboksilat adhedhasar bahan sintetik", "bahan sintetik asam karboksilat" senyawa oksigen minangka bahan komposit serat karbon", "ing wangun telung dimensi saka solidification utawa perawatan saka bahan tekstil", "unsaturated eter, asetal, semi-acetal, keton utawa aldehida liwat mung reaksi ikatan karbon-karbon unsaturated kanggo produksi Senyawa polimer", "pipa materi adiabatik utawa kabel", "Serat karbon ing minangka bahan karo ester fosfat.
Ing taun anyar, R & amp; d ing sektor serat karbon wis muncul, kanthi akeh terobosan sing teka saka Amerika Serikat lan Jepang. Kajaba iku, daur ulang lan daur ulang bahan serat karbon, nyiapake serat karbon lignin kayu lan prestasi liyane duwe kinerja mripat sing padhang. Asil perwakilan diterangake ing ngisor iki:
1) US Georgia Institute of Technology break liwat teknologi serat karbon generasi katelu
Ing Juli 2015, kanthi pendanaan DARPA, Institut Teknologi Georgia, kanthi teknik spinning gel serat karbon berbasis pan sing inovatif, nambah modulus kanthi signifikan, ngluwihi serat Karbon Hershey IM7, sing saiki akeh digunakake ing pesawat militer, minangka negara nomer loro ing donya sing nguwasani teknologi serat karbon generasi katelu sawise Jepang.
Kekuwatan tarik saka serat karbon spinning gel digawe dening Kumarz tekan 5.5 nganti 5.8Gpa, lan modulus tarik antarane 354-375gpa. "Iki minangka serat kontinyu sing wis dilaporake kanthi kekuatan lan modulus kinerja sing paling lengkap. Ing bundel filamen cendhak, kekuatan tarik nganti 12.1Gpa, padha karo serat karbon polyacrylonitrile paling dhuwur."
2) Teknologi pemanasan gelombang elektromagnetik
Ing 2014, Nedo ngembangake teknologi pemanasan gelombang elektromagnetik. Teknologi karbonisasi gelombang elektromagnetik nuduhake panggunaan teknologi pemanasan gelombang elektromagnetik kanggo karbonisasi serat ing tekanan atmosfer. Kinerja serat karbon sing diduweni Sejatine padha karo serat karbon diprodhuksi dening panas suhu dhuwur, modulus lentur bisa tekan luwih saka 240GPA, lan elongation ing break luwih saka 1,5%, kang sukses pisanan ing donya.
Bahan kaya serat karbonisasi dening gelombang elektromagnetik, saengga peralatan pawon karbonisasi sing digunakake kanggo pemanasan suhu dhuwur ora dibutuhake. Proses iki ora mung nyuda wektu sing dibutuhake kanggo karbonisasi, nanging uga nyuda konsumsi energi lan nyuda emisi CO2.
3) kontrol nggoleki proses karbonisasi
Ing Maret 2014, Toray ngumumake sukses pangembangan serat karbon t1100g. Toray nggunakake teknologi pemintalan solusi pan tradisional kanggo ngontrol proses karbonisasi, nambah struktur mikro serat karbon ing skala nano, ngontrol orientasi microcrystalline grafit, ukuran microcrystalline, cacat lan liya-liyane ing serat sawise karbonisasi, supaya kekuatan lan modulus elastis bisa nambah banget. Kekuwatan tensile t1100g yaiku 6.6GPa, yaiku 12% luwih dhuwur tinimbang T800, lan modulus elastis yaiku 324GPa lan tambah 10%, sing mlebu ing tahap industrialisasi.
4) Teknologi Perawatan lumahing
Negara Timur Teijin wis sukses ngembangake teknologi perawatan permukaan plasma sing bisa ngontrol tampilan serat karbon mung sawetara detik. Teknologi anyar iki nyederhanakake kabeh proses produksi lan nyuda konsumsi energi nganti 50% dibandhingake karo teknologi perawatan permukaan sing ana kanggo solusi banyu elektrolit. Kajaba iku, sawise perawatan plasma, ditemokake yen adhesi serat lan matriks resin uga apik.
5) sinau ing tingkat penylametan kekuatan tensile serat karbon ing lingkungan grafit suhu dhuwur
bahan Ningbo kasil digawa metu sinau rinci ing analisis proses, riset struktur lan Optimization kinerja kekuatan dhuwur domestik lan dhuwur serat karbon mode, utamané karya riset ing tingkat penylametan serat karbon kekuatan tensile ing lingkungan grafit suhu dhuwur, lan preparation anyar sukses kekuatan dhuwur lan serat karbon modulus sing luwih dhuwur karo kekuatan tensile 5.24GPa lan tensile modulus volume Iku 593GPa kaluwihan kanggo kekuatan Jepang terus tensile. m60j dhuwur-kekuatan banget-dicetak serat karbon (tensile strength 3.92GPa, tensile modulus 588GPa).
6) Microwave Grafit
Yongda Advanced Materials wis kasil ngembangaken teknologi grafit suhu ultra-dhuwur paten eksklusif Amerika Serikat, produksi serat karbon medium lan dhuwur-urutan, kasil nyuwil liwat telung bottlenecks ing pangembangan serat karbon dhuwur-urutan, peralatan grafit larang lan ing kontrol internasional, kangelan teknologi kimia sutra mentahan, ngasilaken kurang lan biaya dhuwur. Nganti saiki, Yongda wis ngembangake 3 jinis serat karbon, kabeh wis ngunggahake kekuatan lan modulus serat karbon bahan asli sing relatif murah nganti dhuwur.
7) Proses anyar leleh Spinning saka pan basis serat karbon kawat mentah dening Fraunhofer, Jerman
The Fraunhofer Institute of Applied Polymers (Applied polymer Research, IAP) bubar ngumumake yen bakal nampilake teknologi Comcarbon paling anyar ing Berlin Air Show Ila ing April 2018 25, 29th. Teknologi iki nyuda biaya produksi serat karbon sing diproduksi massal.
Fig. 4 Mentah kawat leleh Spinning.
Dikenal yen ing proses tradisional, setengah saka biaya produksi serat karbon basis pan dikonsumsi ing proses produksi kawat mentah. Ing tampilan saka kasekengan saka kabel mentahan kanggo nyawiji, iku kudu diprodhuksi nggunakake solusi larang proses Spinning (Solution Spinning). "Kanggo mburi iki, kita wis dikembangaké proses anyar kanggo produksi sutra mentahan basis pan, kang bisa ngurangi biaya produksi kabel mentahan dening 60%. Iki minangka proses leleh Spinning ekonomi lan layak, nggunakake copolymer basis pan-disembuhan khusus dikembangaké. "Dr. Johannes Ganster, Menteri Polimer biologi ing Institut Fraunhofer IAP, nerangake.
8) Teknologi oksidasi plasma
Serat Karbon 4M ngumumake bakal nggunakake teknologi oksidasi plasma kanggo ngasilake lan adol serat karbon sing murah lan murah minangka fokus strategis, ora mung kanggo menehi lisensi teknologi kasebut. 4M nyatakake yen teknologi oksidasi plasma kaping 3 luwih cepet tinimbang teknologi oksidasi konvensional, dene panggunaan energi kurang saka siji-katelu teknologi tradisional. Lan pratelan kasebut wis divalidasi dening akeh produsen serat karbon internasional, sing konsultasi karo sawetara produsen lan produsen mobil serat karbon paling gedhe ing donya kanggo melu minangka inisiator produksi serat karbon murah.
9) Serat Nano selulosa
Universitas Kyoto Jepang, bebarengan karo sawetara pemasok komponen utama kayata perusahaan instalasi listrik (supplier paling gedhé Toyota) lan Daikyonishikawa Corp., nggarap pangembangan bahan plastik sing gabungke nanofibers selulosa, materi iki digawe dening bejat pulp kayu menyang sawetara microns (1 saben ewu mm). Bobot materi anyar mung saperlima bobot baja, nanging kekuwatane kaping lima tinimbang baja.
10) awak ngarep serat karbon saka polyolefin lan bahan mentahan lignin
Laboratorium Nasional Oak Ridge ing Amerika Serikat wis nggarap riset serat karbon murah wiwit taun 2007, lan wis ngembangake badan ngarep serat karbon kanggo bahan baku poliolefin lan lignin, uga teknologi pra-oksidasi plasma lan karbonisasi gelombang mikro sing canggih.
11) Polimer anyar (polimer prekursor) dikembangake kanthi ngilangi perawatan refraktori
Ing cara manufaktur sing dipimpin dening Universitas Tokyo, polimer anyar (polimer prekursor) wis dikembangake kanggo mbusak perawatan refraktori. Titik utama yaiku sawise muter polimer dadi sutra, ora nindakake perawatan refraktori asli, nanging nyebabake oksidasi ing pelarut. Piranti pemanasan gelombang mikro banjur digawe panas nganti luwih saka 1000 ℃ kanggo karbonisasi. Wektu pemanasan mung 2-3 menit. Sawise perawatan karbonisasi, plasma uga digunakake kanggo nindakake perawatan permukaan, supaya serat karbon bisa digawe. Perawatan plasma njupuk kurang saka 2 menit. Kanthi cara iki, wektu sintering asli 30-60 menit bisa dikurangi dadi udakara 5 menit. Ing cara manufaktur anyar, perawatan plasma ditindakake kanggo nambah ikatan antara serat karbon lan resin termoplastik minangka bahan dasar CFRP. Modulus elastis tensile serat karbon sing diprodhuksi kanthi cara manufaktur anyar yaiku 240GPa, kekuatan tarik yaiku 3.5GPa lan elongasi tekan 1.5%. Nilai-nilai kasebut padha karo serat karbon kelas Toray Universal T300 sing digunakake kanggo barang olahraga, lsp.
12) daur ulang lan panggunaan bahan serat karbon nggunakake proses bed fluidized
Mengran Meng, penulis pisanan sinau, ngandika: "Pemulihan serat karbon nyuda impact ing lingkungan dibandhingake karo produksi serat karbon mentahan, nanging ana kesadaran winates saka teknologi daur ulang potensial lan kelayakan ekonomi daur ulang pemanfaatan serat karbon. "Daur ulang njupuk rong orane tumrap sekolah: serat kudu mbalekake pisanan saka komposit serat karbon lan thermally decomposed dening pangolahan pirolisis mechanical. Cara kasebut mbusak bagean plastik saka bahan komposit, ninggalake serat karbon, sing banjur bisa diowahi dadi tikar serat kusut nggunakake teknologi papermaking teles, utawa diatur maneh dadi serat arah.
Para panaliti ngetung manawa serat karbon bisa dibalekake saka sampah komposit serat karbon nggunakake proses amben fluidized, mung mbutuhake 5 dolar / kg lan kurang saka 10% energi sing dibutuhake kanggo ngasilake serat karbon utama. Serat karbon daur ulang sing diasilake dening proses amben fluidisasi meh ora nyuda modulus, lan kekuatan tarik dikurangi 18% nganti 50% dibandhingake karo serat karbon utami, saengga cocog kanggo aplikasi sing mbutuhake kekerasan sing dhuwur tinimbang kekuwatan. "Serat karbon daur ulang bisa uga cocok kanggo aplikasi non-struktural sing mbutuhake bobot entheng, kayata industri otomotif, konstruksi, angin lan olahraga," ujare Meng.
13) Teknologi daur ulang serat karbon anyar sing dikembangake ing Amerika Serikat
Juni 2016, peneliti ing Georgia Institut Teknologi ing Amerika Serikat direndhem serat karbon ing solvent ngemot alkohol kanggo dissolve resin epoxy, serat kapisah lan resins epoxy bisa digunakake maneh, realisasi sukses Recovery serat karbon.
Juli 2017, Washington State University uga dikembangaké teknologi Recovery serat karbon, nggunakake asam lemah minangka katalis, nggunakake etanol Cairan ing suhu relatif kurang kanggo decompose bahan thermosetting, serat karbon decomposed lan resin sing wadi dhewe, lan bisa sijine menyang Reproduksi.
14) Pangembangan teknologi tinta serat karbon cetak 3D ing laboratorium LLNL, AS
Ing Maret 2017, Laboratorium Nasional Lawrence Livemore (LLNL) ing Amerika Serikat ngembangake komposit serat karbon berkinerja tinggi sing dicithak 3D pisanan. Padha nggunakake cara printing 3D transmisi tinta langsung (DIW) kanggo nggawe struktur telung dimensi Komplek sing nemen nambah kacepetan Processing kanggo digunakake ing otomotif, aerospace, pertahanan, lan kompetisi motor lan surfing.
15) Amerika Serikat, Korea lan China kerja sama ing pangembangan serat karbon kanggo pembangkit listrik
Ing Agustus 2017, kampus Dallas ing Universitas Texas, Universitas Hanyang ing Korea, Universitas Nankai ing China lan institusi liyane kolaborasi ing pangembangan materi benang serat karbon kanggo pembangkit listrik. Benang kasebut pisanan direndhem ing larutan elektrolit kayata brine, saéngga ion-ion ing elektrolit bisa nempel ing permukaan nanotube karbon, sing bisa diowahi dadi energi listrik nalika benang diencerake utawa ditarik. Materi kasebut bisa digunakake ing endi wae kanthi energi kinetik sing dipercaya lan cocog kanggo nyedhiyakake daya kanggo sensor IoT.
16) Kemajuan anyar ing riset serat karbon lignin kayu sing diduweni dening Cina lan Amerika
Ing Maret 2017, tim serat khusus Ningbo Institute of Materials Technology lan engineering nyiapake copolymer lignin-acrylonitrile karo spinnability apik lan stabilitas termal kanthi nggunakake esterification lan copolymerization radikal bebas teknologi modifikasi loro-langkah. Filamen kontinu kualitas dhuwur dipikolehi kanthi nggunakake kopolimer lan proses pemintalan udan, lan serat karbon kompak ditampa sawise stabilisasi termal lan perawatan karbonisasi.
Ing wulan Agustus 2017, tim riset Birgitte ahring ing Universitas Washington ing Amerika Serikat nyampur lignin lan polyacrylonitrile kanthi proporsi sing beda-beda, lan banjur nggunakake teknologi pemintalan leleh kanggo ngowahi polimer campuran dadi serat karbon. Panliten kasebut nemokake manawa lignin sing ditambahake ing 20% ~ 30% ora mengaruhi kekuwatan serat karbon lan samesthine bakal digunakake ing produksi bahan serat karbon murah kanggo bagean otomotif utawa pesawat.
Ing pungkasan taun 2017, Laboratorium Energi Terbarukan Nasional (NREL) ngetokake riset babagan manufaktur akrilonitril kanthi nggunakake bagean sampah tanduran, kayata jerami jagung lan jerami gandum. Kaping pisanan, bahan tanduran dadi gula banjur diowahi dadi asam, lan digabungake karo katalis murah kanggo ngasilake produk target.
17) Jepang ngembangake sasis mobil komposit termoplastik sing diperkuat serat karbon pisanan
Oktober 2017, teknologi industri energi anyar Jepang kang terpadu R & amp; d Agency lan Pusat Riset Komposit Nasional Universitas Nagoya kasil ngembangake sasis mobil komposit termoplastik sing diperkuat serat karbon pisanan ing donya. Dheweke nggunakake komposit termoplastik sing dikiataken serat dawa otomatis langsung proses ngecor on-line, serat karbon sing terus-terusan lan campuran partikel resin termoplastik, manufaktur komposit sing dikuatake serat, lan banjur liwat sambungan pemanasan lan leleh, produksi sasis mobil CFRP termoplastik sing sukses.
5. saran ing R & D teknologi serat karbon ing China
5.1 Tata letak sing maju, berorientasi tujuan, fokus kanggo ngrampungake teknologi serat karbon generasi katelu
Teknologi serat karbon generasi kaping pindho China durung dadi terobosan sing komprehensif, negara kita kudu nyoba dadi tata letak sing maju sing bakal nggabungake institusi riset sing cocog, fokus ing panangkepan teknologi utama, fokus generasi katelu riset lan pangembangan teknologi persiapan serat karbon kanthi kinerja dhuwur (yaiku ditrapake kanggo kekuatan dhuwur aeroangkasa, teknologi serat karbon modulus dhuwur), lan teknologi konstruksi serat karbon sing dikembangake, kalebu teknologi serat karbon sing dikembangake. ènthèng, preparasi serat karbon derek gedhe sing murah, teknologi manufaktur aditif materi komposit serat karbon, teknologi daur ulang lan teknologi prototipe kanthi cepet.
5.2 Organisasi koordinasi, nguatake dhukungan, nyiyapake proyek teknis utama kanggo terus ndhukung riset kolaboratif
Ing saiki, ana akeh institusi kanggo nindakake riset serat karbon ing China, nanging daya buyar, lan ora ana R & amp; d mekanisme organisasi lan dhukungan pendanaan kuwat kanggo koordinasi efektif. Ditilik saka pengalaman pangembangan negara maju, organisasi lan tata letak proyek utama duwe peran gedhe kanggo promosi pangembangan lapangan teknis iki. We kudu fokus ing Advantage R China kang & amp; d Force, ing tampilan saka serat karbon terobosan R & amp; d kanggo miwiti proyek utama, ngiyataken inovasi teknologi kolaborasi, lan terus-terusan ningkataké tingkat teknologi riset serat karbon China, kompetisi kanggo serat karbon internasional lan komposit.
5.3 Ngapikake mekanisme evaluasi orientasi efek aplikasi prestasi teknis
Saka sudut pandang analisis ekonometrik saka makalah SCI, serat karbon China minangka bahan kinerja dhuwur-kekuatan digunakake ing macem-macem lapangan riset, nanging kanggo produksi serat karbon lan teknologi preparation, utamané ngarahke ing ngurangi biaya, nambah efficiency produksi kurang riset. Proses produksi serat karbon dawa, TCTerms tombol teknologi, alangan produksi dhuwur, punika multi-disiplin, integrasi multi-teknologi, kudu break liwat alangan technical, kanggo èfèktif ningkataké "biaya kurang, kinerja dhuwur" inti preparation riset lan pangembangan teknologi, ing tangan siji, perlu kanggo ngiyataken investasi riset, ing tangan liyane, perlu kanggo weaken lapangan evaluasi kinerja riset ilmiah, ngiyataken evaluasi kinerja technical, lan ngiyataken evaluasi kinerja riset ilmiah. evaluasi "kuantitatif", sing menehi perhatian marang publikasi kertas, kanggo evaluasi "kualitas" saka nilai asil.
5.4 Nguatake budidaya bakat majemuk teknologi mutakhir
Atribut dhuwur-tech teknologi serat karbon nemtokake pentinge talents specialized, apa padha duwe personel technical inti nglereni-pinggiran langsung nemtokake tingkat R & amp; D saka institusi.
Minangka asil saka teknologi serat karbon R & D pranala, kita kudu mbayar manungsa waé kanggo latihan personel senyawa, supaya njamin koordinasi lan pangembangan kabeh pranala. Kajaba iku, saka sajarah pangembangan riset serat karbon ing China, aliran ahli inti teknologi asring faktor tombol mengaruhi R & amp; d tingkat institusi riset. Ngramut fiksasi ahli inti lan R & amp; tim ing proses produksi, komposit lan produk utama penting kanggo nganyarke teknologi sing terus-terusan.
Kita kudu terus kanggo ngiyataken latihan lan nggunakake personel dhuwur-tech specialized ing lapangan iki, nambah evaluasi lan perawatan privasi kanggo Teknologi R & amp; d talents, ngiyataken budidoyo saka talents enom, aktif ndhukung kerjasama lan ijol-ijolan karo manca R majeng & amp; d institusi, lan vigorously introduce talents majeng manca, etc. Iki bakal muter peran gedhe ing mromosiaken pangembangan riset serat karbon ing China.
Dikutip saka-
Analisis babagan pangembangan teknologi serat karbon global lan pencerahan menyang China. Tian Yajuan, Zhang Zhiqiang, Tao Cheng, Yang ming, Ba jin, Chen Yunwei.World Sci-Tech R&D.2018
wektu Post: Dec-04-2018