Көміртекті талшық – көміртегі мөлшері 95%-дан жоғары бейорганикалық полимер талшықты бейорганикалық жаңа материал, төмен тығыздығы, жоғары беріктігі, жоғары температураға төзімділігі, жоғары химиялық тұрақтылығы, шаршауға қарсы, тозуға төзімді майлық және басқа да тамаша негізгі физикалық және химиялық қасиеттері бар және жоғары дірілді әлсіретуге, жақсы өткізгіш жылу өткізгіштікке, электромагниттік экрандаудың басқа сипаттамаларына және бірлескен тиімді экспансияға ие. Бұл тамаша қасиеттер көміртекті талшықты аэроғарыш, теміржол транзитінде, көлік өндірісінде, қару-жарақ пен жабдықтарда, құрылыс машиналарында, инфрақұрылымдық құрылыста, теңіз техникасында, мұнай инженериясында, жел энергетикасында, спорт тауарларында және басқа салаларда кеңінен қолданылады.
Көміртекті талшықты материалдардың ұлттық стратегиялық қажеттіліктеріне сүйене отырып, Қытай оны қолдауға бағытталған дамып келе жатқан салалардың негізгі технологияларының бірі ретінде көрсетті. Ұлттық «Он екі-бес» ғылым мен технологияны жоспарлауда жоғары өнімді көміртекті талшықты дайындау және қолдану технологиясы мемлекет тарапынан қолдау көрсетілетін стратегиялық дамушы салалардың негізгі технологияларының бірі болып табылады. 2015 жылдың мамыр айында Мемлекеттік кеңес ресми түрде «Қытайда жасалған 2025» шығарды, жаңа материалдар қарқынды ілгерілету және дамытудың негізгі бағыттарының бірі ретінде, оның ішінде жоғары өнімді құрылымдық материалдар, озық композиттер жаңа материалдар саласындағы дамудың назарында. 2015 жылдың қазан айында Индустрия және ақпарат өнеркәсібі министрлігі «Қытай өндірісінің 2025 негізгі бағыттарының технологиясының жол картасын», «жоғары өнімді талшық және оның композиттерін» негізгі стратегиялық материал ретінде ресми түрде жариялады, 2020 мақсаты - «отандық көміртекті талшықты композиттер ірі ұшақтардың және басқа да маңызды жабдықтардың техникалық талаптарын қанағаттандыру». 2016 жылдың қарашасында Мемлекеттік кеңес «Он үш-бес» ұлттық стратегиялық дамушы өнеркәсіптерді дамыту жоспарын шығарды, онда көміртекті талшық композиттерінде және басқа салаларда бірлескен қолдану пилоттық демонстрациясын жүзеге асыру, бірлескен қолдану платформасын құру үшін жаңа материалдық өнеркәсібінің жоғары және төменгі ағынындағы ынтымақтастықты қолдауды күшейтуді нақты көрсетті. 2017 жылдың қаңтарында Индустрия және даму министрлігі, NDRC, ғылым және технология және Қаржы министрлігі бірлесіп «Жаңа материалдар өнеркәсібін дамыту нұсқаулығын» тұжырымдады және 2020 жылдан бастап «көміртекті талшықты композиттерде, жоғары сапалы арнайы болаттан, жетілдірілген жеңіл легірленген материалдарда және басқа салаларда жаңа материалдарды қолдау жүйесіне қол жеткізуді және өнеркәсіптік технологияларды қолдаудың негізгі жүйесіне қол жеткізуді ұсынды70. Қытайдың жаңа материалдар өнеркәсібінің даму деңгейі ».
Көміртекті талшық пен оның композиттері ұлттық қорғаныс пен халықтың өмір сүруінде маңызды рөл атқаратындықтан, көптеген сарапшылар оларды әзірлеуге және зерттеу үрдістерін талдауға назар аударады. Доктор Чжоу Хун американдық ғалымдардың жоғары өнімді көміртекті талшық технологиясының дамуының бастапқы кезеңдерінде жасаған ғылыми және технологиялық үлестерін қарастырып, 16 негізгі қолданбалар мен көміртекті талшықтың соңғы технологиялық жетістіктері, сондай-ақ полиакрилонитрилді көміртекті талшықты өндіру технологиясы, қасиеттері мен қолданылуы және оның қазіргі технологиялық дамуын сканерлеп, хабарлады. Қытайдағы көміртекті талшықты дамытудағы проблемалар үшін. Сонымен қатар, көптеген адамдар көміртекті талшық пен оның композиттері саласындағы құжаттар мен патенттердің метрологиялық талдауы бойынша зерттеулер жүргізді. Мысалы, Ма Сянлин және т.б. метрология тұрғысынан 1998-2017 көміртекті талшық патентін тарату және талдау саласын қолдану; Ян Сиси және басқалары жаһандық көміртекті талшықты мата патенттік іздестіру және деректер статистикасы үшін иннографиялық платформаға негізделген, патенттердің, патент иеленушілердің жыл сайынғы даму тенденциясы, патенттік технологияның ыстық нүктесі және технологияның негізгі патенті талданады.
Көміртекті талшықты зерттеу және дамыту траекториясы тұрғысынан Қытайдың зерттеулері әлеммен дерлік үндесті, бірақ даму баяу, жоғары өнімді көміртекті талшықты өндіру ауқымы мен сапасы шет елдермен салыстырғанда алшақтық бар, R жеделдету үшін шұғыл қажеттілік бар & AMP; d процесі, стратегиялық жоспарды алға жылжыту, болашақ саланы дамыту мүмкіндігін пайдалану. Сондықтан, бұл қағаз бірінші көміртекті талшықты зерттеу саласындағы елдердің жоба орналасуын зерттейді, R жоспарлау түсіну үшін & AMP; әр түрлі елдердегі d маршруттары, екіншіден, көміртекті талшықтың іргелі зерттеулері мен қолданбалы зерттеулері көміртекті талшықтың техникалық зерттеулері мен дамуы үшін өте маңызды болғандықтан, біз академиялық зерттеу нәтижелерінен метрологиялық талдау жүргіземіз-SCI қағаздары мен қолданбалы зерттеу нәтижелері-патенттер бір уақытта R & amp туралы толық түсінік алу үшін; г көміртекті талшықты саласындағы прогресс, және Peep International Frontier R осы саладағы соңғы ғылыми әзірлемелер сканерлеу үшін & AMP; d прогресс. Соңында, жоғарыда аталған зерттеу нәтижелеріне сүйене отырып, Қытайдағы көміртекті талшықтар саласындағы зерттеулер мен тәжірибелік-конструкторлық бағыттардың кейбір ұсыныстары алға тартылды.
2. Cарбон талшығығылыми-зерттеу жобасының макетінегізгі елдер/аймақтар
Көміртекті талшықты өндірудің негізгі елдеріне Жапония, АҚШ, Оңтүстік Корея, кейбір Еуропа елдері және Тайвань, Қытай жатады. Көміртекті талшықты технологияны дамытудың бастапқы кезеңінде озық технологиялы елдер осы материалдың маңыздылығын түсінді, стратегиялық жоспарды жүзеге асырды, көміртекті талшықты материалдардың дамуына белсенді түрде ықпал етті.
2.1 Жапония
Жапония көміртекті талшық технологиясы бойынша ең дамыған ел. Жапониядағы Торай, Бонг және Мицубиси Лиянгтағы 3 компания көміртекті талшық өндірісінің жаһандық нарықтық үлесін шамамен 70% ~ 80% құрайды. Осыған қарамастан, Жапония осы саладағы өзінің күшті жақтарын сақтауға, атап айтқанда күшті адам және қаржылық қолдауға ие, жоғары өнімді көміртекті талшықтарды және энергетикалық және қоршаған ортаға зиянсыз технологияларды дамытуға үлкен мән береді және негізгі энергетикалық жоспарды, экономикалық өсудің стратегиялық жоспарын және Киото хаттамасын қоса алғанда, бірқатар негізгі саясаттарда, бұл жобаны алға жылжытуға тиісті стратегиялық жобаға айналдырды. Негізгі ұлттық энергетикалық және экологиялық саясатқа сүйене отырып, Жапонияның Экономика, өнеркәсіп және мүлік министрлігі «Энергия үнемдейтін технологияларды зерттеу және дамыту бағдарламасын» ұсынды. Жоғарыда аталған саясаттың қолдауымен жапондық көміртекті талшықтар өнеркәсібі ресурстардың барлық аспектілерін тиімдірек орталықтандыруға және көміртекті талшықтар өнеркәсібіндегі жалпы мәселелерді шешуге ықпал ете алды.
«Инновациялық жаңа құрылымдық материалдар сияқты технологияларды дамыту» (2013-2022 жж.) – негізгі мақсаты көлік құралдарының жеңіл салмағын (автомобиль салмағының жартысы) азайту арқылы қажетті инновациялық конструкциялық материалдар технологиясын және әртүрлі материалдарды үйлестіруді дамытуға айтарлықтай қол жеткізу үшін Жапонияда «Болашақ даму ғылыми-зерттеу жобасы» шеңберінде жүзеге асырылатын жоба. Ақырында оның практикалық қолданылуын түсінеді. 2014 жылы ғылыми-зерттеу және тәжірибелік-конструкторлық жобаны қабылдағаннан кейін Өнеркәсіптік технологияларды дамыту агенттігі (NEDO) бірнеше қосалқы жобаларды әзірледі, оларда «Инновациялық көміртекті талшықты іргелі зерттеулер мен әзірлемелер» көміртекті талшықты зерттеу жобасының жалпы мақсаттары мыналар болды: жаңа көміртекті талшықтың прекурсорлық қосылыстарын әзірлеу; карбонизация құрылымдарының түзілу механизмін түсіндіру; және көміртекті талшықты бағалау әдістерін әзірлеу және стандарттау. Токио университеті басқаратын және Өнеркәсіптік Технологиялар Институты (NEDO), Торай, Тейцзин, Донгюань және Мицубиси Лиянг бірлесіп қатысатын жоба 2016 жылдың қаңтарында айтарлықтай прогреске қол жеткізді және 2019 жылы Жапонияда «Кондо режимі» өнертабысынан кейінгі көміртекті талшықтар саласындағы тағы бір үлкен серпіліс болды.
2.2 Америка Құрама Штаттары
АҚШ қорғанысқа дейінгі зерттеу агенттігі (DARPA) көміртекті талшықтарға негізделген жаңа буын құрылымдық талшықтарды әзірлеу үшін елдің басым ғылыми зерттеу күшін біріктіру мақсатында 2006 жылы «Жетілдірілген құрылымдық талшық» жобасын бастады. Осы жобаның қолдауымен Америка Құрама Штаттарындағы Джорджия Технологиялық Институтының зерттеу тобы 2015 жылы шикі сым дайындау технологиясын бұзып, оның серпімділік модулін 30%-ға арттырып, Америка Құрама Штаттарын көміртекті талшықтың үшінші буынының даму мүмкіндігімен белгіледі.
2014 жылы Америка Құрама Штаттарының Энергетика министрлігі (DOE) «жеуге жарамсыз биомасса қанттарын акрилонитрилге айналдырудың көп сатылы каталитикалық процестері» және «биомасса өндірісінен алынған акрилонитрилді зерттеу және оңтайландыру» бойынша екі жобаға 11,3 миллион долларлық субсидия жариялады. ағаш биомассасы сияқты жаңартылатын азық-түлікке жатпайтын шикізатты өндіруге арналған жаңартылатын жоғары өнімді көміртекті талшықты материалдар және биомассаның жаңартылатын көміртекті талшықтарының өндіріс құнын 2020 жылға қарай $5/lb-тан төменге дейін төмендетуді жоспарлап отыр.
2017 жылдың наурыз айында АҚШ Энергетика министрлігі көмір және биомасса сияқты ресурстарға негізделген арзан көміртекті талшық компоненттерін дамытуға бағытталған Батыс Америка институты (WRI) басқаратын «төмен құны төмен көміртекті талшықты құрамдас ҒЗТКЖ жобасын» қаржыландыруға тағы да 3,74 миллион доллар бөлетінін жариялады.
2017 жылдың шілдесінде АҚШ Энергетика министрлігі озық энергия үнемдейтін көлік құралдарын зерттеу мен әзірлеуді қолдауға 19,4 миллион доллар қаржы бөлетінін жариялады, оның 6,7 миллионы есептеу материалдарын пайдалана отырып, арзан көміртекті талшықтарды дайындауды қаржыландыруға, соның ішінде интеграцияланған компьютерлік технологияларды бағалаудың көп масштабты әдістерін әзірлеуге жұмсалады. тығыздықтың функционалдық теориясы, машиналық оқыту және басқа құралдар арзан көміртекті талшықты шикізатты таңдау тиімділігін арттыру үшін заманауи компьютерлік құралдарды әзірлеу үшін қолданылады.
2.3 Еуропа
Еуропалық көміртекті талшық өнеркәсібі 20 ғасырдың жетпісінші немесе сексенінші жылдарында Жапония мен Америка Құрама Штаттарында дамыды, бірақ технология мен капиталдың арқасында көптеген жалғыз көміртекті талшықты өндіруші компаниялар 2000 жылдан кейін көміртекті талшыққа сұраныстың жоғары өсу кезеңін ұстанбады және жойылды, неміс SGL компаниясы Еуропадағы әлемдегі автомобиль талшықтары нарығының негізгі үлесіне ие жалғыз компания.
2011 жылдың қарашасында Еуропалық Одақ көміртекті талшықтар мен аэроғарышқа арналған алдын ала сіңдірілген материалдардағы еуропалық өндіріс мүмкіндіктерін жаңартуға бағытталған Эукарбон жобасын іске қосты. Жоба 4 жылға созылды, жалпы инвестициясы 3,2 миллион еуро болды және 2017 жылдың мамыр айында спутниктер сияқты ғарыштық қолданбаларға арналған Еуропадағы бірінші арнайы көміртекті талшықты өндіру желісі сәтті құрылды, осылайша Еуропаға өнімге импорттық тәуелділіктен арылуға және материалдарды жеткізу қауіпсіздігін қамтамасыз етуге мүмкіндік берді.
ЕО Жетінші шеңбері 6,08 миллион еуро көлемінде «үнемді және басқарылатын өнімділігі бар жаңа прекурсорлық жүйені дайындаудағы функционалды көміртекті талшықты» (FIBRALSPEC) жобасын (2014-2017) қолдауды жоспарлап отыр. Италия, Ұлыбритания және Украина сияқты трансұлттық компаниялардың қатысуымен Грекияның Афины Ұлттық техникалық университеті жетекшілік ететін 4 жылдық жоба үздіксіз табаға негізделген көміртекті талшықтардың тәжірибелік өндірісіне қол жеткізу үшін полиакрилонитрил негізіндегі көміртекті талшықтарды үздіксіз дайындау процесін жаңашылдыққа және жетілдіруге бағытталған. Жоба жаңартылатын органикалық полимер ресурстарынан көміртекті талшықты және жетілдірілген композициялық технологияны әзірлеуді және қолдануды сәтті аяқтады (мысалы, суперконденсаторлар, жедел апаттық баспаналар, сондай-ақ механикалық электр айналмалы жабу машиналарының прототипі және наноталшықтарды өндіру желісін әзірлеу және т.б.).
Көміртекті талшықтар өнеркәсібі үшін үлкен әлеуетті нарық болып табылатын автомобиль, жел энергетикасы және кеме жасау сияқты өнеркәсіптік секторлардың санының өсуі жеңіл, жоғары өнімді композиттерді қажет етеді. ЕО Carboprec жобасын (2014-2017) іске қосу үшін 5,968 миллион еуро инвестициялайды, оның стратегиялық мақсаты Еуропада кеңінен таралған жаңартылатын материалдардан арзан прекурсорларды әзірлеу және көміртекті нанотүтіктер арқылы жоғары өнімді көміртекті талшықтар өндірісін арттыру болып табылады.
Еуропалық Одақтың Cleansky II зерттеу бағдарламасы Германиядағы Фраунгофер өндіріс және жүйелер сенімділігі институты (LBF) басқаратын «Композиттік шина R & d» жобасын (2017) қаржыландырды, ол Airbus A320 үшін көміртекті талшықпен күшейтілген композиттік ұшақтар үшін алдыңғы доңғалақ компоненттерін әзірлеуді жоспарлап отыр. Жоба шамамен 200 000 еуроға қаржыландырылады.
2.4 Корея
Оңтүстік Кореяның көміртекті талшықты R & AMP; D және Индустриализация кеш басталды, R & AMP; D 2006 жылы басталды, 2013 жыл жағдайдың импортына тәуелді кореялық көміртекті талшықты қалпына келтіріп, практикалық кезеңге ресми түрде кіре бастады. Оңтүстік Кореяның жергілікті xiaoxing тобына және Taiguang Business компаниясына көміртекті талшық өнеркәсібінің орналасуымен белсенді түрде айналысатын сала пионерінің өкілі ретінде қарқынды даму қарқынды. Сонымен қатар, Кореяда Toray Japan құрған көміртекті талшықты өндіру базасы Кореядағы көміртекті талшық нарығына да өз үлесін қосты.
Корея үкіметі көміртекті талшықтың инновациялық салалары үшін xiaoxing Group A жиналатын орын жасауды таңдады. Мақсат – көміртекті талшықты материалдар өнеркәсібінің кластерін қалыптастыру, бүкіл Солтүстік аймақта креативті экономикалық экожүйені дамытуға жәрдемдесу, түпкілікті мақсат – көміртекті талшықты материал → бөлшектер → дайын өнімді бір терезеден шығару өндіріс тізбегін қалыптастыру, көміртекті талшықты инкубациялау кластерін құру АҚШ-тағы Кремний алқабымен сәйкес келуі мүмкін, жаңа мақсатты нарықтарды ашу, 10 миллиард доллар жаңа көміртекті экспорттау. талшыққа қатысты өнімдер (шамамен 55,2 млрд юаньға балама) 2020 жылға қарай.
3. көміртекті талшықты жаһандық зерттеулер мен зерттеу нәтижелерін талдау
Бұл бөлімше бір уақытта академиялық зерттеулер мен өнеркәсіптік зерттеулер мен жаһандық көміртекті талшық технологиясын әзірлеуді талдау және көміртекті талшықты зерттеу мен дамытудың халықаралық деңгейін толық түсіну үшін 2010 жылдан бері көміртекті талшықты зерттеуге және DII патент нәтижелеріне қатысты SCI құжаттарын санайды.
Clarivate Analytics жариялаған Scie дерекқорынан және Web of Science дерекқорындағы Dewent дерекқорынан алынған деректер; іздеу уақыты диапазоны: 2010-2017; алу күні: 2018 жылдың 1 ақпаны.
SCI қағазды іздеу стратегиясы: Ts=((көміртекті талшық* немесе көміртекті талшық* немесе («Көміртекті талшық*" «көміртекті шыны талшық» емес) немесе «көміртекті талшық*» немесе «көміртекті талшық*» немесе ((полиакрилонитрил немесе қадам) және «прикурсор*» және талшық*) немесе (") 。)" карбон ()"" емес"
Dewent патенттік іздеу стратегиясы: Ti=((көміртекті талшық* немесе көміртекті талшық* немесе («көміртекті талшық*" «көміртекті талшық» емес) немесе «көміртекті талшық*» немесе «көміртекті талшық*» немесе ((полиакрилонитрил немесе қадам) және «прикурсор*» және талшық*) немесе («графит талшығы*»)» orTS=((көміртекті талшық* немесе Көміртекті талшық* немесе («Көміртекті талшық*" «көміртекті шыны талшық» емес) немесе «көміртекті талшық*» немесе «көміртекті талшық*» немесе ((полиакрилонитрил немесе қадам) және «прикурсор*» және талшық*) немесе («графит талшығы*»)) емес ("бамбук талшығы*")) ("бамбук") және F19-0" D01F-009/127 немесе D01F-009/133 немесе D01F-009/14 немесе D01F-009/145 немесе D01F-009/15 немесе D01F-009/155 немесе D01F-009/16 немесе D01F-009/16 немесе D01F-009/101F orD01F-009/20 немесе D01F-009/21 немесе D01F-009/22 немесе D01F-009/24 немесе D01F-009/26 немесе D01F-09/28 немесе D01F-009/30 немесе D01F-009/32-07/ C08J-005/04 немесеC04B-035/83 немесе D06M-014/36 немесе D06M-101/40 немесе D21H-013/50 немесе H01H-001/027 немесе H01R-039/24)。
3.1 тренд
2010 жылдан бастап дүние жүзінде 16 553 сәйкес мақала жарияланды және 26 390 өнертабысқа патент қолданылды, олардың барлығы жыл сайын тұрақты өсу тенденциясын көрсетеді (1-сурет).
3.2 Ел немесе аймақ бойынша таралуы
Жаһандық көміртекті талшықты зерттеу жұмысының ең көп шығарылымы бар алғашқы 10 мекеме Қытайдан келеді, оның ішінде алғашқы 5 мекеме: Қытай ғылым академиясы, Харбин технология институты, Солтүстік-Батыс технологиялық университеті, Дунхуа университеті, Пекин аэронавтика және астронавтика институты. Шетелдік оқу орындарының арасында Үндістан технологиялық институты, Токио университеті, Бристоль университеті, Монаш университеті, Манчестер университеті және Джорджия технологиялық институты 10~20 орынға ие болды (3-сурет).
Ең жақсы 30 мекемедегі патенттік өтінімдердің саны Жапонияда 5, және олардың 3-і алғашқы бестікте, Торай компаниясы бірінші орында, одан кейін Mitsubishi Liyang (2-ші), Тейжин (4-ші), Шығыс штаты (10-шы), Japan Toyo Textile компаниясы (24-ші орын), Қытайда 21 мекеме бар, Sinopec Group ең көп патенттер санына ие, екінші орынға ие. Дунхуа университеті, Қытай Шанхай мұнай-химия, Пекин химия өнеркәсібі және т.б., Қытай ғылым академиясы Шаньси Көмір өтінім өнертабысы Патент 66, 27-орында, Оңтүстік Корея мекемелерінде 2 бар, оның ішінде Xiaoxing Co., Ltd. бірінші орында, 8-ші орынға ие болды.
Шығару мекемелері, негізінен университеттер мен ғылыми-зерттеу мекемелерінен қағаздың шығуы, негізінен компанияның патенттік шығарылымы, көміртекті талшықты өндірудің жоғары технологиялық сала екенін көруге болады, көміртекті талшық R негізгі органы ретінде & AMP; г Өнеркәсіпті дамыту, компания көміртекті талшықты R қорғауға үлкен мән береді & AMP; d технологиясы, әсіресе Жапониядағы 2 ірі компания, патенттер саны әлдеқайда алда.
3.4 Зерттеу нүктелері
Көміртекті талшықты зерттеу жұмыстары ең көп зерттеу тақырыптарын қамтиды: Көміртекті талшықты композиттер (оның ішінде көміртекті талшықты арматураланған композиттер, полимерлі матрицалық композиттер және т.б.), механикалық қасиеттерді зерттеу, соңғы элементтерді талдау, көміртекті нанотүтіктер, қабаттасу, арматура, шаршау, микроқұрылым, электростатикалық айналдыру, бетті өңдеу, адсорбция. Осы түйінді сөздермен жұмыс істейтін мақалалар жалпы жұмыс санының 38,8% құрайды.
Көміртекті талшықты өнертабыс патенттері көміртекті талшықты, өндірістік жабдықты және композиттік материалдарды дайындауға қатысты көптеген тақырыптарды қамтиды. Олардың ішінде Жапонияның Toray, Mitsubishi Liyang, Teijin және басқа да компаниялар «көміртекті талшықты арматураланған полимерлі қосылыстар» саласындағы маңызды техникалық орналасу, сонымен қатар, Toray және Mitsubishi Liyang «көміртекті талшықты полиакрилонитрил өндіру және өндірістік жабдықтар», «қанықпаған нитрилді, полиэтиленді полиэтриленді өндіру сияқты көміртекті талшық» және басқа технологиялар патенттік схеманың үлкен үлесіне ие, ал «көміртекті талшық пен оттегі қосылыс композиттеріндегі» жапондық Тейжин компаниясы патенттік схеманың үлкен үлесіне ие.
China Sinopec Group, Бейжің химиялық университеті, Қытай ғылым академиясының Ningbo материалдары «көміртекті талшықты полиакрилонитрилді өндіру және өндіріс жабдықтары» патенттік схеманың үлкен үлесіне ие; Сонымен қатар, Бейжің химия инженерия университеті, Қытай ғылым академиясының Шаньси көмір химия институты және Қытай ғылым академиясының Нинбо материалдарының негізгі орналасуы «Полимерлі қосылыстарды дайындаудың ингредиенттері ретінде бейорганикалық элемент талшығын пайдалану» технологиясы Харбин технологиялық институтында «көміртекті талшықты өңдеу», «көміртекті талшықты өңдеу», «көміртекті талшықты және оксигенді құрайтын қосылыстардың басқа да технологиялары» схемасына назар аударады.
Сонымен қатар, жаһандық патенттердің жыл сайынғы статистикалық таралу статистикасынан соңғы үш жылда бірқатар жаңа ыстық нүктелер пайда бола бастағаны анықталды, мысалы: «Негізгі тізбектегі карбоксилатты байланыстыру реакциясының түзілуінен алынған полиамидтердің құрамы», «1 карбон қышқылының түзілуінен полиэфирлік композициялар», «синпозиттік материалдар негізіндегі негізгі эфир байланыстары», "көміртекті талшықты композиттердің ингредиенттері ретінде құрамында оттегі қосылыстары бар циклдік карбон қышқылы", "тоқыма материалдарын қатаюдың немесе өңдеудің үш өлшемді түрінде", "қанықпаған эфир, сірке, жартылай ацеталь, кетон немесе альдегидті полимерлі көміртегі-қанықпаған байланыс реакциясы арқылы тек қана көміртек-көміртекті қосылыстармен", немесе кабельдік талшықты құрамдастармен "," немесе кабельдік құбырлар" ингредиенттер ретінде фосфат эфирлері «және т.б.
Соңғы жылдары, R & AMP; Көміртекті талшықтар секторында жетістіктердің көпшілігі Америка Құрама Штаттары мен Жапонияда пайда болды. Соңғы озық технологиялар көміртекті талшықтарды өндіру және дайындау технологиясына ғана емес, сонымен қатар жеңіл салмақ, 3D басып шығару және электр энергиясын өндіру материалдары сияқты автомобиль материалдарының кең ауқымындағы қолданбаларға бағытталған. Сонымен қатар, көміртекті талшықты материалдарды қайта өңдеу және қайта өңдеу, ағаш лигнинді көміртекті талшықты дайындау және басқа да жетістіктер көздің жарқын өнімділігіне ие. Өкілдік нәтижелер төменде сипатталған:
1) АҚШ-тың Джорджия технологиялық институты көміртекті талшықты технологиялардың үшінші буынын бұзады
2015 жылдың шілдесінде DARPA қаржыландыруымен Джорджия Технологиялық Институты көміртекті талшықты гельді иіру инновациялық табаға негізделген техникасымен модулін айтарлықтай арттырып, қазір әскери ұшақтарда кеңінен қолданылатын Hershey IM7 көміртекті талшықты басып озды, бұл Жапониядан кейінгі көміртекті талшық технологиясының үшінші буынын игерген әлемдегі екінші ел болды.
Кумарз жасаған гельді айналдыратын көміртекті талшықтың созылу беріктігі 5,5-тен 5,8 Гпа-ға дейін жетеді, ал созылу модулі 354-375 гпа аралығында. «Бұл ең жоғары беріктігі мен кешенді өнімділігінің модулі туралы хабарланған үздіксіз талшық. Қысқа жіпшелер шоғырында созылу беріктігі 12,1 Гпа-ға дейін, ең жоғары полиакрилонитрилді көміртекті талшық.
2) Электромагниттік толқынды қыздыру технологиясы
2014 жылы Недо электромагниттік толқынды жылыту технологиясын жасады. Электромагниттік толқынды карбонизация технологиясы талшықты атмосфералық қысымда карбонизациялау үшін электромагниттік толқынды қыздыру технологиясын пайдалануды білдіреді. Алынған көміртекті талшықтың өнімділігі негізінен жоғары температурада қыздыру арқылы өндірілген көміртекті талшықпен бірдей, серпімділік модулі 240GPA-дан астамға жетуі мүмкін, ал үзілістің ұзаруы 1,5% -дан астам, бұл әлемдегі бірінші жетістік.
Талшық тәрізді материал электромагниттік толқынмен көміртектеледі, сондықтан жоғары температурада қыздыру үшін қолданылатын карбонизация пешінің жабдығы қажет емес. Бұл процесс көміртектеуге кететін уақытты қысқартып қана қоймайды, сонымен қатар энергия шығынын азайтады және СО2 шығарындыларын азайтады.
3) карбонизация процесін мұқият бақылау
2014 жылдың наурыз айында Торай t1100g көміртекті талшықтың сәтті жасалғанын жариялады. Торай карбонизация процесін дәл бақылау, көміртекті талшықтың микроқұрылымын нано масштабта жақсарту, карбонизациядан кейін талшықтағы графиттің микрокристалды бағдарын, микрокристалды өлшемді, ақауларды және т.б. бақылау үшін дәстүрлі таба ерітіндісін айналдыру технологиясын пайдаланады, осылайша беріктік пен серпімділік модулін айтарлықтай жақсартуға болады. t1100g созылу беріктігі 6,6ГПа, бұл T800-ден 12% жоғары, ал серпімділік модулі 324GPa және 10% артты, бұл индустрияландыру кезеңіне енеді.
4) Беттік өңдеу технологиясы
Тэйжин Шығыс штаты көміртекті талшықтың пайда болуын бірнеше секундта басқара алатын плазмалық бетті өңдеу технологиясын сәтті әзірледі. Бұл жаңа технология бүкіл өндіріс процесін айтарлықтай жеңілдетеді және электролиттік сулы ерітінділердің бетін өңдеудің қолданыстағы технологиясымен салыстырғанда энергия шығынын 50%-ға азайтады. Сонымен қатар, плазмалық өңдеуден кейін талшық пен шайыр матрицасының адгезиясы да жақсарғаны анықталды.
5) жоғары температуралы графиттік ортада көміртекті талшықтардың созылу беріктігін сақтау жылдамдығын зерттеу
Нинбо материалдары отандық жоғары беріктік пен биік режимдегі көміртекті талшықтың технологиялық талдауы, құрылымын зерттеу және өнімділігін оңтайландыру бойынша егжей-тегжейлі зерттеуді сәтті жүргізді, әсіресе жоғары температуралы графиттік ортада көміртекті талшықтың созылу беріктігін сақтау жылдамдығы бойынша ғылыми-зерттеу жұмыстары және жақында жоғары беріктік пен жоғары модульді көміртекті талшықтың созылу беріктігі 5,24 ГПа және одан жоғары модульді сәтті дайындалуы. Жапонияның Toray m60j жоғары беріктігі жоғары құйылған көміртекті талшығы (созылу беріктігі 3,92 ГПа, созылу модулі 588 ГПа).
6) Микротолқынды пештің графиті
Yongda Advanced Materials Америка Құрама Штаттарының эксклюзивті патенттік ультра жоғары температуралы графит технологиясын, орташа және жоғары ретті көміртекті талшықты өндіруді сәтті дамытты, жоғары ретті көміртекті талшықты дамытудағы үш тығырықтан сәтті өтті, графит жабдықтары қымбат және халықаралық бақылауда, шикі жібектің химиялық технологиясының қиындықтары, өндіріс шығымы төмен және жоғары құны. Осы уақытқа дейін Yongda көміртекті талшықтардың 3 түрін әзірледі, олардың барлығы бастапқы салыстырмалы түрде төмен көміртекті талшықтың беріктігі мен модулін жаңа биіктікке көтерді.
7) Фраунгофер, Германияның табаға негізделген көміртекті талшықты шикі сымды балқытудың жаңа процесі
Фраунгофер қолданбалы полимерлер институты (Қолданбалы полимерді зерттеу, IAP) жақында 2018 жылдың 25, 29 сәуірінде Берлиндегі Ila әуе көрмесінде соңғы Comcarbon технологиясын көрсететінін хабарлады. Бұл технология жаппай өндірілетін көміртекті талшықты өндіру құнын айтарлықтай төмендетеді.
4-сурет Шикі сымды балқыту иіру.
Дәстүрлі процестерде көміртекті талшықты өндіру құнының жартысы шикі сым өндіру процесінде тұтынылатыны белгілі. Шикі сымның балқу қабілетсіздігін ескере отырып, оны қымбат ерітінді иіру процесі (Solution Spinning) арқылы өндіру керек. "Осы мақсатта біз шикі сымның өндірістік құнын 60%-ға төмендетуге болатын шикі жібек өндірудің жаңа процесін әзірледік. Бұл арнайы әзірленген балқытылған таба негізіндегі сополимерді пайдалана отырып, үнемді және мүмкін болатын балқыту иіру процесі. "Доктор. Иоганнес Ганстер, Фраунгофер атындағы IAP институтының биологиялық полимерлер министрі түсіндірді.
8) Плазманың тотығу технологиясы
4M Carbon fiber плазмалық тотығу технологиясын технологияны лицензиялау үшін ғана емес, стратегиялық бағыт ретінде жоғары сапалы, арзан көміртекті талшықты өндіру және сату үшін пайдаланатынын жариялады. 4M плазманы тотығу технологиясы кәдімгі тотығу технологиясына қарағанда 3 есе жылдамырақ, ал энергияны пайдалану дәстүрлі технологияның үштен бірінен аз екенін мәлімдейді. Бұл мәлімдемелерді көміртекті талшықтарды өндірудің бастамашылары ретінде қатысу үшін әлемдегі бірқатар ірі көміртекті талшық өндірушілермен және автомобиль өндірушілерімен кеңесіп жатқан көптеген халықаралық көміртекті талшық өндірушілер растады.
9) Целлюлоза нано талшық
Жапонияның Киото университеті электр монтаждау компаниясы (Toyota-ның ең ірі жеткізушісі) және Daikyonishikawa Corp. сияқты бірнеше негізгі компоненттерді жеткізушілермен бірге целлюлоза наноталшықтарын біріктіретін пластикалық материалдарды әзірлеумен айналысады. Жаңа материалдың салмағы болат салмағының бестен бір бөлігін ғана құрайды, бірақ оның беріктігі болаттан бес есе көп.
10) полиолефин және лигнин шикізатының көміртекті талшықты алдыңғы корпусы
Америка Құрама Штаттарындағы Oak Ridge ұлттық зертханасы 2007 жылдан бері арзан көміртекті талшықты зерттеулермен жұмыс істейді және олар полиолефин және лигнин шикізаты үшін көміртекті талшықты алдыңғы корпустарды, сондай-ақ плазманы алдын ала тотығу және микротолқынды көміртендіру технологияларын әзірледі.
11) Жаңа полимер (прекурсорлық полимер) отқа төзімді өңдеуді жою арқылы әзірленді
Токио университеті басқаратын өндіріс әдісінде отқа төзімді өңдеуді жою үшін жаңа полимер (прекурсорлық полимер) әзірленді. Ең бастысы, полимерді жібекке айналдырғаннан кейін ол бастапқы отқа төзімді өңдеуді жүргізбейді, оның еріткіште тотығуына әкеледі. Содан кейін микротолқынды қыздыру құрылғысы карбонизация үшін 1000 ℃-тан жоғары қызады. Жылыту уақыты бар болғаны 2-3 минутты алады. Карбонизациядан кейін плазма сонымен қатар көміртекті талшықты жасау үшін беттік өңдеуді жүзеге асыру үшін қолданылады. Плазмамен емдеу 2 минуттан аз уақытты алады. Осылайша, 30-60 минуттық бастапқы агломерация уақытын шамамен 5 минутқа дейін азайтуға болады. Жаңа өндіріс әдісінде CFRP негізгі материалы ретінде көміртекті талшық пен термопластикалық шайыр арасындағы байланысты жақсарту үшін плазмалық өңдеу жүргізіледі. Жаңа өндірістік әдіспен өндірілген көміртекті талшықтың созылу серпімділік модулі 240 ГПа, созылу беріктігі 3,5 ГПа және ұзаруы 1,5% жетеді. Бұл мәндер Toray Universal маркалы көміртекті талшық T300 спорттық тауарларға және т.б. үшін пайдаланылатын деңгеймен бірдей.
12) көміртекті талшықты материалдарды қайта өңдеу және кәдеге жарату
Менгран Мэнг, зерттеудің бірінші авторы: "Көміртекті талшықты қалпына келтіру шикізат көміртекті талшықты өндірумен салыстырғанда қоршаған ортаға әсерді азайтады, бірақ әлеуетті қайта өңдеу технологиялары және көміртекті талшықты пайдалануды қайта өңдеудің экономикалық орындылығы туралы ақпарат шектеулі. "Қайта өңдеу екі кезеңнен тұрады: талшықтар алдымен көміртекті талшықтарды өңдеу немесе механикалық композицияны қолдану арқылы көміртекті талшықтарды өңдеу арқылы қалпына келтірілуі керек. пиролиз немесе сұйық қабат процестері. Бұл әдістер композициялық материалдың пластикалық бөлігін алып тастап, көміртекті талшықты қалдырады, содан кейін олар ылғалды қағаз жасау технологиясын қолдана отырып, шиеленіскен талшық төсеніштеріне айналуы мүмкін немесе бағытты талшықтарға қайта реттеледі.
Зерттеушілер көміртекті талшықты көміртекті талшықты композиттік қалдықтардан көміртекті талшықты өңдеу үшін тек 5 доллар/кг және энергияның 10%-дан азын қажет ететін сұйық қабат процесін пайдаланып қалпына келтіруге болатынын есептеді. Қайта өңделген көміртекті талшықтар сұйылтылған қабат процестерімен модульді әрең төмендетеді және бастапқы көміртекті талшықтарға қатысты созылу беріктігі 18%-дан 50%-ға дейін төмендейді, бұл оларды беріктіктен гөрі жоғары қаттылықты қажет ететін қолданбаларға қолайлы етеді. «Қайта өңделген көміртекті талшықтар автомобиль, құрылыс, жел және спорт өнеркәсібі сияқты жеңіл салмақты қажет ететін құрылымдық емес қолданбаларға жарамды болуы мүмкін», - деді Мэн.
13) Құрама Штаттарда жасалған көміртекті талшықтарды қайта өңдеудің жаңа технологиясы
2016 жылдың маусымында Америка Құрама Штаттарындағы Джорджия технологиялық институтының зерттеушілері эпоксидті шайырды еріту үшін көміртекті талшықты спирті бар еріткіште сіңірді, бөлінген талшықтар мен эпоксидті шайырларды қайта пайдалануға болады, көміртекті талшықты қалпына келтіруді сәтті жүзеге асыру.
2017 жылдың шілдесінде Вашингтон штатының университеті сондай-ақ катализатор ретінде әлсіз қышқылды пайдаланып, көміртекті талшықты қалпына келтіру технологиясын әзірледі, сұйық этанолды салыстырмалы түрде төмен температурада термореактивті материалдарды ыдырату үшін пайдалану, ыдыраған көміртекті талшық пен шайыр бөлек сақталады және көбейтуге болады.
14) LLNL зертханасында 3D басып шығарудың көміртекті талшықты сия технологиясын әзірлеу, АҚШ
2017 жылдың наурыз айында Америка Құрама Штаттарындағы Лоуренс Ливмор ұлттық зертханасы (LLNL) бірінші 3D басып шығарылған жоғары өнімді, авиациялық дәрежедегі көміртекті талшықты композиттерді әзірледі. Олар автомобиль, аэроғарыш, қорғаныс және мотоцикл жарыстары мен серфингте пайдалану үшін өңдеу жылдамдығын едәуір жақсартатын күрделі үш өлшемді құрылымдарды жасау үшін сияны тікелей жіберудің (DIW) 3D басып шығару әдісін пайдаланды.
15) АҚШ, Корея және Қытай электр энергиясын өндіруге арналған көміртекті талшықты дамытуда ынтымақтасады
2017 жылдың тамызында Техас университетінің Даллас кампусы, Кореядағы Ханьян университеті, Қытайдағы Нанкай университеті және басқа да мекемелер электр қуатын өндіруге арналған көміртекті талшықты иірілген жіп материалын әзірлеуде бірлесіп жұмыс істеді. Жіп алдымен тұзды ерітінді сияқты электролит ерітінділеріне малынған, бұл электролиттегі иондардың көміртекті нанотүтікшелердің бетіне қосылуына мүмкіндік береді, бұл жіп тарылған немесе созылған кезде электр энергиясына айналуы мүмкін. Материалды сенімді кинетикалық энергиясы бар кез келген жерде қолдануға болады және IoT сенсорларын қуатпен қамтамасыз етуге жарамды.
16) Сәйкесінше қытайлық және американдық алынған ағаш лигнин көміртекті талшықты зерттеудегі жаңа прогресс
2017 жылдың наурыз айында Нинбо материалдар технологиясы және инжиниринг институтының арнайы талшықтар тобы этерификация және бос радикалды сополимерлеудің екі сатылы модификация технологиясын қолдану арқылы жақсы иірілетін және термиялық тұрақтылығы бар лигнин-акрилонитрил сополимерін дайындады. Сополимер және дымқыл иіру процесін қолдану арқылы жоғары сапалы үздіксіз жіптер алынды, ал ықшам көміртекті талшық термиялық тұрақтандыру және карбонизация өңдеуден кейін алынды.
2017 жылдың тамызында Америка Құрама Штаттарының Вашингтон университетіндегі Birgitte ahring зерттеу тобы әртүрлі пропорцияларда лигнин мен полиакрилонитрилді араластырды, содан кейін аралас полимерлерді көміртекті талшықтарға айналдыру үшін балқыма иіру технологиясын қолданды. Зерттеу 20% ~ 30% қосылған лигнин көміртекті талшықтың беріктігіне әсер етпейтінін және автомобиль немесе ұшақ бөлшектеріне арналған арзан көміртекті талшық материалдарын өндіруде пайдаланылатынын анықтады.
2017 жылдың соңында Ұлттық жаңартылатын энергия көздері зертханасы (NREL) жүгері сабаны мен бидай сабаны сияқты өсімдіктердің қалдық бөліктерін пайдалана отырып, акрилонитрилді өндіру бойынша зерттеулерді шығарды. Олар алдымен өсімдік шикізатын қантқа ыдыратады, содан кейін оларды қышқылға айналдырады және оларды арзан катализаторлармен біріктіріп, мақсатты өнімдер шығарады.
17) Жапония бірінші көміртекті талшықты күшейтілген термопластикалық композиттік автомобиль шассиін жасайды
қазан 2017, Жапонияның жаңа энергетикалық өнеркәсіп технологиясы интеграцияланған R & AMP; d Агенттік пен Нагоя университетінің Ұлттық композиттерді зерттеу орталығы әлемдегі алғашқы көміртекті талшықты күшейтілген термопластикалық композиттік автомобиль шассиін сәтті жасады. Олар автоматты ұзын талшықты арматураланған термопластикалық композиттерді тікелей желіде қалыптау процесін, үздіксіз көміртекті талшықты және термопластикалық шайыр бөлшектерін араластыруды, талшықты күшейтілген композиттерді өндіруді, содан кейін қыздыру және балқыту арқылы термопластикалық CFRP автомобиль шассиін сәтті өндіруді пайдаланады.
5. Қытайдағы көміртекті талшықты технология бойынша ҒЗТКЖ бойынша ұсыныстар
5.1 Болашаққа бағытталған макет, мақсатқа бағытталған, көміртекті талшықты технологияның үшінші буынын бұзуға бағытталған
Қытайдың екінші буындағы көміртекті талшық технологиясы әлі жан-жақты серпіліс емес, біздің еліміз негізгі технологияларды алуға, жоғары өнімді көміртекті талшықты дайындау технологиясының үшінші буынын зерттеу мен әзірлеуге (яғни аэроғарышқа қолданылатын жоғары беріктікке, жоғары модульді талшықты технологияға, дамыған көмірге арналған материалды қоса алғанда) негізгі технологияларды алуға бағытталған тиісті ғылыми мекемелерімізді біріктіретін болашаққа бағытталған макет болуға тырысуы керек. автомобиль, құрылыс және жөндеу және басқа жеңіл, арзан ірі сүйреткіш көміртекті талшықты дайындау, қоспаларды өндіру технологиясы көміртекті талшық композиттік материал, қайта өңдеу технологиясы және жылдам прототиптеу технологиялары.
5.2 Ұйымды үйлестіру, қолдауды күшейту, бірлескен зерттеулерді үздіксіз қолдау үшін ірі техникалық жобаларды құру
Қазіргі уақытта, Қытайда көміртекті талшықты зерттеу жүргізу үшін көптеген мекемелер бар, бірақ қуат шашыраңқы, және бірыңғай R жоқ & AMP; d тиімді үйлестіру үшін ұйымдастыру механизмі және күшті қаржыландыру қолдауы. Алдыңғы қатарлы елдердің даму тәжірибесіне сүйенетін болсақ, бұл техникалық саланың дамуына ықпал етуде ірі жобалардың ұйымдастырылуы мен схемасы үлкен рөл атқарады. Біз Қытайдың артықшылығы R назар аудару керек & AMP; d Force, Қытайдың көміртекті талшықты серпіліс R ескере отырып & AMP; d технологиясы ірі жобаларды бастауға, бірлескен технологиялық инновацияларды нығайтуға және Қытайдың көміртекті талшықты зерттеу технологиясы деңгейін үнемі ілгерілетуге, халықаралық көміртекті талшық пен композиттік бәсекелестікке.
5.3 Техникалық жетістіктерді қолданудың әсер ету бағытын бағалау механизмін жетілдіру
SCI қағаздарының эконометрикалық талдауы тұрғысынан, Қытайдың көміртекті талшықтары әртүрлі зерттеулер салаларында қолданылатын жоғары беріктік өнімділік материалдары ретінде, бірақ көміртекті талшықтарды өндіру және дайындау технологиясы үшін, әсіресе шығындарды азайтуға бағытталған, аз зерттеулердің өндіріс тиімділігін арттыру. Көміртекті талшықты өндіру процесі ұзақ, технологияның негізгі нүктелері, жоғары өндірістік кедергілер, көп салалы, көп технологиялық интеграция болып табылады, техникалық кедергілерді еңсеру, «төмен құны, жоғары өнімділік» негізгі дайындау технологиясын зерттеу мен әзірлеуді тиімді жылжыту қажет, бір жағынан, ғылыми-зерттеу инвестицияларын күшейту қажет, екінші жағынан, ғылыми зерттеулердің өрісін әлсірету керек, ғылыми зерттеулердің тиімділігін арттырудың техникалық әсерін күшейту. жетістіктері және жұмыстың жариялануына назар аударатын «сандық» бағалаудан нәтижелердің құндылығын «сапалық» бағалауға ауысады.
5.4 Озық технология құрама таланттарды өсіруді күшейту
Көміртекті талшықты технологияның жоғары технологиялық атрибуты мамандандырылған таланттардың маңыздылығын анықтайды, оларда алдыңғы қатарлы негізгі техникалық персоналдың бар-жоғы тікелей R деңгейін анықтайды & AMP; мекеменің D.
Көміртекті талшықты технологияның ҒЗТКЖ буындарының нәтижесінде біз барлық буындардың үйлестіруін және дамуын қамтамасыз ету үшін құрама кадрларды дайындауға назар аударуымыз керек. Сонымен қатар, Қытайда көміртекті талшықты зерттеудің даму тарихынан, технологиялық негізгі сарапшылардың ағыны жиі R әсер ететін негізгі фактор болып табылады & AMP; d ғылыми-зерттеу мекемесінің деңгейі. Негізгі сарапшылар мен R бекітуді сақтау & AMP; d Өндіріс процестерінде, композиттерде және негізгі өнімдерде командалар үздіксіз технологияны жаңарту үшін маңызды.
Біз осы салада мамандандырылған жоғары технологиялық кадрларды даярлауды және пайдалануды күшейтуді жалғастыруымыз керек, Technology R үшін бағалау және емдеу саясатын жетілдіру керек & AMP; d таланттар, жас таланттарды өсіруді күшейту, шетелдік озық R & AMP ынтымақтастық пен алмасуды белсенді түрде қолдау; d мекемелер, және жігерлі шетелдік озық таланттарды енгізу, және т.б. Бұл Қытайда көміртекті талшықты зерттеу дамуына ықпал етуде үлкен рөл атқарады.
дәйексөзден алынған-
Дүниежүзілік көміртекті талшық технологиясының дамуын талдау және оны Қытайға жеткізу. Тянь Яжуань, Чжан Чжицян, Тао Чэн, Ян Мин, Ба Жин, Чен Юнвэй.Әлемдік Sci-Tech R&D.2018
Жіберу уақыты: 04.12.2018 ж