कार्बन फायबर हे अजैविक पॉलिमर फायबर अजैविक नवीन पदार्थ आहे ज्यामध्ये कार्बनचे प्रमाण ९५% पेक्षा जास्त आहे, कमी घनता, उच्च शक्ती, उच्च तापमान प्रतिरोधकता, उच्च रासायनिक स्थिरता, थकवा-प्रतिरोधक, पोशाख-प्रतिरोधक पुसणे आणि इतर उत्कृष्ट मूलभूत भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्म आहेत आणि त्यात उच्च कंपन क्षीणन, चांगली वाहक थर्मल चालकता, इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक शील्डिंग कार्यक्षमता आणि कमी थर्मल विस्तार गुणांक आणि इतर वैशिष्ट्ये आहेत. या उत्कृष्ट गुणधर्मांमुळे कार्बन फायबरचा वापर एरोस्पेस, रेल्वे वाहतूक, वाहन उत्पादन, शस्त्रे आणि उपकरणे, बांधकाम यंत्रसामग्री, पायाभूत सुविधा बांधकाम, सागरी अभियांत्रिकी, पेट्रोलियम अभियांत्रिकी, पवन ऊर्जा, क्रीडा वस्तू आणि इतर क्षेत्रात मोठ्या प्रमाणावर केला जातो.
कार्बन फायबर मटेरियलच्या राष्ट्रीय धोरणात्मक गरजांवर आधारित, चीनने ते उदयोन्मुख उद्योगांच्या मुख्य तंत्रज्ञानांपैकी एक म्हणून सूचीबद्ध केले आहे जे समर्थनावर लक्ष केंद्रित करतात. राष्ट्रीय "बारा-पाच" विज्ञान आणि तंत्रज्ञान नियोजनात, उच्च कार्यक्षमता कार्बन फायबरची तयारी आणि अनुप्रयोग तंत्रज्ञान हे राज्याद्वारे समर्थित धोरणात्मक उदयोन्मुख उद्योगांच्या मुख्य तंत्रज्ञानांपैकी एक आहे. मे २०१५ मध्ये, राज्य परिषदेने अधिकृतपणे "मेड इन चायना २०२५" जारी केले, उच्च-कार्यक्षमता संरचनात्मक साहित्य, प्रगत कंपोझिट्ससह जोमदार प्रचार आणि विकासाच्या प्रमुख क्षेत्रांपैकी एक म्हणून नवीन साहित्य हे नवीन साहित्याच्या क्षेत्रात विकासाचे केंद्रबिंदू आहे. ऑक्टोबर २०१५ मध्ये, उद्योग आणि माहिती उद्योग मंत्रालयाने अधिकृतपणे "चीन मॅन्युफॅक्चरिंग २०२५ की एरियाज टेक्नॉलॉजी रोडमॅप", "उच्च-कार्यक्षमता फायबर आणि त्याचे कंपोझिट्स" एक प्रमुख धोरणात्मक साहित्य म्हणून प्रकाशित केले, २०२० चे ध्येय "मोठ्या विमानांच्या तांत्रिक आवश्यकता पूर्ण करण्यासाठी घरगुती कार्बन फायबर कंपोझिट्स" आहे. नोव्हेंबर २०१६ मध्ये, राज्य परिषदेने "तेरा-पाच" राष्ट्रीय धोरणात्मक उदयोन्मुख उद्योग विकास योजना जारी केली, ज्यामध्ये स्पष्टपणे नवीन साहित्य उद्योगाला अपस्ट्रीम आणि डाउनस्ट्रीम सहकार्य समर्थन मजबूत करण्यासाठी, कार्बन फायबर कंपोझिट आणि इतर क्षेत्रात सहयोगी अनुप्रयोग पायलट प्रात्यक्षिक करण्यासाठी, एक सहयोगी अनुप्रयोग प्लॅटफॉर्म तयार करण्यासाठी सूचित केले गेले. जानेवारी २०१७ मध्ये, उद्योग आणि विकास मंत्रालय, एनडीआरसी, विज्ञान आणि तंत्रज्ञान आणि वित्त मंत्रालयाने संयुक्तपणे "नवीन साहित्य उद्योगांच्या विकासासाठी मार्गदर्शक" तयार केले आणि २०२० पर्यंत, "कार्बन फायबर कंपोझिट, उच्च-गुणवत्तेचे विशेष स्टील, प्रगत प्रकाश मिश्र धातु साहित्य आणि इतर क्षेत्रात ७० हून अधिक प्रमुख नवीन साहित्य औद्योगिकीकरण आणि अनुप्रयोग साध्य करण्यासाठी, चीनच्या नवीन साहित्य उद्योगाच्या विकास पातळीशी जुळणारी प्रक्रिया उपकरणे समर्थन प्रणाली तयार करा."
कार्बन फायबर आणि त्याचे संमिश्र राष्ट्रीय संरक्षण आणि लोकांच्या उपजीविकेत महत्त्वाची भूमिका बजावत असल्याने, अनेक तज्ञ त्यांच्या विकासावर आणि संशोधन ट्रेंडच्या विश्लेषणावर लक्ष केंद्रित करतात. डॉ. झोउ हाँग यांनी उच्च-कार्यक्षमता असलेल्या कार्बन फायबर तंत्रज्ञानाच्या विकासाच्या सुरुवातीच्या टप्प्यात अमेरिकन शास्त्रज्ञांनी दिलेल्या वैज्ञानिक आणि तांत्रिक योगदानाचा आढावा घेतला आणि कार्बन फायबरच्या १६ मुख्य अनुप्रयोगांवर आणि अलीकडील तांत्रिक प्रगतीवर स्कॅन केले आणि अहवाल दिला आणि पॉलीएक्रिलोनिट्राइल कार्बन फायबरचे उत्पादन तंत्रज्ञान, गुणधर्म आणि अनुप्रयोग आणि त्याच्या सध्याच्या तांत्रिक विकासाचा आढावा डॉ. वेई झिन इत्यादींनी घेतला. ते चीनमध्ये कार्बन फायबरच्या विकासात अस्तित्वात असलेल्या समस्यांसाठी काही रचनात्मक सूचना देखील मांडतात. याव्यतिरिक्त, अनेक लोकांनी कार्बन फायबर आणि त्याच्या संमिश्रांच्या क्षेत्रातील कागदपत्रे आणि पेटंटच्या मेट्रोलॉजी विश्लेषणावर संशोधन केले आहे. उदाहरणार्थ, मा झियांगलिन आणि इतरांनी १९९८-२०१७ च्या कार्बन फायबर पेटंट वितरण आणि विश्लेषणाच्या क्षेत्राच्या अनुप्रयोगातील मेट्रोलॉजीच्या दृष्टिकोनातून; यांग सिसी आणि इतरांनी जागतिक कार्बन फायबर फॅब्रिक पेटंट शोध आणि डेटा सांख्यिकीसाठी इनोग्राफी प्लॅटफॉर्मवर आधारित, पेटंट, पेटंटधारकांच्या वार्षिक विकास ट्रेंड, पेटंट तंत्रज्ञान हॉटस्पॉट आणि तंत्रज्ञानाच्या मुख्य पेटंटचे विश्लेषण केले आहे.
कार्बन फायबर संशोधन आणि विकास मार्गाच्या दृष्टिकोनातून, चीनचे संशोधन जवळजवळ जगाशी समक्रमित झाले आहे, परंतु विकास मंद आहे, उच्च-कार्यक्षमता असलेले कार्बन फायबर उत्पादन प्रमाण आणि परदेशातील देशांच्या तुलनेत गुणवत्तेत तफावत आहे, संशोधन प्रक्रिया वेगवान करणे, धोरणात्मक मांडणी पुढे नेणे, भविष्यातील उद्योग विकास संधीचा फायदा घेणे तातडीचे आहे. म्हणूनच, विविध देशांमधील संशोधन आणि विकास मार्गांचे नियोजन समजून घेण्यासाठी, हा पेपर प्रथम कार्बन फायबर संशोधन क्षेत्रातील देशांच्या प्रकल्प मांडणीची तपासणी करतो आणि दुसरे म्हणजे, कार्बन फायबरचे मूलभूत संशोधन आणि अनुप्रयोग संशोधन कार्बन फायबरच्या तांत्रिक संशोधन आणि विकासासाठी खूप महत्वाचे असल्याने, आम्ही कार्बन फायबरच्या क्षेत्रातील संशोधन आणि विकासाची व्यापक समज मिळविण्यासाठी आणि या क्षेत्रातील अलीकडील संशोधन विकास स्कॅन करण्यासाठी एकाच वेळी शैक्षणिक संशोधन निकाल-एससीआय पेपर्स आणि लागू संशोधन निकाल-पेटंटमधून मेट्रोलॉजी विश्लेषण करतो. पीप इंटरनॅशनल फ्रंटियर संशोधन आणि विकास प्रगती. शेवटी, वरील संशोधन निकालांच्या आधारे, चीनमधील कार्बन फायबरच्या क्षेत्रातील संशोधन आणि विकास मार्गासाठी काही सूचना मांडल्या आहेत.
२. कआर्बन फायबरसंशोधन प्रकल्पाची मांडणीप्रमुख देश/प्रदेश
कार्बन फायबरचे मुख्य उत्पादक देशांमध्ये जपान, अमेरिका, दक्षिण कोरिया, काही युरोपीय देश आणि तैवान, चीन यांचा समावेश आहे. कार्बन फायबर तंत्रज्ञानाच्या विकासाच्या सुरुवातीच्या टप्प्यात प्रगत तंत्रज्ञान असलेल्या देशांनी या सामग्रीचे महत्त्व लक्षात घेतले आहे, धोरणात्मक मांडणी केली आहे, कार्बन फायबर सामग्रीच्या विकासाला जोरदार प्रोत्साहन दिले आहे.
२.१ जपान
जपान हा कार्बन फायबर तंत्रज्ञानासाठी सर्वात विकसित देश आहे. जपानमधील टोरे, बोंग आणि मित्सुबिशी लियांग या 3 कंपन्यांचा कार्बन फायबर उत्पादनात जागतिक बाजारपेठेतील वाटा सुमारे 70% ~ 80% आहे. तरीही, जपान या क्षेत्रात आपली ताकद टिकवून ठेवण्यास खूप महत्त्व देते, विशेषतः उच्च-कार्यक्षमता असलेल्या पॅन-आधारित कार्बन फायबर आणि ऊर्जा आणि पर्यावरणपूरक तंत्रज्ञानाचा विकास, मजबूत मानवी आणि आर्थिक पाठिंब्यासह, आणि मूलभूत ऊर्जा योजना, आर्थिक वाढीसाठी धोरणात्मक रूपरेषा आणि क्योटो प्रोटोकॉलसह अनेक मूलभूत धोरणांमध्ये, हा एक धोरणात्मक प्रकल्प बनवला आहे जो पुढे नेला पाहिजे. मूलभूत राष्ट्रीय ऊर्जा आणि पर्यावरण धोरणाच्या आधारे, जपानच्या अर्थव्यवस्था, उद्योग आणि मालमत्ता मंत्रालयाने "ऊर्जा बचत तंत्रज्ञान संशोधन आणि विकास कार्यक्रम" पुढे मांडला आहे. वरील धोरणाद्वारे समर्थित, जपानी कार्बन फायबर उद्योग संसाधनांच्या सर्व पैलूंना अधिक प्रभावीपणे केंद्रीकृत करण्यास आणि कार्बन फायबर उद्योगातील सामान्य समस्यांचे निराकरण करण्यास प्रोत्साहन देण्यास सक्षम आहे.
"तंत्रज्ञान विकास जसे की नाविन्यपूर्ण नवीन संरचनात्मक साहित्य" (२०१३-२०२२) हा जपानमधील "भविष्यातील विकास संशोधन प्रकल्प" अंतर्गत राबविण्यात येणारा एक प्रकल्प आहे जो आवश्यक नाविन्यपूर्ण संरचनात्मक साहित्य तंत्रज्ञानाचा विकास आणि विविध साहित्यांचे संयोजन लक्षणीयरीत्या साध्य करण्यासाठी आहे, ज्याचा मुख्य उद्देश वाहतुकीच्या साधनांचे हलके वजन (कारच्या वजनाच्या अर्धे) कमी करणे आहे. आणि शेवटी त्याचा व्यावहारिक उपयोग साकार करणे. २०१४ मध्ये संशोधन आणि विकास प्रकल्प हाती घेतल्यानंतर, औद्योगिक तंत्रज्ञान विकास एजन्सी (NEDO) ने अनेक उपप्रकल्प विकसित केले ज्यामध्ये कार्बन फायबर संशोधन प्रकल्प "इनोव्हेटिव्ह कार्बन फायबर बेसिक रिसर्च अँड डेव्हलपमेंट" चे एकूण उद्दिष्टे होती: नवीन कार्बन फायबर प्रिकर्सर संयुगे विकसित करणे; कार्बनायझेशन स्ट्रक्चर्सच्या निर्मिती यंत्रणेचे स्पष्टीकरण देणे; आणि कार्बन फायबर मूल्यांकन पद्धती विकसित करणे आणि प्रमाणित करणे. टोकियो विद्यापीठाच्या नेतृत्वाखाली आणि औद्योगिक तंत्रज्ञान संस्था (NEDO), टोरे, तेजिन, डोंगयुआन आणि मित्सुबिशी लियांग यांच्या संयुक्त सहभागाने, जानेवारी २०१६ मध्ये लक्षणीय प्रगती केली आहे आणि १९५९ मध्ये जपानमध्ये "कोंडो मोड" च्या शोधानंतर पॅन-आधारित कार्बन फायबरच्या क्षेत्रात ही आणखी एक मोठी प्रगती आहे.
२.२ युनायटेड स्टेट्स
अमेरिकेच्या संरक्षण पूर्व-संशोधन एजन्सी (DARPA) ने २००६ मध्ये प्रगत स्ट्रक्चरल फायबर प्रकल्प सुरू केला ज्याचा उद्देश देशातील प्रमुख वैज्ञानिक संशोधन दलाला कार्बन फायबरवर आधारित पुढील पिढीचे स्ट्रक्चरल फायबर विकसित करण्यासाठी एकत्र आणणे होता. या प्रकल्पाच्या आधारे, युनायटेड स्टेट्समधील जॉर्जिया इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजीच्या संशोधन पथकाने २०१५ मध्ये कच्च्या वायर तयारी तंत्रज्ञानाचा वापर केला, त्याचे लवचिक मापांक ३०% ने वाढवले, ज्यामुळे अमेरिकेला कार्बन फायबरच्या तिसऱ्या पिढीच्या विकास क्षमतेचे चिन्हांकित केले.
२०१४ मध्ये, युनायटेड स्टेट्स डिपार्टमेंट ऑफ एनर्जी (DOE) ने "अखाद्य बायोमास शुगरचे अ‍ॅक्रिलोनिट्राइलमध्ये रूपांतर करण्यासाठी बहु-चरण उत्प्रेरक प्रक्रिया" आणि "बायोमास उत्पादनातून मिळवलेल्या अ‍ॅक्रिलोनिट्राइलचे संशोधन आणि ऑप्टिमायझेशन" या दोन प्रकल्पांसाठी ११.३ दशलक्ष डॉलर्सची अनुदानाची घोषणा केली. यामध्ये कृषी अवशेषांचा वापर वाढवणे, लाकूड बायोमाससारख्या अक्षय-अन्न-आधारित कच्च्या मालाच्या उत्पादनासाठी किफायतशीर अक्षय-उच्च-कार्यक्षमता कार्बन फायबर सामग्रीवरील संशोधन आणि २०२० पर्यंत बायोमास अक्षय-उपकरणीय कार्बन फायबरचा उत्पादन खर्च $५/lb पेक्षा कमी करण्याची योजना समाविष्ट आहे.
मार्च २०१७ मध्ये, अमेरिकेच्या ऊर्जा विभागाने पुन्हा एकदा वेस्टर्न अमेरिकन इन्स्टिट्यूट (WRI) च्या नेतृत्वाखालील "कमी किमतीच्या कार्बन फायबर घटक संशोधन आणि विकास प्रकल्प" साठी ३.७४ दशलक्ष डॉलर्सची निधीची घोषणा केली, जो कोळसा आणि बायोमास सारख्या संसाधनांवर आधारित कमी किमतीच्या कार्बन फायबर घटकांच्या विकासावर लक्ष केंद्रित करतो.
जुलै २०१७ मध्ये, अमेरिकेच्या ऊर्जा विभागाने प्रगत ऊर्जा-कार्यक्षम वाहनांच्या संशोधन आणि विकासाला पाठिंबा देण्यासाठी १९.४ दशलक्ष डॉलर्सच्या निधीची घोषणा केली, त्यापैकी ६.७ दशलक्ष डॉलर्स संगणकीय साहित्य वापरून कमी किमतीच्या कार्बन फायबर तयार करण्यासाठी निधी म्हणून वापरले जातात, ज्यामध्ये नवीन कार्बन फायबर पूर्वसूचकांच्या उत्साहाचे मूल्यांकन करण्यासाठी एकात्मिक संगणक तंत्रज्ञानासाठी बहु-स्केल मूल्यांकन पद्धतींचा विकास, प्रगत आण्विक गतिशीलता सहाय्यित घनता कार्यात्मक सिद्धांत, कमी किमतीच्या कार्बन फायबर कच्च्या मालाची निवड कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी अत्याधुनिक संगणक साधने विकसित करण्यासाठी मशीन लर्निंग आणि इतर साधने वापरली जातात.
२.३ युरोप
२० व्या शतकाच्या सत्तर किंवा ऐंशीच्या दशकात जपान आणि अमेरिकेत युरोपियन कार्बन फायबर उद्योग विकसित झाला, परंतु तंत्रज्ञान आणि भांडवलामुळे, अनेक एकल-कार्बन फायबर उत्पादक कंपन्यांनी २००० वर्षांनंतर कार्बन फायबरच्या मागणीच्या उच्च वाढीच्या कालावधीचे पालन केले नाही आणि ते गायब झाले. जर्मन कंपनी एसजीएल ही युरोपमधील एकमेव कंपनी आहे जिचा जगातील कार्बन फायबर बाजारपेठेत मोठा वाटा आहे.
नोव्हेंबर २०११ मध्ये, युरोपियन युनियनने युकार्बन प्रकल्प सुरू केला, ज्याचा उद्देश कार्बन फायबर आणि एरोस्पेससाठी पूर्व-इम्प्रेग्नेटेड मटेरियलमध्ये युरोपियन उत्पादन क्षमता अपग्रेड करणे आहे. हा प्रकल्प ४ वर्षे चालला, एकूण ३.२ दशलक्ष युरो गुंतवणुकीसह, आणि मे २०१७ मध्ये उपग्रहांसारख्या अवकाश अनुप्रयोगांसाठी युरोपची पहिली विशेष कार्बन फायबर उत्पादन लाइन यशस्वीरित्या स्थापित केली, ज्यामुळे युरोपला उत्पादनावरील आयात अवलंबित्व दूर करता आले आणि सामग्रीच्या पुरवठ्याची सुरक्षितता सुनिश्चित करता आली.
EU सातव्या फ्रेमवर्कमध्ये "किफायतशीर आणि व्यवस्थापित कामगिरीसह नवीन पूर्वसूचक प्रणाली तयार करण्यासाठी कार्यात्मक कार्बन फायबर" (FIBRALSPEC) प्रकल्प (२०१४-२०१७) ६.०८ दशलक्ष युरोमध्ये समर्थन देण्याची योजना आहे. इटली, युनायटेड किंग्डम आणि युक्रेन सारख्या बहुराष्ट्रीय कंपन्यांच्या सहभागासह, ग्रीसमधील अथेन्सच्या राष्ट्रीय तांत्रिक विद्यापीठाच्या नेतृत्वाखालील ४ वर्षांचा हा प्रकल्प, सतत पॅन-आधारित कार्बन फायबरचे प्रायोगिक उत्पादन साध्य करण्यासाठी पॉलीअ‍ॅक्रिलोनिट्राइल-आधारित कार्बन फायबरच्या सतत तयारीच्या प्रक्रियेत नावीन्य आणण्यावर आणि सुधारणा करण्यावर केंद्रित आहे. या प्रकल्पाने कार्बन फायबरचा विकास आणि वापर आणि अक्षय सेंद्रिय पॉलिमर संसाधनांपासून (जसे की सुपरकॅपेसिटर, जलद आपत्कालीन आश्रयस्थाने, तसेच प्रोटोटाइप मेकॅनिकल इलेक्ट्रिक रोटरी कोटिंग मशीन आणि नॅनोफायबरचे उत्पादन लाइन विकास इ.) वर्धित संमिश्र तंत्रज्ञान यशस्वीरित्या पूर्ण केले आहे.
ऑटोमोटिव्ह, पवन ऊर्जा आणि जहाजबांधणी यासारख्या वाढत्या संख्येतील औद्योगिक क्षेत्रांना हलक्या, उच्च-कार्यक्षमता असलेल्या कंपोझिटची आवश्यकता आहे, जी कार्बन फायबर उद्योगासाठी एक मोठी संभाव्य बाजारपेठ आहे. कार्बोप्रेक प्रकल्प (२०१४-२०१७) सुरू करण्यासाठी EU ५.९६८ दशलक्ष युरोची गुंतवणूक करते, ज्याचे धोरणात्मक ध्येय युरोपमध्ये मोठ्या प्रमाणात उपस्थित असलेल्या अक्षय पदार्थांपासून कमी किमतीचे पूर्वगामी विकसित करणे आणि कार्बन नॅनोट्यूबद्वारे उच्च-कार्यक्षमता असलेल्या कार्बन फायबरचे उत्पादन वाढवणे आहे.
युरोपियन युनियनच्या क्लीन्स्की II संशोधन कार्यक्रमाने जर्मनीतील फ्रॉनहोफर इन्स्टिट्यूट फॉर प्रोडक्शन अँड सिस्टम्स रिलायबिलिटी (LBF) च्या नेतृत्वाखालील "कंपोझिट टायर रिसर्च अँड डी" प्रकल्प (२०१७) ला निधी दिला, जो एअरबस A320 साठी कार्बन फायबर रिइन्फोर्स्ड कंपोझिट विमानासाठी फ्रंट व्हील घटक विकसित करण्याची योजना आखत आहे, ज्याचे ध्येय पारंपारिक धातू सामग्रीच्या तुलनेत वजन 40% कमी करणे आहे. या प्रकल्पाला अंदाजे EUR 200,000 द्वारे निधी देण्यात आला आहे.
२.४ कोरिया
दक्षिण कोरियाचे कार्बन फायबर संशोधन आणि विकास आणि औद्योगिकीकरण उशिरा सुरू झाले, संशोधन आणि विकास २००६ मध्ये सुरू झाला, २०१३ मध्ये औपचारिकपणे व्यावहारिक टप्प्यात प्रवेश करण्यास सुरुवात झाली, कोरियन कार्बन फायबर परिस्थितीच्या आयातीवर अवलंबून होते. दक्षिण कोरियाच्या स्थानिक झियाऑक्सिंग गटासाठी आणि कार्बन फायबर उद्योग मांडणीच्या क्षेत्रात सक्रियपणे गुंतलेल्या उद्योग प्रणेत्याचे प्रतिनिधी म्हणून तैगुआंग व्यवसायासाठी, विकासाची गती मजबूत आहे. याव्यतिरिक्त, टोरे जपानने कोरियामध्ये स्थापित केलेल्या कार्बन फायबर उत्पादन बेसने देखील कोरियामधील कार्बन फायबर बाजारपेठेत योगदान दिले आहे.
कोरियन सरकारने कार्बन फायबरच्या नाविन्यपूर्ण उद्योगांसाठी झियाऑक्सिंग ग्रुप ए एकत्र येण्याचे ठिकाण निवडले आहे. कार्बन फायबर मटेरियल इंडस्ट्री क्लस्टर तयार करणे, संपूर्ण उत्तर प्रदेशात सर्जनशील आर्थिक परिसंस्थेच्या विकासाला चालना देणे हे उद्दिष्ट आहे, अंतिम ध्येय म्हणजे कार्बन फायबर मटेरियल → पार्ट्स → तयार उत्पादन वन-स्टॉप उत्पादन साखळी तयार करणे, कार्बन फायबर इनक्यूबेशन क्लस्टरची स्थापना युनायटेड स्टेट्समधील सिलिकॉन व्हॅलीशी जुळवून घेता येईल, नवीन बाजारपेठा मिळवा, नवीन जोडलेले मूल्य निर्माण करा, २०२० पर्यंत कार्बन फायबरशी संबंधित उत्पादनांच्या निर्यातीत १० अब्ज डॉलर्सचे लक्ष्य (सुमारे ५५.२ अब्ज युआनच्या समतुल्य) साध्य करा.
३. जागतिक कार्बन फायबर संशोधन आणि संशोधन उत्पादनाचे विश्लेषण
या उपविभागात २०१० पासून कार्बन फायबर संशोधनाशी संबंधित SCI पेपर्स आणि DII पेटंट निकालांची गणना केली आहे, जेणेकरून जागतिक कार्बन फायबर तंत्रज्ञानाच्या शैक्षणिक संशोधन आणि औद्योगिक संशोधन आणि विकासाचे एकाच वेळी विश्लेषण करता येईल आणि आंतरराष्ट्रीय स्तरावर कार्बन फायबर संशोधन आणि विकासाची प्रगती पूर्णपणे समजून घेता येईल.
क्लॅरिवेट अॅनालिटिक्सने प्रकाशित केलेल्या सायन्स डेटाबेसच्या वेबमधील साय डेटाबेस आणि ड्यूएंट डेटाबेसमधून मिळवलेला डेटा; पुनर्प्राप्ती कालावधी: २०१०-२०१७; पुनर्प्राप्तीची तारीख: १ फेब्रुवारी २०१८.
SCI पेपर पुनर्प्राप्ती धोरण: Ts=((कार्बनफायबर* किंवा कार्बनफायबर* किंवा ("कार्बन फायबर*" नाही "कार्बन फायबरग्लास") किंवा "कार्बन फायबर*" किंवा "कार्बनफिलामेंट*" किंवा ((पॉलीअ‍ॅक्रिलोनिट्राइल किंवा पिच) आणि "प्रिकर्सर*" आणिफायबर*) किंवा ("ग्रेफाइट फायबर*")) नाही ("बांबू कार्बन")).
डेव्हेंट पेटंट शोध धोरण: Ti=((कार्बनफायबर* किंवा कार्बनफायबर* किंवा ("कार्बन फायबर*" नाही"कार्बन फायबरग्लास") किंवा "कार्बन फायबर*" किंवा "कार्बनफिलामेंट*" किंवा ((पॉलीअ‍ॅक्रिलोनिट्राइल किंवा पिच) आणि "पूर्ववर्ती*" आणिफायबर*) किंवा ("ग्रेफाइट फायबर*")) नाही ("बांबू कार्बन")) किंवाTS=((कार्बनफायबर* किंवा कार्बनफायबर* किंवा ("कार्बन फायबर*" नाही"कार्बन फायबरग्लास") किंवा "कार्बन फायबर*" किंवा "कार्बनफिलामेंट*" किंवा ((पॉलीअ‍ॅक्रिलोनिट्राइल किंवा पिच) आणि "पूर्ववर्ती*" आणिफायबर*) किंवा ("ग्रेफाइट फायबर*")) नाही ("बांबू कार्बन")) आणिIP=(D01F-009/12 किंवा D01F-009/127 किंवा D01F-009/133 किंवा D01F-009/14 किंवा D01F-009/145 किंवा D01F-009/15 किंवा D01F-009/155 किंवा D01F-009/16 किंवा D01F-009/17 किंवा D01F-009/18 किंवा D01F-009/20 किंवा D01F-009/21 किंवा D01F-009/22 किंवा D01F-009/24 किंवा D01F-009/26 किंवा D01F-09/28 किंवा D01F-009/30 किंवा D01F-009/32 किंवा C08K-007/02 किंवा C08J-005/04 किंवा C04B-035/83 किंवा D06M-014/36 किंवा D06M-101/40 किंवा D21H-013/50 किंवा H01H-001/027 किंवा एच०१आर-०३९/२४).
३.१ ट्रेंड
२०१० पासून, जगभरात १६,५५३ संबंधित शोधनिबंध प्रकाशित झाले आहेत आणि २६३९० शोध पेटंट लागू केले गेले आहेत, जे सर्व वर्षानुवर्षे स्थिर वाढीचा कल दर्शवितात (आकृती १).
३.२ देश किंवा प्रदेश वितरण
जागतिक कार्बन फायबर संशोधन पेपरचे सर्वाधिक उत्पादन करणाऱ्या शीर्ष १० संस्था चीनमधील आहेत, त्यापैकी शीर्ष ५ आहेत: चायनीज अकादमी ऑफ सायन्सेस, हार्बिन इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजी, नॉर्थवेस्टर्न युनिव्हर्सिटी ऑफ टेक्नॉलॉजी, डोंगुआ युनिव्हर्सिटी, बीजिंग इन्स्टिट्यूट ऑफ एरोनॉटिक्स अँड अॅस्ट्रोनॉटिक्स. परदेशी संस्थांमध्ये, इंडियन इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजी, युनिव्हर्सिटी ऑफ टोकियो, युनिव्हर्सिटी ऑफ ब्रिस्टल, मोनाश युनिव्हर्सिटी, युनिव्हर्सिटी ऑफ मँचेस्टर आणि जॉर्जिया इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजी यांचा क्रमांक १० ते २० (आकृती ३) दरम्यान आहे.
शीर्ष ३० संस्थांमध्ये पेटंट अर्जांची संख्या, जपानमध्ये ५ आहेत आणि त्यापैकी ३ पहिल्या पाचमध्ये आहेत, टोरे कंपनी प्रथम क्रमांकावर आहे, त्यानंतर मित्सुबिशी लियांग (दुसरे), तेजिन (चौथे), ईस्ट स्टेट (१० वे), जपान टोयो टेक्सटाईल कंपनी (२४ वे), चीनमध्ये २१ संस्था आहेत, सिनोपेक ग्रुपकडे सर्वाधिक पेटंट आहेत, तिसऱ्या क्रमांकावर आहेत, दुसऱ्या क्रमांकावर आहेत, हार्बिन इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजी, हेनान के लेटर केबल कंपनी, डोंगहुआ युनिव्हर्सिटी, चीन शांघाय पेट्रोकेमिकल, बीजिंग केमिकल इंडस्ट्री, इ., चायनीज अकादमी ऑफ सायन्सेस शांक्सी कोळसा अनुप्रयोग शोध पेटंट ६६, २७ व्या क्रमांकावर आहे, दक्षिण कोरियाच्या संस्थांकडे २ आहेत, त्यापैकी झियाओक्सिंग कंपनी लिमिटेड पहिल्या क्रमांकावर आहे, आठव्या क्रमांकावर आहे.
आउटपुट संस्था, प्रामुख्याने विद्यापीठे आणि वैज्ञानिक संशोधन संस्थांकडून पेपरचे उत्पादन, मुख्यतः कंपनीकडून पेटंट आउटपुट, हे दिसून येते की कार्बन फायबर उत्पादन हा एक उच्च-तंत्रज्ञान उद्योग आहे, कार्बन फायबर आर अँड डी उद्योग विकासाचा मुख्य भाग म्हणून, कंपनी कार्बन फायबर आर अँड डी तंत्रज्ञानाच्या संरक्षणाला खूप महत्त्व देते, विशेषतः जपानमधील 2 प्रमुख कंपन्या, पेटंटची संख्या खूप पुढे आहे.
३.४ संशोधन हॉटस्पॉट्स
कार्बन फायबर संशोधन पेपर्समध्ये सर्वाधिक संशोधन विषय समाविष्ट आहेत: कार्बन फायबर कंपोझिट्स (कार्बन फायबर रिइन्फोर्स्ड कंपोझिट्स, पॉलिमर मॅट्रिक्स कंपोझिट्स इ. सह), यांत्रिक गुणधर्म संशोधन, मर्यादित घटक विश्लेषण, कार्बन नॅनोट्यूब, डिलेमिनेशन, रीइन्फोर्समेंट, थकवा, सूक्ष्म संरचना, इलेक्ट्रोस्टॅटिक स्पिनिंग, पृष्ठभाग उपचार, शोषण आणि असेच. या कीवर्डशी संबंधित पेपर्स एकूण पेपर्सच्या संख्येपैकी 38.8% आहेत.
कार्बन फायबर शोध पेटंटमध्ये कार्बन फायबर, उत्पादन उपकरणे आणि संमिश्र साहित्य तयार करण्याशी संबंधित बहुतेक विषयांचा समावेश आहे. त्यापैकी, जपान टोरे, मित्सुबिशी लियांग, तेजिन आणि इतर कंपन्या "कार्बन फायबर प्रबलित पॉलिमर संयुगे" महत्त्वाच्या तांत्रिक लेआउटच्या क्षेत्रात, याव्यतिरिक्त, टोरे आणि मित्सुबिशी लियांग "कार्बन फायबर आणि उत्पादन उपकरणांचे पॉलीएक्रिलोनिट्राइल उत्पादन", "असंतृप्त नायट्राइलसह, जसे की पॉलीएक्रिलोनिट्राइल, पॉलीव्हिनिलिडेन सायनाइड इथिलीन उत्पादन कार्बन फायबर" आणि इतर तंत्रज्ञानामध्ये पेटंट लेआउटचा मोठा वाटा आहे आणि जपानी तेजिन कंपनी "कार्बन फायबर आणि ऑक्सिजन कंपाऊंड कंपोझिट्स" मध्ये पेटंट लेआउटचा मोठा वाटा आहे.
चायना सिनोपेक ग्रुप, बीजिंग केमिकल युनिव्हर्सिटी, चायनीज अकादमी ऑफ सायन्सेस निंगबो मटेरियल्स "कार्बन फायबर आणि उत्पादन उपकरणांचे पॉलीअ‍ॅक्रिलोनिट्राइल उत्पादन" मध्ये पेटंट लेआउटचा मोठा वाटा आहे; याव्यतिरिक्त, बीजिंग युनिव्हर्सिटी ऑफ केमिकल इंजिनिअरिंग, चायनीज अकादमी ऑफ सायन्सेस शांक्सी कोळसा केमिकल इन्स्टिट्यूट आणि चायनीज अकादमी ऑफ सायन्सेस निंगबो मटेरियल्स की लेआउट "पॉलिमर कंपाऊंड तयारीच्या घटक म्हणून अजैविक घटक फायबर वापरणे" तंत्रज्ञानामध्ये हार्बिन इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजी "कार्बन फायबर ट्रीटमेंट", "कार्बन फायबर आणि ऑक्सिजन-युक्त कंपाऊंड कंपोझिट्स" आणि इतर तंत्रज्ञानाच्या लेआउटवर लक्ष केंद्रित करते.
याशिवाय, जागतिक पेटंटच्या वार्षिक सांख्यिकीय वितरण आकडेवारीवरून असे आढळून आले आहे की गेल्या तीन वर्षांत अनेक नवीन हॉट स्पॉट्स उदयास येऊ लागले आहेत, जसे की: "मुख्य साखळीत कार्बोक्झिलेट बाँडिंग रिअॅक्शनच्या निर्मितीतून मिळवलेल्या पॉलिमाइड्सची रचना", "मुख्य साखळीत 1 कार्बोक्झिलिक अॅसिड एस्टर बॉन्ड्सच्या निर्मितीतून पॉलिस्टर रचना", "सिंथेटिक मटेरियलवर आधारित कंपोझिट मटेरियल", "कार्बन फायबर कंपोझिट्सच्या घटक म्हणून ऑक्सिजन संयुगे असलेले चक्रीय कार्बोक्झिलिक अॅसिड", "कार्बन फायबर कंपोझिट्सच्या घनीकरण किंवा उपचाराच्या त्रिमितीय स्वरूपात", "पॉलिमर कंपोझिट्सच्या उत्पादनासाठी केवळ कार्बन-कार्बन असंतृप्त बाँड अभिक्रियाद्वारे असंतृप्त इथर, एसिटल, सेमी-एसिटल, केटोन किंवा अल्डीहाइड", "अ‍ॅडियाबॅटिक मटेरियल पाईप किंवा केबल", "फॉस्फेट एस्टरसह घटक म्हणून कार्बन फायबर कंपोझिट्स" आणि असेच.
अलिकडच्या वर्षांत, कार्बन फायबर क्षेत्रात संशोधन आणि विकास (R&D) उदयास आले आहे, ज्यामध्ये बहुतेक प्रगती युनायटेड स्टेट्स आणि जपानमधून आली आहे. नवीनतम अत्याधुनिक तंत्रज्ञान केवळ कार्बन फायबर उत्पादन आणि तयारी तंत्रज्ञानावरच लक्ष केंद्रित करत नाही तर हलके, 3D प्रिंटिंग आणि वीज निर्मिती साहित्य यासारख्या ऑटोमोटिव्ह सामग्रीच्या विस्तृत श्रेणीतील अनुप्रयोगांवर देखील लक्ष केंद्रित करते. याव्यतिरिक्त, कार्बन फायबर सामग्रीचे पुनर्वापर आणि पुनर्वापर, लाकूड लिग्निन कार्बन फायबर तयार करणे आणि इतर कामगिरीमध्ये चमकदार कामगिरी आहे. प्रातिनिधिक निकाल खाली वर्णन केले आहेत:
१) यूएस जॉर्जिया इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजीने तिसऱ्या पिढीतील कार्बन फायबर तंत्रज्ञानाचा वापर केला
जुलै २०१५ मध्ये, DARPA निधीसह, जॉर्जिया इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजीने, त्यांच्या नाविन्यपूर्ण पॅन-आधारित कार्बन फायबर जेल स्पिनिंग तंत्राने, त्यांचे मापांक लक्षणीयरीत्या वाढवले, हर्शी IM7 कार्बन फायबरला मागे टाकले, जे आता लष्करी विमानांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते, ज्यामुळे जपाननंतर कार्बन फायबर तंत्रज्ञानाच्या तिसऱ्या पिढीवर प्रभुत्व मिळवणारा जगातील दुसरा देश बनला.
कुमार्झने बनवलेल्या जेल स्पिनिंग कार्बन फायबरची तन्य शक्ती 5.5 ते 5.8Gpa पर्यंत पोहोचते आणि तन्य मापांक 354-375gpa दरम्यान असतो. "हे सतत फायबर आहे जे व्यापक कामगिरीच्या सर्वोच्च शक्ती आणि मापांकासह नोंदवले गेले आहे. लहान फिलामेंट बंडलमध्ये, 12.1Gpa पर्यंत तन्य शक्ती, तीच सर्वोच्च पॉलीएक्रिलोनिट्राइल कार्बन फायबर आहे."
२) इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक वेव्ह हीटिंग तंत्रज्ञान
२०१४ मध्ये, नेडोने इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक वेव्ह हीटिंग तंत्रज्ञान विकसित केले. इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक वेव्ह कार्बोनायझेशन तंत्रज्ञान म्हणजे वातावरणीय दाबावर फायबरचे कार्बनीकरण करण्यासाठी इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक वेव्ह हीटिंग तंत्रज्ञानाचा वापर. प्राप्त कार्बन फायबरची कार्यक्षमता मुळात उच्च तापमानाच्या गरमीमुळे तयार होणाऱ्या कार्बन फायबरसारखीच असते, लवचिक मापांक २४०GPA पेक्षा जास्त पोहोचू शकतो आणि ब्रेकवर वाढ १.५% पेक्षा जास्त असते, जे जगातील पहिले यश आहे.
फायबरसारख्या पदार्थाचे कार्बनीकरण इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक वेव्हद्वारे केले जाते, जेणेकरून उच्च तापमान गरम करण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या कार्बनीकरण भट्टीच्या उपकरणांची आवश्यकता भासत नाही. या प्रक्रियेमुळे कार्बनीकरणासाठी लागणारा वेळच कमी होत नाही तर ऊर्जेचा वापर देखील कमी होतो आणि CO2 उत्सर्जन देखील कमी होते.
३) कार्बनीकरण प्रक्रियेचे सूक्ष्म नियंत्रण
मार्च २०१४ मध्ये, टोरे यांनी t1100g कार्बन फायबरच्या यशस्वी विकासाची घोषणा केली. टोरे पारंपारिक पॅन सोल्यूशन स्पिनिंग तंत्रज्ञानाचा वापर करून कार्बनायझेशन प्रक्रियेचे बारीक नियंत्रण करतात, नॅनोस्केलवर कार्बन फायबरची सूक्ष्म रचना सुधारतात, ग्रेफाइट मायक्रोक्रिस्टलाइन ओरिएंटेशन, मायक्रोक्रिस्टलाइन आकार, कार्बनायझेशन नंतर फायबरमधील दोष आणि अशाच गोष्टी नियंत्रित करतात, जेणेकरून ताकद आणि लवचिक मापांक मोठ्या प्रमाणात सुधारता येईल. t1100g ची तन्य शक्ती 6.6GPa आहे, जी T800 पेक्षा 12% जास्त आहे आणि लवचिक मापांक 324GPa आहे आणि 10% ने वाढली आहे, जी औद्योगिकीकरण टप्प्यात प्रवेश करत आहे.
४) पृष्ठभाग उपचार तंत्रज्ञान
तेजिन ईस्ट स्टेटने प्लाझ्मा पृष्ठभाग उपचार तंत्रज्ञान यशस्वीरित्या विकसित केले आहे जे काही सेकंदात कार्बन फायबरचे स्वरूप नियंत्रित करू शकते. हे नवीन तंत्रज्ञान संपूर्ण उत्पादन प्रक्रिया लक्षणीयरीत्या सुलभ करते आणि इलेक्ट्रोलाइट जलीय द्रावणांसाठी विद्यमान पृष्ठभाग उपचार तंत्रज्ञानाच्या तुलनेत 50% ने ऊर्जेचा वापर कमी करते. शिवाय, प्लाझ्मा उपचारानंतर, असे आढळून आले की फायबर आणि रेझिन मॅट्रिक्सचे आसंजन देखील सुधारले आहे.
५) उच्च तापमानाच्या ग्रेफाइट वातावरणात कार्बन फायबर तन्य शक्तीच्या धारणा दराचा अभ्यास
निंगबो मटेरियल्सने घरगुती उच्च शक्ती आणि उंच मोड कार्बन फायबरच्या प्रक्रिया विश्लेषण, रचना संशोधन आणि कार्यप्रदर्शन ऑप्टिमायझेशनवर तपशीलवार अभ्यास यशस्वीरित्या केला, विशेषतः उच्च तापमान ग्रेफाइट वातावरणात कार्बन फायबर तन्य शक्तीच्या धारणा दरावरील संशोधन कार्य आणि उच्च शक्ती आणि उच्च मॉड्यूलस कार्बन फायबरची अलिकडच्या यशस्वी तयारी 5.24GPa आणि तन्य मॉड्यूलस व्हॉल्यूम 593GPa सह, जपानच्या टोरे m60j उच्च-शक्तीच्या उच्च-मोल्डेड कार्बन फायबर (तन्य शक्ती 3.92GPa, तन्य मॉड्यूलस 588GPa) च्या तुलनेत तन्य शक्तीचा फायदा अजूनही आहे.
६) मायक्रोवेव्ह ग्रेफाइट
योंगडा अॅडव्हान्स्ड मटेरियल्सने युनायटेड स्टेट्स एक्सक्लुझिव्ह पेटंट अल्ट्रा-हाय टेम्परेचर ग्रेफाइट तंत्रज्ञान यशस्वीरित्या विकसित केले आहे, मध्यम आणि उच्च-ऑर्डर कार्बन फायबरचे उत्पादन, उच्च-ऑर्डर कार्बन फायबरच्या विकासातील तीन अडथळे यशस्वीरित्या पार केले आहेत, ग्रेफाइट उपकरणे महाग आहेत आणि आंतरराष्ट्रीय नियंत्रणाखाली आहेत, कच्च्या रेशीम रासायनिक तंत्रज्ञानाच्या अडचणी आहेत, उत्पादन उत्पन्न कमी आहे आणि किंमत जास्त आहे. आतापर्यंत, योंगडाने 3 प्रकारचे कार्बन फायबर विकसित केले आहेत, ज्या सर्वांनी मूळ तुलनेने कमी दर्जाच्या कार्बन फायबरची ताकद आणि मापांक एका नवीन उंचीवर नेला आहे.
७) जर्मनीतील फ्रॉनहोफर द्वारे पॅन-आधारित कार्बन फायबर कच्च्या वायरच्या वितळण्याच्या कताईची नवीन प्रक्रिया
फ्रॉनहोफर इन्स्टिट्यूट ऑफ अप्लाइड पॉलिमर्स (अप्लाइड पॉलिमर रिसर्च, आयएपी) ने अलीकडेच घोषणा केली की ते २५ एप्रिल २०१८ रोजी होणाऱ्या बर्लिन एअर शो इला येथे नवीनतम कॉमकार्बन तंत्रज्ञान प्रदर्शित करेल. हे तंत्रज्ञान मोठ्या प्रमाणात उत्पादित कार्बन फायबरचा उत्पादन खर्च मोठ्या प्रमाणात कमी करते.
आकृती ४ कच्च्या तारांचे वितळणे.
पारंपारिक प्रक्रियांमध्ये, पॅन-आधारित कार्बन फायबरच्या उत्पादन खर्चाच्या निम्मे भाग कच्च्या तार उत्पादन प्रक्रियेत खर्च होतो हे सर्वज्ञात आहे. कच्च्या तार वितळण्यास असमर्थता लक्षात घेता, ते महागड्या सोल्युशन स्पिनिंग प्रक्रियेचा वापर करून तयार केले पाहिजे (सोल्युशन स्पिनिंग). "या उद्देशाने, आम्ही पॅन-आधारित कच्च्या रेशीम उत्पादनासाठी एक नवीन प्रक्रिया विकसित केली आहे, जी कच्च्या तारेचा उत्पादन खर्च 60% कमी करू शकते. ही एक किफायतशीर आणि व्यवहार्य वितळणारी स्पिनिंग प्रक्रिया आहे, ज्यामध्ये विशेषतः विकसित केलेल्या फ्यूज्ड पॅन-आधारित कोपॉलिमरचा वापर केला जातो." फ्रॉनहोफर आयएपी इन्स्टिट्यूटमधील जैविक पॉलिमर मंत्री डॉ. जोहान्स गॅन्स्टर यांनी स्पष्ट केले.
८) प्लाझ्मा ऑक्सिडेशन तंत्रज्ञान
4M कार्बन फायबरने घोषणा केली की ते केवळ तंत्रज्ञानाचा परवाना देण्यासाठी नव्हे तर उच्च-गुणवत्तेच्या, कमी किमतीच्या कार्बन फायबरचे उत्पादन आणि विक्री करण्यासाठी प्लाझ्मा ऑक्सिडेशन तंत्रज्ञानाचा वापर धोरणात्मक लक्ष केंद्रित करेल. 4M चा दावा आहे की प्लाझ्मा ऑक्सिडेशन तंत्रज्ञान पारंपारिक ऑक्सिडेशन तंत्रज्ञानापेक्षा 3 पट वेगवान आहे, तर उर्जेचा वापर पारंपारिक तंत्रज्ञानाच्या एक तृतीयांशपेक्षा कमी आहे. आणि अनेक आंतरराष्ट्रीय कार्बन फायबर उत्पादकांनी या विधानांना मान्यता दिली आहे, जे कमी किमतीच्या कार्बन फायबरच्या उत्पादनात सहभागी होण्यासाठी जगातील अनेक सर्वात मोठ्या कार्बन फायबर उत्पादक आणि ऑटोमेकर्सशी सल्लामसलत करत आहेत.
९) सेल्युलोज नॅनो फायबर
जपानमधील क्योटो विद्यापीठ, इलेक्ट्रिकल इन्स्टॉलेशन कंपनी (टोयोटाची सर्वात मोठी पुरवठादार) आणि डायक्योनिशिकावा कॉर्प सारख्या अनेक प्रमुख घटक पुरवठादारांसह, सेल्युलोज नॅनोफायबर एकत्र करणाऱ्या प्लास्टिक सामग्रीच्या विकासावर काम करत आहे. ही सामग्री लाकडाच्या लगद्याला काही मायक्रॉनमध्ये (प्रति हजार मिमी 1) तोडून बनवली जाते. नवीन सामग्रीचे वजन स्टीलच्या वजनाच्या फक्त एक पंचमांश आहे, परंतु त्याची ताकद स्टीलच्या पाचपट आहे.
१०) पॉलीओलेफिन आणि लिग्निन कच्च्या मालाचा कार्बन फायबर फ्रंट बॉडी
अमेरिकेतील ओक रिज राष्ट्रीय प्रयोगशाळा २००७ पासून कमी किमतीच्या कार्बन फायबर संशोधनावर काम करत आहे आणि त्यांनी पॉलीओलेफिन आणि लिग्निन कच्च्या मालासाठी कार्बन फायबर फ्रंट बॉडीज तसेच प्रगत प्लाझ्मा प्री-ऑक्सिडेशन आणि मायक्रोवेव्ह कार्बनायझेशन तंत्रज्ञान विकसित केले आहे.
११) नवीन पॉलिमर (प्रिकर्सर पॉलिमर) रेफ्रेक्टरी ट्रीटमेंट काढून विकसित करण्यात आला.
टोकियो विद्यापीठाच्या नेतृत्वाखालील उत्पादन पद्धतीमध्ये, रेफ्रेक्ट्री ट्रीटमेंट काढून टाकण्यासाठी एक नवीन पॉलिमर (प्रिकर्सर पॉलिमर) विकसित करण्यात आला आहे. मुख्य मुद्दा असा आहे की पॉलिमरला रेशीममध्ये फिरवल्यानंतर, ते मूळ रेफ्रेक्ट्री ट्रीटमेंट करत नाही, तर ते सॉल्व्हेंटमध्ये ऑक्सिडायझेशन करण्यास कारणीभूत ठरते. नंतर मायक्रोवेव्ह हीटिंग डिव्हाइस कार्बनायझेशनसाठी 1000 ℃ पेक्षा जास्त तापमानात गरम केले जाते. गरम होण्यास फक्त 2-3 मिनिटे लागतात. कार्बनायझेशन ट्रीटमेंटनंतर, पृष्ठभागावरील उपचार करण्यासाठी प्लाझ्मा देखील वापरला जातो, जेणेकरून कार्बन फायबर बनवता येईल. प्लाझ्मा ट्रीटमेंटला 2 मिनिटांपेक्षा कमी वेळ लागतो. अशा प्रकारे, 30-60 मिनिटांचा मूळ सिंटरिंग वेळ सुमारे 5 मिनिटांपर्यंत कमी करता येतो. नवीन उत्पादन पद्धतीमध्ये, कार्बन फायबर आणि थर्मोप्लास्टिक रेझिनमधील CFRP बेस मटेरियल म्हणून बंध सुधारण्यासाठी प्लाझ्मा ट्रीटमेंट केले जाते. नवीन उत्पादन पद्धतीद्वारे उत्पादित कार्बन फायबरचा टेन्सिल इलास्टिक मॉड्यूलस 240GPa आहे, टेन्सिल स्ट्रेंथ 3.5GPa आहे आणि लांबी 1.5% पर्यंत पोहोचते. ही मूल्ये टोरे युनिव्हर्सल ग्रेड कार्बन फायबर T300 सारखीच आहेत जी क्रीडा साहित्य इत्यादींसाठी वापरली जातात.
१२) फ्लुइडाइज्ड बेड प्रक्रियेचा वापर करून कार्बन फायबर मटेरियलचे पुनर्वापर आणि वापर
अभ्यासाचे पहिले लेखक मेंगरान मेंग म्हणाले: "कार्बन फायबर पुनर्प्राप्ती कच्च्या कार्बन फायबर उत्पादनाच्या तुलनेत पर्यावरणावर होणारा परिणाम कमी करते, परंतु संभाव्य पुनर्वापर तंत्रज्ञानाबद्दल आणि कार्बन फायबर वापराच्या पुनर्वापराच्या आर्थिक व्यवहार्यतेबद्दल मर्यादित जागरूकता आहे." "पुनर्वापरात दोन टप्पे लागतात: तंतू प्रथम कार्बन फायबर कंपोझिट्समधून पुनर्प्राप्त केले पाहिजेत आणि यांत्रिक ग्राइंडिंग मटेरियलद्वारे किंवा पायरोलिसिस किंवा फ्लुइडाइज्ड बेड प्रक्रिया वापरून थर्मली विघटित केले पाहिजेत. या पद्धती कंपोझिट मटेरियलचा प्लास्टिक भाग काढून टाकतात, कार्बन फायबर सोडतात, जे नंतर ओले पेपरमेकिंग तंत्रज्ञानाचा वापर करून गोंधळलेल्या फायबर मॅट्समध्ये रूपांतरित केले जाऊ शकते किंवा दिशात्मक तंतूंमध्ये पुन्हा व्यवस्थित केले जाऊ शकते.
संशोधकांनी असा अंदाज लावला की कार्बन फायबर कंपोझिट कचऱ्यापासून द्रवीकृत बेड प्रक्रियेचा वापर करून कार्बन फायबर मिळवता येतो, ज्यासाठी फक्त 5 डॉलर्स/किलो लागतात आणि प्राथमिक कार्बन फायबर तयार करण्यासाठी आवश्यक असलेल्या 10% पेक्षा कमी ऊर्जा लागते. द्रवीकृत बेड प्रक्रियेद्वारे उत्पादित पुनर्नवीनीकरण केलेले कार्बन फायबर मापांक कमी करण्यास कठीण असतात आणि प्राथमिक कार्बन फायबरच्या तुलनेत तन्य शक्ती 18% ते 50% पर्यंत कमी होते, ज्यामुळे ते ताकदीऐवजी उच्च कडकपणा आवश्यक असलेल्या अनुप्रयोगांसाठी योग्य बनतात. "पुनर्नवीनीकरण केलेले कार्बन फायबर ऑटोमोटिव्ह, बांधकाम, पवन आणि क्रीडा उद्योगांसारख्या हलक्या वजनाच्या गैर-संरचनात्मक अनुप्रयोगांसाठी योग्य असू शकतात," मेंग म्हणाले.
१३) अमेरिकेत कार्बन फायबर रिसायकलिंगची नवीन तंत्रज्ञान विकसित झाली.
जून २०१६ मध्ये, युनायटेड स्टेट्समधील जॉर्जिया इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजीच्या संशोधकांनी इपॉक्सी रेझिन विरघळवण्यासाठी अल्कोहोल असलेल्या सॉल्व्हेंटमध्ये कार्बन फायबर भिजवले, वेगळे केलेले तंतू आणि इपॉक्सी रेझिन पुन्हा वापरता येतात, कार्बन फायबर पुनर्प्राप्तीची यशस्वी प्राप्ती होते.
जुलै २०१७ मध्ये, वॉशिंग्टन स्टेट युनिव्हर्सिटीने कार्बन फायबर रिकव्हरी तंत्रज्ञान देखील विकसित केले, ज्यामध्ये कमकुवत आम्लाचा उत्प्रेरक म्हणून वापर केला गेला, थर्मोसेटिंग पदार्थांचे विघटन करण्यासाठी तुलनेने कमी तापमानात द्रव इथेनॉलचा वापर केला गेला, विघटित कार्बन फायबर आणि रेझिन स्वतंत्रपणे जतन केले गेले आणि पुनरुत्पादनात ठेवले जाऊ शकतात.
१४) अमेरिकेतील एलएलएनएल प्रयोगशाळेत ३डी प्रिंटिंग कार्बन फायबर इंक तंत्रज्ञानाचा विकास.
मार्च २०१७ मध्ये, युनायटेड स्टेट्समधील लॉरेन्स लिव्हमोर नॅशनल लॅबोरेटरी (LLNL) ने पहिले 3D प्रिंटेड उच्च-कार्यक्षमता, एव्हिएशन-ग्रेड कार्बन फायबर कंपोझिट विकसित केले. त्यांनी जटिल त्रिमितीय संरचना तयार करण्यासाठी डायरेक्ट इंक ट्रान्समिशन (DIW) च्या 3D प्रिंटिंग पद्धतीचा वापर केला ज्यामुळे ऑटोमोटिव्ह, एरोस्पेस, संरक्षण आणि मोटरसायकल स्पर्धा आणि सर्फिंगमध्ये वापरण्यासाठी प्रक्रिया गतीमध्ये मोठ्या प्रमाणात सुधारणा झाली.
१५) वीज निर्मितीसाठी कार्बन फायबरच्या विकासात अमेरिका, कोरिया आणि चीन सहकार्य करतात.
ऑगस्ट २०१७ मध्ये, टेक्सास विद्यापीठाच्या डॅलस कॅम्पस, कोरियातील हानयांग विद्यापीठ, चीनमधील नानकाई विद्यापीठ आणि इतर संस्थांनी वीज निर्मितीसाठी कार्बन फायबर धाग्याच्या साहित्याच्या विकासात सहकार्य केले. धागा प्रथम ब्राइनसारख्या इलेक्ट्रोलाइट द्रावणात भिजवला जातो, ज्यामुळे इलेक्ट्रोलाइटमधील आयन कार्बन नॅनोट्यूबच्या पृष्ठभागावर जोडता येतात, जे धागा घट्ट किंवा ताणल्यावर विद्युत उर्जेमध्ये रूपांतरित होऊ शकतात. हे साहित्य विश्वसनीय गतिज उर्जेसह कोणत्याही ठिकाणी वापरले जाऊ शकते आणि IoT सेन्सर्सना वीज पुरवण्यासाठी योग्य आहे.
१६) अनुक्रमे चिनी आणि अमेरिकन लोकांनी मिळवलेल्या लाकूड लिग्निन कार्बन फायबरच्या संशोधनात नवीन प्रगती.
मार्च २०१७ मध्ये, निंगबो इन्स्टिट्यूट ऑफ मटेरियल्स टेक्नॉलॉजी अँड इंजिनिअरिंगच्या विशेष फायबर टीमने एस्टेरिफिकेशन आणि फ्री रॅडिकल कोपॉलिमरायझेशन टू-स्टेप मॉडिफिकेशन तंत्रज्ञानाचा वापर करून चांगल्या स्पिनॅबिलिटी आणि थर्मल स्थिरतेसह लिग्निन-अ‍ॅक्रेलोनिट्राइल कोपॉलिमर तयार केले. कोपॉलिमर आणि वेट स्पिनिंग प्रक्रियेचा वापर करून उच्च दर्जाचे सतत फिलामेंट्स मिळवले गेले आणि थर्मल स्टेबिलायझेशन आणि कार्बनायझेशन ट्रीटमेंटनंतर कॉम्पॅक्ट कार्बन फायबर प्राप्त झाले.
ऑगस्ट २०१७ मध्ये, युनायटेड स्टेट्समधील वॉशिंग्टन विद्यापीठातील बिर्गिट अहरिंग संशोधन पथकाने लिग्निन आणि पॉलीएक्रिलोनिट्राइल वेगवेगळ्या प्रमाणात मिसळले आणि नंतर मिश्रित पॉलिमरचे कार्बन फायबरमध्ये रूपांतर करण्यासाठी मेल्ट स्पिनिंग तंत्रज्ञानाचा वापर केला. अभ्यासात असे आढळून आले की २०% ~ ३०% मध्ये जोडलेल्या लिग्निनचा कार्बन फायबरच्या ताकदीवर परिणाम झाला नाही आणि ऑटोमोटिव्ह किंवा विमानाच्या भागांसाठी कमी किमतीच्या कार्बन फायबर सामग्रीच्या उत्पादनात वापर होण्याची अपेक्षा होती.
२०१७ च्या अखेरीस, राष्ट्रीय अक्षय ऊर्जा प्रयोगशाळेने (NREL) कॉर्न स्ट्रॉ आणि गव्हाच्या स्ट्रॉ सारख्या वनस्पतींच्या टाकाऊ भागांचा वापर करून अ‍ॅक्रिलोनिट्राइलच्या निर्मितीवर संशोधन प्रसिद्ध केले. ते प्रथम वनस्पतींच्या पदार्थांचे साखरेत विघटन करतात आणि नंतर त्यांचे आम्लांमध्ये रूपांतर करतात आणि त्यांना स्वस्त उत्प्रेरकांसह एकत्रित करून लक्ष्यित उत्पादने तयार करतात.
१७) जपानने पहिले कार्बन फायबर प्रबलित थर्मोप्लास्टिक कंपोझिट कार चेसिस विकसित केले
ऑक्टोबर २०१७ मध्ये, जपानच्या नवीन ऊर्जा उद्योग तंत्रज्ञानाने एकत्रित केलेल्या संशोधन आणि विकास एजन्सी आणि नागोया विद्यापीठाच्या राष्ट्रीय संमिश्र संशोधन केंद्राने जगातील पहिले कार्बन फायबर प्रबलित थर्मोप्लास्टिक कंपोझिट कार चेसिस यशस्वीरित्या विकसित केले. ते स्वयंचलित लांब फायबर प्रबलित थर्मोप्लास्टिक कंपोझिट थेट ऑनलाइन मोल्डिंग प्रक्रिया, सतत कार्बन फायबर आणि थर्मोप्लास्टिक रेझिन कणांचे मिश्रण, फायबर प्रबलित कंपोझिट तयार करणे आणि नंतर गरम आणि वितळण्याच्या कनेक्शनद्वारे, थर्मोप्लास्टिक CFRP कार चेसिसचे यशस्वी उत्पादन वापरतात.
५. चीनमधील कार्बन फायबर तंत्रज्ञानाच्या संशोधन आणि विकासाबाबत सूचना
५.१ भविष्यसूचक मांडणी, ध्येयाभिमुख, कार्बन फायबर तंत्रज्ञानाच्या तिसऱ्या पिढीला मोडण्यावर लक्ष केंद्रित करणे
चीनची दुसरी पिढीची कार्बन फायबर तंत्रज्ञान अद्याप एक व्यापक प्रगती नाही, आपल्या देशाने आपल्या संबंधित संशोधन संस्थांना एकत्र आणणारी दूरदृष्टी असलेली मांडणी करण्याचा प्रयत्न केला पाहिजे, प्रमुख तंत्रज्ञानाच्या कॅप्चरवर लक्ष केंद्रित केले पाहिजे, उच्च-कार्यक्षमता असलेल्या कार्बन फायबर तयारी तंत्रज्ञानाच्या तिसऱ्या पिढीचे लक्ष केंद्रित केले पाहिजे. संशोधन आणि विकास (म्हणजेच एरोस्पेस उच्च शक्ती, उच्च मॉड्यूलस कार्बन फायबर तंत्रज्ञानासाठी लागू), आणि विकसित केलेले कार्बन फायबर संमिश्र साहित्य तंत्रज्ञान, ज्यामध्ये ऑटोमोटिव्ह, बांधकाम आणि दुरुस्ती आणि इतर हलके, कमी किमतीचे मोठे टो कार्बन फायबर तयारी, अॅडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग तंत्रज्ञान कार्बन फायबर संमिश्र साहित्य, पुनर्वापर तंत्रज्ञान आणि जलद प्रोटोटाइपिंग तंत्रज्ञान यांचा समावेश आहे.
५.२ सहयोगी संशोधनाला सतत पाठिंबा देण्यासाठी संघटनांचे समन्वय साधणे, पाठिंबा मजबूत करणे, प्रमुख तांत्रिक प्रकल्पांची स्थापना करणे.
सध्या, चीनमध्ये कार्बन फायबर संशोधन करण्यासाठी अनेक संस्था आहेत, परंतु शक्ती विखुरलेली आहे आणि प्रभावी समन्वयासाठी एकीकृत संशोधन आणि विकास संघटना यंत्रणा आणि मजबूत निधी समर्थन नाही. प्रगत देशांच्या विकास अनुभवावरून पाहता, या तांत्रिक क्षेत्राच्या विकासाला चालना देण्यात प्रमुख प्रकल्पांची संघटना आणि मांडणी मोठी भूमिका बजावते. मोठे प्रकल्प सुरू करण्यासाठी, सहयोगी तांत्रिक नवोपक्रम मजबूत करण्यासाठी आणि चीनच्या कार्बन फायबर संशोधन तंत्रज्ञानाच्या पातळीला, आंतरराष्ट्रीय कार्बन फायबर आणि कंपोझिटसाठी स्पर्धांना सतत प्रोत्साहन देण्यासाठी चीनच्या कार्बन फायबर प्रगती संशोधन आणि विकास तंत्रज्ञानाच्या दृष्टीने आपण चीनच्या अॅडव्हान्टेज संशोधन आणि विकास शक्तीवर लक्ष केंद्रित केले पाहिजे.
५.३ तांत्रिक कामगिरीच्या अनुप्रयोग परिणाम अभिमुखतेच्या मूल्यांकन यंत्रणेत सुधारणा करणे.
SCI पेपर्सच्या अर्थमितीय विश्लेषणाच्या दृष्टिकोनातून, चीनचे कार्बन फायबर हे संशोधनाच्या विविध क्षेत्रात वापरले जाणारे उच्च-शक्तीचे कार्यप्रदर्शन साहित्य आहे, परंतु कार्बन फायबर उत्पादन आणि तयारी तंत्रज्ञानासाठी, विशेषतः खर्च कमी करण्यावर लक्ष केंद्रित करणे, कमी संशोधनाची उत्पादन कार्यक्षमता सुधारणे. कार्बन फायबर उत्पादन प्रक्रिया लांब आहे, तंत्रज्ञानाचे प्रमुख मुद्दे आहेत, उच्च उत्पादन अडथळे आहेत, एक बहु-अनुशासनात्मक, बहु-तंत्रज्ञान एकत्रीकरण आहे, तांत्रिक अडथळ्यांना पार करणे आवश्यक आहे, "कमी खर्चाचे, उच्च कार्यक्षमता" कोर तयारी तंत्रज्ञान संशोधन आणि विकास प्रभावीपणे प्रोत्साहन देण्यासाठी, एकीकडे, संशोधन गुंतवणूक मजबूत करणे आवश्यक आहे, दुसरीकडे, वैज्ञानिक संशोधन कामगिरी मूल्यांकनाचे क्षेत्र कमकुवत करणे आवश्यक आहे, तांत्रिक कामगिरीच्या अनुप्रयोग प्रभाव मूल्यांकनाचे मार्गदर्शन मजबूत करणे आणि पेपरच्या प्रकाशनाकडे लक्ष देणाऱ्या "परिमाणात्मक" मूल्यांकनापासून निकालांच्या मूल्याच्या "गुणवत्तेच्या" मूल्यांकनाकडे वळणे आवश्यक आहे.
५.४ अत्याधुनिक तंत्रज्ञानाच्या संयुक्त प्रतिभेच्या जोपासना मजबूत करणे
कार्बन फायबर तंत्रज्ञानाचा उच्च-तंत्रज्ञानाचा गुणधर्म विशेष प्रतिभांचे महत्त्व ठरवतो, त्यांच्याकडे अत्याधुनिक मुख्य तांत्रिक कर्मचारी आहेत की नाही हे संस्थेच्या संशोधन आणि विकासाची पातळी थेट ठरवते.
कार्बन फायबर तंत्रज्ञानाच्या संशोधन आणि विकास दुव्यांमुळे, सर्व दुव्यांचे समन्वय आणि विकास सुनिश्चित करण्यासाठी आपण कंपाऊंड कर्मचाऱ्यांच्या प्रशिक्षणाकडे लक्ष दिले पाहिजे. याव्यतिरिक्त, चीनमधील कार्बन फायबर संशोधनाच्या विकास इतिहासावरून, तंत्रज्ञानाच्या मुख्य तज्ञांचा प्रवाह हा बहुतेकदा संशोधन संस्थेच्या संशोधन आणि विकास पातळीवर परिणाम करणारा एक महत्त्वाचा घटक असतो. उत्पादन प्रक्रिया, संमिश्र आणि प्रमुख उत्पादनांमध्ये मुख्य तज्ञ आणि संशोधन आणि विकास संघांचे निर्धारण सतत तंत्रज्ञान अपग्रेडसाठी महत्वाचे आहे.
आपण या क्षेत्रातील विशेष उच्च-तंत्रज्ञान कर्मचाऱ्यांचे प्रशिक्षण आणि वापर मजबूत करणे, तंत्रज्ञान संशोधन आणि विकास प्रतिभांसाठी मूल्यांकन आणि उपचार धोरण सुधारणे, तरुण प्रतिभांच्या जोपासना मजबूत करणे, परदेशी प्रगत संशोधन संस्थांशी सहकार्य आणि देवाणघेवाणीला सक्रियपणे पाठिंबा देणे आणि परदेशी प्रगत प्रतिभांचा जोमाने परिचय करून देणे इत्यादी गोष्टी सुरू ठेवल्या पाहिजेत. हे चीनमध्ये कार्बन फायबर संशोधनाच्या विकासाला चालना देण्यात मोठी भूमिका बजावेल.
उद्धृत -
जागतिक कार्बन फायबर तंत्रज्ञानाच्या विकासाचे आणि चीनला मिळालेल्या ज्ञानाचे विश्लेषण. तियान याजुआन, झांग झिकियांग, ताओ चेंग, यांग मिंग, बा जिन, चेन युनवेई.जागतिक विज्ञान-तंत्रज्ञान संशोधन आणि विकास.२०१८
पोस्ट वेळ: डिसेंबर-०४-२०१८