Gentian karbon adalah bahan baharu bukan organik gentian polimer bukan organik dengan kandungan karbon melebihi 95%, dengan ketumpatan rendah, kekuatan tinggi, rintangan suhu tinggi, kestabilan kimia yang tinggi, anti-keletihan, lap tahan haus dan lain-lain sifat fizikal dan kimia asas yang sangat baik, dan mempunyai pengecilan getaran yang tinggi, kekonduksian terma konduktif yang baik, prestasi pelindung elektromagnet dan pekali pengembangan haba yang rendah. Ciri-ciri cemerlang ini menjadikan gentian karbon digunakan secara meluas dalam aeroangkasa, transit rel, pembuatan kenderaan, senjata dan peralatan, jentera pembinaan, pembinaan infrastruktur, kejuruteraan marin, kejuruteraan petroleum, tenaga angin, barangan sukan dan bidang lain.
Berdasarkan keperluan strategik negara bagi bahan gentian karbon, China telah menyenaraikannya sebagai salah satu teknologi teras industri baru muncul yang memberi tumpuan kepada sokongan. Dalam perancangan Sains dan teknologi "Dua Belas Lima" kebangsaan, penyediaan dan teknologi aplikasi gentian karbon berprestasi tinggi adalah salah satu teknologi teras industri baru muncul strategik yang disokong oleh negeri. Mei 2015, Majlis Negeri secara rasmi mengeluarkan "Made in China 2025", bahan baharu sebagai salah satu bidang utama promosi dan pembangunan yang giat, termasuk bahan struktur berprestasi tinggi, komposit termaju adalah tumpuan pembangunan dalam bidang bahan baharu. Pada Oktober 2015, Kementerian Perindustrian dan Industri Maklumat secara rasmi menerbitkan "Pelan Hala Tuju Teknologi Bidang Utama China 2025", "gentian berprestasi tinggi dan kompositnya" sebagai bahan strategik utama, matlamat 2020 ialah "komposit gentian karbon domestik untuk memenuhi keperluan teknikal pesawat besar dan peralatan penting lain." November 2016, Majlis Negeri mengeluarkan "Tiga Belas Lima" pelan Pembangunan Industri Strategik baru muncul negara, jelas menunjukkan untuk mengukuhkan sokongan kerjasama huluan dan hiliran industri bahan baharu, dalam komposit gentian karbon dan bidang lain untuk menjalankan demonstrasi perintis aplikasi kolaboratif, membina platform aplikasi kolaboratif. Pada Januari 2017, Kementerian Perindustrian dan Pembangunan, NDRC, sains dan teknologi, dan Kementerian Kewangan bersama-sama merumuskan "Panduan kepada pembangunan industri bahan baharu", dan mencadangkan bahawa pada 2020, "dalam komposit gentian karbon, keluli khas berkualiti tinggi, bahan aloi ringan termaju dan bidang lain untuk mencapai lebih daripada 70 bahan penting baharu pada tahap perindustrian dan aplikasi bahan sistem pembangunan yang menyokong peralatan sistem proses pembangunan, industri.
Oleh kerana gentian karbon dan kompositnya memainkan peranan penting dalam pertahanan negara dan mata pencarian Rakyat, ramai pakar memberi tumpuan kepada pembangunan dan analisis aliran penyelidikan mereka. Dr. Zhou Hong menyemak sumbangan saintifik dan teknologi yang dibuat oleh saintis Amerika pada peringkat awal pembangunan teknologi gentian karbon berprestasi tinggi, dan mengimbas dan melaporkan 16 aplikasi utama dan kemajuan teknologi terkini gentian karbon, dan teknologi pengeluaran, sifat dan aplikasi gentian karbon poliakrilonitril dan pembangunan teknologi semasanya telah dikaji semula oleh Dr. Wei Xin, dll. pembangunan gentian karbon di China. Di samping itu, ramai orang telah menjalankan penyelidikan mengenai analisis metrologi kertas dan paten dalam bidang gentian karbon dan kompositnya. Sebagai contoh, Ma Xianglin dan lain-lain dari sudut pandangan metrologi dari pengagihan paten gentian karbon 1998-2017 dan aplikasi bidang analisis; Yang Sisi dan lain-lain berdasarkan platform innografi untuk carian paten fabrik karbon global dan statistik data, daripada trend pembangunan tahunan paten, paten, Titik panas teknologi paten dan paten teras teknologi dianalisis.
Dari perspektif penyelidikan gentian karbon dan trajektori pembangunan, penyelidikan China hampir disegerakkan dengan dunia, tetapi pembangunan adalah perlahan, skala pengeluaran serat karbon berprestasi tinggi dan kualiti berbanding dengan negara asing mempunyai jurang, terdapat keperluan mendesak untuk mempercepatkan R & amp; d proses, memajukan susun atur strategik, merebut peluang pembangunan industri masa hadapan. Oleh itu, kertas kerja ini terlebih dahulu menyiasat susun atur projek negara dalam bidang penyelidikan gentian karbon, untuk memahami perancangan R & amp; laluan d di pelbagai negara, dan kedua, kerana penyelidikan asas dan penyelidikan aplikasi gentian karbon adalah sangat penting untuk penyelidikan teknikal dan pembangunan gentian karbon, oleh itu, Kami menjalankan analisis metrologi daripada hasil penyelidikan akademik-kertas SCI dan hasil penyelidikan gunaan-paten pada masa yang sama untuk mendapatkan pemahaman yang komprehensif tentang R & amp; d kemajuan dalam bidang gentian karbon, dan untuk mengimbas perkembangan penyelidikan terkini dalam bidang ini ke Peep International Frontier R & amp; d kemajuan. Akhir sekali, berdasarkan hasil penyelidikan di atas, beberapa cadangan untuk laluan penyelidikan dan pembangunan dalam bidang gentian karbon di China dikemukakan.
2. Cgentian arbonsusun atur projek penyelidikan daripadanegara/wilayah utama
Negara pengeluaran utama gentian karbon termasuk Jepun, Amerika Syarikat, Korea Selatan, beberapa negara Eropah dan Taiwan, China. Negara teknologi maju pada peringkat awal pembangunan teknologi gentian karbon telah menyedari kepentingan bahan ini, telah menjalankan susun atur strategik, bersungguh-sungguh menggalakkan pembangunan bahan gentian karbon.
2.1 Jepun
Jepun adalah negara yang paling maju untuk teknologi gentian karbon. 3 syarikat di Toray, Bong dan Mitsubishi Liyang di Jepun menyumbang kira-kira 70%~80% bahagian pasaran global pengeluaran gentian karbon. Namun begitu, Jepun amat mementingkan untuk mengekalkan kekuatannya dalam bidang ini, khususnya pembangunan gentian karbon berasaskan pan berprestasi tinggi dan teknologi tenaga dan mesra alam, dengan sokongan manusia dan kewangan yang kukuh, dan dalam beberapa dasar asas, termasuk pelan tenaga asas, garis besar strategik untuk pertumbuhan ekonomi dan Protokol Kyoto, Telah menjadikan ini sebagai projek strategik yang harus dimajukan. Berdasarkan asas tenaga negara dan Dasar Alam Sekitar, Kementerian Ekonomi, industri dan harta benda Jepun telah mengemukakan "Program Penyelidikan dan Pembangunan teknologi penjimatan tenaga". Disokong oleh dasar di atas, industri gentian karbon Jepun telah dapat memusatkan semua aspek sumber dengan lebih berkesan dan menggalakkan penyelesaian masalah biasa dalam industri gentian karbon.
"Pembangunan teknologi seperti bahan struktur baharu yang inovatif" (2013-2022) ialah projek yang dilaksanakan di bawah "projek penyelidikan Pembangunan Masa Depan" di Jepun untuk mencapai pembangunan teknologi bahan struktur inovatif yang diperlukan dengan ketara dan gabungan bahan yang berbeza, dengan objektif utama mengurangkan ringan (separuh daripada berat kereta) alat pengangkutan. Dan akhirnya menyedari aplikasi praktikalnya. Selepas mengambil alih projek penyelidikan dan pembangunan pada tahun 2014, Agensi Pembangunan Teknologi Perindustrian (NEDO) membangunkan beberapa subprojek di mana objektif keseluruhan projek penyelidikan Serat karbon "Penyelidikan dan pembangunan asas gentian karbon yang inovatif" adalah: untuk membangunkan sebatian prekursor gentian karbon baharu; untuk menjelaskan mekanisme pembentukan struktur pengkarbonan; dan untuk membangunkan dan menyeragamkan kaedah penilaian gentian karbon. Projek yang diketuai oleh Universiti Tokyo dan bersama-sama melibatkan Institut Teknologi Perindustrian (NEDO), Toray, Teijin, Dongyuan, dan Mitsubishi Liyang, telah mencapai kemajuan yang ketara pada Januari 2016 dan merupakan satu lagi kejayaan besar dalam bidang gentian karbon berasaskan pan berikutan penciptaan "mod Kondo" di Jepun pada tahun 1959.
2.2 Amerika Syarikat
Agensi pra-penyelidikan pertahanan AS (DARPA) melancarkan projek Fiber Struktur Termaju pada tahun 2006 dengan tujuan untuk mengumpulkan tenaga penyelidikan saintifik dominan negara untuk membangunkan gentian struktur generasi akan datang berdasarkan gentian karbon. Disokong oleh projek ini, pasukan penyelidik Institut Teknologi Georgia di Amerika Syarikat menerobos teknologi penyediaan wayar mentah pada 2015, meningkatkan modulus keanjalannya sebanyak 30%, menandakan Amerika Syarikat dengan kapasiti pembangunan gentian karbon generasi ketiga.
Pada tahun 2014, Jabatan Tenaga Amerika Syarikat (JAS) mengumumkan subsidi 11.3 juta dolar untuk dua projek mengenai "proses pemangkin pelbagai langkah untuk penukaran gula biojisim yang tidak boleh dimakan kepada akrilonitril" dan "penyelidikan dan pengoptimuman akrilonitril yang diperolehi daripada pengeluaran biojisim yang berkos tinggi" untuk menggalakkan penggunaan kos-kos tinggi yang boleh diperbaharui pada pertanian yang boleh diperbaharui. bahan gentian karbon untuk pengeluaran bahan mentah bukan berasaskan makanan boleh diperbaharui, seperti biojisim kayu, dan merancang untuk mengurangkan kos pengeluaran gentian karbon boleh diperbaharui biojisim kepada kurang daripada $5/lb menjelang 2020.
Pada Mac 2017, Jabatan Tenaga AS sekali lagi mengumumkan 3.74 juta dolar dalam membiayai "projek R & amp; d komponen gentian karbon kos rendah" yang diketuai oleh Western American Institute (WRI), yang memfokuskan pada pembangunan komponen gentian karbon kos rendah berdasarkan sumber seperti arang batu dan biojisim.
Julai 2017, Jabatan Tenaga AS mengumumkan pembiayaan sebanyak 19.4 juta dolar untuk menyokong penyelidikan dan pembangunan kenderaan cekap tenaga termaju, 6.7 juta daripadanya digunakan untuk membiayai penyediaan gentian karbon kos rendah menggunakan bahan pengiraan, termasuk pembangunan kaedah penilaian pelbagai skala untuk teknologi komputer bersepadu untuk menilai keghairahan pembelajaran molekul gentian karbon baharu yang lain, pendahuluan molekul gentian karbon baharu yang berfungsi. alat digunakan untuk membangunkan alat komputer terkini untuk meningkatkan kecekapan pemilihan bahan mentah gentian karbon kos rendah.
2.3 Eropah
Industri gentian karbon Eropah berkembang di Jepun dan Amerika Syarikat pada tahun tujuh puluhan atau lapan puluhan abad ke-20, tetapi disebabkan teknologi dan modal, banyak syarikat pengeluar gentian karbon tunggal tidak mematuhi tempoh pertumbuhan tinggi permintaan gentian karbon selepas 2000 tahun dan hilang, Syarikat Jerman SGL ialah satu-satunya syarikat di Eropah yang mempunyai bahagian utama pasaran gentian karbon dunia.
Pada November 2011, Kesatuan Eropah melancarkan Projek Eucarbon, yang bertujuan untuk meningkatkan keupayaan pembuatan Eropah dalam gentian karbon dan bahan pra-impregnat untuk aeroangkasa. Projek itu berlangsung selama 4 tahun, dengan jumlah pelaburan sebanyak 3.2 juta euro, dan pada Mei 2017 berjaya menubuhkan barisan pengeluaran gentian karbon khas pertama Eropah untuk aplikasi angkasa seperti satelit, sekali gus membolehkan Eropah beralih daripada pergantungan importnya kepada produk dan memastikan keselamatan bekalan bahan.
Rangka kerja Ketujuh EU merancang untuk menyokong "gentian karbon berfungsi dalam penyediaan sistem prekursor baharu dengan projek kos efektif dan terurus" (FIBRALSPEC) (2014-2017) dalam euro 6.08 juta. Projek 4 tahun, yang diketuai oleh Universiti Teknikal Nasional Athens, Greece, dengan penyertaan syarikat multinasional seperti Itali, United Kingdom dan Ukraine, tertumpu pada inovasi dan penambahbaikan proses penyediaan berterusan gentian karbon berasaskan poliakrilonitril untuk mencapai pengeluaran eksperimen gentian karbon berasaskan pan secara berterusan. Projek ini telah berjaya menyelesaikan pembangunan dan penggunaan gentian karbon dan teknologi komposit yang dipertingkatkan daripada sumber polimer organik boleh diperbaharui (seperti supercapacitors, tempat perlindungan kecemasan pantas, serta prototaip mesin salutan putar elektrik mekanikal dan pembangunan barisan pengeluaran nanofibers, dsb.).
Bilangan sektor perindustrian yang semakin meningkat, seperti automotif, kuasa angin dan pembinaan kapal, memerlukan komposit ringan dan berprestasi tinggi, yang merupakan pasaran berpotensi besar untuk industri gentian karbon. EU melabur 5.968 juta euro untuk melancarkan projek Carboprec (2014-2017), matlamat strategiknya adalah untuk membangunkan prekursor kos rendah daripada bahan boleh diperbaharui yang banyak terdapat di Eropah dan untuk meningkatkan pengeluaran gentian karbon berprestasi tinggi melalui tiub nano karbon.
Program penyelidikan Cleansky II Kesatuan Eropah membiayai projek "R&d tayar komposit" (2017), yang diketuai oleh Institut Fraunhofer untuk Kebolehpercayaan Pengeluaran dan Sistem (LBF) di Jerman, yang merancang untuk membangunkan komponen roda hadapan untuk pesawat komposit bertetulang gentian karbon untuk Airbus A320, Matlamatnya adalah untuk mengurangkan berat sebanyak 40% berbanding bahan logam konvensional. Projek ini dibiayai oleh kira-kira EUR 200,000.
2.4 Korea
R & amp; gentian karbon Korea Selatan; D dan Perindustrian bermula lewat, R & amp; D bermula pada 2006, 2013 mula memasuki peringkat praktikal secara rasmi, membalikkan gentian karbon Korea yang semuanya bergantung kepada import keadaan. Kepada kumpulan xiaoxing tempatan Korea Selatan dan Perniagaan Taiguang sebagai wakil perintis industri yang terlibat secara aktif dalam bidang susun atur industri gentian karbon, pembangunan momentum adalah kukuh. Selain itu, pangkalan pengeluaran gentian karbon yang ditubuhkan oleh Toray Japan di Korea juga telah menyumbang kepada pasaran gentian karbon di Korea sendiri.
Kerajaan Korea telah memilih untuk menjadikan xiaoxing Kumpulan A tempat perhimpunan bagi industri inovatif gentian karbon. Matlamatnya adalah untuk membentuk kluster industri bahan gentian karbon, menggalakkan pembangunan ekosistem ekonomi kreatif di seluruh wilayah Utara, matlamat utama adalah untuk membentuk bahan gentian karbon → bahagian → rantaian pengeluaran sehenti produk siap, penubuhan kluster inkubasi gentian karbon boleh dipadankan dengan Silicon Valley di Amerika Syarikat, meneroka pasaran baharu, mencipta nilai tambah baharu, Mencapai sasaran $10 bilion dalam eksport yang berkaitan dengan gentian karbon2. yuan) menjelang 2020.
3. analisis penyelidikan gentian karbon global dan hasil penyelidikan
Subseksyen ini mengira kertas SCI yang berkaitan dengan penyelidikan gentian karbon dan keputusan paten DII sejak 2010, untuk menganalisis penyelidikan akademik dan penyelidikan industri dan pembangunan teknologi gentian karbon global pada masa yang sama, dan memahami sepenuhnya kemajuan penyelidikan dan pembangunan gentian karbon di peringkat antarabangsa.
Data yang diperoleh daripada pangkalan data Scie dan pangkalan data Dewent dalam web pangkalan data Sains yang diterbitkan oleh Clarivate Analytics; julat masa perolehan: 2010-2017; tarikh dapat semula: 1 Februari 2018.
Strategi Pengambilan Kertas SCI: Ts=((carbonfibre* atau Carbonfiber* atau ("Gentian Karbon*" bukan"Karbon Gentian Kaca") atau "gentian karbon*" atau "karbonfilamen*" atau ((polyacrylonitrile atau pic) dan "prekursor*" dan gentian*) atau ("gentian grafit*")) bukan () 。
Strategi Carian Paten Dewent: Ti=((carbonfibre* atau Carbonfiber* atau ("Serat karbon*" bukan"Serat kaca karbon") atau "serat karbon*" atau "filamen karbon*" atau ((polyacrylonitrile atau pic) dan "prekursor*" dan gentian*) atau ("serat grafit*")) bukan ("serabut karbon* atau TS*) ("Serat karbon*" bukan"gentian kaca karbon") atau "serat karbon*" atau "filamen karbon*" atau ((polyacrylonitrile atau pitch) dan "prekursor*" dan gentian*) atau ("gentian grafit*")) bukan ("karbon buluh")) danIP=(D01F-009/12 atau D09/1F200 atau D09/1F-09 D01F-009/14 atau D01F-009/145atau D01F-009/15 atau D01F-009/155 atau D01F-009/16 atau D01F-009/17 atau D01F-009/18 atau D01F-009/20 atau D01F-009/20 atau D01F-009/22 atau D01F-009/24 atau D01F-009/26 atauD01F-09/28 atau D01F-009/30 atau D01F-009/32 atau C08K-007/02 atau C08J-005/04 atau D01F-009/30 atau D01F-009/32 atau C08K-007/02 atau C08J-005/04 atau D405/04/C06M atau D06M-101/40 atau D21H-013/50 atau H01H-001/027 atauH01R-039/24).
3.1 arah aliran
Sejak 2010, 16,553 kertas kerja berkaitan telah diterbitkan di seluruh dunia, dan 26390 paten ciptaan telah digunakan, semuanya menunjukkan arah aliran menaik yang stabil dari tahun ke tahun (Rajah 1).
3.2 Taburan negara atau wilayah
10 institusi teratas dengan pengeluaran terbesar kertas penyelidikan gentian karbon global adalah dari China, di mana 5 teratas ialah: Akademi Sains China, Institut Teknologi Harbin, Universiti Teknologi Barat Laut, Universiti Donghua, Institut Aeronautik dan Astronautik Beijing. Antara institusi asing, Institut Teknologi India, Universiti Tokyo, Universiti Bristol, Universiti Monash, Universiti Manchester dan Kedudukan Institut Teknologi Georgia antara 10~20 (Rajah 3).
Bilangan permohonan paten dalam 30 institusi teratas, Jepun mempunyai 5, dan 3 daripadanya berada dalam lima teratas, syarikat Toray menduduki tempat pertama, diikuti oleh Mitsubishi Liyang (ke-2), Teijin (ke-4), Negeri Timur (ke-10), Syarikat Tekstil Toyo Jepun (ke-24), China mempunyai 21 institusi, Kumpulan Sinopec mempunyai bilangan paten terbesar di kedua-dua, syarikat kabel Har Kebin, kedudukan ketiga di Institut Teknologi Har Kebin. Universiti, China Shanghai Petrokimia, Industri Kimia Beijing, dll., Akademi Sains China Shanxi Coal aplikasi ciptaan Paten 66, menduduki tempat ke-27, institusi Korea Selatan mempunyai 2, di mana Xiaoxing Co., Ltd. menduduki tempat pertama, menduduki tempat ke-8.
Institusi output, keluaran kertas terutamanya dari universiti dan institusi penyelidikan saintifik, keluaran paten terutamanya daripada syarikat itu, dapat dilihat bahawa pembuatan serat karbon adalah industri berteknologi tinggi, sebagai badan utama serat karbon R & amp; d Pembangunan Industri, syarikat amat mementingkan perlindungan gentian karbon R & amp; d teknologi, terutamanya 2 syarikat utama di Jepun, Bilangan paten adalah jauh di hadapan.
3.4 Titik Panas Penyelidikan
Kertas penyelidikan gentian karbon merangkumi kebanyakan topik penyelidikan: Komposit gentian karbon (termasuk komposit bertetulang gentian karbon, komposit matriks polimer, dsb.), penyelidikan sifat mekanikal, analisis unsur terhingga, nanotube karbon, delaminasi, tetulang, keletihan, mikrostruktur, putaran elektrostatik, rawatan permukaan, penjerapan dan sebagainya. Kertas yang berkaitan dengan kata kunci ini menyumbang 38.8% daripada jumlah keseluruhan kertas.
Paten ciptaan gentian karbon merangkumi kebanyakan topik yang berkaitan dengan penyediaan gentian karbon, peralatan pengeluaran dan bahan komposit. Antaranya, Jepun Toray, Mitsubishi Liyang, Teijin dan syarikat lain dalam "sebatian polimer bertetulang gentian karbon" dalam bidang susun atur teknikal yang penting, di samping itu, Toray dan Mitsubishi Liyang dalam "pengeluaran Polyacrylonitrile gentian karbon dan peralatan pengeluaran", "dengan nitril tak tepu, seperti polyacrylonitrile, polyvinythylidene technologie lain-lain pengeluaran karbonidea yang besar" bahagian susun atur paten, dan syarikat Teijin Jepun dalam "komposit sebatian gentian karbon dan oksigen" mempunyai bahagian yang lebih besar daripada susun atur paten.
Kumpulan Sinopec China, Universiti Kimia Beijing, Akademi Sains China Bahan Ningbo dalam "pengeluaran poliakrilonitril gentian karbon dan peralatan pengeluaran" mempunyai sebahagian besar susun atur paten; Di samping itu, Universiti Kejuruteraan Kimia Beijing, Akademi Sains China Institut Kimia Arang Shanxi dan Akademi Sains Ningbo bahan utama Reka Letak "Menggunakan gentian unsur tak organik sebagai bahan penyediaan sebatian polimer" teknologi mempunyai Institut Teknologi Harbin memfokuskan pada susun atur "rawatan gentian karbon", "komposit kompaun gentian karbon dan oksigen yang mengandungi" dan teknologi lain.
Di samping itu, didapati daripada statistik pengedaran statistik tahunan paten global bahawa beberapa titik panas baru telah mula muncul dalam tiga tahun kebelakangan ini, seperti: "Komposisi poliamida yang diperoleh daripada pembentukan tindak balas ikatan karboksilat dalam rantai utama", "komposisi poliester daripada pembentukan 1 asid karboksilik ikatan ester dalam rantaian utama", "komposit sintetik asid karboksik mengandungi bahan sintetik" sebatian oksigen sebagai bahan komposit gentian karbon", "dalam bentuk tiga dimensi pemejalan atau rawatan bahan tekstil", "eter tak tepu, asetal, separa asetal, keton atau aldehid melalui hanya tindak balas ikatan tak tepu karbon-karbon kepada penghasilan Sebatian polimer", "paip atau kabel bahan adiabatik", " Komposit gentian karbon dengan bahan-bahan sosfosfat.
Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, R & amp; d dalam sektor gentian karbon telah muncul, dengan kebanyakan penemuan datang dari Amerika Syarikat dan Jepun Teknologi canggih terkini memberi tumpuan bukan sahaja pada teknologi pengeluaran dan penyediaan gentian karbon, tetapi juga pada aplikasi dalam julat yang lebih luas bahan automotif, seperti bahan ringan, percetakan 3D dan penjanaan kuasa. Di samping itu, kitar semula dan kitar semula bahan gentian karbon, penyediaan gentian karbon lignin kayu dan pencapaian lain mempunyai prestasi mata yang cerah. Keputusan perwakilan diterangkan di bawah:
1) Institut Teknologi Georgia AS menerobos teknologi gentian karbon generasi ketiga
Pada Julai 2015, dengan pembiayaan DARPA, Institut Teknologi Georgia, dengan teknik pemintalan gel gentian karbon berasaskan kuali yang inovatif, meningkatkan modulusnya dengan ketara, mengatasi gentian Hershey IM7 Karbon, yang kini digunakan secara meluas dalam pesawat tentera, menandakan negara kedua di dunia menguasai teknologi gentian karbon generasi ketiga selepas Jepun.
Kekuatan tegangan gentian karbon berputar gel yang dibuat oleh Kumarz mencapai 5.5 hingga 5.8Gpa, dan modulus tegangan adalah antara 354-375gpa. "Ini adalah gentian berterusan yang telah dilaporkan dengan kekuatan tertinggi dan modulus prestasi komprehensif. Dalam berkas filamen pendek, kekuatan tegangan sehingga 12.1Gpa, yang sama adalah gentian karbon poliakrilonitril tertinggi."
2) Teknologi pemanasan gelombang elektromagnet
Pada tahun 2014, Nedo membangunkan teknologi pemanasan gelombang elektromagnet. Teknologi pengkarbonan gelombang elektromagnet merujuk kepada penggunaan teknologi pemanasan gelombang elektromagnet untuk pengkarbonan gentian pada tekanan atmosfera. Prestasi gentian karbon yang diperolehi pada asasnya adalah sama dengan gentian karbon yang dihasilkan oleh pemanasan suhu tinggi, modulus elastik boleh mencapai lebih daripada 240GPA, dan pemanjangan semasa putus adalah lebih daripada 1.5%, yang merupakan kejayaan pertama di dunia.
Bahan seperti gentian dikarbonkan oleh gelombang elektromagnet, supaya peralatan relau pengkarbonan yang digunakan untuk pemanasan suhu tinggi tidak diperlukan. Proses ini bukan sahaja mengurangkan masa yang diperlukan untuk pengkarbonan, tetapi juga mengurangkan penggunaan tenaga dan mengurangkan pelepasan CO2.
3) kawalan halus proses pengkarbonan
Pada Mac 2014, Toray mengumumkan kejayaan pembangunan gentian karbon t1100g. Toray menggunakan teknologi pemintalan penyelesaian kuali tradisional untuk mengawal halus proses pengkarbonan, memperbaiki struktur mikro gentian karbon pada skala nano, mengawal orientasi mikrohablur grafit, saiz mikrohabluran, kecacatan dan sebagainya dalam gentian selepas pengkarbonan, supaya kekuatan dan modulus keanjalan dapat dipertingkatkan dengan banyak. Kekuatan tegangan t1100g ialah 6.6GPa, iaitu 12% lebih tinggi daripada T800, dan modulus elastik ialah 324GPa dan meningkat sebanyak 10%, yang memasuki peringkat perindustrian.
4) Teknologi Rawatan Permukaan
Negeri Timur Teijin telah berjaya membangunkan teknologi rawatan permukaan plasma yang boleh mengawal penampilan gentian karbon dalam beberapa saat sahaja. Teknologi baharu ini memudahkan keseluruhan proses pengeluaran dan mengurangkan penggunaan tenaga sebanyak 50% berbanding teknologi rawatan permukaan sedia ada untuk larutan akueus elektrolit. Selain itu, selepas rawatan plasma, didapati bahawa lekatan gentian dan matriks resin juga bertambah baik.
5) mengkaji kadar pengekalan kekuatan tegangan gentian karbon dalam persekitaran grafit suhu tinggi
Bahan Ningbo berjaya menjalankan kajian terperinci mengenai analisis proses, penyelidikan struktur dan pengoptimuman prestasi kekuatan tinggi domestik dan gentian karbon mod tinggi, terutamanya kerja penyelidikan mengenai kadar pengekalan kekuatan tegangan gentian karbon dalam persekitaran grafit suhu tinggi, dan penyediaan gentian karbon modulus kekuatan tinggi dan modulus yang lebih tinggi baru-baru ini yang berjaya dengan kekuatan tegangan 5.24GPa dan volum modulus tegangan yang berterusan Ia 593GPa mempunyai kelebihan berbanding kekuatan Jepun 593GPa. m60j gentian karbon teracu tinggi berkekuatan tinggi (kekuatan tegangan 3.92GPa, modulus tegangan 588GPa).
6) Grafit Gelombang Mikro
Yongda Advanced Materials telah berjaya membangunkan teknologi grafit suhu ultra tinggi paten eksklusif Amerika Syarikat, pengeluaran gentian karbon peringkat sederhana dan lebih tinggi, berjaya menembusi tiga kesesakan dalam pembangunan gentian karbon pesanan tinggi, peralatan grafit mahal dan di bawah kawalan antarabangsa, kesukaran teknologi kimia sutera mentah, hasil pengeluaran kos rendah dan tinggi. Setakat ini, Yongda telah membangunkan 3 jenis gentian karbon, yang kesemuanya telah meningkatkan kekuatan dan modulus gentian karbon gred asal yang agak rendah kepada ketinggian baharu.
7) Proses baharu pemintalan lebur wayar mentah gentian karbon berasaskan kuali oleh Fraunhofer, Jerman
Institut Polimer Gunaan Fraunhofer (Penyelidikan polimer gunaan, IAP) baru-baru ini mengumumkan bahawa ia akan mempamerkan teknologi Comcarbon terkini di Pameran Udara Berlin Ila pada 25 April 2018, 29hb. Teknologi ini sangat mengurangkan kos pengeluaran gentian karbon yang dihasilkan secara besar-besaran.
Rajah 4 Putaran lebur dawai mentah.
Umum mengetahui bahawa dalam proses tradisional, separuh daripada kos pengeluaran gentian karbon berasaskan pan digunakan dalam proses pengeluaran wayar mentah. Memandangkan ketidakupayaan wayar mentah untuk mencairkan, ia mesti dihasilkan menggunakan proses pemintalan larutan yang mahal (Solution Spinning). "Untuk tujuan ini, kami telah membangunkan proses baharu untuk pengeluaran sutera mentah berasaskan kuali, yang boleh mengurangkan kos pengeluaran dawai mentah sebanyak 60%. Ini adalah proses pemintalan lebur yang menjimatkan dan boleh dilaksanakan, menggunakan kopolimer berasaskan kuali bercantum yang dibangunkan khas. "Dr. Johannes Ganster, Menteri Polimer biologi di Institut Fraunhofer IAP, menjelaskan.
8) Teknologi pengoksidaan plasma
Gentian karbon 4M mengumumkan bahawa ia akan menggunakan teknologi pengoksidaan plasma untuk mengeluarkan dan menjual gentian karbon kos rendah berkualiti tinggi sebagai tumpuan strategik, bukan hanya untuk melesenkan teknologi. 4M mendakwa bahawa teknologi pengoksidaan plasma adalah 3 kali lebih cepat daripada teknologi pengoksidaan konvensional, manakala penggunaan tenaga kurang daripada satu pertiga daripada teknologi tradisional. Dan kenyataan itu telah disahkan oleh banyak pengeluar gentian karbon antarabangsa, yang sedang berunding dengan beberapa pengeluar dan pembuat gentian karbon terbesar di dunia untuk mengambil bahagian sebagai pemula pengeluaran gentian karbon kos rendah.
9) Serat Nano Selulosa
Universiti Kyoto Jepun, bersama beberapa pembekal komponen utama seperti syarikat pemasangan elektrik (pembekal terbesar Toyota) dan Daikyonishikawa Corp., sedang mengusahakan pembangunan bahan plastik yang menggabungkan serat nano selulosa, Bahan ini dibuat dengan memecahkan pulpa kayu kepada beberapa mikron (1 per seribu mm). Berat bahan baru hanya satu perlima daripada berat keluli, tetapi kekuatannya adalah lima kali ganda daripada keluli.
10) badan hadapan gentian karbon bahan mentah poliolefin dan lignin
Makmal Kebangsaan Oak Ridge di Amerika Syarikat telah mengusahakan penyelidikan gentian karbon kos rendah sejak 2007, dan mereka telah membangunkan badan hadapan gentian karbon untuk bahan mentah poliolefin dan lignin, serta teknologi pra-pengoksidaan plasma dan pengkarbonan gelombang mikro termaju.
11) Polimer baru (polimer prekursor) telah dibangunkan dengan mengeluarkan rawatan refraktori
Dalam kaedah pembuatan yang diketuai oleh Universiti Tokyo, polimer baru (polimer prekursor) telah dibangunkan untuk menghilangkan rawatan refraktori. Perkara utama ialah selepas memutar polimer menjadi sutera, ia tidak menjalankan rawatan refraktori asal, tetapi menyebabkannya teroksida dalam pelarut. Peranti pemanasan gelombang mikro kemudiannya dipanaskan kepada lebih daripada 1000 ℃ untuk pengkarbonan. Masa pemanasan hanya mengambil masa 2-3 minit. Selepas rawatan karbonisasi, plasma juga digunakan untuk menjalankan rawatan permukaan, supaya serat karbon boleh dibuat. Rawatan plasma mengambil masa kurang daripada 2 minit. Dengan cara ini, masa pensinteran asal 30-60 minit boleh dikurangkan kepada kira-kira 5 minit. Dalam kaedah pembuatan baru, rawatan plasma dijalankan untuk meningkatkan ikatan antara gentian karbon dan resin termoplastik sebagai bahan asas CFRP. Modulus keanjalan tegangan gentian karbon yang dihasilkan oleh kaedah pembuatan baharu ialah 240GPa, kekuatan tegangan ialah 3.5GPa dan pemanjangan mencapai 1.5%. Nilai ini adalah tahap yang sama dengan gentian karbon gred Toray Universal T300 yang digunakan untuk barangan sukan, dsb.
12) kitar semula dan penggunaan bahan gentian karbon menggunakan proses katil terbendalir
Mengran Meng, pengarang pertama kajian itu, berkata: "Pemulihan gentian karbon mengurangkan kesan ke atas alam sekitar berbanding pengeluaran gentian karbon mentah, tetapi terdapat kesedaran terhad tentang potensi teknologi kitar semula dan kemungkinan ekonomi untuk mengitar semula penggunaan gentian karbon. "Kitar semula mengambil dua peringkat: gentian mesti diperolehi semula daripada komposit gentian karbon dan terurai secara terma atau terurai secara terma melalui proses pengisaran mekanikal. Kaedah ini mengeluarkan bahagian plastik bahan komposit, meninggalkan gentian karbon, yang kemudiannya boleh ditukar menjadi tikar gentian kusut menggunakan teknologi pembuatan kertas basah, atau disusun semula menjadi gentian arah.
Para penyelidik mengira bahawa gentian karbon boleh diperoleh semula daripada sisa komposit gentian karbon menggunakan proses katil terbendalir, hanya memerlukan 5 dolar/kg dan kurang daripada 10% tenaga yang diperlukan untuk mengeluarkan gentian karbon utama. Gentian karbon kitar semula yang dihasilkan oleh proses katil terbendalir hampir tidak mengurangkan modulus, dan kekuatan tegangan dikurangkan sebanyak 18% hingga 50% berbanding gentian karbon primer, menjadikannya sesuai untuk aplikasi yang memerlukan kekukuhan tinggi dan bukannya kekuatan. "Gentian karbon kitar semula mungkin sesuai untuk aplikasi bukan struktur yang memerlukan ringan, seperti industri automotif, pembinaan, angin dan sukan," kata Meng.
13) Teknologi baharu kitar semula gentian karbon dibangunkan di Amerika Syarikat
Jun 2016, penyelidik di Institut Teknologi Georgia di Amerika Syarikat merendam gentian karbon dalam pelarut yang mengandungi alkohol untuk membubarkan resin epoksi, gentian yang dipisahkan dan resin epoksi boleh digunakan semula, merealisasikan kejayaan pemulihan gentian karbon.
Julai 2017, Washington State University juga membangunkan teknologi pemulihan gentian karbon, menggunakan asid lemah sebagai pemangkin, penggunaan etanol cecair pada suhu yang agak rendah untuk mengurai bahan termoset, gentian karbon terurai dan resin dipelihara secara berasingan, dan boleh dimasukkan ke dalam pembiakan.
14) Pembangunan teknologi dakwat gentian karbon percetakan 3D di makmal LLNL, Amerika Syarikat
Pada Mac 2017, Lawrence Livemore National Laboratory (LLNL) di Amerika Syarikat membangunkan komposit gentian karbon berprestasi tinggi berprestasi tinggi 3D yang pertama. Mereka menggunakan kaedah pencetakan 3D penghantaran dakwat langsung (DIW) untuk mencipta struktur tiga dimensi yang kompleks yang meningkatkan kelajuan pemprosesan untuk digunakan dalam pertandingan automotif, aeroangkasa, pertahanan dan motosikal serta melayari.
15) Amerika Syarikat, Korea dan China bekerjasama dalam pembangunan gentian karbon untuk penjanaan kuasa
Pada Ogos 2017, kampus Dallas di Universiti Texas, Universiti Hanyang di Korea, Universiti Nankai di China dan institusi lain bekerjasama dalam pembangunan bahan benang gentian karbon untuk penjanaan kuasa. Benang pertama kali direndam dalam larutan elektrolit seperti air garam, membolehkan ion dalam elektrolit melekat pada permukaan tiub nano karbon, yang boleh ditukar menjadi tenaga elektrik apabila benang diketatkan atau diregangkan. Bahan ini boleh digunakan di mana-mana tempat dengan tenaga kinetik yang boleh dipercayai dan sesuai untuk membekalkan kuasa kepada penderia IoT.
16) Kemajuan baru dalam penyelidikan serat karbon lignin kayu yang diperolehi oleh Cina dan Amerika masing-masing
Pada Mac 2017, pasukan gentian khas Institut Teknologi Bahan dan Kejuruteraan Ningbo menyediakan kopolimer lignin-akrilonitril dengan kebolehputaran yang baik dan kestabilan haba dengan menggunakan teknologi pengubahsuaian dua langkah pengesteran dan kopolimerisasi radikal bebas. Filamen berterusan berkualiti tinggi diperoleh dengan menggunakan kopolimer dan proses pemintalan basah, dan gentian karbon padat diterima selepas penstabilan haba dan rawatan pengkarbonan.
Pada Ogos 2017, pasukan penyelidik Birgitte ahring di University of Washington di Amerika Syarikat mencampurkan lignin dan polyacrylonitrile dalam perkadaran yang berbeza, dan kemudian menggunakan teknologi pemintalan cair untuk menukar polimer campuran kepada gentian karbon. Kajian mendapati bahawa lignin yang ditambah kepada 20%~30% tidak menjejaskan kekuatan gentian karbon dan dijangka akan digunakan dalam pengeluaran bahan gentian karbon kos rendah untuk bahagian automotif atau pesawat.
Pada penghujung tahun 2017, Makmal Tenaga Boleh Diperbaharui Kebangsaan (NREL) mengeluarkan penyelidikan mengenai pembuatan akrilonitril menggunakan bahagian sisa tumbuhan, seperti jerami jagung dan jerami gandum. Mereka mula-mula memecahkan bahan tumbuhan menjadi gula dan kemudian menukarnya kepada asid, dan menggabungkannya dengan pemangkin murah untuk menghasilkan produk sasaran.
17) Jepun membangunkan casis kereta komposit termoplastik bertetulang gentian karbon pertama
Oktober 2017, teknologi industri tenaga baharu Jepun menyepadukan R & amp; d Agensi dan Pusat Penyelidikan Komposit Kebangsaan Universiti Nagoya berjaya membangunkan casis kereta komposit termoplastik bertetulang gentian karbon pertama di dunia. Mereka menggunakan komposit termoplastik bertetulang gentian panjang automatik proses pengacuan dalam talian terus, gentian karbon berterusan dan pencampuran zarah resin termoplastik, pembuatan komposit bertetulang gentian, dan kemudian melalui sambungan pemanasan dan lebur, penghasilan casis kereta CFRP termoplastik yang berjaya.
5. cadangan R&D teknologi gentian karbon di China
5.1 Susun atur yang berpandangan ke hadapan, berorientasikan matlamat, fokus pada penembusan teknologi gentian karbon generasi ketiga
Teknologi gentian karbon generasi kedua China masih belum menjadi satu kejayaan yang komprehensif, negara kita harus cuba menjadi reka letak yang berpandangan ke hadapan yang akan menyatukan institusi penyelidikan kami yang berkaitan, menumpukan pada penangkapan teknologi utama, tumpuan generasi ketiga penyelidikan dan pembangunan teknologi penyediaan gentian karbon berprestasi tinggi (iaitu terpakai untuk kekuatan tinggi aeroangkasa, teknologi gentian karbon modulus tinggi dan teknologi bahan binaan automotif yang lain, termasuk teknologi komposit gentian karbon yang dibangunkan). penyediaan gentian karbon tunda besar yang ringan, kos rendah, teknologi pembuatan tambahan bahan komposit gentian karbon, teknologi kitar semula dan teknologi prototaip pantas.
5.2 Menyelaras organisasi, mengukuhkan sokongan, menubuhkan projek teknikal utama untuk menyokong penyelidikan kolaboratif secara berterusan
Pada masa ini, terdapat banyak institusi untuk menjalankan penyelidikan serat karbon di China, tetapi kuasa tersebar, dan tidak ada R & amp bersatu; d mekanisme organisasi dan sokongan pembiayaan yang kukuh untuk penyelarasan yang berkesan. Berdasarkan pengalaman pembangunan negara maju, organisasi dan susun atur projek utama memainkan peranan yang besar dalam menggalakkan pembangunan bidang teknikal ini. Kita harus memberi tumpuan kepada Kelebihan R & amp; d Force, memandangkan penemuan gentian karbon China R & amp; d untuk memulakan projek utama, mengukuhkan inovasi teknologi kolaboratif, dan sentiasa mempromosikan tahap teknologi penyelidikan gentian karbon China, persaingan untuk gentian karbon antarabangsa dan komposit.
5.3 Meningkatkan mekanisme penilaian orientasi kesan aplikasi pencapaian teknikal
Dari sudut pandangan analisis ekonometrik kertas SCI, gentian karbon China sebagai bahan prestasi kekuatan tinggi yang digunakan dalam pelbagai bidang penyelidikan, tetapi untuk teknologi pengeluaran dan penyediaan gentian karbon, terutamanya memberi tumpuan kepada mengurangkan kos, meningkatkan kecekapan pengeluaran kurang penyelidikan. Proses pengeluaran gentian karbon adalah panjang, perkara utama teknologi, halangan pengeluaran yang tinggi, adalah integrasi pelbagai disiplin, pelbagai teknologi, perlu menembusi halangan teknikal, untuk mempromosikan dengan berkesan "kos rendah, prestasi tinggi" penyelidikan dan pembangunan teknologi penyediaan teras, di satu pihak, perlu mengukuhkan pelaburan penyelidikan, sebaliknya, perlu melemahkan bidang penilaian prestasi penyelidikan saintifik dan pengukuhan penilaian prestasi teknikal, pengukuhan penilaian prestasi penyelidikan saintifik, penilaian "kuantitatif", yang memberi perhatian kepada penerbitan kertas, kepada penilaian "kualiti" nilai keputusan.
5.4 Memperkukuh penanaman bakat gabungan teknologi termaju
Atribut berteknologi tinggi bagi teknologi gentian karbon menentukan kepentingan bakat khusus, sama ada mereka mempunyai kakitangan teknikal teras termaju secara langsung menentukan tahap R & amp; D sesebuah institusi.
Hasil daripada pautan R&D teknologi gentian karbon, kita harus memberi perhatian kepada latihan kakitangan kompaun, untuk memastikan penyelarasan dan pembangunan semua pautan. Di samping itu, daripada sejarah pembangunan penyelidikan gentian karbon di China, aliran pakar teras teknologi sering menjadi faktor utama yang mempengaruhi R & amp; d peringkat institusi penyelidikan. Mengekalkan penetapan pakar teras dan R & amp; d dalam proses pengeluaran, komposit dan produk utama adalah penting untuk peningkatan teknologi yang berterusan.
Kita harus terus memperkukuh latihan dan penggunaan kakitangan berteknologi tinggi khusus dalam bidang ini, menambah baik dasar penilaian dan rawatan untuk Teknologi R & amp; d bakat, mengukuhkan penanaman bakat muda, aktif menyokong kerjasama dan pertukaran dengan R & amp maju asing; d institusi, dan bersungguh-sungguh memperkenalkan bakat maju asing, dsb. Ini akan memainkan peranan yang besar dalam menggalakkan pembangunan penyelidikan gentian karbon di China.
Dipetik daripada-
Analisis mengenai pembangunan teknologi gentian karbon global dan pencerahannya kepada China. Tian Yajuan,Zhang Zhiqiang,Tao Cheng,Yang ming,Ba jin,Chen Yunwei.R&D Teknologi Sains Dunia.2018
Masa siaran: Dis-04-2018