कार्बन फाइबर ९५% भन्दा माथि कार्बन सामग्री भएको अजैविक पोलिमर फाइबर अजैविक नयाँ सामग्री हो, कम घनत्व, उच्च शक्ति, उच्च तापक्रम प्रतिरोध, उच्च रासायनिक स्थिरता, थकान प्रतिरोधी, पहिरन प्रतिरोधी वाइप र अन्य उत्कृष्ट आधारभूत भौतिक र रासायनिक गुणहरू सहित, र उच्च कम्पन क्षीणन, राम्रो प्रवाहकीय थर्मल चालकता, विद्युत चुम्बकीय ढाल प्रदर्शन र कम थर्मल विस्तार गुणांक र अन्य विशेषताहरू छन्। यी उत्कृष्ट गुणहरूले कार्बन फाइबरलाई एयरोस्पेस, रेल ट्रान्जिट, सवारी साधन निर्माण, हतियार र उपकरण, निर्माण मेसिनरी, पूर्वाधार निर्माण, समुद्री इन्जिनियरिङ, पेट्रोलियम इन्जिनियरिङ, वायु ऊर्जा, खेलकुदका सामानहरू र अन्य क्षेत्रहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ।
कार्बन फाइबर सामग्रीको राष्ट्रिय रणनीतिक आवश्यकताहरूको आधारमा, चीनले यसलाई समर्थनमा केन्द्रित उदीयमान उद्योगहरूको मुख्य प्रविधिहरू मध्ये एकको रूपमा सूचीबद्ध गरेको छ। राष्ट्रिय "बाह्र-पाँच" विज्ञान र प्रविधि योजनामा, उच्च प्रदर्शन कार्बन फाइबरको तयारी र प्रयोग प्रविधि राज्यद्वारा समर्थित रणनीतिक उदीयमान उद्योगहरूको मुख्य प्रविधिहरू मध्ये एक हो। मे २०१५ मा, राज्य परिषद्ले आधिकारिक रूपमा "मेड इन चाइना २०२५" जारी गर्यो, नयाँ सामग्रीहरू उच्च-प्रदर्शन संरचनात्मक सामग्रीहरू सहितको बलियो पदोन्नति र विकासको प्रमुख क्षेत्रहरू मध्ये एकको रूपमा, उन्नत कम्पोजिटहरू नयाँ सामग्रीहरूको क्षेत्रमा विकासको केन्द्रबिन्दु हो। अक्टोबर २०१५ मा, उद्योग र सूचना उद्योग मन्त्रालयले आधिकारिक रूपमा "चीन निर्माण २०२५ प्रमुख क्षेत्र प्रविधि रोडम्याप", "उच्च-प्रदर्शन फाइबर र यसको कम्पोजिटहरू" एक प्रमुख रणनीतिक सामग्रीको रूपमा प्रकाशित गर्यो, २०२० को लक्ष्य "ठूला विमान र अन्य महत्त्वपूर्ण उपकरणहरूको प्राविधिक आवश्यकताहरू पूरा गर्न घरेलु कार्बन फाइबर कम्पोजिटहरू" हो। नोभेम्बर २०१६ मा, राज्य परिषद्ले "तेह्र-पाँच" राष्ट्रिय रणनीतिक उदीयमान उद्योग विकास योजना जारी गर्यो, जसले स्पष्ट रूपमा नयाँ सामग्री उद्योगलाई माथिल्लो र तलतिर सहयोग समर्थनलाई बलियो बनाउन, कार्बन फाइबर कम्पोजिट र अन्य क्षेत्रहरूमा सहयोगी अनुप्रयोग पाइलट प्रदर्शन गर्न, एक सहयोगी अनुप्रयोग प्लेटफर्म निर्माण गर्न औंल्यायो। जनवरी २०१७ मा, उद्योग र विकास मन्त्रालय, NDRC, विज्ञान र प्रविधि, र अर्थ मन्त्रालयले संयुक्त रूपमा "नयाँ सामग्री उद्योगहरूको विकासको लागि गाइड" तयार पारे, र २०२० सम्ममा, "कार्बन फाइबर कम्पोजिट, उच्च-गुणस्तरको विशेष स्टील, उन्नत प्रकाश मिश्र धातु सामग्री र अन्य क्षेत्रहरूमा ७० भन्दा बढी प्रमुख नयाँ सामग्री औद्योगिकीकरण र अनुप्रयोग प्राप्त गर्न, चीनको नयाँ सामग्री उद्योगको विकास स्तरसँग मेल खाने प्रक्रिया उपकरण समर्थन प्रणाली निर्माण गर्ने प्रस्ताव राख्यो।"
कार्बन फाइबर र यसका कम्पोजिटहरूले राष्ट्रिय रक्षा र जनताको जीविकोपार्जनमा महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्ने भएकाले, धेरै विज्ञहरूले तिनीहरूको विकास र अनुसन्धान प्रवृत्तिहरूको विश्लेषणमा ध्यान केन्द्रित गर्छन्। डा. झोउ होङले उच्च-प्रदर्शन कार्बन फाइबर प्रविधिको विकासको प्रारम्भिक चरणहरूमा अमेरिकी वैज्ञानिकहरूले गरेको वैज्ञानिक र प्राविधिक योगदानहरूको समीक्षा गरे, र कार्बन फाइबरको १६ मुख्य अनुप्रयोगहरू र हालसालैका प्राविधिक प्रगतिहरूमा स्क्यान र रिपोर्ट गरे, र पोलीएक्रिलोनिट्राइल कार्बन फाइबरको उत्पादन प्रविधि, गुणहरू र प्रयोग र यसको हालको प्राविधिक विकासको समीक्षा डा. वेई जिन, आदि द्वारा गरिएको थियो। यसले चीनमा कार्बन फाइबरको विकासमा अवस्थित समस्याहरूको लागि केही रचनात्मक सुझावहरू पनि अगाडि सार्छ। थप रूपमा, धेरै मानिसहरूले कार्बन फाइबर र यसको कम्पोजिटको क्षेत्रमा कागजातहरू र पेटेन्टहरूको मेट्रोलोजी विश्लेषणमा अनुसन्धान गरेका छन्। उदाहरणका लागि, मा सियाङलिन र अन्यले १९९८-२०१७ कार्बन फाइबर पेटेन्ट वितरण र विश्लेषणको क्षेत्रको प्रयोगबाट मेट्रोलोजीको दृष्टिकोणबाट; याङ सिसी र अन्यले विश्वव्यापी कार्बन फाइबर कपडा पेटेन्ट खोज र डेटा तथ्याङ्कको लागि इनोग्राफी प्लेटफर्मको आधारमा पेटेन्ट, पेटेन्ट प्राप्तकर्ताहरू, पेटेन्ट प्रविधि हटस्पट र प्रविधिको मुख्य पेटेन्टको वार्षिक विकास प्रवृत्तिबाट विश्लेषण गरेका छन्।
कार्बन फाइबर अनुसन्धान र विकास प्रक्षेपणको दृष्टिकोणबाट, चीनको अनुसन्धान लगभग विश्वसँग समक्रमित छ, तर विकास ढिलो छ, उच्च-प्रदर्शन कार्बन फाइबर उत्पादन स्केल र विदेशी देशहरूको तुलनामा गुणस्तरमा खाडल छ, अनुसन्धान प्रक्रियालाई गति दिन, रणनीतिक रूपरेखा अगाडि बढाउन, भविष्यको उद्योग विकास अवसरलाई सदुपयोग गर्न तत्काल आवश्यकता छ। त्यसकारण, यो पेपरले पहिले विभिन्न देशहरूमा अनुसन्धान र विकास मार्गहरूको योजना बुझ्नको लागि कार्बन फाइबर अनुसन्धानको क्षेत्रमा रहेका देशहरूको परियोजना रूपरेखाको अनुसन्धान गर्दछ, र दोस्रो, किनभने कार्बन फाइबरको आधारभूत अनुसन्धान र अनुप्रयोग अनुसन्धान कार्बन फाइबरको प्राविधिक अनुसन्धान र विकासको लागि धेरै महत्त्वपूर्ण छ, त्यसैले, हामी कार्बन फाइबरको क्षेत्रमा अनुसन्धान र प्रगतिको व्यापक बुझाइ प्राप्त गर्न र यस क्षेत्रमा हालैका अनुसन्धान विकासहरूलाई पिप इन्टरनेशनल फ्रन्टियर अनुसन्धान र प्रगतिमा स्क्यान गर्न शैक्षिक अनुसन्धान परिणामहरू-SCI कागजातहरू र लागू अनुसन्धान परिणामहरू-पेटेन्टहरूबाट मेट्रोलोजी विश्लेषण एकै समयमा गर्छौं। अन्तमा, माथिका अनुसन्धान परिणामहरूको आधारमा, चीनमा कार्बन फाइबरको क्षेत्रमा अनुसन्धान र विकास मार्गको लागि केही सुझावहरू अगाडि सारिएका छन्।
२. गआर्बोन फाइबरअनुसन्धान परियोजनाको रूपरेखाप्रमुख देशहरू/क्षेत्रहरू
कार्बन फाइबरको मुख्य उत्पादन गर्ने देशहरूमा जापान, संयुक्त राज्य अमेरिका, दक्षिण कोरिया, केही युरोपेली देशहरू र ताइवान, चीन समावेश छन्। कार्बन फाइबर प्रविधिको विकासको प्रारम्भिक चरणमा उन्नत प्रविधि भएका देशहरूले यस सामग्रीको महत्त्व बुझेका छन्, रणनीतिक रूपरेखा पूरा गरेका छन्, कार्बन फाइबर सामग्रीको विकासलाई जोडदार रूपमा प्रवर्द्धन गरेका छन्।
२.१ जापान
जापान कार्बन फाइबर प्रविधिको लागि सबैभन्दा विकसित देश हो। जापानको टोरे, बोङ र मित्सुबिशी लियाङका ३ कम्पनीहरूले कार्बन फाइबर उत्पादनको विश्वव्यापी बजार हिस्सा लगभग ७०% ~ ८०% ओगटेका छन्। तैपनि, जापानले यस क्षेत्रमा आफ्नो शक्ति कायम राख्नलाई ठूलो महत्त्व दिन्छ, विशेष गरी उच्च-प्रदर्शन प्यान-आधारित कार्बन फाइबर र ऊर्जा र वातावरणमैत्री प्रविधिहरूको विकास, बलियो मानव र वित्तीय सहयोगको साथ, र आधारभूत ऊर्जा योजना, आर्थिक वृद्धिको लागि रणनीतिक रूपरेखा र क्योटो प्रोटोकल सहित धेरै आधारभूत नीतिहरूमा, यसलाई एक रणनीतिक परियोजना बनाएको छ जुन अगाडि बढाउनु पर्छ। आधारभूत राष्ट्रिय ऊर्जा र वातावरणीय नीतिको आधारमा, जापानको अर्थतन्त्र, उद्योग र सम्पत्ति मन्त्रालयले "ऊर्जा बचत प्रविधि अनुसन्धान र विकास कार्यक्रम" अगाडि सारेको छ। माथिको नीतिद्वारा समर्थित, जापानी कार्बन फाइबर उद्योगले स्रोतका सबै पक्षहरूलाई अझ प्रभावकारी रूपमा केन्द्रीकृत गर्न र कार्बन फाइबर उद्योगमा सामान्य समस्याहरूको समाधानलाई प्रवर्द्धन गर्न सक्षम भएको छ।
"नवीनतम नयाँ संरचनात्मक सामग्री जस्ता प्रविधि विकास" (२०१३-२०२२) जापानमा "भविष्य विकास अनुसन्धान परियोजना" अन्तर्गत कार्यान्वयन गरिएको एक परियोजना हो जसले आवश्यक नवीन संरचनात्मक सामग्री प्रविधिको विकास र विभिन्न सामग्रीहरूको संयोजनलाई उल्लेखनीय रूपमा हासिल गर्न मद्दत गर्दछ, जसको मुख्य उद्देश्य यातायातका साधनहरूको हल्का तौल (कारको तौलको आधा) घटाउनु हो। र अन्ततः यसको व्यावहारिक प्रयोगलाई साकार पार्नु हो। २०१४ मा अनुसन्धान र विकास परियोजना लिएपछि, औद्योगिक प्रविधि विकास एजेन्सी (NEDO) ले धेरै उप-प्रोजेक्टहरू विकास गर्यो जसमा कार्बन फाइबर अनुसन्धान परियोजना "नवीनतम कार्बन फाइबर आधारभूत अनुसन्धान र विकास" को समग्र उद्देश्यहरू थिए: नयाँ कार्बन फाइबर पूर्ववर्ती यौगिकहरू विकास गर्नु; कार्बनाइजेशन संरचनाहरूको गठन संयन्त्रलाई स्पष्ट पार्नु; र कार्बन फाइबर मूल्याङ्कन विधिहरू विकास र मानकीकरण गर्नु। टोकियो विश्वविद्यालयको नेतृत्वमा र औद्योगिक प्रविधि संस्थान (NEDO), टोरे, तेइजिन, डोङयुआन र मित्सुबिशी लियाङको संयुक्त संलग्नतामा रहेको यो परियोजनाले जनवरी २०१६ मा उल्लेखनीय प्रगति गरेको छ र सन् १९५९ मा जापानमा "कोन्डो मोड" को आविष्कार पछि प्यान-आधारित कार्बन फाइबरको क्षेत्रमा अर्को प्रमुख सफलता हो।
२.२ संयुक्त राज्य अमेरिका
अमेरिकी रक्षा पूर्व-अनुसन्धान एजेन्सी (DARPA) ले २००६ मा उन्नत संरचनात्मक फाइबर परियोजना सुरु गरेको थियो जसको उद्देश्य देशको प्रमुख वैज्ञानिक अनुसन्धान बललाई कार्बन फाइबरमा आधारित अर्को पुस्ताको संरचनात्मक फाइबर विकास गर्न एकसाथ ल्याउनु थियो। यस परियोजनाद्वारा समर्थित, संयुक्त राज्य अमेरिकाको जर्जिया इन्स्टिच्युट अफ टेक्नोलोजीको अनुसन्धान टोलीले २०१५ मा कच्चा तार तयारी प्रविधिलाई तोड्यो, यसको लोचदार मोड्युलस ३०% ले बढायो, जसले संयुक्त राज्य अमेरिकालाई कार्बन फाइबरको तेस्रो पुस्ताको विकास क्षमताको साथ चिन्ह लगायो।
२०१४ मा, संयुक्त राज्य अमेरिकाको ऊर्जा विभाग (DOE) ले कृषि अवशेषहरूको प्रयोगलाई प्रवर्द्धन गर्न "खाद्य नभएको बायोमास चिनीलाई एक्रिलोनिट्राइलमा रूपान्तरण गर्न बहु-चरण उत्प्रेरक प्रक्रियाहरू" र "बायोमास उत्पादनबाट प्राप्त एक्रिलोनिट्राइलको अनुसन्धान र अनुकूलन" मा दुई परियोजनाहरूको लागि ११.३ मिलियन डलर अनुदान घोषणा गर्यो। यी परियोजनाहरू हुन्: काठ बायोमास जस्ता नवीकरणीय गैर-खाद्य-आधारित कच्चा पदार्थहरूको उत्पादनको लागि लागत-प्रतिस्पर्धी नवीकरणीय उच्च-प्रदर्शन कार्बन फाइबर सामग्रीहरूमा अनुसन्धान, र २०२० सम्ममा बायोमास नवीकरणीय कार्बन फाइबरको उत्पादन लागत $५/lb भन्दा कममा घटाउने योजना।
मार्च २०१७ मा, अमेरिकी ऊर्जा विभागले फेरि पश्चिमी अमेरिकी संस्थान (WRI) को नेतृत्वमा रहेको "कम लागतको कार्बन फाइबर कम्पोनेन्ट अनुसन्धान र विकास परियोजना" कोषमा ३.७४ मिलियन डलरको घोषणा गर्यो, जुन कोइला र बायोमास जस्ता स्रोतहरूमा आधारित कम लागतको कार्बन फाइबर कम्पोनेन्टहरूको विकासमा केन्द्रित छ।
जुलाई २०१७ मा, अमेरिकी ऊर्जा विभागले उन्नत ऊर्जा-कुशल सवारी साधनहरूको अनुसन्धान र विकासलाई समर्थन गर्न १९.४ मिलियन डलरको कोष घोषणा गर्यो, जसमध्ये ६.७ मिलियन कम्प्युटेसनल सामग्रीहरू प्रयोग गरेर कम लागतको कार्बन फाइबरको तयारीको लागि कोषमा प्रयोग गरिन्छ, जसमा नयाँ कार्बन फाइबर पूर्ववर्तीहरूको उत्साह मूल्याङ्कन गर्न एकीकृत कम्प्युटर प्रविधिको लागि बहु-स्तरीय मूल्याङ्कन विधिहरूको विकास, उन्नत आणविक गतिशीलता सहायता घनत्व कार्यात्मक सिद्धान्त, मेसिन लर्निङ र अन्य उपकरणहरू कम लागतको कार्बन फाइबर कच्चा पदार्थहरूको चयन दक्षता सुधार गर्न अत्याधुनिक कम्प्युटर उपकरणहरू विकास गर्न प्रयोग गरिन्छ।
२.३ युरोप
२० औं शताब्दीको सत्तरी वा अस्सीको दशकमा जापान र संयुक्त राज्य अमेरिकामा युरोपेली कार्बन फाइबर उद्योगको विकास भएको थियो, तर प्रविधि र पूँजीका कारण धेरै एकल-कार्बन फाइबर उत्पादक कम्पनीहरूले २००० वर्ष पछि कार्बन फाइबरको मागको उच्च वृद्धि अवधिलाई पालना गरेनन् र गायब भए। जर्मन कम्पनी SGL युरोपको एक मात्र कम्पनी हो जसको विश्वको कार्बन फाइबर बजारमा ठूलो हिस्सा छ।
नोभेम्बर २०११ मा, युरोपेली संघले युकार्बन परियोजना सुरु गर्यो, जसको उद्देश्य कार्बन फाइबर र एयरोस्पेसको लागि पूर्व-संतृप्त सामग्रीहरूमा युरोपेली उत्पादन क्षमताहरू स्तरोन्नति गर्नु हो। यो परियोजना ४ वर्षसम्म चल्यो, कुल ३.२ मिलियन युरो लगानी भयो, र मे २०१७ मा उपग्रहहरू जस्ता अन्तरिक्ष अनुप्रयोगहरूको लागि युरोपको पहिलो विशेष कार्बन फाइबर उत्पादन लाइन सफलतापूर्वक स्थापना गरियो, जसले गर्दा युरोपले उत्पादनमा आफ्नो आयात निर्भरताबाट टाढा जान र सामग्रीको आपूर्तिको सुरक्षा सुनिश्चित गर्न सक्षम भयो।
EU सातौं रूपरेखाले "लागत-प्रभावी र व्यवस्थित कार्यसम्पादनको साथ नयाँ पूर्ववर्ती प्रणालीको तयारीमा कार्यात्मक कार्बन फाइबर" (FIBRALSPEC) परियोजना (२०१४-२०१७) लाई ६.०८ मिलियन युरोमा समर्थन गर्ने योजना बनाएको छ। इटाली, युनाइटेड किंगडम र युक्रेन जस्ता बहुराष्ट्रिय कम्पनीहरूको सहभागितामा ग्रीसको एथेन्सको राष्ट्रिय प्राविधिक विश्वविद्यालयको नेतृत्वमा रहेको ४-वर्षे परियोजना, निरन्तर प्यान-आधारित कार्बन फाइबरको प्रयोगात्मक उत्पादन प्राप्त गर्न पोलीएक्रिलोनिट्राइल-आधारित कार्बन फाइबरको निरन्तर तयारीको प्रक्रियालाई नवीनता र सुधार गर्नमा केन्द्रित छ। परियोजनाले नवीकरणीय जैविक पोलिमर स्रोतहरू (जस्तै सुपरक्यापेसिटरहरू, द्रुत आपतकालीन आश्रयहरू, साथै प्रोटोटाइप मेकानिकल इलेक्ट्रिक रोटरी कोटिंग मेसिनहरू र न्यानोफाइबरहरूको उत्पादन लाइन विकास, आदि) बाट कार्बन फाइबर र परिष्कृत कम्पोजिट प्रविधिको विकास र प्रयोग सफलतापूर्वक पूरा गरेको छ।
अटोमोटिभ, वायु ऊर्जा र जहाज निर्माण जस्ता बढ्दो संख्यामा औद्योगिक क्षेत्रहरूलाई हल्का तौल, उच्च-प्रदर्शन कम्पोजिटहरू आवश्यक पर्दछ, जुन कार्बन फाइबर उद्योगको लागि एक विशाल सम्भावित बजार हो। EU ले कार्बोप्रेक परियोजना (२०१४-२०१७) सुरु गर्न ५.९६८ मिलियन यूरो लगानी गर्दछ, जसको रणनीतिक लक्ष्य युरोपमा व्यापक रूपमा उपस्थित नवीकरणीय सामग्रीहरूबाट कम लागतको पूर्ववर्तीहरू विकास गर्नु र कार्बन नानोट्यूबहरू मार्फत उच्च-प्रदर्शन कार्बन फाइबरको उत्पादन बढाउनु हो।
युरोपेली संघको क्लीन्स्की II अनुसन्धान कार्यक्रमले जर्मनीको फ्राउनहोफर इन्स्टिच्युट फर प्रोडक्सन एण्ड सिस्टम्स रिलायबिलिटी (LBF) को नेतृत्वमा रहेको "कम्पोजिट टायर आर एण्ड डी" परियोजना (२०१७) लाई वित्त पोषित गर्यो, जसले एयरबस A320 को लागि कार्बन फाइबर प्रबलित कम्पोजिट विमानको लागि अगाडिको पाङ्ग्रा कम्पोनेन्टहरू विकास गर्ने योजना बनाएको छ। परम्परागत धातु सामग्रीको तुलनामा ४०% ले तौल घटाउने लक्ष्य राखिएको छ। यो परियोजना लगभग EUR २००,००० द्वारा वित्त पोषित छ।
२.४ कोरिया
दक्षिण कोरियाको कार्बन फाइबर अनुसन्धान र विकास र औद्योगिकीकरण ढिलो सुरु भयो, अनुसन्धान र विकास २००६ मा सुरु भयो, २०१३ ले औपचारिक रूपमा व्यावहारिक चरणमा प्रवेश गर्न थाल्यो, कोरियाली कार्बन फाइबरलाई परिस्थितिको आयातमा निर्भर गर्दै उल्टाउँदै। दक्षिण कोरियाको स्थानीय जियाओक्सिङ समूह र ताइगुआङ व्यवसायको लागि कार्बन फाइबर उद्योग लेआउटको क्षेत्रमा सक्रिय रूपमा संलग्न उद्योग अग्रगामीको प्रतिनिधिको रूपमा, गति विकास बलियो छ। थप रूपमा, कोरियामा टोरे जापानद्वारा स्थापित कार्बन फाइबर उत्पादन आधारले पनि कोरियामा नै कार्बन फाइबर बजारमा योगदान पुर्याएको छ।
कोरियाली सरकारले कार्बन फाइबरका नवीन उद्योगहरूको लागि xiaoxing समूह A भेला हुने ठाउँ बनाउने छनौट गरेको छ। यसको उद्देश्य कार्बन फाइबर सामग्री उद्योग क्लस्टर गठन गर्नु, सम्पूर्ण उत्तरी क्षेत्रमा रचनात्मक आर्थिक पारिस्थितिक प्रणालीको विकासलाई प्रवर्द्धन गर्नु, अन्तिम लक्ष्य कार्बन फाइबर सामग्री → भागहरू → समाप्त उत्पादन एक-स्टप उत्पादन श्रृंखला गठन गर्नु हो, कार्बन फाइबर इन्क्युबेशन क्लस्टरको स्थापना संयुक्त राज्य अमेरिकाको सिलिकन भ्यालीसँग मिलाउन सकिन्छ, नयाँ बजारहरू ट्याप गर्नुहोस्, नयाँ थप मूल्य सिर्जना गर्नुहोस्, २०२० सम्ममा कार्बन फाइबर-सम्बन्धित उत्पादनहरूको निर्यातमा $१० बिलियन (लगभग ५५.२ बिलियन युआन बराबर) को लक्ष्य हासिल गर्नुहोस्।
३. विश्वव्यापी कार्बन फाइबर अनुसन्धान र अनुसन्धान उत्पादनको विश्लेषण
यस उपखण्डले २०१० देखि कार्बन फाइबर अनुसन्धान र DII पेटेन्ट नतिजाहरूसँग सम्बन्धित SCI कागजातहरू गणना गर्दछ, जसले गर्दा विश्वव्यापी कार्बन फाइबर प्रविधिको शैक्षिक अनुसन्धान र औद्योगिक अनुसन्धान र विकासको एकै समयमा विश्लेषण गर्न सकिन्छ, र अन्तर्राष्ट्रिय स्तरमा कार्बन फाइबर अनुसन्धान र विकासको प्रगतिलाई पूर्ण रूपमा बुझ्न सकिन्छ।
Clarivate Analytics द्वारा प्रकाशित विज्ञान डाटाबेसको वेबमा रहेको Scie डाटाबेस र Dewent डाटाबेसबाट प्राप्त डेटा; पुन: प्राप्ति समय दायरा: २०१०-२०१७; पुन: प्राप्ति मिति: फेब्रुअरी १, २०१८।
SCI पेपर पुन:प्राप्ति रणनीति: Ts=((कार्बनफाइबर* वा कार्बनफाइबर* वा ("कार्बन फाइबर*" होइन "कार्बन फाइबरग्लास") वा "कार्बन फाइबर*" वा "कार्बनफिलामेन्ट*" वा ((पोलिएक्रिलोनिट्राइल वा पिच) र "पूर्ववर्ती*" र फाइबर*) वा ("ग्रेफाइट फाइबर*")) होइन ("बाँस कार्बन"))।
Dewent पेटेन्ट खोज रणनीति: Ti=((कार्बनफाइबर* वा कार्बनफाइबर* वा ("कार्बन फाइबर*" होइन "कार्बन फाइबरग्लास") वा "कार्बन फाइबर*" वा "कार्बनफिलामेन्ट*" वा ((पोलिएक्रिलोनिट्राइल वा पिच) र "पूर्ववर्ती*" रफाइबर*) वा ("ग्रेफाइट फाइबर*")) होइन ("बांस कार्बन")) वाTS=((कार्बनफाइबर* वा कार्बनफाइबर* वा ("कार्बन फाइबर*" होइन "कार्बन फाइबरग्लास") वा "कार्बन फाइबर*" वा "कार्बनफिलामेन्ट*" वा ((पोलिएक्रिलोनिट्राइल वा पिच) र "पूर्ववर्ती*" रफाइबर*) वा ("ग्रेफाइट फाइबर*")) होइन ("बांस कार्बन")) रIP=(D01F-009/12 वा D01F-009/127 वा D01F-009/133 वा D01F-009/14 वा D01F-009/145 वा D01F-009/15 वा D01F-009/155 वा D01F-009/16 वा D01F-009/17 वा D01F-009/18 वा D01F-009/20 वा D01F-009/21 वा D01F-009/22 वा D01F-009/24 वा D01F-009/26 वा D01F-09/28 वा D01F-009/30 वा D01F-009/32 वा C08K-007/02 वा C08J-005/04 वा C04B-035/83 वा D06M-014/36 वा D06M-101/40 वा D21H-013/50 वा H01H-001/027 (orH01R-039/24)।
३.१ प्रवृत्ति
२०१० देखि, विश्वभर १६,५५३ सान्दर्भिक कागजातहरू प्रकाशित भएका छन्, र २६३९० आविष्कार पेटेन्टहरू लागू गरिएका छन्, जुन सबैले वर्ष-दर-वर्ष स्थिर माथिल्लो प्रवृत्ति देखाउँछन् (चित्र १)।
३.२ देश वा क्षेत्र वितरण
विश्वव्यापी कार्बन फाइबर अनुसन्धान पत्रको सबैभन्दा ठूलो उत्पादन भएका शीर्ष १० संस्थाहरू चीनका हुन्, जसमध्ये शीर्ष ५ हुन्: चाइनिज एकेडेमी अफ साइन्सेस, हार्बिन इन्स्टिच्युट अफ टेक्नोलोजी, नर्थवेस्टर्न युनिभर्सिटी अफ टेक्नोलोजी, डोङहुआ युनिभर्सिटी, बेइजिङ इन्स्टिच्युट अफ एरोनटिक्स एण्ड एस्ट्रोनटिक्स। विदेशी संस्थाहरूमा, इन्डियन इन्स्टिच्युट अफ टेक्नोलोजी, युनिभर्सिटी अफ टोकियो, युनिभर्सिटी अफ ब्रिस्टल, मोनाश युनिभर्सिटी, युनिभर्सिटी अफ म्यानचेस्टर र जर्जिया इन्स्टिच्युट अफ टेक्नोलोजी १० ~ २० (चित्र ३) बीचमा छन्।
शीर्ष ३० संस्थाहरूमा पेटेन्ट आवेदनहरूको संख्या, जापानमा ५ वटा छन्, र तीमध्ये ३ वटा शीर्ष पाँचमा छन्, टोरे कम्पनी पहिलो स्थानमा छ, त्यसपछि मित्सुबिशी लियाङ (दोस्रो), तेइजिन (चौथो), पूर्वी राज्य (१० औं), जापान टोयो टेक्सटाइल कम्पनी (२४ औं), चीनमा २१ वटा संस्थाहरू छन्, सिनोपेक समूहसँग सबैभन्दा धेरै पेटेन्टहरू छन्, तेस्रो स्थानमा छन्, दोस्रो स्थानमा छन्, हार्बिन इन्स्टिच्युट अफ टेक्नोलोजी, हेनान के लेटर केबल कम्पनी, डोङहुआ विश्वविद्यालय, चीन शाङ्घाई पेट्रोकेमिकल, बेइजिङ केमिकल उद्योग, आदि, चिनियाँ विज्ञान प्रतिष्ठान शान्क्सी कोइला आवेदन आविष्कार पेटेन्ट ६६, २७ औं स्थानमा छन्, दक्षिण कोरियाली संस्थाहरू २ छन्, जसमध्ये जियाओक्सिङ कं, लिमिटेड पहिलो स्थानमा छ, आठौं स्थानमा छ।
उत्पादन संस्थाहरू, मुख्यतया विश्वविद्यालयहरू र वैज्ञानिक अनुसन्धान संस्थाहरूबाट पेपरको उत्पादन, मुख्यतया कम्पनीबाट पेटेन्ट उत्पादन, यो देख्न सकिन्छ कि कार्बन फाइबर उत्पादन एक उच्च-प्रविधि उद्योग हो, कार्बन फाइबर अनुसन्धान र उद्योग विकासको मुख्य निकायको रूपमा, कम्पनीले कार्बन फाइबर अनुसन्धान र प्रविधिको संरक्षणलाई ठूलो महत्त्व दिन्छ, विशेष गरी जापानका २ प्रमुख कम्पनीहरू, पेटेन्टको संख्या धेरै अगाडि छ।
३.४ अनुसन्धान हटस्पटहरू
कार्बन फाइबर अनुसन्धान पत्रहरूले सबैभन्दा धेरै अनुसन्धान विषयहरू समेट्छन्: कार्बन फाइबर कम्पोजिटहरू (कार्बन फाइबर प्रबलित कम्पोजिटहरू, पोलिमर म्याट्रिक्स कम्पोजिटहरू, आदि सहित), मेकानिकल गुण अनुसन्धान, परिमित तत्व विश्लेषण, कार्बन नानोट्यूबहरू, डिलेमिनेशन, सुदृढीकरण, थकान, माइक्रोस्ट्रक्चर, इलेक्ट्रोस्टेटिक स्पिनिङ, सतह उपचार, सोखना र यस्तै अन्य। यी किवर्डहरूसँग सम्बन्धित पत्रहरूले कुल पत्रहरूको संख्याको ३८.८% ओगटेका छन्।
कार्बन फाइबर आविष्कार पेटेन्टहरूले कार्बन फाइबर, उत्पादन उपकरण र कम्पोजिट सामग्रीको तयारीसँग सम्बन्धित सबैभन्दा धेरै विषयहरूलाई समेट्छ। ती मध्ये, जापान टोरे, मित्सुबिशी लियाङ, तेइजिन र अन्य कम्पनीहरूले महत्त्वपूर्ण प्राविधिक लेआउटको क्षेत्रमा "कार्बन फाइबर प्रबलित पोलिमर यौगिकहरू" मा, साथै, टोरे र मित्सुबिशी लियाङले "कार्बन फाइबर र उत्पादन उपकरणको पोलिएक्रिलोनिट्राइल उत्पादन", "असंतृप्त नाइट्राइलको साथ, जस्तै पोलिएक्रिलोनिट्राइल, पोलिभिनिलिडेन साइनाइड इथिलीन उत्पादन कार्बन फाइबर" र अन्य प्रविधिहरूमा पेटेन्ट लेआउटको ठूलो अनुपात राख्छन्, र जापानी तेइजिन कम्पनीले "कार्बन फाइबर र अक्सिजन कम्पोजिट कम्पोजिटहरू" मा पेटेन्ट लेआउटको ठूलो अनुपात राख्छन्।
चाइना सिनोपेक ग्रुप, बेइजिङ केमिकल युनिभर्सिटी, चाइनिज एकेडेमी अफ साइन्सेज निङ्बो मटेरियल्सको "कार्बन फाइबर र उत्पादन उपकरणको पोलिएक्रिलोनिट्राइल उत्पादन" मा पेटेन्ट लेआउटको ठूलो हिस्सा छ; यसका साथै, बेइजिङ युनिभर्सिटी अफ केमिकल इन्जिनियरिङ, चाइनिज एकेडेमी अफ साइन्सेज शान्सी कोल केमिकल इन्स्टिच्युट र चाइनिज एकेडेमी अफ साइन्सेज निङ्बो मटेरियल्स की लेआउट "पोलिमर कम्पाउन्ड तयारीको सामग्रीको रूपमा अजैविक तत्व फाइबर प्रयोग गर्दै" प्रविधिमा हार्बिन इन्स्टिच्युट अफ टेक्नोलोजीले "कार्बन फाइबर उपचार", "कार्बन फाइबर र अक्सिजन युक्त कम्पाउन्ड कम्पोजिट" र अन्य प्रविधिहरूको लेआउटमा ध्यान केन्द्रित गरेको छ।
यसका साथै, विश्वव्यापी पेटेन्टहरूको वार्षिक तथ्याङ्कीय वितरण तथ्याङ्कबाट यो पत्ता लागेको छ कि विगत तीन वर्षमा धेरै नयाँ हट स्पटहरू देखा पर्न थालेका छन्, जस्तै: "मुख्य शृङ्खलामा कार्बोक्सिलेट बन्धन प्रतिक्रियाको गठनबाट प्राप्त पोलिमाइडहरूको संरचना", "मुख्य शृङ्खलामा १ कार्बोक्सिलिक एसिड एस्टर बन्धनको गठनबाट पलिएस्टर संरचनाहरू", "सिंथेटिक सामग्रीमा आधारित मिश्रित सामग्री", "कार्बन फाइबर कम्पोजिटको सामग्रीको रूपमा अक्सिजन यौगिकहरू भएको चक्रीय कार्बोक्सिलिक एसिड", "कपडा सामग्रीको ठोसीकरण वा उपचारको त्रि-आयामी रूपमा", "असंतृप्त ईथर, एसिटल, अर्ध-एसिटल, केटोन वा एल्डिहाइड केवल कार्बन-कार्बन असंतृप्त बन्धन प्रतिक्रिया मार्फत पोलिमर यौगिकहरूको उत्पादनमा", "एडिआबेटिक सामग्री पाइप वा केबल", "सामग्रीको रूपमा फस्फेट एस्टरहरू सहित कार्बन फाइबर कम्पोजिटहरू" र यस्तै अन्य।
हालैका वर्षहरूमा, कार्बन फाइबर क्षेत्रमा अनुसन्धान र विकास देखा परेको छ, जसमा धेरैजसो सफलताहरू संयुक्त राज्य अमेरिका र जापानबाट आएका छन्। नवीनतम अत्याधुनिक प्रविधिहरू कार्बन फाइबर उत्पादन र तयारी प्रविधिमा मात्र केन्द्रित छैनन्, तर हल्का तौल, थ्रीडी प्रिन्टिङ र पावर उत्पादन सामग्री जस्ता अटोमोटिभ सामग्रीहरूको फराकिलो दायरामा प्रयोगहरूमा पनि केन्द्रित छन्। थप रूपमा, कार्बन फाइबर सामग्रीहरूको पुनर्चक्रण र पुनर्चक्रण, काठ लिग्निन कार्बन फाइबरको तयारी र अन्य उपलब्धिहरूको आँखाको उज्यालो प्रदर्शन छ। प्रतिनिधि परिणामहरू तल वर्णन गरिएका छन्:
१) अमेरिकाको जर्जिया इन्स्टिच्युट अफ टेक्नोलोजीले तेस्रो पुस्ताको कार्बन फाइबर प्रविधिलाई तोड्यो
जुलाई २०१५ मा, DARPA को कोषको साथ, जर्जिया इन्स्टिच्युट अफ टेक्नोलोजीले आफ्नो नवीन प्यान-आधारित कार्बन फाइबर जेल स्पिनिङ प्रविधिको साथ, आफ्नो मोड्युलसलाई उल्लेखनीय रूपमा बढायो, हर्शे IM7 कार्बन फाइबरलाई उछिनेर, जुन अहिले सैन्य विमानहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ, जापान पछि कार्बन फाइबर प्रविधिको तेस्रो पुस्तामा महारत हासिल गर्ने विश्वको दोस्रो देश बन्यो।
कुमार्जद्वारा बनाइएको जेल स्पिनिङ कार्बन फाइबरको तन्य शक्ति ५.५ देखि ५.८Gpa सम्म पुग्छ, र तन्य मोड्युलस ३५४-३७५gpa बीचमा हुन्छ। "यो निरन्तर फाइबर हो जुन व्यापक प्रदर्शनको उच्चतम शक्ति र मोड्युलसको साथ रिपोर्ट गरिएको छ। छोटो फिलामेन्ट बन्डलमा, १२.१Gpa सम्मको तन्य शक्ति, उही उच्चतम पोलीएक्रिलोनिट्राइल कार्बन फाइबर हो।"
२) विद्युत चुम्बकीय तरंग ताप प्रविधि
२०१४ मा, नेडोले इलेक्ट्रोम्याग्नेटिक वेभ हीटिंग टेक्नोलोजी विकास गर्यो। इलेक्ट्रोम्याग्नेटिक वेभ कार्बोनाइजेशन टेक्नोलोजीले वायुमण्डलीय चापमा फाइबरलाई कार्बनाइज गर्न इलेक्ट्रोम्याग्नेटिक वेभ हीटिंग टेक्नोलोजीको प्रयोगलाई जनाउँछ। प्राप्त कार्बन फाइबरको प्रदर्शन मूलतः उच्च तापक्रम ताप द्वारा उत्पादित कार्बन फाइबर जस्तै हो, लोचदार मोड्युलस २४०GPA भन्दा बढी पुग्न सक्छ, र ब्रेकमा लम्बाइ १.५% भन्दा बढी छ, जुन विश्वमा पहिलो सफलता हो।
फाइबर जस्तो सामग्रीलाई विद्युत चुम्बकीय तरंगद्वारा कार्बनाइज गरिएको हुन्छ, जसले गर्दा उच्च तापक्रम ताप्न प्रयोग गरिने कार्बनाइजेशन फर्नेस उपकरणको आवश्यकता पर्दैन। यो प्रक्रियाले कार्बनाइजेशनको लागि आवश्यक समय मात्र घटाउँदैन, तर ऊर्जा खपत र CO2 उत्सर्जन पनि कम गर्छ।
३) कार्बनाइजेशन प्रक्रियाको राम्रो नियन्त्रण
मार्च २०१४ मा, टोरेले t1100g कार्बन फाइबरको सफल विकासको घोषणा गरे। टोरेले कार्बनाइजेशन प्रक्रियालाई राम्रोसँग नियन्त्रण गर्न, न्यानोस्केलमा कार्बन फाइबरको माइक्रोस्ट्रक्चर सुधार गर्न, ग्रेफाइट माइक्रोक्रिस्टलाइन अभिमुखीकरण, माइक्रोक्रिस्टलाइन आकार, दोषहरू नियन्त्रण गर्न परम्परागत प्यान सोल्युसन स्पिनिङ प्रविधि प्रयोग गर्दछ, जसले गर्दा कार्बोनाइजेशन पछि फाइबरमा बल र लोचदार मोड्युलस धेरै सुधार गर्न सकिन्छ। t1100g को तन्य शक्ति 6.6GPa छ, जुन T800 भन्दा 12% बढी छ, र लोचदार मोड्युलस 324GPa छ र 10% ले बढेको छ, जुन औद्योगिकीकरण चरणमा प्रवेश गरिरहेको छ।
४) सतह उपचार प्रविधि
तेइजिन इस्ट स्टेटले प्लाज्मा सतह उपचार प्रविधि सफलतापूर्वक विकास गरेको छ जसले केही सेकेन्डमा कार्बन फाइबरको उपस्थितिलाई नियन्त्रण गर्न सक्छ। यो नयाँ प्रविधिले सम्पूर्ण उत्पादन प्रक्रियालाई उल्लेखनीय रूपमा सरल बनाउँछ र इलेक्ट्रोलाइट जलीय घोलहरूको लागि अवस्थित सतह उपचार प्रविधिको तुलनामा ५०% ले ऊर्जा खपत घटाउँछ। यसबाहेक, प्लाज्मा उपचार पछि, फाइबर र रेजिन म्याट्रिक्सको आसंजन पनि सुधार भएको पाइयो।
५) उच्च तापक्रम ग्रेफाइट वातावरणमा कार्बन फाइबर तन्य शक्तिको अवधारण दरको अध्ययन
निङ्बो सामग्रीहरूले घरेलु उच्च शक्ति र अग्लो मोड कार्बन फाइबरको प्रक्रिया विश्लेषण, संरचना अनुसन्धान र कार्यसम्पादन अनुकूलनमा विस्तृत अध्ययन सफलतापूर्वक सम्पन्न गर्यो, विशेष गरी उच्च तापक्रम ग्रेफाइट वातावरणमा कार्बन फाइबर तन्य शक्तिको अवधारण दरमा अनुसन्धान कार्य, र हालैको सफल तयारी। तन्य शक्ति 5.24GPa र तन्य मोड्युलस भोल्युम 593GPa भएको उच्च शक्ति र उच्च मोड्युलस कार्बन फाइबर, जापानको टोरे m60j उच्च-शक्ति उच्च-मोल्ड गरिएको कार्बन फाइबर (तन्य शक्ति 3.92GPa, तन्य मोड्युलस 588GPa) को तुलनामा तन्य शक्तिको फाइदा यसमा जारी छ।
६) माइक्रोवेभ ग्रेफाइट
योङडा एडभान्स्ड मटेरियल्सले संयुक्त राज्य अमेरिकाको विशेष पेटेन्ट अल्ट्रा-हाई टेम्परेचर ग्रेफाइट टेक्नोलोजी, मध्यम र उच्च-अर्डर कार्बन फाइबरको उत्पादन, उच्च-अर्डर कार्बन फाइबरको विकासमा तीनवटा अवरोधहरू सफलतापूर्वक पार गरेको छ, ग्रेफाइट उपकरण महँगो र अन्तर्राष्ट्रिय नियन्त्रणमा छ, कच्चा रेशम रासायनिक प्रविधि कठिनाइहरू, उत्पादन उपज कम र उच्च लागत। अहिलेसम्म, योङडाले ३ प्रकारका कार्बन फाइबरहरू विकास गरेको छ, ती सबैले मूल अपेक्षाकृत कम ग्रेड कार्बन फाइबरको बल र मोड्युलसलाई नयाँ उचाइमा पुर्याएको छ।
७) जर्मनीको फ्राउनहोफरद्वारा प्यान-आधारित कार्बन फाइबर कच्चा तार पग्लने नयाँ प्रक्रिया
फ्रानहोफर इन्स्टिच्युट अफ एप्लाइड पोलिमर (एप्लाइड पोलिमर रिसर्च, IAP) ले हालै घोषणा गरेको छ कि यसले अप्रिल २०१८, २५, २९ मा बर्लिन एयर शो इलामा नवीनतम कमकार्बन प्रविधि प्रदर्शन गर्नेछ। यो प्रविधिले ठूलो मात्रामा उत्पादित कार्बन फाइबरको उत्पादन लागतलाई धेरै कम गर्छ।
चित्र ४ काँचो तार पग्लँदै घुम्दै।
यो कुरा सबैलाई थाहा छ कि परम्परागत प्रक्रियाहरूमा, प्यान-आधारित कार्बन फाइबरको उत्पादन लागतको आधा कच्चा तार उत्पादनको प्रक्रियामा खपत हुन्छ। कच्चा तार पग्लन नसक्ने भएकोले, यसलाई महँगो घोल स्पिनिङ प्रक्रिया (सोल्युसन स्पिनिङ) प्रयोग गरेर उत्पादन गर्नुपर्छ। "यस उद्देश्यका लागि, हामीले प्यान-आधारित कच्चा रेशम उत्पादनको लागि नयाँ प्रक्रिया विकास गरेका छौं, जसले कच्चा तारको उत्पादन लागत ६०% ले घटाउन सक्छ। यो एक किफायती र सम्भाव्य पग्लने स्पिनिङ प्रक्रिया हो, विशेष रूपमा विकसित फ्युज्ड प्यान-आधारित कोपोलिमर प्रयोग गरेर।" फ्राउनहोफर IAP संस्थानका जैविक पोलिमर मन्त्री डा. जोहानेस गान्स्टरले व्याख्या गरे।
८) प्लाज्मा अक्सिडेशन प्रविधि
४एम कार्बन फाइबरले घोषणा गर्यो कि यसले उच्च-गुणस्तरको, कम लागतको कार्बन फाइबर उत्पादन र बिक्री गर्न प्लाज्मा अक्सिडेशन प्रविधिको प्रयोगलाई रणनीतिक रूपमा केन्द्रित गर्नेछ, केवल प्रविधिलाई इजाजतपत्र दिनको लागि मात्र होइन। ४एमले प्लाज्मा अक्सिडेशन प्रविधि परम्परागत अक्सिडेशन प्रविधि भन्दा ३ गुणा छिटो रहेको दाबी गर्छ, जबकि ऊर्जाको प्रयोग परम्परागत प्रविधिको एक तिहाइ भन्दा कम छ। र कथनहरूलाई धेरै अन्तर्राष्ट्रिय कार्बन फाइबर उत्पादकहरूले प्रमाणित गरेका छन्, जसले कम लागतको कार्बन फाइबर उत्पादनको प्रारम्भकर्ताको रूपमा भाग लिन विश्वका धेरै ठूला कार्बन फाइबर निर्माताहरू र अटोमेकरहरूसँग परामर्श गरिरहेका छन्।
९) सेल्युलोज नानो फाइबर
जापानको क्योटो विश्वविद्यालय, विद्युतीय स्थापना कम्पनी (टोयोटाको सबैभन्दा ठूलो आपूर्तिकर्ता) र डाइक्योनिशिकावा कर्पोरेशन जस्ता धेरै प्रमुख कम्पोनेन्ट आपूर्तिकर्ताहरूसँग मिलेर, सेल्युलोज न्यानोफाइबरहरू संयोजन गर्ने प्लास्टिक सामग्रीहरूको विकासमा काम गरिरहेको छ। यो सामग्री काठको पल्पलाई केही माइक्रोन (प्रति हजार मिमी १) मा तोडेर बनाइएको हो। नयाँ सामग्रीको तौल स्टीलको तौलको पाँचौं भाग मात्र हो, तर यसको बल स्टीलको भन्दा पाँच गुणा बढी छ।
१०) पोलियोलेफिन र लिग्निन कच्चा पदार्थको कार्बन फाइबर फ्रन्ट बडी
संयुक्त राज्य अमेरिकाको ओक रिज राष्ट्रिय प्रयोगशालाले २००७ देखि कम लागतको कार्बन फाइबर अनुसन्धानमा काम गरिरहेको छ, र उनीहरूले पोलियोलेफिन र लिग्निन कच्चा पदार्थहरूको लागि कार्बन फाइबर फ्रन्ट बडीहरू, साथै उन्नत प्लाज्मा प्रि-अक्सिडेशन र माइक्रोवेभ कार्बनाइजेशन प्रविधिहरू विकास गरेका छन्।
११) नयाँ पोलिमर (पूर्ववर्ती पोलिमर) रिफ्रेक्टरी उपचार हटाएर विकसित गरिएको थियो
टोकियो विश्वविद्यालयको नेतृत्वमा उत्पादन विधिमा, दुर्दम्य उपचार हटाउनको लागि नयाँ पोलिमर (पूर्ववर्ती पोलिमर) विकास गरिएको छ। मुख्य कुरा यो हो कि पोलिमरलाई रेशममा घुमाएपछि, यसले मूल दुर्दम्य उपचार गर्दैन, तर यसलाई विलायकमा अक्सिडाइज गराउँछ। त्यसपछि माइक्रोवेभ तताउने उपकरणलाई कार्बनाइजेशनको लागि १००० ℃ भन्दा बढीमा तताइन्छ। तताउने समय मात्र २-३ मिनेट लाग्छ। कार्बनाइजेशन उपचार पछि, सतह उपचार गर्न प्लाज्मा पनि प्रयोग गरिन्छ, ताकि कार्बन फाइबर बनाउन सकिन्छ। प्लाज्मा उपचारमा २ मिनेट भन्दा कम समय लाग्छ। यसरी, ३०-६० मिनेटको मूल सिंटरिङ समयलाई लगभग ५ मिनेटमा घटाउन सकिन्छ। नयाँ उत्पादन विधिमा, CFRP आधार सामग्रीको रूपमा कार्बन फाइबर र थर्मोप्लास्टिक राल बीचको बन्धन सुधार गर्न प्लाज्मा उपचार गरिन्छ। नयाँ उत्पादन विधिद्वारा निर्मित कार्बन फाइबरको तन्य लोचदार मोड्युलस २४०GPa छ, तन्य शक्ति ३.५GPa छ र लम्बाइ १.५% पुग्छ। यी मानहरू खेलकुदका सामानहरू आदिमा प्रयोग हुने टोरे युनिभर्सल ग्रेड कार्बन फाइबर T300 जस्तै स्तरका हुन्।
१२) तरल पदार्थयुक्त ओछ्यान प्रक्रिया प्रयोग गरेर कार्बन फाइबर सामग्रीहरूको पुनर्चक्रण र उपयोग
अध्ययनका पहिलो लेखक मेंगरान मेंगले भने: "कार्बन फाइबर रिकभरीले कच्चा कार्बन फाइबर उत्पादनको तुलनामा वातावरणमा पर्ने प्रभावलाई कम गर्छ, तर सम्भावित रिसाइक्लिंग प्रविधिहरू र कार्बन फाइबर प्रयोगको पुनर्चक्रणको आर्थिक सम्भाव्यताको बारेमा सीमित जागरूकता छ।" "रिसाइक्लिंगमा दुई चरणहरू हुन्छन्: फाइबरहरू पहिले कार्बन फाइबर कम्पोजिटहरूबाट पुन: प्राप्त गर्नुपर्छ र मेकानिकल ग्राइन्डिङ सामग्रीहरू वा पाइरोलिसिस वा फ्लुइडाइज्ड बेड प्रक्रियाहरू प्रयोग गरेर थर्मल रूपमा विघटन गर्नुपर्छ। यी विधिहरूले कम्पोजिट सामग्रीको प्लास्टिक भाग हटाउँछन्, कार्बन फाइबर छोड्छन्, जुन त्यसपछि भिजेको कागज बनाउने प्रविधि प्रयोग गरेर ट्याङ्गल्ड फाइबर म्याटमा रूपान्तरण गर्न सकिन्छ, वा दिशात्मक फाइबरमा पुन: व्यवस्थित गर्न सकिन्छ।"
अनुसन्धानकर्ताहरूले गणना गरे कि कार्बन फाइबर कम्पोजिट फोहोरबाट फ्लुइडाइज्ड बेड प्रक्रिया प्रयोग गरेर कार्बन फाइबर पुन: प्राप्त गर्न सकिन्छ, जसलाई प्रति किलोग्राम मात्र ५ डलर र प्राथमिक कार्बन फाइबर निर्माण गर्न आवश्यक पर्ने ऊर्जाको १०% भन्दा कम चाहिन्छ। फ्लुइडाइज्ड बेड प्रक्रियाहरूद्वारा उत्पादित पुनर्नवीनीकरण गरिएको कार्बन फाइबरले मोड्युलसलाई कम गर्दैन, र प्राथमिक कार्बन फाइबरको तुलनामा तन्य शक्ति १८% ले ५०% ले घट्छ, जसले गर्दा तिनीहरूलाई बलको सट्टा उच्च कठोरता चाहिने अनुप्रयोगहरूको लागि उपयुक्त बनाउँछ। "पुनर्नवीनीकरण गरिएको कार्बन फाइबर गैर-संरचनात्मक अनुप्रयोगहरूको लागि उपयुक्त हुन सक्छ जसलाई हल्का तौल चाहिन्छ, जस्तै अटोमोटिभ, निर्माण, हावा र खेलकुद उद्योगहरू," मेङले भने।
१३) संयुक्त राज्य अमेरिकामा विकसित कार्बन फाइबर रिसाइक्लिंगको नयाँ प्रविधि
जुन २०१६ मा, संयुक्त राज्य अमेरिकाको जर्जिया इन्स्टिच्युट अफ टेक्नोलोजीका अनुसन्धानकर्ताहरूले इपोक्सी रेजिनलाई पगाल्न अल्कोहल भएको विलायकमा कार्बन फाइबर भिजाएका थिए, छुट्याइएको फाइबर र इपोक्सी रेजिनहरू पुन: प्रयोग गर्न सकिन्छ, कार्बन फाइबर रिकभरीको सफल प्राप्ति।
जुलाई २०१७ मा, वाशिंगटन स्टेट युनिभर्सिटीले पनि कार्बन फाइबर रिकभरी टेक्नोलोजी विकास गर्यो, कमजोर एसिडलाई उत्प्रेरकको रूपमा प्रयोग गर्दै, थर्मोसेटिंग सामग्रीहरू विघटन गर्न अपेक्षाकृत कम तापक्रममा तरल इथेनॉलको प्रयोग, विघटित कार्बन फाइबर र राललाई छुट्टाछुट्टै संरक्षित गरिन्छ, र प्रजननमा राख्न सकिन्छ।
१४) संयुक्त राज्य अमेरिकाको LLNL प्रयोगशालामा थ्रीडी प्रिन्टिङ कार्बन फाइबर मसी प्रविधिको विकास
मार्च २०१७ मा, संयुक्त राज्य अमेरिकाको लरेन्स लाइभमोर राष्ट्रिय प्रयोगशाला (LLNL) ले पहिलो थ्रीडी प्रिन्टेड उच्च-प्रदर्शन, उड्डयन-ग्रेड कार्बन फाइबर कम्पोजिटहरू विकास गर्यो। तिनीहरूले जटिल त्रि-आयामी संरचनाहरू सिर्जना गर्न प्रत्यक्ष मसी प्रसारण (DIW) को थ्रीडी प्रिन्टिङ विधि प्रयोग गरे जसले अटोमोटिभ, एयरोस्पेस, रक्षा, र मोटरसाइकल प्रतियोगिताहरू र सर्फिङमा प्रयोगको लागि प्रशोधन गतिमा धेरै सुधार ल्यायो।
१५) संयुक्त राज्य अमेरिका, कोरिया र चीनले विद्युत उत्पादनको लागि कार्बन फाइबरको विकासमा सहकार्य गर्छन्।
अगस्ट २०१७ मा, टेक्सास विश्वविद्यालयको डलास क्याम्पस, कोरियाको हान्याङ विश्वविद्यालय, चीनको नानकाई विश्वविद्यालय र अन्य संस्थाहरूले विद्युत उत्पादनको लागि कार्बन फाइबर धागो सामग्रीको विकासमा सहकार्य गरे। धागोलाई पहिले ब्राइन जस्ता इलेक्ट्रोलाइट घोलहरूमा भिजाइन्छ, जसले इलेक्ट्रोलाइटमा रहेका आयनहरूलाई कार्बन नानोट्यूबको सतहमा जोड्न अनुमति दिन्छ, जुन धागो कस्दा वा तन्काउँदा विद्युतीय ऊर्जामा रूपान्तरण गर्न सकिन्छ। यो सामग्री भरपर्दो गतिज ऊर्जाको साथ कुनै पनि ठाउँमा प्रयोग गर्न सकिन्छ र IoT सेन्सरहरूलाई शक्ति प्रदान गर्न उपयुक्त छ।
१६) चिनियाँ र अमेरिकीले क्रमशः प्राप्त गरेको काठ लिग्निन कार्बन फाइबरको अनुसन्धानमा नयाँ प्रगति
मार्च २०१७ मा, निङ्बो इन्स्टिच्युट अफ मटेरियल्स टेक्नोलोजी एण्ड इन्जिनियरिङको विशेष फाइबर टोलीले एस्टेरिफिकेशन र फ्री रेडिकल कोपोलिमराइजेसन दुई-चरण परिमार्जन प्रविधि प्रयोग गरेर राम्रो स्पिनबिलिटी र थर्मल स्थिरता भएको लिग्निन-एक्रिलोनिट्राइल कोपोलिमर तयार गर्यो। कोपोलिमर र वेट स्पिनिङ प्रक्रिया प्रयोग गरेर उच्च गुणस्तरको निरन्तर फिलामेन्टहरू प्राप्त गरियो, र थर्मल स्थिरीकरण र कार्बनाइजेशन उपचार पछि कम्प्याक्ट कार्बन फाइबर प्राप्त गरियो।
अगस्ट २०१७ मा, संयुक्त राज्य अमेरिकाको वाशिंगटन विश्वविद्यालयको बिर्गिट अहरिङ अनुसन्धान टोलीले लिग्निन र पोलीएक्रिलोनिट्राइललाई फरक-फरक अनुपातमा मिसाए, र त्यसपछि मिश्रित पोलिमरहरूलाई कार्बन फाइबरमा रूपान्तरण गर्न पग्लिएको स्पिनिङ प्रविधि प्रयोग गरे। अध्ययनले पत्ता लगायो कि २०% ~ ३०% मा थपिएको लिग्निनले कार्बन फाइबरको बललाई असर गरेन र अटोमोटिभ वा विमानका भागहरूको लागि कम लागतको कार्बन फाइबर सामग्रीको उत्पादनमा प्रयोग हुने अपेक्षा गरिएको थियो।
२०१७ को अन्त्यमा, राष्ट्रिय नवीकरणीय ऊर्जा प्रयोगशाला (NREL) ले मकैको पराल र गहुँको पराल जस्ता बिरुवाहरूको फोहोर भागहरू प्रयोग गरेर एक्रिलोनिट्राइलको निर्माणमा अनुसन्धान जारी गर्यो। तिनीहरूले पहिले बिरुवाको सामग्रीलाई चिनीमा तोड्छन् र त्यसपछि एसिडमा रूपान्तरण गर्छन्, र लक्षित उत्पादनहरू उत्पादन गर्न सस्तो उत्प्रेरकहरूसँग मिलाउँछन्।
१७) जापानले पहिलो कार्बन फाइबर प्रबलित थर्मोप्लास्टिक कम्पोजिट कार चेसिस विकास गर्दछ
अक्टोबर २०१७ मा, जापानको नयाँ ऊर्जा उद्योग प्रविधि एकीकृत अनुसन्धान एजेन्सी र नागोया विश्वविद्यालय राष्ट्रिय कम्पोजिट अनुसन्धान केन्द्रले विश्वको पहिलो कार्बन फाइबर प्रबलित थर्मोप्लास्टिक कम्पोजिट कार चेसिस सफलतापूर्वक विकास गर्यो। तिनीहरूले स्वचालित लामो फाइबर प्रबलित थर्मोप्लास्टिक कम्पोजिटहरू प्रत्यक्ष अनलाइन मोल्डिंग प्रक्रिया, निरन्तर कार्बन फाइबर र थर्मोप्लास्टिक राल कणहरू मिश्रण, फाइबर प्रबलित कम्पोजिटहरू निर्माण, र त्यसपछि तताउने र पग्लने जडान मार्फत, थर्मोप्लास्टिक CFRP कार चेसिसको सफल उत्पादन प्रयोग गर्छन्।
५. चीनमा कार्बन फाइबर प्रविधिको अनुसन्धान र विकास सम्बन्धी सुझावहरू
५.१ अग्रगामी लेआउट, लक्ष्य-उन्मुख, कार्बन फाइबर प्रविधिको तेस्रो पुस्तालाई तोड्नमा ध्यान केन्द्रित
चीनको दोस्रो पुस्ताको कार्बन फाइबर प्रविधि अझै व्यापक सफलता होइन, हाम्रो देशले हाम्रा सान्दर्भिक अनुसन्धान संस्थाहरूलाई एकसाथ ल्याउने, प्रमुख प्रविधिहरूको कब्जामा केन्द्रित, उच्च-प्रदर्शन कार्बन फाइबर तयारी प्रविधि अनुसन्धान र विकासको तेस्रो पुस्ताको केन्द्रबिन्दु (अर्थात् एयरोस्पेस उच्च शक्ति, उच्च मोड्युलस कार्बन फाइबर प्रविधिमा लागू), र विकसित कार्बन फाइबर कम्पोजिट सामग्री प्रविधि, जसमा अटोमोटिभ, निर्माण र मर्मत र अन्य हल्का वजन, कम लागतको ठूलो टो कार्बन फाइबर तयारी, एडिटिभ उत्पादन प्रविधि कार्बन फाइबर कम्पोजिट सामग्री, रिसाइक्लिंग प्रविधि र द्रुत प्रोटोटाइपिङ प्रविधिहरू समावेश छन्, अग्रगामी लेआउट बन्ने प्रयास गर्नुपर्छ।
५.२ सहयोगी अनुसन्धानलाई निरन्तर समर्थन गर्न संगठनको समन्वय गर्ने, सहयोगलाई सुदृढ पार्ने, प्रमुख प्राविधिक परियोजनाहरू स्थापना गर्ने।
हाल, चीनमा कार्बन फाइबर अनुसन्धान गर्न धेरै संस्थाहरू छन्, तर शक्ति छरिएको छ, र प्रभावकारी समन्वयको लागि एकीकृत अनुसन्धान र विकास संगठन संयन्त्र र बलियो कोष समर्थन छैन। विकसित देशहरूको विकास अनुभवलाई हेर्दा, प्रमुख परियोजनाहरूको संगठन र रूपरेखाले यस प्राविधिक क्षेत्रको विकासलाई प्रवर्द्धन गर्न ठूलो भूमिका खेल्छ। हामीले चीनको कार्बन फाइबर सफलता अनुसन्धान र विकास प्रविधिलाई ध्यानमा राख्दै, प्रमुख परियोजनाहरू सुरु गर्न, सहयोगी प्राविधिक नवप्रवर्तनलाई बलियो बनाउन, र चीनको कार्बन फाइबर अनुसन्धान प्रविधि स्तर, अन्तर्राष्ट्रिय कार्बन फाइबर र कम्पोजिटको लागि प्रतिस्पर्धालाई निरन्तर प्रवर्द्धन गर्न चीनको एडभान्टेज अनुसन्धान र विकास बलमा ध्यान केन्द्रित गर्नुपर्छ।
५.३ प्राविधिक उपलब्धिहरूको प्रयोग प्रभाव अभिमुखीकरणको मूल्याङ्कन संयन्त्रमा सुधार गर्ने
SCI पेपरहरूको अर्थमितीय विश्लेषणको दृष्टिकोणबाट, चीनको कार्बन फाइबर अनुसन्धानका विभिन्न क्षेत्रहरूमा प्रयोग हुने उच्च-शक्ति प्रदर्शन सामग्रीको रूपमा, तर कार्बन फाइबर उत्पादन र तयारी प्रविधिको लागि, विशेष गरी लागत घटाउनमा ध्यान केन्द्रित गर्दै, कम अनुसन्धानको उत्पादन दक्षता सुधार गर्न। कार्बन फाइबर उत्पादन प्रक्रिया लामो छ, प्रविधि मुख्य बुँदाहरू, उच्च उत्पादन अवरोधहरू, बहु-अनुशासनात्मक, बहु-प्रविधि एकीकरण हो, प्राविधिक अवरोधहरू पार गर्न आवश्यक छ, "कम लागत, उच्च प्रदर्शन" कोर तयारी प्रविधि अनुसन्धान र विकासलाई प्रभावकारी रूपमा प्रवर्द्धन गर्न, एकातिर, अनुसन्धान लगानीलाई बलियो बनाउन आवश्यक छ, अर्कोतर्फ, वैज्ञानिक अनुसन्धान कार्यसम्पादन मूल्याङ्कनको क्षेत्रलाई कमजोर बनाउन, प्राविधिक उपलब्धिहरूको अनुप्रयोग प्रभाव मूल्याङ्कनको मार्गदर्शनलाई बलियो बनाउन, र "मात्रात्मक" मूल्याङ्कनबाट, जसले पेपरको प्रकाशनमा ध्यान दिन्छ, परिणामहरूको मूल्यको "गुणस्तर" मूल्याङ्कनमा सर्छ।
५.४ अत्याधुनिक प्रविधियुक्त यौगिक प्रतिभाको खेतीलाई सुदृढ बनाउने
कार्बन फाइबर प्रविधिको उच्च-प्रविधि विशेषताहरूले विशेष प्रतिभाहरूको महत्त्व निर्धारण गर्दछ, तिनीहरूसँग अत्याधुनिक कोर प्राविधिक कर्मचारीहरू छन् कि छैनन् भन्ने कुराले संस्थाको अनुसन्धान र विकासको स्तर प्रत्यक्ष रूपमा निर्धारण गर्दछ।
कार्बन फाइबर प्रविधि अनुसन्धान र विकास लिङ्कहरूको परिणामस्वरूप, हामीले सबै लिङ्कहरूको समन्वय र विकास सुनिश्चित गर्न कम्पाउन्ड कर्मचारीहरूको प्रशिक्षणमा ध्यान दिनुपर्छ। थप रूपमा, चीनमा कार्बन फाइबर अनुसन्धानको विकास इतिहासबाट, प्रविधि कोर विशेषज्ञहरूको प्रवाह प्रायः अनुसन्धान संस्थाको अनुसन्धान र विकास स्तरलाई असर गर्ने एक प्रमुख कारक हो। उत्पादन प्रक्रियाहरू, कम्पोजिटहरू र प्रमुख उत्पादनहरूमा कोर विशेषज्ञहरू र अनुसन्धान र विकास टोलीहरूको निर्धारण कायम राख्नु निरन्तर प्रविधि स्तरोन्नतिको लागि महत्त्वपूर्ण छ।
हामीले यस क्षेत्रमा विशेष उच्च-प्रविधि कर्मचारीहरूको तालिम र प्रयोगलाई सुदृढ पार्न, प्रविधि अनुसन्धान र प्रतिभाहरूको मूल्याङ्कन र उपचार नीतिमा सुधार गर्न, युवा प्रतिभाहरूको खेतीलाई सुदृढ पार्न, विदेशी उन्नत अनुसन्धान संस्थाहरूसँग सहयोग र आदानप्रदानलाई सक्रिय रूपमा समर्थन गर्न र विदेशी उन्नत प्रतिभाहरूलाई जोडदार रूपमा परिचय गराउन जारी राख्नुपर्छ। यसले चीनमा कार्बन फाइबर अनुसन्धानको विकासलाई प्रवर्द्धन गर्न ठूलो भूमिका खेल्नेछ।
बाट उद्धृत गरिएको -
विश्वव्यापी कार्बन फाइबर प्रविधिको विकास र चीनमा यसको ज्ञानको विश्लेषण। तियान याजुआन, झाङ झिकियाङ, ताओ चेङ, याङ मिङ, बा जिन, चेन युनवेई।विश्व विज्ञान-प्रविधि अनुसन्धान र विकास।२०१८
पोस्ट समय: डिसेम्बर-०४-२०१८