Serat karbon nyaéta serat polimér anorganik bahan anyar anorganik kalawan eusi karbon luhur 95%, kalawan kapadetan low, kakuatan tinggi, résistansi suhu luhur, stabilitas kacida kimiawi, anti kacapean, maké-tahan ngusap sarta sipat fisik jeung kimia dasar alus teuing lianna, sarta ngabogaan atenuasi Geter tinggi, konduktivitas termal conductive alus, kinerja shielding éléktromagnétik jeung koefisien ékspansi termal low. Sipat alus teuing ieu ngajadikeun serat karbon loba dipaké dina aerospace, transit rail, manufaktur kandaraan, pakarang jeung alat, mesin konstruksi, konstruksi infrastruktur, rékayasa laut, rékayasa minyak bumi, tanaga angin, barang olahraga jeung widang lianna.
Dumasar kana kabutuhan strategis nasional bahan serat karbon, Cina parantos ngadaptarkeun éta salaku salah sahiji téknologi inti tina industri anu muncul anu fokus kana dukungan. Dina "Dua belas-Lima" Élmu sarta tata téhnologi nasional, persiapan sarta téhnologi aplikasi serat karbon kinerja tinggi mangrupakeun salah sahiji téknologi inti industri munculna strategis dirojong ku nagara. Méi 2015, Déwan Nagara sacara resmi ngarilis "Made in China 2025", bahan anyar salaku salah sahiji wewengkon konci promosi vigorous tur ngembangkeun, kaasup-kinerja tinggi bahan struktural, composites canggih nyaeta fokus ngembangkeun dina widang bahan anyar. Dina Oktober 2015, Kamentrian Perindustrian sarta Industri Émbaran resmi diterbitkeun dina "China Manufaktur 2025 konci Wewengkon Téhnologi Roadmap", "-kinerja tinggi serat sarta composites na" salaku bahan strategis konci, tujuan 2020 nyaeta "composites serat karbon domestik pikeun minuhan sarat teknis pesawat badag sarta parabot penting lianna." Nopémber 2016, Déwan Nagara ngaluarkeun "Tilu belas-Lima" nasional strategis munculna Industries Development rencana, jelas adzab kaluar pikeun nguatkeun industri bahan anyar hulu jeung rojongan gawé babarengan hilir, dina komposit serat karbon jeung widang séjén pikeun ngalaksanakeun kolaborasi pilot aplikasi démo, ngawangun platform aplikasi kolaborasi. Dina Januari 2017, Departemen Perindustrian sarta Pangwangunan, nu NDRC, sains jeung téhnologi, jeung Departemen Keuangan babarengan ngarumuskeun "Panduan pikeun ngembangkeun industri bahan anyar", sarta ngusulkeun yén dina 2020, "dina composites serat karbon, baja husus kualitas luhur, bahan alloy lampu canggih tur widang séjén pikeun ngahontal leuwih ti 70 bahan anyar konci industrialisasi sarta aplikasi nu ngarojong tingkat bahan anyar sistem industrialisasi jeung aplikasi pangwangunan Cina. industri.
Kusabab serat karbon sareng kompositna maénkeun peran penting dina pertahanan nasional sareng mata pencaharian Rakyat, seueur ahli museurkeun kana pamekaran sareng analisa tren panalungtikan. Dr Zhou Hong reviewed kontribusi ilmiah sarta téhnologis dijieun ku élmuwan Amérika dina tahap awal ngembangkeun-kinerja tinggi téhnologi serat karbon, sarta discan sarta dilaporkeun dina 16 aplikasi utama jeung kamajuan téhnologis panganyarna serat karbon, sarta téhnologi produksi, sipat sarta aplikasi tina serat karbon polyacrylonitrile sarta ngembangkeun téhnologis na ayeuna anu reviewed ku Dr. Wei Xin, jsb. ngembangkeun serat karbon di Cina. Salaku tambahan, seueur jalma anu ngalaksanakeun panalungtikan ngeunaan analisa métrologi kertas sareng patén-patén dina widang serat karbon sareng komposit na. Contona, Ma Xianglin jeung nu lianna ti sudut pandang metrology ti 1998-2017 distribusi patén serat karbon jeung aplikasi tina widang analisis; Yang Sisi jeung nu lianna dumasar kana platform innography pikeun serat karbon global pilarian patén lawon sarta statistik data, ti trend ngembangkeun taunan patén-patén, patén-patén, The hotspot téhnologi patén jeung patén inti téhnologi nu dianalisis.
Ti sudut pandang serat karbon panalungtikan sarta lintasan ngembangkeun, panalungtikan Cina urang ampir nyingkronkeun jeung dunya, tapi ngembangkeun slow,-kinerja tinggi produksi serat karbon skala jeung kualitas dibandingkeun jeung nagara deungeun boga gap a, aya hiji kabutuhan urgent pikeun nyepetkeun R & amp; prosés d, maju perenah strategis, nangkep kasempetan ngembangkeun industri hareup. Ku alatan éta, makalah ieu mimiti nalungtik tata perenah proyék nagara dina widang panalungtikan serat karbon, guna ngartos tata Sunda & amp; d ruteu di sagala rupa nagara, jeung Bréh, sabab panalungtikan dasar sarta panalungtikan aplikasi tina serat karbon penting pisan pikeun panalungtikan teknis na ngembangkeun serat karbon, kituna, Urang ngalaksanakeun analisis metrology tina hasil panalungtikan akademik-SCI tulak jeung dilarapkeun hasil panalungtikan-patén-patén dina waktos anu sareng pikeun ménta pamahaman komprehensif ngeunaan R & amp; d kamajuan dina widang serat karbon, sarta pikeun nyeken kamajuan panalungtikan panganyarna dina widang ieu ngintip International demarkasi Sunda & amp; d kamajuan. Tungtungna, dumasar kana hasil panalungtikan di luhur, sababaraha saran pikeun jalur panalungtikan sarta pamekaran dina widang serat karbon di Cina diajukan.
2. Cserat arbonperenah proyék panalungtikan ngeunaannagara / wewengkon utama
Nagara produksi serat karbon utama nyaéta Jepang, Amérika Serikat, Koréa Kidul, sababaraha nagara Éropa sareng Taiwan, Cina. Nagara téhnologi canggih dina tahap awal ngembangkeun téhnologi serat karbon geus sadar pentingna bahan ieu, geus dilumangsungkeun perenah strategis, vigorously ngamajukeun ngembangkeun bahan serat karbon.
2.1 Jepang
Jepang mangrupikeun nagara anu paling maju pikeun téknologi serat karbon. 3 pausahaan di Toray, Bong jeung Mitsubishi Liyang di Jepang akun pikeun ngeunaan 70% ~ 80% pangsa pasar global produksi serat karbon. Sanajan kitu, Jepang nempel pentingna hébat pikeun ngajaga kaunggulan dina widang ieu, hususna ngembangkeun kinerja tinggi serat karbon basis pan jeung énergi jeung téhnologi ramah lingkungan, kalayan rojongan kuat manusa jeung finansial, sarta dina sababaraha kawijakan dasar, kaasup rencana énergi dasar, outline strategis pikeun pertumbuhan ékonomi jeung Protokol Kyoto, geus nyieun ieu proyék strategis nu kudu maju. Dumasar kana dasar énergi nasional sareng Kabijakan Lingkungan, Kamentrian Ékonomi, industri sareng harta Jepang parantos ngajukeun "Program Panaliti sareng Pangembangan téknologi hemat energi". Dirojong ku kawijakan di luhur, industri serat karbon Jepang geus bisa leuwih éféktif centralize sakabéh aspék sumberdaya jeung ngamajukeun solusi masalah umum dina industri serat karbon.
"Pamekaran téhnologi kayaning bahan struktural anyar inovatif" (2013-2022) nyaéta proyék dilaksanakeun dina "Proyék panalungtikan Development Future" di Jepang pikeun nyata ngahontal ngembangkeun perlu téhnologi bahan struktural inovatif tur kombinasi bahan béda, kalawan tujuan utama ngurangan lightweight (satengah tina beurat mobil) tina sarana angkutan. Sarta pamustunganana sadar aplikasi praktis na. Sanggeus ngambil alih proyék panalungtikan sarta pamekaran di 2014, Badan Pengembangan Téknologi Industri (NEDO) ngembangkeun sababaraha subproyék dimana tujuan umum tina proyék panalungtikan Serat karbon "Inovatif Panaliti sareng Pangembangan Dasar Serat Karbon" nya éta: ngembangkeun sanyawa prékursor serat karbon anyar; pikeun ngajelaskeun mékanisme formasi struktur karbonisasi; sareng ngamekarkeun sareng ngabakukeun metode penilaian serat karbon. Proyék, dipingpin ku Universitas Tokyo jeung babarengan ngalibetkeun Institute of Industrial Technology (NEDO), Toray, Teijin, Dongyuan, jeung Mitsubishi Liyang, geus nyieun kamajuan signifikan dina Januari 2016 sarta mangrupa narabas utama sejen dina widang serat karbon basis pan sanggeus penemuan tina "mode Kondo" di Jepang dina 1959.
2.2 Amérika Sarikat
Badan Pra-panalungtikan Pertahanan AS (DARPA) ngaluncurkeun proyék Advanced Structural Fiber dina taun 2006 kalayan tujuan pikeun ngahijikeun kakuatan panalungtikan ilmiah anu dominan pikeun ngembangkeun serat struktural generasi salajengna dumasar kana serat karbon. Dirojong ku proyék ieu, tim peneliti ti Georgia Institute of Technology di Amérika Serikat peupeus ngaliwatan téhnologi persiapan kawat atah di 2015, ngaronjatna modulus elastis na ku 30%, nyirian Amérika Serikat jeung kapasitas ngembangkeun generasi katilu serat karbon.
Dina 2014, Departemen Énergi Amérika Sarikat (DOE) ngumumkeun subsidi 11,3 juta dollar pikeun dua proyék ngeunaan "prosés katalitik multi-step pikeun konversi gula biomassa non-edible kana acrylonitrile" jeung "panalungtikan jeung optimasi acrylonitrile diturunkeun tina produksi biomass" pikeun ngamajukeun pamakéan résidu produksi biomassa luhur kompetisi-kompetisi. bahan serat karbon pikeun produksi bahan baku non-dahareun renewable, kayaning biomassa woody, sarta ngarencanakeun pikeun ngurangan biaya produksi serat karbon renewable biomassa kana kirang ti $5/lb ku 2020.
Dina Maret 2017, Departemen Énergi AS ngumumkeun deui 3,74 juta dollar pikeun ngabiayaan "komponén serat karbon murah R & amp; proyék d "dipingpin ku Western American Institute (WRI), anu museurkeun kana ngembangkeun komponén serat karbon béaya rendah dumasar kana sumberdaya kayaning batubara jeung biomassa.
Juli 2017, Departemen Énergi AS ngumumkeun waragad 19,4 juta dollar pikeun ngarojong panalungtikan sarta pamekaran kandaraan hémat énérgi canggih, 6,7 juta di antarana dipaké pikeun ngabiayaan persiapan serat karbon béaya rendah ngagunakeun bahan komputasi, kaasup ngembangkeun métode evaluasi multi-skala pikeun téhnologi komputer terpadu ka assess antusiasme tina prékursor dénsitas mesin anyar, serat karbon molecular séjén. alat-alat anu dianggo pikeun ngembangkeun alat komputer canggih pikeun ningkatkeun efisiensi pamilihan bahan baku serat karbon béaya rendah.
2.3 Éropa
Industri serat karbon Éropa dikembangkeun di Jepang sareng Amérika Serikat dina taun tujuh puluhan atanapi dalapan puluhan abad ka-20, tapi kusabab téknologi sareng modal, seueur perusahaan anu ngahasilkeun serat karbon tunggal henteu patuh kana periode pertumbuhan tinggi paménta serat karbon saatos 2000 taun sareng ngiles, perusahaan Jerman SGL mangrupikeun hiji-hijina perusahaan di Éropa anu gaduh pangsa utama pasar serat karbon di dunya.
Dina bulan Nopémber 2011, Uni Éropa ngaluncurkeun Proyék Eucarbon, anu tujuanana pikeun ningkatkeun kamampuan manufaktur Éropa dina serat karbon sareng bahan anu diimpregnasi pikeun aerospace. Proyék éta lumangsung 4 taun, kalayan total investasi 3,2 juta euro, sareng dina Méi 2017 suksés ngadegkeun jalur produksi serat karbon khusus munggaran Éropa pikeun aplikasi rohangan sapertos satelit, sahingga ngamungkinkeun Éropa ngajauhan tina gumantungna imporna kana produk sareng mastikeun kasalametan suplai bahan.
Kerangka EU Katujuh ngarencanakeun pikeun ngadukung "serat karbon fungsional dina nyiapkeun sistem prékursor énggal kalayan biaya-éféktif sareng kinerja anu tiasa diurus" (FIBRALSPEC) proyék (2014-2017) dina euro 6,08 juta. Proyék 4 taun, dipingpin ku Universitas Téknis Nasional Athena, Yunani, kalayan partisipasi perusahaan multinasional sapertos Italia, Inggris sareng Ukraina, museurkeun kana inovasi sareng ningkatkeun prosés persiapan kontinyu serat karbon basis polyacrylonitrile pikeun ngahontal produksi ékspérimén serat karbon dumasar pan. Proyék éta parantos suksés ngalengkepan pamekaran sareng aplikasi serat karbon sareng téknologi komposit anu ditingkatkeun tina sumber daya polimér organik anu tiasa diperbaharui (sapertos supercapacitors, saung darurat anu gancang, ogé prototipe mesin palapis puteran listrik mékanis sareng pamekaran garis produksi nanofibers, jsb.).
Sajumlah sektor industri, sapertos otomotif, kakuatan angin sareng galangan kapal, ngabutuhkeun komposit anu ringan, kinerja tinggi, anu mangrupikeun pasar poténsial anu ageung pikeun industri serat karbon. EU investasi 5,968 juta euro pikeun ngajalankeun proyék Carboprec (2014-2017), tujuan strategis nyaéta pikeun ngembangkeun prékursor béaya rendah tina bahan renewable anu loba hadir di Éropa sarta ngaronjatkeun produksi serat karbon kinerja tinggi ngaliwatan nanotube karbon.
Program panalungtikan Cleansky II Uni Éropa urang dibiayaan a "Ban komposit R & amp; d "proyék (2017), dipingpin ku Fraunhofer Institute pikeun Produksi jeung Systems Reliability (LBF) di Jerman, nu ngarencanakeun pikeun ngembangkeun komponén kabayang hareup pikeun serat karbon bertulang pesawat komposit pikeun Airbus A320, Tujuanana nyaéta pikeun ngurangan beurat ku 40% dibandingkeun bahan logam konvensional. Proyék ieu dibiayaan ku sakitar EUR 200,000.
2.4 Koréa
serat karbon Koréa Kidul urang Sunda & amp; D jeung Industrialisasi dimimitian telat, Urang Sunda & amp; D dimimitian dina 2006, 2013 mimiti resmi asup kana tahap praktis, reversing serat karbon Korea sadayana gumantung kana impor kaayaan. Pikeun grup xiaoxing lokal Koréa Kidul sarta Taiguang Usaha salaku wawakil pelopor industri aktip dina widang tata perenah industri serat karbon, ngembangkeun moméntum kuat. Salaku tambahan, basis produksi serat karbon anu diadegkeun ku Toray Jepang di Korea ogé parantos nyumbang kana pasar serat karbon di Koréa sorangan.
Pamarentah Korea geus milih nyieun xiaoxing Grup A tempat ngumpulna pikeun industri inovatif serat karbon. Tujuanana nyaéta pikeun ngabentuk klaster industri bahan serat karbon, ngamajukeun ngembangkeun ékosistem ékonomi kreatif di sakabeh wewengkon Kalér, tujuan pamungkas nyaéta pikeun ngabentuk bahan serat karbon → bagian → produk rengse ranté produksi hiji-eureun, ngadegna klaster inkubasi serat karbon bisa loyog jeung Silicon Valley di Amérika Serikat, ketok pasar anyar, nyieun nilai tambah anyar, Ngahontal udagan $ 10 milyar dina produk karbon-valent2. yuan) dina 2020.
3. analisis panalungtikan serat karbon global jeung kaluaran panalungtikan
Subseksi ieu ngitung makalah SCI anu aya hubunganana sareng panalungtikan serat karbon sareng hasil patén DII ti saprak 2010, pikeun nganalisis panalungtikan akademik sareng panalungtikan industri sareng pamekaran téknologi serat karbon global dina waktos anu sami, sareng ngartos lengkep kamajuan panalungtikan sareng pamekaran serat karbon sacara internasional.
Data diturunkeun tina database Scie jeung database Dewent dina web database Élmu diterbitkeun ku Clarivate Analytics; rentang waktu dimeunangkeun: 2010-2017; titimangsa dimeunangkeun: Pébruari 1, 2018.
SCI Paper Retrieval Stratégi: Ts=((carbonfibre* or Carbonfiber* or ("Serat Karbon*" lain "carbon Fiberglass") atawa "serat karbon*" atawa "carbonfilament*" atawa ((polyacrylonitrile atawa pitch) jeung "prékursor*" jeungserat*) atawa ("serat grafit*")) henteu ()).
Strategi Milarian Patén Dewent: Ti=((carbonfibre* or Carbonfiber* or ("Serat Karbon*" lain"Carbon Fiberglass") atawa "serat karbon*" atawa "carbonfilament*" atawa ((polyacrylonitrile atawa pitch) jeung "prékursor*" jeungserat*) atawa ("serat grafit*") atawa ("serat grafit*")) henteu ("carbonfiber atanapi TS*) ("Serat Karbon*" sanes"Fiberglass karbon") atanapi "serat karbon*" atanapi "carbonfilament*" atanapi ((polyacrylonitrile atanapi pitch) sareng "prékursor*" sareng serat*) atanapi ("serat grafit*")) sanes ("karbon awi") sareng IP=(D01F-009/12 atanapi D01F2-0 atanapi 9 D01F-009/14 atanapi D01F-009/145 atanapi D01F-009/15 atanapi D01F-009/155 atanapi D01F-009/16 atanapi D01F-009/17 atanapi D01F-009/18 atanapi D01F-009/20 atanapi D01F-009/20 D01F-009/22 atanapi D01F-009/24 atanapi D01F-009/26 atanapiD01F-09/28 atanapi D01F-009/30 atanapi D01F-009/32 atanapi C08K-007/02 atanapi C08J-005/04 atanapi D404 atanapi D404 atanapi D06M-101/40 atanapi D21H-013/50 atanapi H01H-001/027 atanapi H01R-039/24).
3.1 trend
Kusabab 2010, 16.553 tulak relevan geus diterbitkeun di sakuliah dunya, sarta 26390 patén-patén penemuan geus dilarapkeun, sadayana némbongkeun hiji trend luhur ajeg unggal taun (Gambar 1).
3.2 Distribusi nagara atawa wewengkon
Institusi 10 luhur kalayan kaluaran pangbadagna kertas panalungtikan serat karbon global nyaéta ti China, anu 5 pangluhurna nyaéta: Akademi Élmu Cina, Harbin Institute of Technology, Northwestern University of Technology, Donghua University, Beijing Institute of Aeronautics and Astronautics. Diantara lembaga asing, Institut Téknologi India, Universitas Tokyo, Universitas Bristol, Universitas Monash, Universitas Manchester sareng Institut Téknologi Georgia di antara 10 ~ 20 (Gbr. 3).
Jumlah aplikasi patén di luhur 30 lembaga, Jepang boga 5, sarta 3 di antarana aya di luhur lima, Toray parusahaan rengking kahiji, dituturkeun ku Mitsubishi Liyang (2nd), Teijin (4th), Propinsi Sulawesi Tenggara (10th), Japan Toyo Tekstil Company (24th), Cina boga 21 lembaga, Sinopec Grup boga jumlah pangbadagna patén-patén, He Donghua Institute, Har Kebin, katilu pausahaan Téhnologi, ranking katilu. Universitas, Cina Shanghai Pétrokimia, Industri Kimia Beijing, jeung sajabana, nu Cina Akademi Élmu Shanxi Batubara aplikasi penemuan Patén 66, rengking 27th, lembaga Koréa Kidul boga 2, nu Xiaoxing Co., Ltd rengking kahiji, ranking 8.
lembaga output, kaluaran kertas utamana ti universitas sarta lembaga panalungtikan ilmiah, kaluaran patén utamana ti pausahaan, bisa ditempo yén manufaktur serat karbon nyaéta industri tinggi-tech, salaku awak utama serat karbon R & amp; d Pangwangunan Industri, pausahaan nempel pentingna hébat kana panangtayungan serat karbon Sunda & amp; d téhnologi, utamana 2 pausahaan utama di Jepang, Jumlah patén-patén jauh payun.
3.4 Hotspot Panalungtikan
Makalah panalungtikan serat karbon nutupan seueur topik panalungtikan: Komposit serat karbon (kalebet komposit bertulang serat karbon, komposit matriks polimér, jsb.), Panaliti sipat mékanis, analisa unsur terhingga, nanotube karbon, delaminasi, tulangan, kacapean, mikrostruktur, spinning éléktrostatik, perlakuan permukaan, adsorpsi sareng saterasna. Makalah anu nganggo kecap konci ieu nyababkeun 38.8% tina total jumlah makalah.
Patén-patén penemuan serat karbon nutupan seueur topik anu aya hubunganana sareng persiapan serat karbon, alat produksi sareng bahan komposit. Di antarana, Jepang Toray, Mitsubishi Liyang, Teijin jeung pausahaan séjén dina "serat karbon bertulang sanyawa polimér" dina widang perenah teknis penting, sajaba, Toray na Mitsubishi Liyang dina "Polyacrylonitrile produksi serat karbon jeung alat-alat produksi", "kalayan nitrile teu jenuh, kayaning polyacrylonitrile, polyvinythylidene produksi badag lianna tina karbon dioksidasi technologies". proporsi tata perenah patén, jeung pausahaan Teijin Jepang dina "serat karbon jeung sanyawa oksigén composites" boga proporsi badag tina perenah patén.
Cina Sinopec Grup, Beijing Kimia Universitas, Cina Akademi Élmu Ningbo Bahan dina "polyacrylonitrile produksi serat karbon jeung alat-alat produksi" boga proporsi badag tina perenah patén; Sajaba ti éta, Beijing Universitas Téknik Kimia, Cina Akademi Élmu Shanxi Batubara Kimia Institute jeung Cina Akademi Élmu Ningbo bahan konci Layout "Maké serat unsur anorganik salaku bahan persiapan sanyawa polimér" téhnologi boga Harbin Institute of Technology museurkeun kana tata perenah "karbon perlakuan serat", "serat karbon jeung oksigén-ngandung sanyawa composites" jeung téknologi lianna.
Sajaba ti éta, kapanggih tina statistik taunan distribution statistik patén global yén sajumlah hot spot anyar geus mimiti muncul dina tilu taun ka tukang, kayaning: "Komposisi polyamides diala tina formasi réaksi beungkeutan karboksilat dina ranté utama", "komposisi poliéster tina formasi 1 asam karboksilat éster beungkeut dina" ranté utama "," beungkeutan asam karboksilat dina ranté utama "," beungkeutan asam karboksilat dumasar kana bahan siklik "bahan dasar karboksil" sanyawa oksigén salaku bahan komposit serat karbon", "dina bentuk tilu diménsi solidifikasi atawa perlakuan bahan tékstil", "éter teu jenuh, asetal, semi-acetal, keton atawa aldehida ngaliwatan ukur réaksi beungkeut karbon-karbon teu jenuh kana produksi Sanyawa polimér", "pipa bahan adiabatik atawa kabel", "composites serat karbon jeung "éster fosfat".
Dina taun anyar, Urang Sunda & amp; d di sektor serat karbon geus mecenghul, kalawan lolobana terobosan datang ti Amérika Serikat jeung Jepang Téknologi motong-ujung panganyarna museurkeun teu ukur dina produksi serat karbon jeung téhnologi préparasi, tapi ogé dina aplikasi dina rentang lega bahan otomotif, kayaning lightweight, percetakan 3D, jeung bahan generasi kakuatan. Salaku tambahan, daur ulang sareng daur ulang bahan serat karbon, persiapan serat karbon lignin kai sareng prestasi sanésna gaduh prestasi panon anu cerah. Hasil perwakilan digambarkeun di handap ieu:
1) US Georgia Institute of Technology ngarecah téknologi serat karbon generasi katilu
Dina Juli 2015, kalayan dana DARPA, Institut Téknologi Georgia, kalayan téknik spinning gél serat karbon berbasis pan inovatif, sacara signifikan ningkatkeun modulusna, ngalangkungan serat Karbon Hershey IM7, anu ayeuna seueur dianggo dina pesawat militer, nyirian nagara kadua di dunya anu ngawasaan téknologi serat karbon generasi katilu saatos Jepang.
Kakuatan tegangan serat karbon spinning gél anu dilakukeun ku Kumarz ngahontal 5.5 dugi ka 5.8Gpa, sareng modulus tegangan antara 354-375gpa. "Ieu serat kontinyu anu geus dilaporkeun kalawan kakuatan pangluhurna sarta modulus kinerja komprehensif. Dina kebat filamén pondok, kakuatan tensile nepi ka 12.1Gpa, sarua jeung serat karbon polyacrylonitrile pangluhurna ".
2) Téknologi pemanasan gelombang éléktromagnétik
Dina 2014, Nedo ngembangkeun téknologi pemanasan gelombang éléktromagnétik. Téknologi karbonisasi gelombang éléktromagnétik nujul kana panggunaan téknologi pemanasan gelombang éléktromagnétik pikeun karbonisasi serat dina tekanan atmosfir. Kinerja serat karbon anu diala dasarna sami sareng serat karbon anu diproduksi ku pemanasan suhu anu luhur, modulus elastis tiasa ngahontal langkung ti 240GPA, sareng elongasi nalika istirahat langkung ti 1,5%, anu mangrupikeun kasuksésan munggaran di dunya.
Bahan serat-kawas ieu carbonized ku gelombang éléktromagnétik, ku kituna parabot tungku carbonization dipaké pikeun pemanasan suhu luhur teu diperlukeun. Proses ieu henteu ngan ukur ngirangan waktos anu diperyogikeun pikeun karbonisasi, tapi ogé ngirangan konsumsi énergi sareng ngirangan émisi CO2.
3) kontrol denda prosés carbonization
Dina Maret 2014, Toray ngumumkeun kasuksésan ngembangkeun serat karbon t1100g. Toray nganggo téknologi pemintalan solusi pan tradisional pikeun ngontrol prosés karbonisasi, ningkatkeun mikrostruktur serat karbon dina skala nano, ngontrol orientasi microcrystalline grafit, ukuran microcrystalline, cacad sareng saterasna dina serat saatos karbonisasi, supados kakuatan sareng modulus elastis tiasa ningkat pisan. Kakuatan tensile of t1100g nyaeta 6.6GPa, nu 12% leuwih luhur ti nu ti T800, sarta modulus elastis nyaeta 324GPa jeung ngaronjat ku 10%, nu geus asup kana tahap industrialisasi.
4) Téhnologi perlakuan Surface
Propinsi Wétan Teijin parantos suksés ngembangkeun téknologi perawatan permukaan plasma anu tiasa ngontrol penampilan serat karbon dina sababaraha detik. Téknologi anyar ieu sacara signifikan nyederhanakeun sadaya prosés produksi sareng ngirangan konsumsi énergi ku 50% dibandingkeun sareng téknologi perawatan permukaan anu aya pikeun solusi cai éléktrolit. Leuwih ti éta, sanggeus perlakuan plasma, éta kapanggih yén adhesion serat sarta résin matrix ieu ogé ningkat.
5) ulikan ngeunaan laju ingetan kakuatan tensile serat karbon di lingkungan grafit suhu luhur
bahan Ningbo hasil dilumangsungkeun ulikan lengkep dina analisis prosés, panalungtikan struktur jeung optimasi kinerja kakuatan tinggi domestik jeung serat karbon mode jangkung, utamana karya panalungtikan dina laju ingetan kakuatan tensile serat karbon di lingkungan grafit suhu luhur, sarta persiapan suksés panganyarna kakuatan tinggi na serat karbon modulus luhur kalawan kakuatan tensile 5.24GPa jeung kakuatan tensile modulus tensile 5.24GPa jeung kakuatan tensile Ieu neruskeun 593GPa neruskeun kakuatan Jepang 593GPa. m60j-kakuatan tinggi serat karbon kacida-kabentuk (kakuatan tensile 3.92GPa, modulus tensile 588GPa).
6) Gelombang mikro grafit
Yongda Advanced Materials parantos suksés ngembangkeun téknologi grafit suhu ultra-luhur patén ekslusif Amérika Serikat, produksi serat karbon sedeng sareng tingkat luhur, suksés ngaliwat tilu bottlenecks dina ngembangkeun serat karbon tingkat luhur, alat-alat grafit mahal sareng dina kontrol internasional, kasusah téknologi kimia sutra atah, ngahasilkeun produksi rendah sareng biaya tinggi. Sajauh ieu, Yongda geus ngembangkeun 3 rupa serat karbon, sakabéh nu geus ngaronjat kakuatan sarta modulus serat karbon kelas rélatif low aslina ka jangkungna anyar.
7) Prosés anyar lebur spinning kawat atah serat karbon pan basis ku Fraunhofer, Jérman
The Fraunhofer Institute of Applied Polymers (Applied polymer Research, IAP) nembé ngumumkeun yén éta bakal nunjukkeun téknologi Comcarbon pang anyarna di Berlin Air Show Ila dina April 2018 25, 29th. Téknologi ieu ngirangan pisan biaya produksi serat karbon anu diproduksi masal.
Gbr 4 kawat atah lebur spinning.
Perlu dipikanyaho yén dina prosés tradisional, satengah tina biaya produksi serat karbon basis pan dikonsumsi dina prosés produksi kawat atah. Dina panempoan henteu mampuh kawat atah ngalembereh, éta kudu dihasilkeun maké prosés spinning solusi mahal (Solusi Spinning). "Ka tungtung ieu, kami geus ngembangkeun hiji prosés anyar pikeun produksi sutra atah pan basis, nu bisa ngurangan biaya produksi kawat atah ku 60%. Ieu mangrupa prosés spinning lebur ekonomis tur meujeuhna, ngagunakeun copolymer basis pan datar dimekarkeun husus. "Dr. Johannes Ganster, Menteri Polimér biologis di Fraunhofer IAP Institute, ngajelaskeun.
8) Téknologi oksidasi plasma
Serat Karbon 4M ngumumkeun yén éta bakal ngagunakeun téknologi oksidasi plasma pikeun ngahasilkeun sareng ngajual serat karbon murah kualitas luhur salaku fokus strategis, sanés ngan ukur lisénsi téknologi. 4M nyatakeun yén téknologi oksidasi plasma 3 kali langkung gancang tibatan téknologi oksidasi konvensional, sedengkeun panggunaan énergi kirang ti sapertilu téknologi tradisional. Sareng pernyataan éta parantos disahkeun ku seueur produsén serat karbon internasional, anu konsultasi sareng sajumlah pabrik serat karbon panglegana sareng produsén mobil pikeun ilubiung salaku inisiator produksi serat karbon béaya rendah.
9) Serat Nano Selulosa
Universitas Kyoto Jepang, bareng jeung sababaraha komponén utama suppliers kayaning pausahaan instalasi listrik (supplier pangbadagna Toyota urang) jeung Daikyonishikawa Corp., geus dipake dina ngembangkeun bahan plastik nu ngagabungkeun nanofibers selulosa, bahan ieu dijieun ku megatkeun bubur kai kana sababaraha microns (1 per sarébu mm). Beurat bahan anyar ngan ukur saperlima beurat baja, tapi kakuatanna lima kali lipat tina baja.
10) serat karbon awak hareup polyolefin jeung bahan baku lignin
Laboratorium Nasional Oak Ridge di Amérika Serikat parantos ngerjakeun panalungtikan serat karbon béaya rendah ti saprak 2007, sareng aranjeunna parantos ngembangkeun badan payun serat karbon pikeun bahan baku poliolefin sareng lignin, ogé téknologi pra-oksidasi plasma canggih sareng téknologi karbonisasi gelombang mikro.
11) Polimér anyar (polimér prékursor) dikembangkeun ku cara ngaleungitkeun perlakuan refractory
Dina métode manufaktur dipingpin ku Universitas Tokyo, polimér anyar (polimér prékursor) geus dimekarkeun pikeun miceun perlakuan refractory. Titik utama nyaéta yén sanggeus spinning polimér kana sutra, éta henteu ngalaksanakeun perlakuan refractory aslina, tapi ngabalukarkeun ka oksidasi dina pangleyur. Alat pemanasan gelombang mikro teras dipanaskeun dugi ka langkung ti 1000 ℃ pikeun karbonisasi. Waktu pemanasan ngan ukur 2-3 menit. Saatos perlakuan karbonisasi, plasma ogé dianggo pikeun ngalaksanakeun perawatan permukaan, ku kituna serat karbon tiasa didamel. Perlakuan plasma nyokot kirang ti 2 menit. Ku cara kieu, waktu sintering aslina tina 30-60 menit bisa diréduksi jadi ngeunaan 5 menit. Dina métode manufaktur anyar, perlakuan plasma dilaksanakeun pikeun ngaronjatkeun beungkeutan antara serat karbon jeung résin thermoplastic salaku bahan dasar CFRP. Modulus elastis tensile serat karbon anu diproduksi ku metode manufaktur énggal nyaéta 240GPa, kakuatan tensile nyaéta 3.5GPa sareng panjangna ngahontal 1.5%. Nilai-nilai ieu sami sareng tingkat serat karbon kelas Toray Universal T300 anu dianggo pikeun barang olahraga, jsb.
12) daur ulang na utilization bahan serat karbon ngagunakeun prosés ranjang fluidized
Mengran Meng, pangarang kahiji ulikan urang, ceuk: "Pamulihan serat karbon ngurangan dampak dina lingkungan dibandingkeun produksi serat karbon atah, tapi aya kasadaran kawates téhnologi daur ulang poténsi jeung feasibility ékonomi tina utilization serat karbon daur ulang. "Daur ulang nyokot dua tahap: serat kudu mimiti pulih tina komposit serat karbon jeung thermally decomposed ku prosés pirolisis mékanis atawa maké grinding mékanis. Métode ieu nyabut bagian plastik tina bahan komposit, ninggalkeun serat karbon, nu lajeng bisa dirobah jadi tikar serat kusut maké téhnologi papermaking baseuh, atawa ulang diatur kana serat arah.
Para panalungtik ngitung yén serat karbon bisa pulih tina runtah komposit serat karbon ngagunakeun prosés ranjang fluidized, merlukeun ngan 5 dollar / kg sarta kirang ti 10% énergi diperlukeun pikeun pabrik serat karbon primér. Serat karbon daur ulang dihasilkeun ku prosés ranjang fluidized boro ngurangan modulus, sarta kakuatan tensile diréduksi ku 18% nepi ka 50% relatif ka serat karbon primér, sahingga cocog pikeun aplikasi merlukeun stiffness tinggi tinimbang kakuatan. "Serat karbon daur ulang bisa jadi cocog pikeun aplikasi non-struktural nu merlukeun lightweight, kayaning industri otomotif, konstruksi, angin jeung olahraga," ceuk Meng.
13) Téknologi anyar daur ulang serat karbon dikembangkeun di Amérika Serikat
Juni 2016, peneliti di Georgia Institute of Technology di Amérika Serikat soaked serat karbon dina pangleyur ngandung alkohol ngaleyurkeun résin epoxy, serat dipisahkeun jeung résin epoxy bisa dipaké deui, realisasi suksés recovery serat karbon.
Juli 2017, Washington State University ogé ngembangkeun hiji téhnologi recovery serat karbon, ngagunakeun asam lemah salaku katalis, pamakéan étanol cair dina hawa rélatif low mun decompose bahan thermosetting, serat karbon decomposed sarta résin anu dilestarikan misah, sarta bisa nempatkeun kana baranahan.
14) Ngembangkeun téknologi tinta serat karbon percetakan 3D di laboratorium LLNL, AS
Dina Maret 2017, Laboratorium Nasional Lawrence Livemore (LLNL) di Amérika Serikat ngembangkeun 3D munggaran dicitak kinerja tinggi, komposit serat karbon kelas penerbangan. Aranjeunna ngagunakeun métode percetakan 3D tina transmisi tinta langsung (DIW) pikeun nyieun struktur tilu diménsi kompléks nu greatly ningkat speed processing keur dipake dina otomotif, aerospace, pertahanan, jeung kompetisi motor jeung surfing.
15) Amérika Sarikat, Korea jeung Cina cooperate dina ngembangkeun serat karbon pikeun generasi kakuatan
Dina Agustus 2017, kampus Dallas Universitas Texas, Universitas Hanyang di Koréa, Universitas Nankai di Cina sareng lembaga anu sanés gawé bareng dina pamekaran bahan benang serat karbon pikeun pembangkit listrik. Benang munggaran direndam dina leyuran éléktrolit sapertos brine, ngamungkinkeun ion dina éléktrolit napel kana permukaan nanotube karbon, anu tiasa dirobih janten énergi listrik nalika benang diketat atanapi dipanjangkeun. Bahanna tiasa dianggo di mana waé kalayan énergi kinétik anu tiasa dipercaya sareng cocog pikeun nyayogikeun kakuatan kana sénsor IoT.
16) Kamajuan anyar dina panalungtikan serat karbon lignin kai diala ku Cina sareng Amérika masing-masing
Dina Maret 2017, tim serat husus Ningbo Institute of Téhnologi Bahan jeung rékayasa disiapkeun hiji copolymer lignin-acrylonitrile kalawan spinnability alus tur stabilitas termal ku ngagunakeun ésterifikasi sarta copolymerization radikal bébas téhnologi modifikasi dua-hambalan. Filamén kontinyu kualitas luhur dicandak ku ngagunakeun kopolimer sareng prosés pemintalan baseuh, sareng serat karbon kompak nampi saatos stabilisasi termal sareng perlakuan karbonisasi.
Dina bulan Agustus 2017, tim peneliti Birgitte ahring di Universitas Washington di Amérika Serikat nyampur lignin sareng polyacrylonitrile dina proporsi anu béda, teras nganggo téknologi pemintalan lebur pikeun ngarobih polimér campuran kana serat karbon. Panaliti mendakan yén lignin anu ditambah kana 20% ~ 30% henteu mangaruhan kakuatan serat karbon sareng diperkirakeun dianggo dina produksi bahan serat karbon murah pikeun suku cadang otomotif atanapi pesawat.
Dina ahir 2017, National Renewable Energy Laboratory (NREL) ngarilis panalungtikan ngeunaan pabrik acrylonitrile ngagunakeun bagian runtah tutuwuhan, sapertos jarami jagong sareng jarami gandum. Aranjeunna mimiti ngarecah bahan tutuwuhan jadi gula lajeng ngarobah kana asam, sarta ngagabungkeun aranjeunna kalayan katalis mirah pikeun ngahasilkeun produk target.
17) Jepang ngembangkeun chassis mobil komposit termoplastik serat karbon munggaran
Oktober 2017, téhnologi industri énergi anyar Jepang terpadu Sunda & amp; d Badan sareng Pusat Panaliti Komposit Nasional Universitas Nagoya suksés ngembangkeun sasis mobil komposit termoplastik anu diperkuat serat karbon munggaran di dunya. Maranehna ngagunakeun serat panjang otomatis bertulang composites thermoplastic langsung on-line prosés molding, serat karbon kontinyu jeung partikel résin thermoplastic Pergaulan, manufaktur serat bertulang composites, lajeng ngaliwatan pemanasan sarta lebur sambungan, produksi suksés chassis mobil CFRP thermoplastic.
5. saran dina R & D tina téhnologi serat karbon di Cina
5.1 Tata perenah maju, berorientasi tujuan, fokus kana ngarecah téknologi serat karbon generasi katilu
Téknologi serat karbon generasi kadua Cina henteu acan janten terobosan anu komprehensif, nagara urang kedah nyobian janten tata perenah anu maju anu bakal ngahijikeun top up lembaga panalungtikan anu relevan, fokus kana néwak téknologi konci, fokus generasi katilu panalungtikan sareng pamekaran téknologi persiapan serat karbon berprestasi tinggi (nyaéta lumaku pikeun kakuatan tinggi aerospace, modulus tinggi serat karbon téknologi), sareng téknologi otomotif anu dikembangkeun pikeun komposit serat karbon, kalebet téknologi serat karbon anu dikembangkeun. énténg, béaya rendah préparasi serat karbon tow ageung, téknologi manufaktur aditif bahan komposit serat karbon, téknologi daur ulang sareng téknologi prototyping gancang.
5.2 Koordinasi organisasi, nguatkeun dukungan, nyetél proyék téknis utama pikeun terus ngadukung panalungtikan kolaborasi
Ayeuna, aya loba lembaga pikeun ngalaksanakeun panalungtikan serat karbon di Cina, tapi kakuatan ieu dispersed, tur euweuh R & amp; d mékanisme organisasi jeung rojongan waragad kuat pikeun koordinasi éféktif. Ditilik tina pangalaman pangwangunan nagara-nagara maju, organisasi sareng perenah proyék-proyék utama maénkeun peran anu saé dina ngamajukeun pamekaran widang téknis ieu. Urang kedah difokuskeun Cina urang Kauntungannana R & amp; d Angkatan, dina panempoan serat karbon narabas Cina urang Sunda & amp; d pikeun ngamimitian proyék-proyék utama, nguatkeun inovasi téknologi kolaborasi, sareng terus ngamajukeun tingkat téknologi panalungtikan serat karbon Cina, kompetisi pikeun serat karbon internasional sareng komposit.
5.3 Ngaronjatkeun mékanisme evaluasi orientasi pangaruh aplikasi tina prestasi teknis
Ti sudut pandang analisis ékonométri kertas SCI, serat karbon Cina urang salaku bahan kinerja-kakuatan tinggi dipaké dina sagala rupa widang panalungtikan, tapi pikeun produksi serat karbon jeung téhnologi préparasi, utamana fokus kana ngurangan biaya, ngaronjatkeun efisiensi produksi panalungtikan kirang. Prosés produksi serat karbon panjang, titik konci téhnologi, halangan produksi tinggi, mangrupakeun multi-disiplin, integrasi multi-téhnologi, kudu megatkeun ngaliwatan halangan teknis, mun éféktif ngamajukeun "biaya low, kinerja tinggi" inti préparasi téhnologi panalungtikan sarta pamekaran, di hiji sisi, perlu pikeun nguatkeun investasi panalungtikan, di sisi séjén, kudu ngaleuleuskeun widang evaluasi kinerja panalungtikan ilmiah sarta ngaronjatkeun évaluasi kinerja teknis, sarta ngaronjatkeun évaluasi kinerja panalungtikan ilmiah. Evaluasi "kuantitatif", anu merhatikeun publikasi makalah, kana evaluasi "kualitas" tina nilai hasil.
5.4 Strengthening budidaya téhnologi motong-ujung bakat majemuk
Atribut tinggi-tech téhnologi serat karbon nangtukeun pentingna bakat husus, naha maranéhna boga tanaga téknis core motong-ujung langsung nangtukeun tingkat Sunda & amp; D hiji lembaga.
Salaku hasil tina téhnologi serat karbon R & D Tumbu, urang kedah nengetan latihan tanaga sanyawa, guna mastikeun koordinasi sarta ngembangkeun sakabeh Tumbu. Sajaba ti éta, tina sajarah ngembangkeun panalungtikan serat karbon di Cina, aliran ahli inti téhnologi mindeng faktor konci mangaruhan Sunda & amp; d tingkat lembaga panalungtikan. Ngajaga fiksasi para ahli inti jeung R & amp; d tim dina prosés produksi, composites jeung produk utama penting pikeun upgrades téhnologi kontinyu.
Urang kudu terus nguatkeun latihan jeung pamakéan tanaga tinggi-tech husus dina widang ieu, ngaronjatkeun kawijakan evaluasi jeung perlakuan pikeun Téhnologi Sunda & amp; d bakat, nguatkeun budidaya bakat ngora, aktip ngarojong gawé babarengan jeung bursa jeung asing maju R & amp; d lembaga, sarta vigorously ngenalkeun bakat canggih asing, jsb Ieu bakal maénkeun peran hébat dina promosi ngembangkeun panalungtikan serat karbon di Cina.
Dicutat tina-
Analisis ngeunaan pamekaran téknologi serat karbon global sareng pencerahanna ka Cina. Tian Yajuan, Zhang Zhiqiang, Tao Cheng, Yang ming, Ba jin, Chen Yunwei.Dunya Sci-Tech R & D.2018
waktos pos: Dec-04-2018