Ang carbon fiber ay inorganic polymer fiber inorganic na bagong materyal na may carbon content na higit sa 95%, na may mababang density, mataas na lakas, mataas na temperatura na resistensya, mataas na chemical stability, anti-fatigue, wear-resistant wipe at iba pang mahusay na pangunahing pisikal at kemikal na katangian, at may mataas na vibration attenuation, magandang conductive thermal conductivity, electromagnetic shielding performance at mababang thermal expansion coefficient. Dahil sa napakahusay na katangiang ito, ang carbon fiber ay malawakang ginagamit sa aerospace, rail transit, pagmamanupaktura ng sasakyan, mga armas at kagamitan, makinarya sa konstruksiyon, konstruksyon ng imprastraktura, marine engineering, petroleum engineering, wind energy, sporting goods at iba pang larangan.
Batay sa pambansang estratehikong pangangailangan ng mga materyales sa carbon fiber, inilista ito ng China bilang isa sa mga pangunahing teknolohiya ng mga umuusbong na industriya na nakatuon sa suporta. Sa pambansang "Labindalawa-Limang" pagpaplano ng Agham at teknolohiya, ang paghahanda at paggamit ng teknolohiya ng mataas na pagganap ng carbon fiber ay isa sa mga pangunahing teknolohiya ng mga madiskarteng umuusbong na industriya na sinusuportahan ng estado. Mayo 2015, opisyal na inilabas ng Konseho ng Estado ang "Made in China 2025", ang mga bagong materyales bilang isa sa mga pangunahing lugar ng masiglang promosyon at pag-unlad, kabilang ang mataas na pagganap ng mga istrukturang materyales, ang mga advanced na composite ay ang pokus ng pag-unlad sa larangan ng mga bagong materyales. Noong Oktubre 2015, opisyal na inilathala ng Ministri ng Industriya at Industriya ng Impormasyon ang "China Manufacturing 2025 key Areas Technology Roadmap", "high-performance fiber and its composites" bilang isang pangunahing strategic material, ang layunin ng 2020 ay "domestic carbon fiber composites upang matugunan ang mga teknikal na pangangailangan ng malalaking sasakyang panghimpapawid at iba pang mahahalagang kagamitan." Nobyembre 2016, ang Konseho ng Estado ay naglabas ng "Thirteen-Five" pambansang Strategic umuusbong na Plano ng Pag-unlad ng Industriya, malinaw na itinuro upang palakasin ang bagong materyal na industriya upstream at downstream na suporta sa pakikipagtulungan, sa carbon fiber composites at iba pang mga patlang upang magsagawa ng collaborative application pilot demonstration, bumuo ng isang collaborative application platform. Noong Enero 2017, ang Ministri ng Industriya at Pag-unlad, ang NDRC, agham at teknolohiya, at ang Ministri ng Pananalapi ay sama-samang bumalangkas ng "Gabay sa pagpapaunlad ng mga bagong industriya ng materyales", at iminungkahi na sa 2020, "sa carbon fiber composites, mataas na kalidad na espesyal na bakal, advanced na magaan na haluang metal na materyales at iba pang larangan upang makamit ang higit sa 70 pangunahing mga bagong materyales sa antas ng industriyalisasyon at aplikasyon na sumusuporta sa antas ng industriyalisasyon at aplikasyon ng China, industriya.”
Dahil ang carbon fiber at ang mga composite nito ay may mahalagang papel sa pambansang depensa at kabuhayan ng mga tao, maraming eksperto ang tumutuon sa kanilang pag-unlad at pagsusuri ng mga uso sa pananaliksik. Sinuri ni Dr. Zhou Hong ang mga kontribusyong pang-agham at teknolohikal na ginawa ng mga Amerikanong siyentipiko sa mga unang yugto ng pagbuo ng teknolohiyang carbon fiber na may mataas na pagganap, at na-scan at iniulat sa 16 pangunahing aplikasyon at kamakailang pagsulong sa teknolohiya ng carbon fiber, at ang teknolohiya ng produksyon, mga katangian at aplikasyon ng polyacrylonitrile carbon fiber at ang kasalukuyang pag-unlad ng teknolohiya nito ay sinuri din ni Dr. pag-unlad ng carbon fiber sa China. Bilang karagdagan, maraming mga tao ang nagsagawa ng pananaliksik sa pagsusuri ng metrology ng mga papel at patent sa larangan ng carbon fiber at mga pinagsama-sama nito. Halimbawa, si Ma Xianglin at iba pa mula sa punto ng view ng metrology mula sa 1998-2017 carbon fiber patent distribution at aplikasyon ng larangan ng pagsusuri; Yang Sisi at iba pa batay sa innography platform para sa pandaigdigang carbon fiber fabric patent search at data statistics, mula sa taunang development trend ng mga patent, mga patente, Ang patent technology hotspot at ang core patent ng teknolohiya ay sinusuri.
Mula sa pananaw ng carbon fiber research at development trajectory, ang pananaliksik ng China ay halos naka-synchronize sa mundo, ngunit ang pag-unlad ay mabagal, mataas na pagganap ng carbon fiber production scale at kalidad kumpara sa mga dayuhang bansa ay may isang puwang, mayroong isang kagyat na pangangailangan upang mapabilis ang R & amp; d proseso, isulong ang madiskarteng layout, sakupin ang hinaharap na pagkakataon sa pag-unlad ng industriya. Samakatuwid, ang papel na ito ay unang sinisiyasat ang layout ng proyekto ng mga bansa sa larangan ng carbon fiber research, upang maunawaan ang pagpaplano ng R & amp; d ruta sa iba't ibang mga bansa, at pangalawa, dahil ang pangunahing pananaliksik at aplikasyon ng pananaliksik ng carbon fiber ay napakahalaga para sa teknikal na pananaliksik at pagpapaunlad ng carbon fiber, samakatuwid, Nagsasagawa kami ng pagsusuri ng metrology mula sa mga resulta ng akademikong pananaliksik-SCI na mga papel at inilapat ang mga resulta ng pananaliksik-mga patent nang sabay-sabay upang makakuha ng komprehensibong pag-unawa sa R & amp; d pag-unlad sa larangan ng carbon fiber, at upang i-scan ang kamakailang mga pag-unlad ng pananaliksik sa larangang ito sa Peep International Frontier R & amp; d pagsulong. Sa wakas, batay sa mga resulta ng pananaliksik sa itaas, ang ilang mga mungkahi para sa ruta ng pananaliksik at pagpapaunlad sa larangan ng carbon fiber sa China ay iniharap.
2. Chibla ng arbonlayout ng proyekto ng pananaliksik ngpangunahing bansa/rehiyon
Ang pangunahing mga bansa sa produksyon ng carbon fiber ay kinabibilangan ng Japan, Estados Unidos, South Korea, ilang mga bansang European at Taiwan, China. Advanced na teknolohiya bansa sa maagang yugto ng pag-unlad ng carbon fiber teknolohiya ay natanto ang kahalagahan ng materyal na ito, ay natupad strategic layout, masigla isulong ang pag-unlad ng carbon fiber materyales.
2.1 Japan
Ang Japan ang pinakamaunlad na bansa para sa teknolohiya ng carbon fiber. Ang 3 kumpanya sa Toray, Bong at Mitsubishi Liyang sa Japan ay nagkakahalaga ng tungkol sa pandaigdigang 70%~80% market share ng produksyon ng carbon fiber. Gayunpaman, binibigyang-halaga ng Japan ang pagpapanatili ng mga lakas nito sa larangang ito, lalo na ang pagbuo ng mga high-performance na pan-based na carbon fibers at enerhiya at mga teknolohiyang environment-friendly, na may malakas na suporta sa tao at pananalapi, at sa ilang mga pangunahing patakaran, kabilang ang pangunahing plano ng enerhiya, ang estratehikong outline para sa paglago ng ekonomiya at ang Kyoto Protocol, Ginawa itong isang estratehikong proyekto na dapat isulong. Batay sa pangunahing pambansang enerhiya at Patakaran sa Pangkapaligiran, ang Ministri ng Ekonomiya, industriya at ari-arian ng Japan ay naglagay ng "Energy saving technology research and Development Program". Sinusuportahan ng patakaran sa itaas, ang industriya ng carbon fiber ng Japan ay nagawang mas epektibong isentro ang lahat ng aspeto ng mga mapagkukunan at isulong ang solusyon ng mga karaniwang problema sa industriya ng carbon fiber.
Ang "pag-unlad ng teknolohiya tulad ng mga makabagong bagong istrukturang materyales" (2013-2022) ay isang proyektong ipinatupad sa ilalim ng "Future Development research project" sa Japan upang makabuluhang makamit ang pagbuo ng kinakailangang makabagong teknolohiya ng mga materyales sa istruktura at ang kumbinasyon ng iba't ibang materyales, na may pangunahing layunin na bawasan ang magaan (kalahati ng timbang ng sasakyan) ng mga paraan ng transportasyon. At sa wakas ay mapagtanto ang praktikal na aplikasyon nito. Matapos kunin ang proyekto sa pagsasaliksik at pagpapaunlad noong 2014, ang Industrial Technology Development Agency (NEDO) ay bumuo ng ilang mga subproject kung saan ang pangkalahatang layunin ng carbon Fiber research project na "Innovative carbon fiber basic research and development" ay: bumuo ng mga bagong carbon fiber precursor compound; upang linawin ang mekanismo ng pagbuo ng mga istruktura ng carbonization; at upang bumuo at mag-standardize ng mga paraan ng pagtatasa ng carbon fiber. Ang proyekto, na pinangunahan ng Unibersidad ng Tokyo at magkatuwang na kinasasangkutan ng Institute of Industrial Technology (NEDO), Toray, Teijin, Dongyuan, at Mitsubishi Liyang, ay gumawa ng makabuluhang pag-unlad noong Enero 2016 at isa pang malaking tagumpay sa larangan ng pan-based na carbon fiber kasunod ng pag-imbento ng "Kondo mode" sa Japan noong 1959.
2.2 Estados Unidos
Inilunsad ng US defense pre-research Agency (DARPA) ang proyektong Advanced Structural Fiber noong 2006 na may layuning pagsama-samahin ang nangingibabaw na puwersang siyentipikong pananaliksik sa bansa upang bumuo ng mga susunod na henerasyong structural fibers batay sa mga carbon fiber. Sinuportahan ng proyektong ito, ang research team ng Georgia Institute of Technology sa United States ay nakalusot sa raw wire preparation technology noong 2015, pinataas ang elastic modulus nito ng 30%, na minarkahan ang United States na may development capacity ng ikatlong henerasyon ng carbon fiber.
Noong 2014, inanunsyo ng Departamento ng Enerhiya (DOE) ng Estados Unidos ang 11.3 milyong dolyar na subsidy para sa dalawang proyekto sa "multi-step catalytic na proseso para sa conversion ng hindi nakakain na biomass sugars sa acrylonitrile" at "research at optimization ng acrylonitrile na hinango mula sa biomass production" para isulong ang mataas na gastos sa pagsasaliksik sa pagsasaliksik, ongrikultural na paggamit ng renewable-renewable. carbon fiber na materyales para sa produksyon ng mga renewable non-food-based na hilaw na materyales, tulad ng woody biomass, at planong bawasan ang gastos sa produksyon ng biomass renewable carbon fibers sa mas mababa sa $5/lb pagdating ng 2020.
Noong Marso 2017, muling inanunsyo ng US Department of Energy ang 3.74 milyon na dolyar sa pagpopondo ng "low-cost carbon fiber component R & amp; d project" na pinamumunuan ng Western American Institute (WRI), na nakatutok sa pagbuo ng murang mga bahagi ng carbon fiber batay sa mga mapagkukunan tulad ng karbon at biomass.
Hulyo 2017, inanunsyo ng Kagawaran ng Enerhiya ng US ang pagpopondo ng 19.4 milyon dolyar upang suportahan ang pananaliksik at pagpapaunlad ng mga advanced na sasakyang matipid sa enerhiya, 6.7 milyon nito ay ginagamit upang pondohan ang paghahanda ng mga murang carbon fiber gamit ang mga computational na materyales, kabilang ang pagbuo ng mga multi-scale na pamamaraan ng pagsusuri para sa pinagsama-samang teknolohiya ng computer upang masuri ang sigla ng mga bagong carbon fiber molecular densidad ng iba pang natutulungang pag-aaral ng carbon fiber, advanced na densidad ng pag-aaral ng mga carbon fiber, Ang mga tool ay ginagamit upang bumuo ng makabagong mga tool sa computer upang mapabuti ang kahusayan sa pagpili ng murang carbon fiber na hilaw na materyales.
2.3 Europa
Ang industriya ng European carbon fiber ay binuo sa Japan at United States noong dekada Seventy o eighties ng ika-20 siglo, ngunit dahil sa teknolohiya at kapital, maraming mga single-carbon fiber-producing company ang hindi sumunod sa mataas na panahon ng paglago ng carbon fiber demand pagkatapos ng 2000 taon at nawala, Ang kumpanyang German na SGL ay ang tanging kumpanya sa Europe na may malaking bahagi sa merkado ng carbon fiber sa mundo.
Noong Nobyembre 2011, inilunsad ng European Union ang Eucarbon Project, na naglalayong i-upgrade ang mga kakayahan ng European manufacturing sa carbon fiber at pre-impregnated na materyales para sa aerospace. Ang proyekto ay tumagal ng 4 na taon, na may kabuuang puhunan na 3.2 milyong euro, at noong Mayo 2017 ay matagumpay na naitatag ang unang espesyal na linya ng produksyon ng carbon fiber sa Europa para sa mga aplikasyon sa espasyo gaya ng mga satellite, sa gayon ay binibigyang-daan ang Europa na lumayo mula sa pagdepende nito sa pag-import sa produkto at matiyak ang kaligtasan ng supply ng mga materyales.
Plano ng EU Seventh framework na suportahan ang "functional carbon fiber sa paghahanda ng isang bagong precursor system na may cost-effective at mapapamahalaang performance" (FIBRALSPEC) na proyekto (2014-2017) sa euros na 6.08 milyon. Ang 4 na taong proyekto, na pinamumunuan ng National Technical University of Athens, Greece, na may partisipasyon ng mga multinational na kumpanya tulad ng Italy, United Kingdom at Ukraine, ay nakatuon sa pagbabago at pagpapabuti ng proseso ng patuloy na paghahanda ng polyacrylonitrile-based na carbon fibers upang makamit ang eksperimentong produksyon ng patuloy na pan-based na carbon fibers. Matagumpay na nakumpleto ng proyekto ang pagbuo at paggamit ng carbon fiber at pinahusay na composite na teknolohiya mula sa renewable organic polymer resources (tulad ng supercapacitors, rapid emergency shelters, pati na rin ang prototype mechanical electric rotary coating machine at production line development ng nanofibers, atbp.).
Ang dumaraming bilang ng mga industriyal na sektor, tulad ng automotive, wind power at shipbuilding, ay nangangailangan ng magaan, mataas na pagganap na mga composite, na isang malaking potensyal na merkado para sa industriya ng carbon fiber. Ang EU ay namumuhunan ng 5.968 milyong euro upang ilunsad ang Carboprec project (2014-2017), ang estratehikong layunin kung saan ay bumuo ng mga murang precursor mula sa mga renewable na materyales na malawak na naroroon sa Europa at upang mapahusay ang produksyon ng mga high-performance na carbon fiber sa pamamagitan ng carbon nanotubes.
Pinondohan ng Cleansky II research program ng European Union ang isang "Composite tire R & amp; d" na proyekto (2017), na pinamumunuan ng Fraunhofer Institute for Production and Systems Reliability (LBF) sa Germany, na nagpaplanong bumuo ng mga bahagi ng front wheel para sa carbon fiber reinforced composite aircraft para sa Airbus A320, Ang layunin ay bawasan ang timbang ng 40% kumpara sa mga conventional metal na materyales. Ang proyekto ay pinondohan ng humigit-kumulang EUR 200,000.
2.4 Korea
Ang carbon fiber ng South Korea na R & amp; Ang D at Industrialization ay nagsimula nang huli, R & amp; Nagsimula ang D noong 2006, nagsimula ang 2013 na pormal na pumasok sa praktikal na yugto, na binabaligtad ang Korean carbon fiber na lahat ay umaasa sa mga import ng sitwasyon. Para sa lokal na grupong xiaoxing ng South Korea at Taiguang Business bilang kinatawan ng pioneer ng industriya na aktibong nakikibahagi sa larangan ng layout ng industriya ng carbon fiber, malakas ang pag-unlad ng momentum. Bilang karagdagan, ang base ng produksyon ng carbon fiber na itinatag ng Toray Japan sa Korea ay nag-ambag din sa merkado ng carbon fiber sa Korea mismo.
Pinili ng gobyerno ng Korea na gawin ang xiaoxing Group A na lugar ng pagtitipon para sa mga makabagong industriya ng carbon fiber. Ang layunin ay upang bumuo ng carbon fiber material industry cluster, itaguyod ang pagbuo ng creative economic ecosystem sa buong North region, ang pinakalayunin ay bumuo ng carbon fiber material → parts → finished product one-stop production chain, ang pagtatatag ng carbon fiber incubation cluster ay maaaring itugma sa Silicon Valley sa Estados Unidos, mag-tap ng mga bagong market, lumikha ng bagong dagdag na halaga, Makamit ang target na $10 bilyon na may kaugnayan sa carbon fiber2 na mga produkto (5 bilyong mga export na nauugnay sa carbon fiber2. yuan) sa 2020.
3. pagsusuri ng pandaigdigang carbon fiber na pananaliksik at resulta ng pananaliksik
Binibilang ng subsection na ito ang mga papeles ng SCI na nauugnay sa pagsasaliksik ng carbon fiber at ang mga resulta ng patent ng DII mula noong 2010, upang pag-aralan ang akademikong pananaliksik at pang-industriya na pananaliksik at pag-unlad ng pandaigdigang teknolohiya ng carbon fiber nang sabay-sabay, at ganap na maunawaan ang pag-unlad ng pananaliksik at pag-unlad ng carbon fiber sa buong mundo.
Ang data na nakuha mula sa Scie database at Dewent database sa web ng Science database na inilathala ng Clarivate Analytics; hanay ng oras ng pagkuha: 2010-2017; petsa ng pagkuha: Pebrero 1, 2018.
Diskarte sa Pagkuha ng SCI Paper: Ts=((carbonfibre* o Carbonfiber* o ("Carbon fiber*" hindi"carbon Fiberglass") o "carbon fiber*" o "carbonfilament*" o ((polyacrylonitrile o pitch) at "precursor*" andfiber*) o ("graphite fiber*")) hindi ()。
Diskarte sa Paghahanap ng Dewent Patent: Ti=((carbonfibre* o Carbonfiber* o ("Carbon fiber*" hindi"carbon Fiberglass") o "carbon fibre*" o "carbonfilament*" o ((polyacrylonitrile o pitch) at "precursor*" andfiber*) o ("graphite fiber*") o ("carbon fiber*")) hindi ("carbonfibre o TS* carbon()carbonfibre*" ("Carbon fiber*" hindi"carbon Fiberglass") o "carbon fiber*" o "carbonfilament*" o ((polyacrylonitrile o pitch) at "precursor*" andfiber*) o ("graphite fiber*")) hindi ("bamboo carbon")) at IP=(D01F-009/12 o D01F23 o09 D01F-009/14 o D01F-009/145o D01F-009/15 o D01F-009/155 o D01F-009/16 o D01F-009/17 o D01F-009/18 o D01F-009/20 o D01F-009/20 o D01F-009/22 o D01F-009/24 o D01F-009/26 oD01F-09/28 o D01F-009/30 o D01F-009/32 o C08K-007/02 o C08J-005/04 o C08J-005/04/C06M o D06M-101/40 o D21H-013/50 o H01H-001/027 oH01R-039/24).
3.1 kalakaran
Mula noong 2010, 16,553 kaugnay na mga papel ang nai-publish sa buong mundo, at 26,390 na mga patent ng pag-imbento ang nailapat, lahat ay nagpapakita ng isang matatag na pataas na kalakaran taon-taon (Larawan 1).
3.2 Pamamahagi ng bansa o rehiyon
Ang nangungunang 10 institusyon na may pinakamalaking output ng global carbon fiber research paper ay mula sa China, kung saan ang nangungunang 5 ay: Chinese Academy of Sciences, Harbin Institute of Technology, Northwestern University of Technology, Donghua University, Beijing Institute of Aeronautics and Astronautics. Sa mga dayuhang institusyon, ang Indian Institute of Technology, ang Unibersidad ng Tokyo, ang Unibersidad ng Bristol, Monash University, ang Unibersidad ng Manchester at ang Georgia Institute of Technology Rank sa pagitan ng 10~20 (Larawan 3).
Bilang ng mga aplikasyon ng patent sa nangungunang 30 institusyon, ang Japan ay may 5, at 3 sa kanila ay nasa nangungunang limang, ang kumpanya ng Toray ay niraranggo muna, na sinusundan ng Mitsubishi Liyang (2nd), Teijin (4th), East State (ika-10), Japan Toyo Textile Company (ika-24), China ay may 21 na institusyon, Sinopec Group ang may pinakamalaking bilang ng mga patent, Pangalawa, ang kumpanya ng Hen-Dongnan, Har Ke-Donghua, ang pagraranggo. Unibersidad, China Shanghai Petrochemical, Beijing Chemical Industry, atbp., ang Chinese Academy of Sciences Shanxi Coal application invention Patent 66, niraranggo ang ika-27, ang mga institusyon ng South Korea ay may 2, kung saan ang Xiaoxing Co., Ltd. ay unang niraranggo, ang ika-8 na ranggo.
Output institusyon, ang output ng papel higit sa lahat mula sa mga unibersidad at siyentipikong pananaliksik institusyon, patent output higit sa lahat mula sa kumpanya, ito ay makikita na ang carbon fiber manufacturing ay isang high-tech na industriya, bilang ang pangunahing katawan ng carbon fiber R & amp; d Industriya Development, ang kumpanya attaches malaking kahalagahan sa proteksyon ng carbon fiber R & amp; d teknolohiya, lalo na ang 2 pangunahing kumpanya sa Japan, Ang bilang ng mga patent ay malayo sa unahan.
3.4 Mga Hotspot ng Pananaliksik
Sinasaklaw ng mga papeles sa pagsasaliksik ng carbon fiber ang karamihan sa mga paksa ng pananaliksik: Mga composite ng carbon fiber (kabilang ang mga composite na pinalakas ng carbon fiber, mga composite ng polymer matrix, atbp.), pananaliksik sa mga katangian ng mekanikal, pagsusuri ng finite element, carbon nanotubes, delamination, reinforcement, fatigue, microstructure, electrostatic spinning, surface treatment, adsorption at iba pa. Ang mga papel na tumatalakay sa mga keyword na ito ay nagkakaloob ng 38.8% ng kabuuang bilang ng mga papel.
Sinasaklaw ng mga patent ng pag-imbento ng carbon fiber ang karamihan sa mga paksang nauugnay sa paghahanda ng carbon fiber, kagamitan sa produksyon at mga composite na materyales. Kabilang sa mga ito, Japan Toray, Mitsubishi Liyang, Teijin at iba pang mga kumpanya sa "carbon fiber reinforced polymer compounds" sa larangan ng mahalagang teknikal na layout, bilang karagdagan, Toray at Mitsubishi Liyang sa "Polyacrylonitrile production ng carbon fiber at mga kagamitan sa produksyon", "na may unsaturated nitrile, tulad ng polyacrylonitrile, polyvinylidene cyan" na produksyon ng malalaking carbonide echnologies. proporsyon ng layout ng patent, at ang Japanese Teijin kumpanya sa "carbon fiber at oxygen compound composites" ay may mas malaking proporsyon ng layout ng patent.
China Sinopec Group, Beijing Chemical University, Chinese Academy of Sciences Ningbo Materials sa "polyacrylonitrile produksyon ng carbon fiber at kagamitan sa produksyon" ay may malaking proporsyon ng layout ng patent; Bilang karagdagan, ang Beijing University of Chemical Engineering, ang Chinese Academy of Sciences Shanxi Coal Chemical Institute at ang Chinese Academy of Sciences Ningbo materials key Layout "Paggamit ng inorganic element fiber bilang mga sangkap ng polymer compound preparation" na teknolohiya ay may Harbin Institute of Technology na nakatutok sa layout ng "carbon fiber treatment", "carbon fiber at oxygen-containing compound composites" at iba pang mga teknolohiya.
Bilang karagdagan, ito ay natagpuan mula sa taunang istatistika ng pamamahagi ng mga istatistika ng mga pandaigdigang patent na ang isang bilang ng mga bagong hot spot ay nagsimulang lumitaw sa huling tatlong taon, tulad ng: "Mga komposisyon ng polyamides na nakuha mula sa pagbuo ng carboxylate bonding reaction sa pangunahing kadena", "mga komposisyon ng polyester mula sa pagbuo ng 1 carboxylic acid ester bonds sa pangunahing chain", "synthetic carbox na mga materyales na naglalaman ng mga materyales na cycling", "synthetic carbox na mga materyales na naglalaman ng mga materyal na cyclic", "mga synthetic carbox" oxygen compound bilang mga sangkap ng carbon fiber composites", "sa three-dimensional na anyo ng solidification o paggamot ng mga materyales sa tela", "unsaturated eter, acetal, semi-acetal, ketone o aldehyde sa pamamagitan lamang ng carbon-carbon unsaturated bond reaction sa paggawa ng polymer Compounds", "adiabatic material pipe o cable", " Carbon fiber composites na may mga sangkap na phosphate sosters.
Sa mga nakalipas na taon, R & amp; d sa sektor ng carbon fiber ay umusbong, kasama ang karamihan sa mga tagumpay na nagmumula sa Estados Unidos at Japan Ang pinakabagong mga makabagong teknolohiya ay nakatuon hindi lamang sa produksyon ng carbon fiber at teknolohiya ng paghahanda, kundi pati na rin sa mga aplikasyon sa mas malawak na hanay ng mga automotive na materyales, tulad ng magaan, 3D printing, at power generation na materyales. Bilang karagdagan, ang pag-recycle at pag-recycle ng mga materyales ng carbon fiber, ang paghahanda ng wood lignin carbon fiber at iba pang mga tagumpay ay may maliwanag na pagganap ng mata. Ang kinatawan ng mga resulta ay inilarawan sa ibaba:
1) Ang US Georgia Institute of Technology ay sumisira sa mga ikatlong henerasyong teknolohiya ng carbon fiber
Noong Hulyo 2015, sa pagpopondo ng DARPA, ang Georgia Institute of Technology, kasama ang makabagong pan-based na carbon fiber gel spinning technique, ay makabuluhang napataas ang modulus nito, na nalampasan ang Hershey IM7 Carbon fiber, na ngayon ay malawakang ginagamit sa mga sasakyang panghimpapawid ng militar, na minarkahan ang pangalawang bansa sa mundo upang makabisado ang ikatlong henerasyon ng teknolohiya ng carbon fiber pagkatapos ng Japan.
Ang tensile strength ng gel spinning carbon fiber na ginawa ni Kumarz ay umaabot sa 5.5 hanggang 5.8Gpa, at ang tensile modulus ay nasa pagitan ng 354-375gpa. "Ito ang tuloy-tuloy na hibla na naiulat na may pinakamataas na lakas at modulus ng komprehensibong pagganap. Sa maikling filament bundle, ang tensile strength hanggang 12.1Gpa, pareho ang pinakamataas na polyacrylonitrile carbon fiber."
2) Electromagnetic wave heating technology
Noong 2014, binuo ni Nedo ang electromagnetic wave heating technology. Ang teknolohiyang electromagnetic wave carbonization ay tumutukoy sa paggamit ng electromagnetic wave heating technology upang carbonization ang fiber sa atmospheric pressure. Ang nakuha na pagganap ng carbon fiber ay karaniwang kapareho ng carbon fiber na ginawa ng mataas na temperatura ng pag-init, ang elastic modulus ay maaaring umabot ng higit sa 240GPA, at ang pagpahaba sa break ay higit sa 1.5%, na siyang unang tagumpay sa mundo.
Ang materyal na tulad ng hibla ay carbonized sa pamamagitan ng electromagnetic wave, kaya na ang carbonization furnace equipment na ginagamit para sa mataas na temperatura heating ay hindi kailangan. Ang prosesong ito ay hindi lamang binabawasan ang oras na kinakailangan para sa carbonization, ngunit binabawasan din ang pagkonsumo ng enerhiya at binabawasan ang mga emisyon ng CO2.
3) pinong kontrol ng proseso ng carbonization
Noong Marso 2014, inihayag ni Toray ang matagumpay na pagbuo ng t1100g carbon fiber. Ginagamit ni Toray ang tradisyonal na pan solution spinning technology para maayos na kontrolin ang proseso ng carbonization, pagbutihin ang microstructure ng carbon fiber sa nanoscale, kontrolin ang graphite microcrystalline orientation, microcrystalline size, mga depekto at iba pa sa fiber pagkatapos ng carbonization, upang ang lakas at elastic modulus ay maaaring lubos na mapabuti. Ang tensile strength ng t1100g ay 6.6GPa, na 12% na mas mataas kaysa sa T800, at ang elastic modulus ay 324GPa at tumaas ng 10%, na pumapasok sa yugto ng industriyalisasyon.
4) Teknolohiya sa Paggamot sa Ibabaw
Matagumpay na nakabuo ang Teijin East State ng plasma surface treatment technology na makokontrol ang hitsura ng carbon fiber sa loob lamang ng ilang segundo. Ang bagong teknolohiyang ito ay makabuluhang pinapasimple ang buong proseso ng produksyon at binabawasan ang pagkonsumo ng enerhiya ng 50% kumpara sa umiiral na teknolohiya sa paggamot sa ibabaw para sa mga electrolyte aqueous solution. Bukod dito, pagkatapos ng paggamot sa plasma, natagpuan na ang pagdirikit ng fiber at resin matrix ay napabuti din.
5) pag-aaral sa retention rate ng carbon fiber tensile strength sa high temperature graphite environment
Matagumpay na nagsagawa ng detalyadong pag-aaral ang mga materyales ng Ningbo sa pagsusuri ng proseso, pagsasaliksik ng istraktura at pag-optimize ng pagganap ng domestic high strength at tall mode carbon fiber, lalo na ang research work sa retention rate ng carbon fiber tensile strength sa high temperature graphite environment, at ang kamakailang matagumpay na paghahanda ng mataas na lakas at mas mataas na modulus carbon fiber na may tensile strength 5.24GPa at tensile modulus volume na ito ay patuloy na 593GPa. m60j high-strength highly-molded carbon fiber (tensile strength 3.92GPa, tensile modulus 588GPa).
6) Microwave Graphite
Matagumpay na binuo ng Yongda Advanced Materials ang United States na eksklusibong patent na ultra-high temperature na graphite na teknolohiya, ang produksyon ng medium at higher-order na carbon fiber, matagumpay na nakalusot sa tatlong bottleneck sa pagbuo ng high-order na carbon fiber, ang graphite na kagamitan ay mahal at nasa ilalim ng internasyonal na kontrol, hilaw na sutla na kemikal na kahirapan sa teknolohiya, ang produksyon ay mababa at mataas ang gastos. Sa ngayon, nakabuo si Yongda ng 3 uri ng mga carbon fiber, na lahat ay nagpapataas ng lakas at modulus ng orihinal na medyo mababa ang grade na carbon fiber sa isang bagong taas.
7) Bagong proseso ng pagtunaw ng pag-ikot ng pan-based na carbon fiber raw wire ng Fraunhofer, Germany
Inihayag kamakailan ng Fraunhofer Institute of Applied Polymers (Applied polymer Research, IAP) na ipapakita nito ang pinakabagong teknolohiya ng Comcarbon sa Berlin Air Show Ila sa Abril 2018 25, 29. Ang teknolohiyang ito ay lubos na binabawasan ang gastos sa produksyon ng mass-produce na carbon fiber.
Fig. 4 Raw wire na natutunaw na umiikot.
Alam na sa mga tradisyunal na proseso, kalahati ng gastos sa produksyon ng pan-based na carbon fiber ay natupok sa proseso ng produksyon ng hilaw na wire. Dahil sa kawalan ng kakayahan ng hilaw na kawad na matunaw, dapat itong gawin gamit ang isang mamahaling proseso ng pag-ikot ng solusyon (Solution Spinning). "Sa layuning ito, bumuo kami ng isang bagong proseso para sa produksyon ng pan-based na hilaw na sutla, na maaaring mabawasan ang gastos ng produksyon ng raw wire ng 60%. Ito ay isang matipid at magagawa na proseso ng pagtunaw ng pag-ikot, gamit ang isang espesyal na binuo fused pan-based copolymer. "Dr. Ipinaliwanag ni Johannes Ganster, Ministro ng biological Polymers sa Fraunhofer IAP Institute.
8) Teknolohiya ng oksihenasyon ng plasma
Inanunsyo ng 4M Carbon fiber na gagamitin nito ang teknolohiya ng plasma oxidation para gumawa at magbenta ng de-kalidad, murang carbon fiber bilang isang strategic na pokus, hindi lamang para bigyan ng lisensya ang teknolohiya. Sinasabi ng 4M na ang teknolohiya ng oksihenasyon ng plasma ay 3 beses na mas mabilis kaysa sa kumbensyonal na teknolohiya ng oksihenasyon, habang ang paggamit ng enerhiya ay mas mababa sa isang-katlo ng tradisyonal na teknolohiya. At ang mga pahayag ay napatunayan ng maraming internasyonal na mga producer ng carbon fiber, na kumukunsulta sa ilang pinakamalaking tagagawa at mga automaker ng carbon fiber sa mundo upang lumahok bilang mga nagsisimula ng produksyon ng mga murang carbon fibers.
9) Cellulose Nano fiber
Ang Kyoto University of Japan, kasama ang ilang mga pangunahing supplier ng mga bahagi tulad ng kumpanya ng pag-install ng kuryente (ang pinakamalaking supplier ng Toyota) at Daikyonishikawa Corp., ay nagtatrabaho sa pagbuo ng mga plastik na materyales na pinagsasama ang mga cellulose nanofiber, Ang materyal na ito ay ginawa sa pamamagitan ng paghiwa-hiwalay ng wood pulp sa ilang microns (1 kada libong mm). Ang bigat ng bagong materyal ay isang-ikalima lamang ng bigat ng bakal, ngunit ang lakas nito ay limang beses kaysa sa bakal.
10) carbon fiber front body ng polyolefin at lignin raw na materyales
Ang Oak Ridge National Laboratory sa United States ay nagtatrabaho sa murang carbon fiber na pananaliksik mula noong 2007, at nakabuo sila ng carbon fiber front body para sa polyolefin at lignin raw na materyales, pati na rin ang mga advanced na plasma pre-oxidation at microwave carbonization na teknolohiya.
11) Ang bagong polimer (precursor polymer) ay binuo sa pamamagitan ng pag-alis ng refractory treatment
Sa pamamaraan ng pagmamanupaktura na pinamunuan ng Unibersidad ng Tokyo, isang bagong polimer (precursor polymer) ang binuo upang alisin ang refractory treatment. Ang pangunahing punto ay na pagkatapos ng pag-ikot ng polimer sa sutla, hindi nito isinasagawa ang orihinal na refractory treatment, ngunit nagiging sanhi ito upang mag-oxidize sa solvent. Ang microwave heating device ay pagkatapos ay pinainit sa higit sa 1000 ℃ para sa carbonization. Ang oras ng pag-init ay tumatagal lamang ng 2-3 minuto. Pagkatapos ng paggamot sa carbonization, ginagamit din ang plasma upang magsagawa ng paggamot sa ibabaw, upang makagawa ng carbon fiber. Ang paggamot sa plasma ay tumatagal ng mas mababa sa 2 minuto. Sa ganitong paraan, ang orihinal na oras ng sintering na 30-60 minuto ay maaaring bawasan sa humigit-kumulang 5 minuto. Sa bagong paraan ng pagmamanupaktura, ang paggamot sa plasma ay isinasagawa upang mapabuti ang pagbubuklod sa pagitan ng carbon fiber at thermoplastic resin bilang CFRP base material. Ang tensile elastic modulus ng carbon fiber na ginawa ng bagong paraan ng pagmamanupaktura ay 240GPa, ang tensile strength ay 3.5GPa at ang elongation ay umabot sa 1.5%. Ang mga halagang ito ay kapareho ng antas ng Toray Universal grade carbon fiber T300 na ginagamit para sa mga gamit pang-sports, atbp.
12) pag-recycle at paggamit ng mga materyales sa carbon fiber gamit ang fluidized bed process
Si Mengran Meng, ang unang may-akda ng pag-aaral, ay nagsabi: "Pinababawasan ng pagbawi ng carbon fiber ang epekto sa kapaligiran kumpara sa produksyon ng hilaw na carbon fiber, ngunit may limitadong kamalayan sa mga potensyal na teknolohiya sa pag-recycle at ang pagiging posible sa ekonomiya ng pag-recycle ng paggamit ng carbon fiber. "Ang pag-recycle ay tumatagal ng dalawang yugto: ang mga hibla ay dapat munang mabawi mula sa mga carbon fiber composites at thermally decomposed sa pamamagitan ng mga mekanikal na proseso ng pyrolysis o likidong paggiling. Ang mga pamamaraang ito ay nag-aalis ng plastic na bahagi ng composite material, na nag-iiwan ng carbon fiber, na maaaring gawing gusot na fiber mat gamit ang wet papermaking technology, o muling ayusin sa directional fibers.
Kinakalkula ng mga mananaliksik na ang carbon fiber ay maaaring makuha mula sa carbon fiber composite waste gamit ang isang fluidized bed process, na nangangailangan lamang ng 5 dolyar/kg at mas mababa sa 10% ng enerhiya na kinakailangan para sa paggawa ng pangunahing carbon fiber. Ang mga recycled na carbon fiber na ginawa ng mga fluidized na proseso ng kama ay halos hindi nakakabawas sa modulus, at ang tensile strength ay nababawasan ng 18% hanggang 50% kumpara sa mga pangunahing carbon fibers, na ginagawang angkop ang mga ito para sa mga application na nangangailangan ng mataas na stiffness kaysa sa lakas. "Maaaring angkop ang mga recycled carbon fibers para sa mga non-structural application na nangangailangan ng magaan, tulad ng automotive, construction, wind at sports industries," sabi ni Meng.
13) Bagong teknolohiya ng carbon fiber recycling na binuo sa United States
Hunyo 2016, ang mga mananaliksik sa Georgia Institute of Technology sa Estados Unidos ay nagbabad ng carbon fiber sa isang solvent na naglalaman ng alkohol upang matunaw ang epoxy resin, ang mga pinaghiwalay na fibers at epoxy resin ay maaaring magamit muli, ang matagumpay na pagsasakatuparan ng pagbawi ng carbon fiber.
Hulyo 2017, nakabuo din ang Washington State University ng teknolohiya sa pagbawi ng carbon fiber, gamit ang mahinang acid bilang isang katalista, ang paggamit ng likidong ethanol sa medyo mababang temperatura upang mabulok ang mga materyales sa thermosetting, ang nabubulok na carbon fiber at resin ay iniingatan nang hiwalay, at maaaring ilagay sa reproduction.
14) Pagbuo ng 3D printing carbon fiber ink technology sa LLNL laboratory, USA
Noong Marso 2017, binuo ng Lawrence Livemore National Laboratory (LLNL) sa United States ang unang 3D printed na high-performance, aviation-grade carbon fiber composites. Gumamit sila ng 3D printing method ng direct ink transmission (DIW) upang lumikha ng mga kumplikadong three-dimensional na istruktura na lubos na nagpahusay sa bilis ng pagproseso para magamit sa mga kumpetisyon at surfing sa automotive, aerospace, depensa, at motorsiklo.
15) Nagtutulungan ang United States, Korea at China sa pagbuo ng carbon fiber para sa pagbuo ng kuryente
Noong Agosto 2017, ang Dallas campus ng University of Texas, Hanyang University sa Korea, Nankai University sa China at iba pang mga institusyon ay nagtulungan sa pagbuo ng isang carbon fiber yarn material para sa pagbuo ng kuryente. Ang sinulid ay unang ibabad sa mga electrolyte na solusyon tulad ng brine, na nagpapahintulot sa mga ions sa electrolyte na ilakip sa ibabaw ng carbon nanotubes, na maaaring ma-convert sa elektrikal na enerhiya kapag ang sinulid ay hinigpitan o naunat. Maaaring gamitin ang materyal sa anumang lugar na may maaasahang kinetic energy at angkop para sa pagbibigay ng kapangyarihan sa mga sensor ng IoT.
16) Bagong pag-unlad sa pananaliksik ng wood lignin carbon fiber na nakuha ng Chinese at American ayon sa pagkakabanggit
Noong Marso 2017, ang espesyal na fiber team ng Ningbo Institute of Materials Technology at engineering ay naghanda ng lignin-acrylonitrile copolymer na may mahusay na spinnability at thermal stability sa pamamagitan ng paggamit ng esterification at free radical copolymerization na two-step modification technology. Ang mataas na kalidad na tuloy-tuloy na mga filament ay nakuha sa pamamagitan ng paggamit ng copolymer at wet spinning process, at ang compact carbon fiber ay natanggap pagkatapos ng thermal stabilization at carbonization treatment.
Noong Agosto 2017, pinaghalo ng koponan ng pananaliksik ng Birgitte ahring sa Unibersidad ng Washington sa Estados Unidos ang lignin at polyacrylonitrile sa iba't ibang sukat, at pagkatapos ay gumamit ng teknolohiyang melt spinning upang i-convert ang mga mixed polymer sa mga carbon fiber. Natuklasan ng pag-aaral na ang lignin na idinagdag sa 20%∼30% ay hindi nakakaapekto sa lakas ng carbon fiber at inaasahang gagamitin sa paggawa ng mga materyales na carbon fiber na mas mura para sa mga bahagi ng sasakyan o sasakyang panghimpapawid.
Sa pagtatapos ng 2017, naglabas ang National Renewable Energy Laboratory (NREL) ng pananaliksik sa paggawa ng acrylonitrile gamit ang mga basurang bahagi ng mga halaman, tulad ng corn straw at wheat straw. Binabagsak muna nila ang mga materyales ng halaman sa asukal at pagkatapos ay i-convert ang mga ito sa mga acid, at pinagsama ang mga ito sa murang mga catalyst upang makabuo ng mga target na produkto.
17) Binuo ng Japan ang unang carbon fiber reinforced thermoplastic composite car chassis
Oktubre 2017, isinama ng bagong teknolohiya ng industriya ng enerhiya ng Japan ang R & amp; Matagumpay na binuo ng Agency at Nagoya University National Composites Research Center ang unang carbon fiber reinforced thermoplastic composite car chassis sa mundo. Gumagamit sila ng awtomatikong long fiber reinforced thermoplastic composites na direktang on-line na proseso ng paghubog, tuluy-tuloy na carbon fiber at thermoplastic resin particle na paghahalo, paggawa ng fiber reinforced composites, at pagkatapos ay sa pamamagitan ng heating at melting connection, ang matagumpay na produksyon ng thermoplastic CFRP car chassis.
5. mga mungkahi sa R&D ng teknolohiya ng carbon fiber sa China
5.1 Layout na naghahanap ng pasulong, nakatuon sa layunin, nakatuon sa pagsira sa ikatlong henerasyon ng teknolohiya ng carbon fiber
Ang pangalawang henerasyong teknolohiya ng carbon fiber ng China ay hindi pa isang komprehensibong tagumpay, dapat subukan ng ating bansa na maging forward-looking na layout na magsasama-sama ng top up sa ating mga kaugnay na institusyong pananaliksik, na nakatuon sa pagkuha ng mga pangunahing teknolohiya, ang pokus ng ikatlong henerasyon ng mataas na pagganap ng carbon fiber paghahanda ng teknolohiya sa pananaliksik at pag-unlad (ibig sabihin, naaangkop sa aerospace na mataas ang lakas, mataas na modulus carbon fiber na teknolohiya, at ang teknolohiya ng pag-aayos ng carbon fiber, iba pang teknolohiya ng konstruksiyon ng automotive, at iba pang teknolohiya ng konstruksiyon ng carbon fiber), magaan, mura ang malaking paghatak ng carbon fiber paghahanda, additive manufacturing technology carbon fiber composite material, recycling technology at mabilis na prototyping na teknolohiya.
5.2 Pag-coordinate ng organisasyon, palakasin ang suporta, i-set up ang mga pangunahing teknikal na proyekto upang patuloy na suportahan ang collaborative na pananaliksik
Sa kasalukuyan, maraming mga institusyon upang magsagawa ng pananaliksik sa carbon fiber sa Tsina, ngunit ang kapangyarihan ay nakakalat, at walang pinag-isang R & amp; d mekanismo ng organisasyon at malakas na suporta sa pagpopondo para sa epektibong koordinasyon. Sa paghusga mula sa karanasan sa pag-unlad ng mga advanced na bansa, ang organisasyon at layout ng mga pangunahing proyekto ay may malaking papel sa pagtataguyod ng pag-unlad ng teknikal na larangan na ito. Dapat tayong tumuon sa Advantage R & amp; d Force, dahil sa pambihirang tagumpay ng carbon fiber ng China sa R & amp; d teknolohiya upang simulan ang mga pangunahing proyekto, palakasin ang collaborative na teknolohikal na inobasyon, at patuloy na isulong ang antas ng teknolohiya sa pagsasaliksik ng carbon fiber ng China, kompetisyon para sa internasyonal na carbon fiber at composite.
5.3 Pagpapabuti ng mekanismo ng pagsusuri ng orientation ng epekto ng aplikasyon ng mga teknikal na tagumpay
Mula sa punto ng view ng econometric na pagsusuri ng mga papeles ng SCI, ang carbon fiber ng China bilang isang mataas na lakas ng mga materyales sa pagganap na ginagamit sa iba't ibang larangan ng pananaliksik, ngunit para sa produksyon ng carbon fiber at teknolohiya ng paghahanda, lalo na nakatuon sa pagbabawas ng mga gastos, mapabuti ang kahusayan ng produksyon ng mas kaunting pananaliksik. Ang proseso ng produksyon ng carbon fiber ay mahaba, ang mga pangunahing punto ng teknolohiya, mataas na mga hadlang sa produksyon, ay isang multi-disciplinary, multi-technology integration, kailangang malagpasan ang mga teknikal na hadlang, upang epektibong isulong ang "mababang gastos, mataas na pagganap" ng pangunahing paghahanda sa pananaliksik at pag-unlad ng teknolohiya, sa isang banda, kailangan upang palakasin ang pamumuhunan sa pananaliksik, sa kabilang banda, kailangan upang pahinain ang larangan ng pang-agham na pananaliksik na pagganap ng pagsusuri, at palakasin ang patnubay ng pagsusuri sa pagganap ng teknikal, at palakasin ang paggabay sa pagganap ng teknikal na epekto, "quantitative" na pagsusuri, na binibigyang pansin ang paglalathala ng papel, sa "kalidad" na pagsusuri ng halaga ng mga resulta.
5.4 Pagpapalakas ng paglilinang ng makabagong teknolohiyang mga tambalang talento
Tinutukoy ng high-tech na katangian ng teknolohiya ng carbon fiber ang kahalagahan ng mga dalubhasang talento, kung mayroon silang mga cutting-edge na pangunahing teknikal na tauhan na direktang tinutukoy ang antas ng R & amp; D ng isang institusyon.
Bilang resulta ng mga link sa R&D na teknolohiya ng carbon fiber, dapat nating bigyang pansin ang pagsasanay ng mga tauhan ng tambalan, upang matiyak ang koordinasyon at pag-unlad ng lahat ng mga link. Bilang karagdagan, mula sa kasaysayan ng pag-unlad ng pagsasaliksik ng carbon fiber sa China, ang daloy ng mga eksperto sa core ng teknolohiya ay kadalasang isang pangunahing salik na nakakaapekto sa R & amp; d antas ng isang institusyong pananaliksik. Pagpapanatili ng pag-aayos ng mga pangunahing eksperto at R & amp; d team sa mga proseso ng produksyon, mga composite at pangunahing produkto ay mahalaga para sa patuloy na pag-upgrade ng teknolohiya.
Dapat nating patuloy na palakasin ang pagsasanay at paggamit ng mga dalubhasang high-tech na tauhan sa larangang ito, pagbutihin ang patakaran sa pagsusuri at paggamot para sa Technology R & amp; d talento, palakasin ang paglilinang ng mga batang talento, aktibong sumusuporta sa pakikipagtulungan at pakikipagpalitan sa mga dayuhang advanced na R & amp; d institusyon, at masiglang nagpapakilala ng mga dayuhang advanced na talento, atbp. Ito ay gaganap ng malaking papel sa pagtataguyod ng pag-unlad ng carbon fiber research sa China.
Sinipi mula sa-
Pagsusuri sa pagbuo ng pandaigdigang teknolohiya ng carbon fiber at ang pagliliwanag nito sa China. Tian Yajuan,Zhang Zhiqiang,Tao Cheng,Yang ming,Ba jin,Chen Yunwei.World Sci-Tech R & D.2018
Oras ng post: Dis-04-2018