柔性黑金-碳纖維世界新突破

07-16

前言：

碳纖維是含碳量高於95%的高強度、高模量纖維材料，因性能優異，被廣泛應用於航空航天、風電、建築交通、文體休閑以及汽車等領域。

碳纖維近期有哪些最新進展？讓我們一起通過這篇文章來看看～～

一、碳纖維產業技術進展

2017年3月

東麗成功研發高強度、高彈性模量碳纖維「東麗卡」T1100G

日本東麗株式會社成功研發了高強度?高彈性模量的碳纖維「東麗卡」T1100G，以及高性能「東麗卡」預浸布。T1100G採用了在納米級別上對纖維構造進行縝密控制的碳化技術，兼顧碳纖維的高強度和高彈性，拉伸強度達到6.6GPa，拉伸模量達到324GPa。相較於已在航空、航天等高端領域被廣泛採用的東麗卡「T1000G」、「T800S」等現有碳纖維，該技術成功地大幅度提高了碳纖維的性能。

2017年1月

低成本T800級碳纖維生產技術獲突破

天順化工科技開發公司宣布成功突破低成本T800級碳纖維生產技術。該技術不僅打破了部分國家在高性能碳纖維領域對我國實施的貿易封鎖，更將生產成本降到國際價格的三分之一。

T800級高性能碳纖維

2016年12月

「激光燒結用碳纖維複合材料的研發與應用」重大專項通過驗收

湖南華曙高科有限責任公司承擔的「激光燒結用碳纖維複合材料的研發與應用」重大專項通過了湖南省科技廳專家的綜合驗收。經過3年多的研究，開發了PA6、高彈性FS4300等複合材料，研製出四個系列8款工業級3D列印裝備；並形成了一套細碳纖維材料表面氧化、接枝處理及熱塑性樹脂材料／碳纖維複合材料激光燒結工藝，部分成型件已通過德國戴姆勒、BMW等汽車行業相關測試驗證，獲得國家發明專利授權16項。該重大專項打破了歐美國家對3D列印領域的技術封鎖，推動了我國增材製造產業發展。

專項驗收現場

華曙高科3D列印應用案例展廳展示的成品

2016年8月

美國科研新技術用激光表面處理製備碳纖維

美國橡樹嶺國家實驗室(ORNL)研究人員利用激光表面處理方法製備高質量碳纖維，這種處理工藝成本低且靈活性高，在黏合前通過激光去除表面材料層能夠提高接點的性能，並且為大批量自動化使用提供了可能性。該工藝可用於汽車輕量化的碳纖維複合材料和其他多種材料黏合，有望取代通過研磨砂、噴鋼砂及對環境有害溶劑的手工處理材料表面工藝技術。

2016年7月

精功集團碳纖維千噸線試生產成功

精業新興材料有限公司千噸級高性能碳纖維生產線試生產成功。新生產線為全自動化生產，這條生產線所產的碳纖維產品達到了國際T700級性能指標，適用於航空航天等高性能領域的碳纖維複合材料。

2016年3月

兩種核心技術的結合實現碳纖維複合材料的「一步化」生產

日本在德國子公司——Toho Tenax公司開發了一套碳纖維增強塑料的生產系統。即高壓樹脂傳遞模塑工藝（HP-RTM）與一步法碳纖維製件技術的結合產物——預成型PVP技術。該法已實現碳纖維增強塑料（CFRP）製件的整體生產，同時複合零件的尺寸與性能也得到了優化。

碳纖維增強塑料製件

2016年3月

顛覆性碳纖維3D列印技術

Impossible Objects公司採用碳纖維3D列印---CBAM工藝，將一層層的高強度材料堆疊起來，如碳纖維、凱芙拉合成纖維（Kevlar）等，並用內置熱源把它們融合在一起。最後，將不需要的材料移除，列印完成後的零部件要比使用傳統熱塑性材料3D列印出來的部件強度要高2倍-10倍。此工藝的獨到之處在於：他們研發的製造工藝將3D列印和銑削結合了起來，大大降低了製造全碳纖維部件的製造成本。

2016年2月

Markforged推出新一代碳纖維3D印表機

在SolidWorks World年度大會上，Markforged公司創始人、MIT工程師Greg Mark推出了其第二代碳纖維3D印表機Mark Two。與Mark One相比，Mark Two的纖維列印工藝提升了40％，而且，後者可通過纖維增強的細部比以前小了15倍，從而使Mark Two能夠列印更小的碳纖維增強零部件。

2016年1月

射出成型用碳纖維增強熱塑性樹脂基複合材料研製成功

日本東麗公司宣布,開發出了耐衝擊性更強的射出成型用碳纖維增強熱塑性樹脂基複合材料(CFRTP)。新材料在添加碳纖維(CF)之外還混合了有機纖維(異種纖維)，保持了原有的強度及剛性。其母材為聚丙烯(PP)成型品的耐衝擊性達到該公司以往產品的2倍以上。

二、碳纖維應用領域技術進展

2017年4月

碳纖維製作的航空製造機器人

阿聯酋Exechon有限公司開發了一款新型XMini機器人5軸加工機床，這將在航空自動化製造方面產生根本性變革。XMINI由碳纖維增強複合材料製作，可以被分開並在傳統上機床或人無法到達的空間內重新組裝，如一個飛機翼盒內。

2017年2月

LLNL開發出3D列印航空級碳纖維複合材料的新技術

勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）研究人員成功開發出了列印航空級碳纖維複合材料的3D列印技術。這項技術將允許使用碳纖維複合材料準確地生產複雜部件，對3D列印部件的介觀結構可以有更多控制。最終，能夠使用導電碳纖維材料3D列印諸如高性能飛機機翼、在一側絕緣的衛星組件（不需要旋轉）和絕緣可穿戴設備等部件。

2016年12月

本田利用SDL技術創建碳纖維增強複合材料零部件

本田汽車公司使用Mcor Technologies的選擇性沉積層壓（SDL）技術成功創建了碳纖維增強複合材料（CFRP）零部件。據本田預估，3D列印CFRP模具的成本比傳統CNC模具成本節約約10倍。

汽車用碳纖維複合材料

2016年5月

寶馬新5系車身將採用碳纖維材料

寶馬將推出一款全新5系，新車將基於CLAR後驅模塊化平台打造，採用了碳纖維等多種輕量化、高強度複合材料強化車身，新一代5系也將成為5系中首款在車身結構中應用碳纖維材料進行車架強化的車型。新車將大幅減重一百公斤，油耗將因此下降，操控性和加速性能也將隨之提升。

三、研究機構技術進展

2017年3月

Nature子刊：多功能完全可回收的碳纖維增強耐熱共價熱固性先進複合材料

華南理工大學袁彥超等人製備了一種可回收的連續高性能碳纖維（CF）增強聚六氫三嗪（PHT）樹脂基先進複合材料。多重回收實驗和表徵數據表明，它實現了多次完整的CF回收，並且通過在某些稀酸溶液中溫和解聚，幾乎全部回收主要原料。這項研究首次展示了一種可行的和環境友好的用於CF增強的先進複合材料的、製備-回收-再生策略。

CF/PHT複合材料的回收和再生過程

2016年10月

用於鋰電池的一種納米粒子包覆碳纖維的超穩定陰極材料

東華大學胡俊青教授課題組和香港城市大學李振聲教授、張文軍教授人發現了一種新型的複合結構材料即嵌在三維網狀多孔炭陣列的V₂O₅納米粒子包覆碳纖維的陰極材料，有效的解決了納米結構的V₂O₅負極材料由於結構劣化、固態電解質層不穩定以及電子導電性差導致的容量低、衰減快、循環穩定性差等問題。V₂O₅/3DC-CF複合物優異的電化學性能使其有望成為高性能鋰離子電池負極材料的替代品。

樣品形貌和微觀結構

2016年5月

特為納特科技發展有限公司研製出製造航空碳纖維新技術

2016科博會上爆出，北京特為納特科技發展有限公司突破航空級碳纖維新技術。此項技術可達到國際先進水平，可歸類到碳纖維三大路線中的中間相瀝青碳纖維，具有超高模量，幾乎零膨脹，兼具高導熱，能夠達到銅導熱率的2.5-3倍的優點，成為航天和高科技上難得的優異材料。此次獲得的關鍵突破為中間相瀝青原料的生產工藝，所製取的中間相瀝青具有生產穩定性好，可紡性好，灰分幾乎為零等優點。

2016年2月

中天科技攜手中科院成功研發大絲束鍍鎳碳纖維

江蘇中天科技股份有限公司與中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所聯合立項研製的大絲束鍍鎳碳纖維產品研發完成。鍍鎳碳纖維具有優良的剛性和強度、較小的熱膨脹係數及比重，以及金屬柔軟且導電的特性。鍍鎳碳纖維可用于軍事和航天，同時在小型大容量電容器、磁性薄膜、電子設備的電磁屏蔽以及製造各種功能性元器件等方面都具有較廣泛用途。

2016年1月

M55J級高強高模碳纖維國產化製備技術領域取得重大突破

寧波材料所特種纖維事業部在高強高模碳纖維國產化製備技術領域取得了重大突破，製備得到的高性能碳纖維拉伸強度為4.86GPa、拉伸模量為541GPa，在模量達到國外同類產品性能(540GPa)的同時，拉伸強度遠優於國外產品(4.02GPa)，從而打破了國外在該領域的壟斷並填補了國內技術空白。