柔性黑金-碳纤维世界新突破

1、柔性黑金 -碳纤维世界新突破前言：碳纤维是含碳量高于 95% 的高强度、 高模量纤维材料，因性能优异，被广泛应用于航空航天、风电、建筑交通、文体休闲以及汽车等领域。碳纤维近期有哪些最新进展？让我们一起通过这篇文章来看看 一、碳纤维产业技术进展2017 年 3 月东丽成功研发高强度、高弹性模量碳纤维“东丽卡” T1100G日本东丽株式会社成功研发了高强度?高弹性模量的碳纤维“东丽卡”T1100G，以及高性能“东丽卡”预浸布。T1100G 采用了在纳米级别上对纤维构造进行缜密控制的碳化技术，兼顾碳纤维的高强度和高弹性，拉伸强度达到6.6GPa ，拉伸模量达到 324GPa 。相较于已在航空、航天等

2、高端领域被广泛采用的东丽卡“T1000G”、“ T800S”等现有碳纤维，该技术成功地大幅度提高了碳纤维的性能。2017 年 1 月低成本 T800 级碳纤维生产技术获突破天顺化工科技开发公司宣布成功突破低成本T800 级碳纤维生产技术。该技术不仅打破了部分国家在高性能碳纤维领域对我国实施的贸易封锁，更将生产成本降到国际价格的三分之一。T800 级高性能碳纤维2016 年 12 月“激光烧结用碳纤维复合材料的研发与应用”重大专项通过验收湖南华曙高科有限责任公司承担的“激光烧结用碳纤维复合材料的研发与应用”重大专项通过了湖南省科技厅专家的综合验收。经过3 年多的研究，开发了PA6 、高弹性 FS

3、4300等复合材料，研制出四个系列8 款工业级 3D 打印装备；并形成了一套细碳纤维材料表面氧化、接枝处理及热塑性树脂材料碳纤维复合材料激光烧结工艺，部分成型件已通过德国戴姆勒、 BMW 等汽车行业相关测试验证，获得国家发明专利授权 16 项。该重大专项打破了欧美国家对3D 打印领域的技术封锁，推动了我国增材制造产业发展。专项验收现场华曙高科 3D 打印应用案例展厅展示的成品2016 年 8 月美国科研新技术用激光表面处理制备碳纤维美国橡树岭国家实验室(ORNL) 研究人员利用激光表面处理方法制备高质量碳纤维，这种处理工艺成本低且灵活性高，在黏合前通过激光去除表面材料层能够提高接点的性能，并且

4、为大批量自动化使用提供了可能性。该工艺可用于汽车轻量化的碳纤维复合材料和其他多种材料黏合，有望取代通过研磨砂、喷钢砂及对环境有害溶剂的手工处理材料表面工艺技术。2016 年 7 月精功集团碳纤维千吨线试生产成功精业新兴材料有限公司千吨级高性能碳纤维生产线试生产成功。新生产线为全自动化生产，这条生产线所产的碳纤维产品达到了国际T700 级性能指标，适用于航空航天等高性能领域的碳纤维复合材料。2016 年 3 月两种核心技术的结合实现碳纤维复合材料的“一步化”生产日本在德国子公司Toho Tenax公司开发了一套碳纤维增强塑料的生产系统。 即高压树脂传递模塑工艺（ HP-RTM ）与一步法碳纤维制

5、件技术的结合产物预成型PVP 技术。该法已实现碳纤维增强塑料（CFRP ）制件的整体生产，同时复合零件的尺寸与性能也得到了优化。碳纤维增强塑料制件 2016 年 3 月颠覆性碳纤维3D 打印技术Impossible Objects公司采用碳纤维3D 打印 -CBAM 工艺，将一层层的高强度材料堆叠起来，如碳纤维、凯芙拉合成纤维（ Kevlar ）等，并用内置热源把它们融合在一起。最后，将不需要的材料移除，打印完成后的零部件要比使用传统热塑性材料3D打印出来的部件强度要高2 倍-10倍。此工艺的独到之处在于：他们研发的制造工艺将3D打印和铣削结合了起来，大大降低了制造全碳纤维部件的制造成本。20

6、16 年 2 月 Markforged推出新一代碳纤维3D 打印机在 SolidWorks World 年度大会上， Markforged 公司创始人、MIT 工程师 Greg Mark 推出了其第二代碳纤维 3D 打印机 Mark Two 。与 Mark One 相比， Mark Two 的纤维打印工艺提升了 40 ，而且，后者可通过纤维增强的细部比以前小了15 倍，从而使 Mark Two 能够打印更小的碳纤维增强零部件。2016 年 1 月射出成型用碳纤维增强热塑性树脂基复合材料研制成功日本东丽公司宣布,开发出了耐冲击性更强的射出成型用碳纤维增强热塑性树脂基复合材料 (CFRTP) 。新

7、材料在添加碳纤维 (CF) 之外还混合了有机纤维 (异种纤维 )，保持了原有的强度及刚性。其母材为聚丙烯 (PP) 成型品的耐冲击性达到该公司以往产品的 2 倍以上。二、碳纤维应用领域技术进展2017 年4月碳纤维制作的航空制造机器人阿联酋 Exechon有限公司开发了一款新型XMini 机器人 5轴加工机床，这将在航空自动化制造方面产生根本性变革。XMINI 由碳纤维增强复合材料制作，可以被分开并在传统上机床或人无法到达的空间内重新组装，如一个飞机翼盒内。2017 年 2 月 LLNL 开发出 3D 打印航空级碳纤维复合材料的新技术劳伦斯利弗莫尔国家实验室（ LLNL ）研究人员成功开发出了

8、打印航空级碳纤维复合材料的3D 打印技术。这项技术将允许使用碳纤维复合材料准确地生产复杂部件，对3D 打印部件的介观结构可以有更多控制。最终，能够使用导电碳纤维材料 3D 打印诸如高性能飞机机翼、在一侧绝缘的卫星组件（不需要旋转）和绝缘可穿戴设备等部件。2016 年 12 月本田利用 SDL 技术创建碳纤维增强复合材料零部件本田汽车公司使用Mcor Technologies的选择性沉积层压（SDL ）技术成功创建了碳纤维增强复合材料（CFRP ）零部件。据本田预估，3D 打印 CFRP 模具的成本比传统CNC模具成本节约约10 倍。汽车用碳纤维复合材料2016 年 5 月宝马新5 系车身将采用

9、碳纤维材料宝马将推出一款全新5 系，新车将基于CLAR 后驱模块化平台打造，采用了碳纤维等多种轻量化、高强度复合材料强化车身，新一代 5 系也将成为5 系中首款在车身结构中应用碳纤维材料进行车架强化的车型。新车将大幅减重一百公斤，油耗将因此下降，操控性和加速性能也将随之提升。三、研究机构技术进展2017 年3月Nature 子刊：多功能完全可回收的碳纤维增强耐热共价热固性先进复合材料华南理工大学袁彦超等人制备了一种可回收的连续高性能碳纤维（ CF ）增强聚六氢三嗪 （ PHT ）树脂基先进复合材料。多重回收实验和表征数据表明，它实现了多次完整的CF 回收，并且通过在某些稀酸溶液中温和解聚，几乎

10、全部回收主要原料。这项研究首次展示了一种可行的和环境友好的用于CF增强的先进复合材料的、制备 -回收 -再生策略。CF/PHT复合材料的回收和再生过程2016年10 月用于锂电池的一种纳米粒子包覆碳纤维的超稳定阴极材料东华大学胡俊青教授课题组和香港城市大学李振声教授、张文军教授人发现了一种新型的复合结构材料即嵌在三维网状多孔炭阵列的V2O5 纳米粒子包覆碳纤维的阴极材料，有效的解决了纳米结构的V2O5 负极材料由于结构劣化、固态电解质层不稳定以及电子导电性差导致的容量低、衰减快、循环稳定性差等问题。V2O5/3DC-CF复合物优异的电化学性能使其有望成为高性能锂离子电池负极材料的替代品。样品形

11、貌和微观结构2016 年 5 月特为纳特科技发展有限公司研制出制造航空碳纤维新技术2016 科博会上爆出，北京特为纳特科技发展有限公司突破航空级碳纤维新技术。此项技术可达到国际先进水平，可归类到碳纤维三大路线中的中间相沥青碳纤维，具有超高模量，几乎零膨胀，兼具高导热，能够达到铜导热率的2.5-3 倍的优点，成为航天和高科技上难得的优异材料。此次获得的关键突破为中间相沥青原料的生产工艺，所制取的中间相沥青具有生产稳定性好，可纺性好，灰分几乎为零等优点。2016 年 2 月中天科技携手中科院成功研发大丝束镀镍碳纤维江苏中天科技股份有限公司与中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所联合立项研制的大丝束镀镍碳纤维产品研发完成。镀镍碳纤维具有优良的刚性和强度、较小的热膨胀系数及比重，以及金属柔软且导电的特性。镀镍碳纤维可用于军事和航天，同时在小型大容量电容器、磁性薄膜、电子设备的电磁屏蔽以及制造各种功能性元器件等方面都具有较广泛用途。2016 年 1