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2017-01-12

高科技纤维与应用 2016年2期

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福特高性能轿车的CFRP进气系统亮相

澳大利亚福特公布了其100%CFRP制造的进气系统，该进气系统将在福特最近发布的新高性能轿车FalconXR6 Sprint车型上应用。

该进气系统专为涡轮增压发动机设计，据了解可帮助叶轮加速发动。进气管一般由工程塑料制成，不仅外观厚重，而且尺寸也难以保持稳定；而使用轻质CFRP制成的进气管，其横截面积大幅增加。另外，与工程塑料相比，CFRP强度更高，在重压或高温下不易变形，且质量较轻。CFRP进气管重235 g，而工程塑料进气管则为438 g。

这一进气系统由澳大利亚Premcar公司研发，其生产由另外一家公司Quick step Automotive承担。福特未来的产品可能会从该进气系统的研发生产中获益良多。实际上，澳大利亚CarbonRevolution汽车配件生产厂商已经为福特野马Shelby GT350R生产和配置了CFRP轮毂，未来还可能为福特GT超级轿车服务。

该车型将在2016年第二季度在澳大利亚和新西兰投入市场。

赫氏复材CFRP预制件满足宝马7系轿车量产需要

赫氏复材公司创新的CFRP技术已经被宝马公司采用，应用到旗下BMW7系轿车中，用以增强B柱的金属外壳（B柱是指汽车前后门之间的柱子）。消息称，赫氏复材所供应的是CFRP预制件。这种预制件将单向碳纤维预浸料按多个方向铺层，采用HexPly®M77树脂体系，在160 ℃下1.5 min内完成固化成型。

为了达到汽车行业对量产的要求，赫氏复材在奥地利设立了一条全自动生产线，能够在数秒时间内将单向预浸料转化成双向预制件。该生产线可以将不同质量和不同取向的预浸料组合成为整体，并通过全自动化的切割、正位、涂胶和分包完成一体化生产。

该线生产的B柱预制件可满足500 辆/d宝马轿车的需求，帮助汽车厂商达到量产和高品质化的要求。

赫氏复材的CFRP解决方案不仅实现汽车的轻量化，同时还实现汽车的二氧化碳减排，更提升了汽车的整体安全性能。

韩国汽车合作联盟致力于开发车用CFRP

现代汽车、现代制铁和LG Hausys将与韩国政府联手创建汽车合作联盟，努力实现汽车用CFRP的国产化生产。因为CFRP质量是钢铁的25%，车体轻量化有助于减少汽车尾气排放和降低油耗。

汽车合作联盟是为了合作研发、并购、规制、标准应对和构建基础，而由汽车、情报技术（IT）、软件（SW）、通讯、材料等各行业的龙头企业参与的团体。伴随着成立之日起，有望将汽车轻量化材料的国产化选为首个共同合作的项目。韩国业界急切地希望由汽车合作联盟推进的CFRP项目于2016年上半年发布，期待CFRP项目成为促成汽车及相关产业合作的首个项目。

韩国汽车合作联盟一直以来主要探讨无人驾驶汽车、环保车、智能平台等各种技术项目。随着CFRP项目初具规模，汽车合作联盟可能会讨论工作团队的结构，编制详细计划。

与相同体积的钢相比，CFRP的质量仅为25%，所以对汽车降低油耗有着明显的效果；又因其抗拉强度比钢铁高出10 倍，也能确保汽车的安全性。但鉴于其材料成本高，抬高了汽车的价格和修理费用；成型性也不尽如人意，又受限于原材料供应，因此无法批量生产。到目前为止，CFRP只是用于手工制造和作业时间长的高档或特种汽车。

宝马汽车一直在积极采用CFRP，这一材料主要应用于其电动汽车和最高档的7系汽车。使用了CFRP的宝马7系汽车比现代Genesis EQ900足足轻了270 kg。如果韩国国内的汽车企业能够主导这一相关核心技术，提高量产能力，那么韩国汽车势将在汽车行业的竞争力提高一个档次。为了能够让CFRP成为车身材料，汽车、钢铁和CFRP的企业合作将成为先决条件。期待此次项目在现代汽车、现代制铁、LG Hausys等企业的合作下取得圆满成果。

韩国政府相关人员声明：“虽然汽车合作联盟刚成立不久，但也准备了一年左右的时间，相信很快能够拿出成绩。业界通过开放性平台讨论合作项目，政府则支持研发投入。

日美竞相突破第三代碳纤维技术

相比传统的金属材料和其他纤维制成的复合材料，碳纤维复合材料具备质量轻、强度高、弹性模量高等特性，可比传统铝合金结构减重30%，对武器装备性能提升贡献巨大，被广泛用于制造航空器机体及发动机、导弹外壳等。美国F-22、F-35战斗机的碳纤维复合材料用量比例分别达到24%和36%，以空客A350和波音787为代表的新型大型民航机的碳纤维复合材料用量比例更是高达50%以上。碳纤维复合材料的运用已成为衡量武器装备先进性的标志之一。碳纤维是构成复合材料的关键原材料，承担着复合材料约90%的载荷，其拉伸强度和弹性模量是实现复合材料结构性能目标的关键。碳纤维复合材料生产和应用技术已经是航空工业制造水平的重要标志之一。

市场发展

高端碳纤维市场一直为日美两国所垄断。高端碳纤维绝大部分是小丝束的聚丙烯腈（PAN）基碳纤维。目前全球最主要的6 家小丝束碳纤维供应商的市场占比情况是：日本东丽公司占35%～40%、东邦公司占23%、三菱丽阳公司占14%；美国赫氏公司占12%、氰特工业公司占8%；台湾塑料工业和德国SGL公司占3%～5%。日本3家企业的碳纤维约占全球70%～80%的市场份额，其中东丽公司产能最大，产品性能最好，是全球最大的碳纤维供应商，代表了日本最高的技术水平和研发实力。美国的两家企业市场占有率约为20%，其中赫氏公司拥有40多年为美国军机开发应用碳纤维的经验，能够自主生产供应碳纤维，是美国中高模量碳纤维技术的领导者；氰特工业公司以碳纤维预浸料为主，碳纤维产品性能和研发能力低于赫氏。台湾塑料工业公司及SGL的产品性能略低于日本和美国的水平。

碳纤维以拉伸强度和弹性模量为主要指标，目前商业化产品已经发展到第二代，日美两国在广泛应用的第二代碳纤维产品上性能相当。第一代以1960年代东丽公司的T300和赫氏公司的AS4低强低模碳纤维为代表，T300主要用于波音737等型号的次承力构件，AS4应用在早期F-14战斗机的平尾等部位。第二代高强度、中等模量碳纤维以1980年代东丽公司的T800和赫氏公司IM7系列为代表，同代产品还有东丽的T700和T1000，赫氏的IM8、IM9等。T800强度比T300强度提高了68%，模量提高了28%，大量用于空客A350、波音787等飞机机翼和机身的主承力结构。IM7比AS4强度提高了37%，模量提高了21%，大量用于美国的“三叉戟”Ⅱ潜射导弹及F-22、F-35战斗机等。

第二代碳纤维模量偏低

现阶段，航空航天等领域应用最广泛的是第二代高强度中等模量碳纤维，由于模量偏低，且碳纤维材料脆性大，易导致复合材料结构部件的疲劳损伤，甚至发生灾难性破坏，限制了航空武器装备性能的提升，更难以满足新一代航空武器装备的性能要求。随着美国启动第六代战斗机、新一代远程轰炸机、第一代无人舰载作战飞机的研制，航空武器装备对巡航速度、航程、机动性、隐身性能、防护能力、维修性等指标都提出了更高要求，这就需要拉伸强度、断裂韧性、冲击性能等综合性能更高的碳纤维。要获得综合性能高的碳纤维，就必须在强度和模量这两个基本属性上取得突破，而第三代碳纤维的主要技术特征就是同时实现高拉伸强度和高弹性模量。

同时实现高的拉伸强度和弹性模量是碳纤维研制过程中的技术难点。原丝制备和碳化是碳纤维制备的两个核心工艺：高质量的PAN原丝是实现碳纤维高性能和批量生产的关键；碳化过程的控制与碳纤维的拉伸强度和弹性模量直接相关。多年的碳纤维研制经历表明：大幅度地提高碳纤维弹性模量时，拉伸强度会明显降低；而当保持碳纤维的高拉伸强度时，又很难大幅度提高纤维的弹性模量。究其原因，碳纤维是由大量石墨微晶组成的各向异性材料。高强度碳纤维通常要求微晶尺寸较小，而高模碳纤维通常要求微晶尺寸较大，如何解决这一矛盾是碳纤维研制中的最大难题。

日美各辟蹊径突破技术瓶颈

日本东丽公司通过突破碳化工艺，使碳纤维强度和模量同时提升10%以上，率先达到了第三代碳纤维的技术要求。东丽公司认为，碳纤维同时获得高拉伸强度和高弹性模量的关键在于碳化过程中的热处理技术及高温设备。在热处理技术方面，温度、牵伸、催化、磁场等许多因素都会影响纤维碳化后的性能。2014年3月，东丽宣布研制成功的T1100G碳纤维。东丽利用传统的PAN溶液纺丝技术，精细控制碳化过程，在纳米尺度上改善碳纤维的微结构，对碳化后纤维中石墨微晶取向、微晶尺寸、缺陷等进行控制，从而使强度和弹性模量都得到大幅提升。T1100G的拉伸强度6.6 GPa，比T800提高12%；弹性模量324 GPa，提高10%，正进入产业化阶段。

美国佐治亚理工学院研究小组通过突破原丝制备工艺，在保持碳纤维高强度同时，弹性模量提升28%以上。赫氏公司的碳纤维产品30 年来一直停留在中等弹性模量水平，性能难以突破。美国国防预研局（DARPA）在2006年启动先进结构纤维项目，目的是召集全国优势科研力量，开发以碳纤维为主的下一代结构纤维。佐治亚理工学院作为参研机构之一，从原丝制备工艺入手，提高碳纤维弹性模量。2015年7月，该研究小组利用创新的PAN基碳纤维凝胶纺丝技术，将碳纤维拉伸强度提升至5.5～5.8 GPa，拉伸弹性模量达354～375 GPa。虽然拉伸强度和IM7相当，但弹性模量实现了28%～36%的大幅提升。这是目前报道的碳纤维高强度和最高模量组合。其机理是凝胶把聚合物链联结在一起，产生强劲的链内力和微晶取向的定向性，保证在高弹性模量所需的较大微晶尺寸情况下，仍具备高强度。这表明美国已经具备了第三代碳纤维产品的自主研发实力。

日美从两条不同的技术途径都获得了高强度和高模量碳纤维。从目前的研究成果来看，东丽的第三代碳纤维产品强度更高，更适用于抗拉强度设计值高的结构件；美国的产品弹性模量更高，更适用抗弯、抗冲击、抗疲劳强度设计值高的部件。日美相关企业和机构都明确表示第三代碳纤维的应用目标是航空航天高端市场，替代目前的T800和IM7第二代碳纤维产品，提高军机结构部件强度、刚度等综合性能。东丽是传统PAN溶液纺丝技术的先驱，原丝技术高度成熟，产业化能力强，从第一和第二代产品来看，其第三代产品有望在未来5～10 年实现工业化生产并全面投放市场。美国放弃传统溶液原丝制备工艺，采用凝胶纺丝技术，有更大余地对工艺优化，碳纤维性能也有更大提升空间。美国计划于2030年前后面世的第六代战斗机、新一代远程轰炸机、第一代无人舰载作战飞机极有可能通过应用第三代碳纤维技术而大幅提高作战性能。

美国CSP公司与三菱丽阳签署碳纤维汽车部件研发合作备忘录

汽车轻量化技术的世界领导者美国CSP公司（Continental Structural Plastics）与三菱丽阳签署了合作备忘录，就为北美市场开发并生产碳纤维汽车部件达成共识和协议。双方将为此成立合资公司。新公司主要生产碳纤维增强模压汽车部件，采用相对传统的SMC工艺和较新的PCM（碳纤维预浸料模压工艺）。生产的部件包括A级车身板、发动机支架、保险杠、车身支柱等。 “此次协议的签署为我们打开了巨大的市场机遇。与世界最大碳纤维制造商之一的三菱丽阳公司合作，将为汽车行业带来新一代的轻量化产品。CSP公司CEO兼董事长Frank Macher表示说，“集合两家公司的技术优势，低成本碳纤维汽车部件的量产技术将有望突破。”

“与CSP公司的合作，将使我们更加深入的进入复合材料产品的技术和生产领域，尤其进入到汽车行业中去。”三菱丽阳复合材料产品总裁Akira Nakagoshi表示说，“我们期待三菱丽阳的复合材料技术更多的得到北美汽车制造商的认可，同时期待着为创造人与自然间更加和谐的共存关系贡献一点力量。”

威海北化欧亚航天碳纤维复合材料有限公司开工奠基

2016年3月6日，威海北化欧亚航天碳纤维复合材料有限公司奠基典礼在威海高区医疗器械及生物医药产业园举行。

威海北化欧亚航天碳纤维复合材料有限公司是北京化工大学与中安金圣公司共同成立的高科技新型产业化公司，依托北京化工大学“有机无机复合材料国家重点实验室”和“国家碳纤维工程技术中心”为技术支撑，是资本与高校创新成果的完美融合，也是高区招商引资与高校技术转移的一次模式创新。公司以推动碳纤维复合材料的规模应用为目标，致力于高性能树脂、预浸料、碳纤维织物及其复合材料成型工艺的工程化应用。

项目一期总投资3.2×108元，建设产能100 t/ a的航天碳纤维复合材料用高性能树脂，碳纤维单向及多轴向织物5×105m2，工业领域碳纤维6×106m2，工业领域碳纤维配套树脂基体1 000 t。项目建成后，年可实现销售收入3.3×108元，实现利税5.61×107元。后续还将进行二期工程的建设，投资总额将达1.5×109元。

威海高区与北京化工大学有着良好的合作基础，北化欧亚项目顺利落地，将双方合作推向了新的高度。双方通过全面深化合作，探索建立了新的校企合作模式，整合了北化碳纤维复合材料基础研究和产品研发平台、北京化工大学威海技术转移中心，形成了独特的新式产学研与技术转移体系。

上海石化碳纤维齿轮工业化试用获成功

中石化上海石化公司使用自产碳纤维制成的复合材料齿轮，在其腈纶装置完成了为期一年的工业化应用试用。试用结果显示，该齿轮性能优异，在绿色环保、节能减排、循环使用等方面都有着出色的表现。

参与此次试用任务的碳纤维齿轮共有5 组10个，均由上海石化自产碳纤维经注塑和模压成型后制成，具有高强度、高精度、耐高温等优点。它们大小不一，从“克”级直径3.5 cm，到“公斤”级直径达20 cm。

据上海石化研究人员介绍，碳纤维复合材料齿轮具有自润性，使用过程中无需加入润滑油，腈纶装置减少污水产生近万吨，大幅削减COD（化学需氧量）排放。同时，碳纤维密度不及铸铁的1/6，制作的齿轮代替铸铁齿轮，可有效减少设备的运行负荷，促进节能。此外，使用碳纤维制成的碳尼齿轮，使用期间磨损产生的粉末，回收后经过处理，还可作为原材料继续制作齿轮，实现循环利用，减少固废产生。

不仅如此，对企业而言，使用碳纤维复合材料齿轮也有助于企业降低生产成本，促进装置稳定运行。碳纤维复合材料齿轮密度低，耐腐耐磨，安装和拆卸比较方便，容易做到严丝合缝，可有效保护齿轮传动轴，促进设备安稳运行，提升产品质量。使用碳纤维制成的复合材料齿轮，凭借其诱人的潜能，已经吸引了风力发电、化工等齿轮应用行业的重点关注，许多企业以及装置也有意全面投用碳纤维复合材料齿轮。上海石化通过一年的工业化试用，也为接下来碳纤维复合材料齿轮的推广使用积累了丰富的理论依据和实践基础。

华昌碳纤维复合材料用高性能环氧树脂及其预浸料项目通过验收

2016年03月04日，上海市科学技术委员会组织召开了由华东理工大学华昌聚合物有限公司承担的科技攻关计划项目《碳纤维复合材料用高性能环氧树脂及碳纤维预浸料关键技术攻关》（项目编号12dz1100400）项目验收会。上海市新材料协会验收组专家一致认为“该项目资料齐全，完成了计划任务书规定的各项考核指标，经专家组讨论，一致同意该项目通过验收。”

项目由华昌公司牵头，联合上海石化、上飞公司、华东理工、上海交大、东华大学六个团队技术攻关，主要开发民航客机碳纤维复合材料专用的碳纤维、环氧树脂及其预浸料等材料，建立测试标准方法，形成产品标准；其中研制的MERICAN 3768液体成型高性能环氧树脂用于民用航空碳纤维复合材料升降舵，MERICAN 3767/ T800碳纤维预浸料用于民用航空碳纤维复合材料水平尾翼。

项目解决了环氧树脂增韧、单组份环氧树脂稳定性、碳纤维稳定性等关键技术，经中国飞机强度研究所等第三方检验，上飞公司综合对比分析，认为项目组研制的“碳纤维及织物、液体成型环氧树脂和T800碳纤维预浸料”的技术指标达到国外对照样品同等条件下的实测结果。项目共申请发明专利41 项（其中授权1 项），授权实用新型专利1 项，发表论文42 篇，制定企业标准8项。

项目负责人刘坐镇介绍，目前项目研制的T300碳纤维织物及MERICAN 3768液体成型环氧树脂已成功制作了碳纤维复合材料升降舵壁板，制成升降舵壁板固化完全，表面光洁度高，已通过了上飞公司的无损检测，3768液体成型树脂的价格明显低于国外进口产品。该项目对推动国内大飞机原材料国产化，带动上海高新技术产业的发展具有重大的经济和社会意义。

东邦特耐克丝一体成型不同厚度及复杂形状的CFRP预成型件

日本帝人子公司东邦特耐克丝（总部：东京）欧洲业务公司德国Toho Tenax Europe建立了从碳纤维到碳纤维增强热固性树脂基复合材料（CFRP）的一条龙生产体制。这是通过引入高压RTM（Resin Transfer Molding）成型机并组合使用2014年开发的预成型自动制造工艺“PvP”（Part via Preform）而实现的。能够在不使用中间基材的情况下制造复杂形状以及在同一部件中存在不同厚度的复合产品。 PvP是该生产体系的核心技术，通过将事先浸润热固型树脂的碳纤维（粘合剂纤维）放置到预成型模具中，由此自动制造立体的预成型件。组合使用随机方向的纤维和一个方向的纤维时，还可任意设计部件的形状及强度等。另外，还可在不使用碳纤维织物等中间基材的情况下，用纤维直接制造预成型件，因此还具有可减少边角料的优点。 Toho Tenax Europe此次引入了高压RTM成型机。通过组合使用PvP，解决了金属材料及以往RTM成型存在的问题，实现了复合材料产品的量产。金属材料往往因薄壁化设计而导致强度下降，因此大多使用高张力钢板等弯曲成“コ”字形来兼顾部件的轻量化和刚性。但金属提高强度后，就会难以拉伸，导到成型困难。另外，虽然业界也在开发大型一体成型技术，以减少部件间的接合部位，实现轻量化，但这种技术也很难在确保强度及刚性的同时兼顾易成型性。而CFRP也存在碳纤维拉伸性低等缺点。因此，很多厂商都使用基于预浸料的热压罐工艺，而这种工艺需要手工作业，难以实现量产。近年来使用预成型件的RTM工艺成为主流，但该工艺必须要制造碳纤维织物等中间基材，成本较高。此外，在制造具有复杂形状以及在同一部件中存在不同厚度的部件时，还必须在制造预成型件时细致裁剪中间基材后排列到模具中，不然就会产生大量边角料。为了解决这些问题，东邦特耐克丝开发出了PvP技术。使用该技术制造的CFRP已被欧洲车企采用，而且东邦特耐克丝已开始采取进一步努力，以促使其他国外厂商也采用该CFRP。另外，帝人集团已开发出可量产的热塑性CFRP产品“Sereebo”，正在开发量产部件市场。此次该公司将以建立热固性CFRP一条龙生产体系为契机，同时提供热塑性及热固性CFRP解决方案。

苹果太空船新园区曝光采用史上最大复合材料屋顶

苹果向外界展示了其著名“太空船”新园区Campus 2不为人知的一面：可容纳1 000 名观众的园区剧院。该剧院地面以上部分已接近完工，最近刚刚成功封顶。其屋顶由碳纤维材料构成，而此前的渲染图显示，苹果将采用特种铝或钢材料，不过最终苹果还是选择了质地更轻的复合材料。

该剧院屋顶在迪拜设计并制造，据苹果透露，它是史上最大的复合材料屋顶，质量达80 t，直径超过42.7 m。相比之下，波音787的起飞质量不到30 t，翼展60 m。

日建筑师创先河建碳纤维抗震楼

台湾南部上月初发生6.4 级强烈地震，共造成116 人死亡，其中114 人因台南市维冠大楼倒塌惨死，再度显示抗震建筑对减少地震伤亡的重要性。日本跟台湾一样地震频发，如1995年阪神大地震便导致无数建筑物和桥梁倒塌，造成6 434 人死亡。日本近年积极结合抗震科技，在兴建大厦时加入抗震设施，并不断有新的抗震建筑面世。

曾获日本、意大利、芬兰等国家建筑奖的日籍建筑师隈研吾，与建筑材料生产商小松精练株式会社合作，利用碳纤维为一幢3 层高的小松精练办公大楼抗震，日本潮流网站Japan Trends指出，这是全球首幢碳纤维抗震建筑。大楼主体以混凝土建成，以碳纤维作地基，并由外表看似青草的海绵状陶瓷材料包围，屋顶还有空中花园，依靠雨水灌溉植物。隈研吾使用小松精练的主打产品热塑性碳纤维材料CABKOMA，制成包围整幢建筑的碳纤维杆。小松精练指出，CABKOMA拥有高拉伸性、外表美观、结构强韧及质量轻等优点。

日本东丽新设综合研究所寻找碳纤维后的增长点

日本东丽时隔60 年将设立从事广泛基础研究的综合研究所，将重点研究尖端材料和人工智能。东丽希望通过融合不同领域的研究成果，创造继碳纤维之后的新收益来源。日本制造业正在将国内投资的重点从单纯的生产能力增强转向研究开发等，大型材料企业也相继建立研究设施。

东丽将在滋贺县大津市投入约1×1010日元建立研究所。作为东丽在研究所方面的投资，将创下历史最大规模。计划自2017年上半年起依次启用主要设施。东丽将采用纳米技术（超微细技术）进行材料开发，同时利用纺纱技术研究新一代人工肾脏。一方面，涉足人工智能研究的目的是促进以材料开发为代表的各领域的研究。东丽力争向人工智能提供庞大数据，并使之不断学习，以便能提取重要的数据，藉此加快各领域的研究速度。

1956年东丽建立了作为综合研究所的中央研究所。随后相继设立了生物技术等个别专业领域的研究基地，但目前再次认为需要新建横跨广泛领域的研究所。

公司正在寻找碳纤维之后的经营支柱。碳纤维作为质轻高强的材料，在飞机和汽车领域需求迅速扩大。目前需要跨领域研究成果的融合。新建的研究所还将作为与外部企业和研究机构展开合作的基地。不但能展开共同研究，还将推进与合作伙伴的数据库共享。

由于新兴市场崛起等原因，通用材料领域的竞争日趋激化，日本各大型企业正在加强高功能产品的研究。旭化成将在位于冈山县仓敷市的水岛制造所投入约3×109日元，建设新研究大楼。此外，住友化学也将在兵库县宝塚市建设农药领域的新研究大楼。

韩国碳纤维产业向日企发起挑战

日本碳纤维生产企业垄断美国航空飞机市场，韩国企业向其发起了挑战。碳纤维的质量仅仅是钢质量的20%，强度超出10 倍以上。韩国产业通商资源部20日发布消息称，航空零部件和电子装备产业相关的20多家企业也和美国波音公司共同开始商务会谈。支持国内企业技术开发的韩国产业评估管理院（KEIT）此次也和波音签署合作备忘录。KEIT在国内形成波音所必要的零部件技术开发，波音将引进这些开发的产品。

此次会议由韩国内碳纤维生产企业晓星、国都化学和韩国碳T4L参加。产业部相关人员称，谈判尚未进入实质性阶段，波音对韩国产品做出了积极回应。波音的最新产品B787通过引进碳纤维促进轻量化发展，燃料费用减少约20%。韩国将提供机身、机翼、座椅等零部件。

日本于1970年开始致力于碳纤维产品的研发。原丝通过高温加热碳化后制成碳纤维。被称为T1000的高强度碳纤维产品将在战斗机和导弹上使用，出口产品受到管制。

韩国于2006年开始正式投入碳纤维研发。政府和地方自治体提供研发费用和成立研究所，于2013年开始，产品进入实用化阶段。仁荷大学化学科教授Park Sujin称，波音对韩国产品表示关注，也是对韩国产品技术研发能力的认可。碳纤维产品不仅适用于飞机上，也可适用于汽车上，出口量很大。参加会议的周亨焕长官也表示，航空零部件的出口额由去年的1.8×109美元增长到2020年的4.5×109美元。

橡树岭寻求低成本碳纤维技术的商业生产合作

经过几年的材料和工艺开发，美国橡树岭国家实验室（ORNL）正准备获取从低成本和纺织级的丙烯酸纤维前驱体材料，生产商用工业级碳纤维和阻燃纤维的许可证，有望将碳纤维成本降低50%。ORNL对碳纤维生产过程和传统碳纤维生产工艺进行了详细分析，检查了9 个主要工艺步骤的生产成本，从前驱体和预处理开始，到表面处理、上浆、纺丝、检验和运输结束。分析结果表明，新工艺对材料、能源、资本和劳动力成本的需求明显减少，整体生产成本减少50%。ORNL生产的低成本碳纤维表明抗拉强度、拉伸模量和应变率分别超过2.758 GPa、275.8 GPa和1%。满足一些汽车制造商对大批量高强度碳纤维复合材料性能标准的规定。此外，包括风力涡轮机组件在内大量的清洁能源技术和压力储罐也将受益于这项发明。ORNL将以竞争方式选择3～5 家合作伙伴对这项技术进行商业化。

丰田下一代概念车登场大量使用碳纤维材料

Deep Orange 6是下一代丰田概念车的代号，由美国克莱蒙森大学（Clemson University）的学生开发研制，在上周的汽车业界活动上亮相。

这次活动即在美国底特律举办的“SAE国际2016大会及展览”。这款丰田概念车的车门面板、后掀背车门、仪表板、保险杠和覆盖层等均采用了Textreme碳纤维材料。

目前有多家公司在使用Textreme材料，包括Bauer Hockey、Prince Tennis、Cobra Puma Golf以及Bell Helmets等。

克莱蒙森大学汽车工程研究生系副教授Johnell Brooks 表示：“Textreme材料的性能超出我们的预期，用它生产的内饰表面精美，产品质量高，易于成型，且不会影响织物性能，铺展式拉伸胶带使得最终零件的表面非常平整顺滑。”

瑞典制造商Oxeon首席执行官Henrik Blycker指出：“克莱蒙森大学的研发团队设计组合零件时，很好地利用了Textreme的独特优点，平衡了力学性能和轿车减重需求，从而实现最优的结果。”他补充说：“我们很骄傲能够支持这一项目以及后续大范围应用组合零件的开发工作”。

美军碳纤维高速艇雷达难发现

美国“避风港”海事公司近日推出一种名为“梭鱼”的隐身高速拦截艇，这种采用深V船形的高速艇在海上的最大航速超过74 km/h，最大续航距离达370 km，而且即使遭遇5 级海况（浪高4 m）时也能正常航行。

“梭鱼”的另一大特点是采用了隐身设计，不仅艇艏遥控武器站采用了可升降式设计，而且整体外形十分光滑，连雷达、通信天线等电子设备都集成到了一体化隐身桅杆中。除非“梭鱼”主动发动攻击，不然很难被敌方雷达所探测到。图中“梭鱼”外形十分简洁、还有几分科幻风，此时艇艏武器站处于开启状态。

除执行海上拦截以及巡逻外，“梭鱼”还十分适合执行特种渗透任务，该艇除搭载4～6 名艇员外，最多还可搭载12 名特战队员。

除采用高速流线型设计外，“梭鱼”的艇身还大量采用了碳纤维复合材料，降低自重的同时，还进一步提升了航速。

日本东丽开发高刚性/低密度新型碳纤维增强发泡材料

日本东丽公司推出创新的碳纤维增强发泡材料CFRF（Carbon Fiber Reinforced Foams）。这种材料具有两大特性。一是密度低，与一般发泡材料相当；二是刚度高，可与纤维增强树脂相媲美。二者兼备，正是其创新所在。

CFRF是短切碳纤维形成的三维立体结构，在交接处以树脂加固，形成多孔和高刚度的产品特性。它以一种新开发的碳纤维片状基材作为原材料，通过模压工艺成型，刚度高、质量轻和生产周期短，在汽车、飞机等领域有较好的应用前景。这种新开发的碳纤维片状基材，是由分散均一的短切碳纤维与树脂经过固化加压制成。加热加压过程中，基材中的树脂软化、纤维恢复弹性，二者再度结合之后形成上述CFRF发泡材料。

CFRF的密度与一般发泡片材相当，数值达到0.2～0.6；其模量则与纤维增强树脂不相上下，达到5～12 GPa。若以弯曲刚度为衡量标准，为达到相同数值所需的CFRF约是钢铁质量分数的20%，或是一般碳纤维复合材料的60%。

如上所述，CFRF是用碳纤维片状基材作为原材料，在加热加压条件下获得的。此过程中，基材在其厚度方向膨胀，形成与模具贴合的立体形状。有赖于此，一般发泡片材难以达到的外观形状，CFRF都可以实现。

此外，CFRF可与热固和热塑性片材同时使用，一体成型。这为产品的设计带来极大的灵活性。譬如以CFRF作为夹芯材料，以预浸料或连续纤维等作为表面材料，进而生产出的三明治结构，既具备如同CFRF一般出色的抗拉强度，又具备CFRF超轻量和高刚度的特性。

今后，东丽公司将以CFRF质量超轻和设计自由度高的特性作为切入口，首先在汽车、飞机等重点领域进行推广，进而将市场扩大到体育和工业领域。

目前，CFRP已面向部分客户进行推介，并成功获得使用。它将使复合材料行业客户对产品设计自由度和轻量化的诉求得到满足。

CFRF产品的成功研发是日本NEDO机构组织的“革新的构造材料研究”项目获得的成果之一。

碳纤维化合物可回收至分子状态或成新一代环保材料

美国科罗拉多州的研究人员们一直致力于可回收材料领域的研究。例如，科罗拉多州立大学（Colorado State University）的研究团队不久前开发出一种聚合物合成工艺，能够以加热的方式让聚合物回收至其原始的分子状态，从而带来兼具生物可再生与可回收的新一类可持续发展的生物聚合物。

科罗拉多大学波德分校（University of Colorado Boulder，CU-Boulder）的研究人员更进一步实现了“不可能的任务”—将碳纤维复合材料回收至具有原始强度特性的新材料。这包括碳纤维与树脂，只要在室温下将这两种材料浸泡在有机溶液下，就可以使其完全分离和回收。相形之下，材料的制造过程与回收过程也更快速且节能。

长久以来，回收以及修复复合材料一直是一大技术挑战。特别是针对碳纤维复合材料，无论是回收已经产生的材料或是让材料易于回收，都是十分困难的事，因而使其堆积了几百万磅（1 lb = 0.454 kg）于垃圾掩埋场。试图修复受损的碳纤维复合材料组件更麻烦，例如被砸烂的汽车引擎盖，虽然树脂可加以分解，但这一过程通常十分昂贵且能量密集，而且可能导致有毒的废弃物。复合材料可加以粉碎，但其结果是成为不像长纤维那样强劲的短纤维。

迄今为止，大多数的碳纤维复合材料回收工作通常使用高温热解树脂，加上熔融或切碎纤维的方式，但这两种工艺都可能使品质降低。如果能在较低温度下以化学工艺回收专用材料，就能保有更多的树脂以及恢复更多高品质的碳纤维。此外，Adherent采用湿式化学分解复合材料聚合物矩阵的碳纤维回收途径也承诺了更高质量。它能够让短纤维保有原始强度的95%。

新的固化成型速度也与此回收新材料技术息息相关。相较于其他材料大约需要1 h加热成型的时间，新的复合材料制造速度更快得多。科罗拉多大学的研究团队所开发的复合材料只需60 s就能固化成型，这是极其迅速的，因而适用于批量生产的汽车制造业等领域。

科罗拉多大学的研究团队在最近一期的《先进材料》（Advanced Materials）期刊中发表其研究成果。这篇研究报告的主要作者Philip Taynton确信其研究方法具有商用化可行性，因而共同成立了一家新创公司，期望使这种创新的碳纤维材料带入市场。