《日本东丽开发出新型碳纤维》

  • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2018-11-28
  • 据《日本经济新闻》11月19日报道,日本材料厂商东丽开发出了强度比以往产品提高30%的新型碳纤维。即使减少碳纤维的使用量,也能维持成型的零部件的性能,可减轻飞机等的重量。东丽将首先推动在高尔夫用具和无人机上采用新型碳纤维,力争到2020年代后半期用于飞机。

      与以往产品相比,新型碳纤维在保持不易变形(弹性模量)的同时成功提高强度。碳纤维难以兼顾强度和弹性模量,这成为开发的焦点之一。

      新型碳纤维的弹性模量为377GPa,加工为束状时的拉伸强度为5.7 GPa。有分析认为,这是世界范围内首次以这一水平量产兼顾2个功能的碳纤维。

      东丽以纳米为单位控制纤维的内部结构,同时让细小的碳结晶朝相同方向整齐排列。新产品与现有产品保持了同等弹性模量,同时提高了强度。

      在飞机和汽车上,使用碳纤维用替代金属的情况正在增加。目的是减轻重量,改善燃效性能。从开发周期较长的飞机来看,有望从下下一代开始采用。东丽认为,还有望应用于以电力马达和电池驱动的电动飞机。

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    • 发布时间:2018-11-22
    • 日本东丽开发出了强度比以往产品提高30%的新型碳纤维。即使减少碳纤维的使用量,也能维持成型的零部件的性能,可减轻飞机等的重量。东丽将首先推动该产品在高尔夫用具和无人机上的应用,力争到2020年后半期用于飞机。 碳纤维难以兼顾强度和弹性模量,一直以来,这都是技术开发的焦点和难点之一。与以往产品相比,新型碳纤维在保持高弹性模量的同时,成功提高了拉伸强度。 新型碳纤维的弹性模量为377GPa,丝束拉伸强度为5.7 GPa。有分析认为,这是世界范围内首次以这一水平量产,且兼顾两个功能的碳纤维。 目前,东丽能够在纳米尺度上对纤维的内部结构进行控制,从而使纤维内部细小晶粒取向一致。新产品与现有M40J高模量碳纤维产品保持了相同的弹性模量,同时将拉伸强度提高到了T800级碳纤维的水平。 在飞机和汽车上,使用碳纤维用替代金属的情况正在增加。目的是减轻重量,改善燃效性能。从开发周期较长的飞机来看,有望从下下一代开始采用。东丽认为,还有望应用于以电力马达和电池驱动的电动飞机。
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    • 编译者:冯瑞华
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    • 日本的金泽工业大学与从事工业废弃物处理和回收的三荣兴业公司合作,开发出了比以往的碳纤维复合材料强度更高,而且抗静电性能优异的新型热塑性碳纤维复合材料(CFRTP)。研究团队开发了一种”增容剂“,不仅抑制了传统相容剂导致碳纤维复合材料导电性的降低的问题,而且即使碳纤维的纤维长度短,在保持刚性的同时,也能够提高注射成形和挤出成形等成形性。 新材料的性能 此次开发的热塑性碳纤维复合材料有望应用于要求具备高比强度和高比弹性模量等机械特性的汽车及飞机相关构件和建材等,此外,在需要具备高水平抗静电性能的半导体等精密部件的成型领域,其利用价值也非常高,预计今后存在很大需求。 碳纤维增强热塑性复合材料是以热塑性树脂为基体,以碳纤维为增强体的复合材料。混合碳纤维和树脂就能形成轻量坚固的材料,近年来,这种碳纤维复合材料在要求节能的飞机和汽车领域的用途不断扩大。但碳纤维与树脂的相容性通常比较差,因此很多时候无法充分混合,强度方面存在课题。另外,树脂具备电绝缘性,而半导体和电子部件等精密部件领域尤其需要不带静电等的导电性优异的复合材料。 作为促进碳纤维与树脂混合的“增容剂”,以前一直使用马来酸酐接枝聚丙烯(MAPP),但采用MAPP的复合材料由于碳纤维与树脂之间是通过点来粘合,而不是面,因此存在界面粘合性能不足(粘合力弱)、无法充分获得导电性能的问题。另外,要想提高复合材料的界面粘合性,必须大量添加MAPP,这样就带来复合材料的导电性会降低的问题。 金泽工业大学与三荣兴业的研究团队共同开发的iPP-PAA(等规聚丙烯聚丙烯酸共聚体)使用的增容剂是使碳纤维与树脂通过面结合,少量使用就能提高界面粘合性,因此能实现不仅机械特性优异(高比强度、高比弹性模量)、导电性(抗静电)也非常出色的复合材料。 此外,IPP-PAA具有与基材PP相同的结晶度,并且熔点比MAPP高20°C。可以控制两端的反应性极性聚合物的分子量和官能团。 利用本次的发明,即使是碳纤维长度为0.1——50mm的短纤维也能确保刚性,因此还可以提高热塑性碳纤维复合材料的注射成型和挤压成型等成型性,有望在广泛的领域扩大用途。