碳纖維-得到國際化應(yīng)用的材料
美國國防預(yù)研局(DARPA)在2006年啟動先進(jìn)結(jié)構(gòu)纖維項目,目的是召集全國優(yōu)勢科研力量,開發(fā)以碳纖維為主的下一代結(jié)構(gòu)纖維。在此項目支持下,美國佐治亞理工學(xué)院的研究小組在2015年突破了原絲制備技術(shù),使其彈性模量提升了30%,標(biāo)志著美國具備了第三代碳纖維的研制能力。
2014年,美國能源部(DOE)宣布為“針對非食用生物質(zhì)糖類轉(zhuǎn)化為丙烯腈的多步驟催化過程”、“研究和優(yōu)化多通路生產(chǎn)生物質(zhì)衍生的丙烯腈”兩個項目提供1130萬美元資助,以推進(jìn)用農(nóng)業(yè)殘留物、木本生物質(zhì)等可再生非食物基原料生產(chǎn)具有成本競爭力的可再生高性能碳纖維材料相關(guān)研究,并計劃在2020年以前,將生物質(zhì)可再生碳纖維的生產(chǎn)成本降至5美元/磅以下。
2017年3月,美國能源部再次宣布提供374萬美元資助由美國西部研究所(WRI)領(lǐng)導(dǎo)的“低成本碳纖維組件研發(fā)項目”,主要以煤和生物質(zhì)等資源為原料,開發(fā)低成本的碳纖維定制加工部件。
日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省基于國家能源和環(huán)境基本政策,提出了“節(jié)省能源技術(shù)研究開發(fā)方案”。在上述政策的支持下,日本碳纖維行業(yè)得以更加有效地集中各方資源,推動碳纖維加工定制產(chǎn)業(yè)共性問題的解決。
“革新性新結(jié)構(gòu)材料等技術(shù)開發(fā)”(2013—2022)是在日本“未來開拓研究計劃”下實施的一個項目,以大幅實現(xiàn)運(yùn)輸工具的輕量化(汽車減重一半)為主要目標(biāo),進(jìn)行必要的革新性結(jié)構(gòu)材料技術(shù)和不同材料的結(jié)合技術(shù)的開發(fā),并最終實現(xiàn)其實際應(yīng)用。產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)(NEDO)于2014年接手該研究開發(fā)項目后,制定了幾個子項目,其中碳纖維研究項目“革新碳纖維基礎(chǔ)研究開發(fā)”的總體目標(biāo)是:開發(fā)新型碳纖維前體化合物;闡明碳化結(jié)構(gòu)形成機(jī)理;開發(fā)并標(biāo)準(zhǔn)化碳纖維的評估方法。該項目由東京大學(xué)主導(dǎo),產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所(NEDO)、東麗、帝人、東邦特耐克絲、三菱麗陽聯(lián)合參與,已在2016年1月取得了重大進(jìn)展,是日本繼1959年發(fā)明“近藤方式”后,在PAN基碳纖維領(lǐng)域的又一重大突破。
歐盟第七框架計劃以608萬歐元支持“利用具有成本效益和可調(diào)控性能的新型前驅(qū)體制備功能化碳纖維”(FIBRALSPEC)項目(2014—2017)。該項目為期4年,由希臘雅典國立技術(shù)大學(xué)主導(dǎo),意大利、英國、烏克蘭等多國公司聯(lián)合參與,主要致力于創(chuàng)新和改進(jìn)連續(xù)性制備聚丙烯腈基碳纖維的流程,實現(xiàn)連續(xù)PAN基碳纖維實驗性生產(chǎn)。該項目已經(jīng)成功完成了從可再生有機(jī)聚合物資源中生產(chǎn)碳纖維棒以及強(qiáng)化復(fù)合技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用(如超級電容器、快速應(yīng)急避難所,以及納米纖維的原型機(jī)械電動旋涂機(jī)及生產(chǎn)線研制等),玻璃纖維棒也得到很大的發(fā)展。
越來越多的工業(yè)領(lǐng)域(例如汽車、風(fēng)能發(fā)電、造艇業(yè))需要輕量高性能復(fù)合材料,這對碳纖維定制加工產(chǎn)業(yè)來說是巨大的潛在市場。歐盟投資596.8萬歐元啟動CARBOPREC項目(2014—2017),其戰(zhàn)略性目標(biāo)是從廣泛存在于歐洲的可再生材料中開發(fā)低成本前驅(qū)體,通過碳納米管增強(qiáng)生產(chǎn)高性能碳纖維。
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