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复合材料/胶粘剂 |
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日本开发出碳纤维制造新工艺 生产效率升至10倍 |
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| http://cn.newmaker.com
1/22/2016 12:02:00 PM
日经BP社
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日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO），2016年1月14日开发出了新工艺，使聚丙烯腈（PAN）类碳纤维的生产效率比旧工艺提高了10倍。而且还能减少生产所需能量及CO2排放量。
碳纤维主要用作碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）的强化剂，其代表用途为飞机。而最近，以高价位车型为中心，汽车车身等的采用也在推进。CFRP价格昂贵，因此以汽车业界等为中心降低价格的要求十分强烈。妨碍CFRP降低价格的问题之一，是碳纤维原材料昂贵及生产效率较低。
原来的PAN类碳纤维制造工艺大致由4道工序组成：（1）将融解于溶剂中的PAN制成丝状PAN纤维的“制丝”；（2）在将PAN纤维碳化前，预先要实施热处理使之氧化，以提高耐热性的“耐火化”；（3）高温加热、碳化耐火化后的PAN纤维的“碳化”；（4）“表面处理”。这一制造工艺的瓶颈是（2）耐火化工序。该工序很难管理，一次性处理大量的PAN纤维很难。
以往制造工艺是将制丝后的PAN纤维，在空气中以200～300℃加热30～60分钟来做耐火化处理的。之后再将处理后的PAN纤维以1000～2000℃加热使之碳化，最后再实施表面处理，制成碳纤维。
提高了生产效率的新型制造工艺，利用新开发的“溶剂可溶性耐火聚合物”去掉了耐火化工序。溶剂可溶性耐火聚合物容易纺成丝，具备耐火性。由于在制丝阶段就已具有了耐火性，因此无需再在制丝后作耐火化处理。溶剂可溶性耐火聚合物能以服装用低价位PAN作原料，添加溶解促进剂和氧化剂来制造。
在省去耐火化处理的同时，碳化方法上还开发了可使用微波直接加热的新技术。这样就无需再使碳化炉保持高温。而且还可缩短碳化所需要的时间。
在表面处理上，也开发了利用等离子体的新技术。可简化表面处理的工艺，与以往方法相比，可将表面处理工序所需要的能源减少约50％。
此次的制造工艺，是在NEDO以汽车重量减半为目标的材料及接合及技术综合开发项目“革新性新构造材料等研究开发”中，以东京大学为中心，与日本产业技术综合研究所、东丽、帝人、东邦特耐克丝（帝人集团）、三菱丽阳共同开发的。上述4公司2014年在PAN类碳纤维领域握有全球65％的份额。
今后将要实现该制造工艺的工业化，现正在工厂作实证实验。还将开发可使碳纤维实现高强度及粗径化的技术。
此次发表的技术将在2016年1月27～29日于东京有明国际会展上心举行的“nano tech 2016 第15届国际纳米技术综合展暨技术会议”上展出。（记者：松元 则雄）
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