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日本东丽2021年碳纤维技术领域重要进展

   日期:2021-12-29     来源:碳纤维及其复合材料技术    浏览:293    评论:0    
核心提示:东丽公司CFRP用于海洋平台加固修复  2021年1月,日本三井海洋公司设计并制造的浮动式海洋石油生产、存储和卸货系统以及浮动式
 东丽公司CFRP用于海洋平台加固修复
  2021年1月,日本三井海洋公司设计并制造的浮动式海洋石油生产、存储和卸货系统以及浮动式储油卸油系统进行修复时,东丽公司联合三井海洋共同开发了基于碳纤维增强塑料(CFRP)的FPSO/FSO修复技术,而该技术通过了美国船级协会(ABS)的批准。
  东丽公司拥有在狭窄作业现场使用CFRP真空成型方法的,并且正在考虑将该技术应用于以FPSO/FSO为的浮体式海洋石油气、生产设备领域。此次共同开发的维修技术使用了一种高强度、高弹性的碳纤维制成的特殊布,与以往使用钢材的传统维修方法相比,材料和设备更加易于携带,并可以在人数少、短期内进行施工。
  
东丽碳纤维成功用于款飞行汽车
  2021年1月,荷兰PAL-V公司获准在欧洲街头运营Liberty“飞行汽车”。PAL-V是个人空中和陆地交通工具的字母缩写(Personal Air and Land Vehicle),Liberty是旋翼机。
  PAL-V Liberty转子叶片采用190gsm TORAYCA?T700S/#2510织物和150gsm TORAYCA?T700G/#2510 UD碳纤维复合材料,由Toray composite materials America,Inc.(CMA)提供。车身面板、车门和燃油箱使用200gsm TORAYCA?T300/ER450织物、300gsm TORAYCA?T700/ER450 UD以及来自意大利东丽复合材料公司(CIT)的CK混合碳纤维和芳纶纤维材料。CMA和CIT都是日本东丽株式会社的子公司。
  
东丽公司研发出CFRP低成本加工技术
  2021年2月,东丽公司开发出一种混合注射成型技术,该技术可使碳纤维增强单向胶带(UD tape)在单一工艺中成型并沉积在注射成型模具中;在合适的工艺条件下,该工艺使得制造具有与钢零件相同性能和成本的零件成为可能,但重量减轻了20%。
  东丽将这种新开发的技术称为直接胶带插入式注塑成型。通过与将UD胶带插入模具中进行注射成型的其他混合成型技术相比,该技术无需直接进行预成型过程,即可直接在单个过程中完成成型和沉积。目前,东丽的目标是使UD胶带的批量生产达到每年几百吨的规模,并且比注塑成型颗粒的产量提高数十倍。
  
东丽公司研发出超薄石墨烯分散体系
  2021年3月,东丽公司宣布成功开发出一种流动性、导电性、导热性优异的超薄石墨烯分散溶液,利用该溶液可使诸如电池、布线材料和油漆等领域应用受益匪浅。东丽将继续推动这一突破的研发,并加速其商业化进程。
  该溶液易于操作和处理,无需稀释,并且更容易显示其优异的导电性和其他优点。高分散性和易于混合使溶液与其他材料混合变得简单。该新型解决方案的一个很好的应用是作为锂离子电池的导电材料,它可以很容易地与阴极材料混合,并在阴极之间插入石墨烯以提高导电性。
  
东丽美国子公司推出新款预浸料
  2021年3月,东丽子公司——Toray Composite Materials America,Inc.东丽复合材料美国公司新款结构预浸料CMA 3900上市,具有广泛的公共允许设计数据库。3900预浸料系统利用易于获得的允许数据集扩展了东丽的产品范围,东丽公司 2510高压釜预浸料系统也适用于现有的AMS规范,并且具有由NIAR/NASA/AGATE联盟生成的3批允许数据集。
  东丽公司3900预浸料系统通过用复合材料取代金属结构,实现了运输系统设计中的阶跃功能改变。与传统金属设计相比,向复合材料的转变大大降低了结构重量,从而实现了更长的使用寿命、更高的生命周期成本以及更低的碳排放。
  
东丽公司用多孔碳纤维研发CO2分离膜
  2021年4月,东丽公司宣布成功发明了一种具有双重全碳结构的二氧化碳(CO2)分离膜,这种双重结构包括了作为支撑的中空多孔碳纤维和表面的薄碳膜分离层。该膜具有优异的CO2分离性能和高耐用性,与传统的无机分离膜相比,该膜可以使设备更紧凑。据悉,东丽公司后续将加大研发力度,在社会基础设施中部署这种分离膜。
  具有双重全碳结构的二氧化碳(CO2)分离膜
  该公司的新型二氧化碳分离膜采用直径小于300微米的薄中空纤维多孔碳纤维作为支撑层,在表面上则是一个均匀的仅几微米厚的碳膜分离层。由于支撑层和分离层相互独立,这种分离膜提供了出色的CO2分离和耐用性。这种CO2分离膜很柔软,非常薄,可以像普通纤维一样连续生产。高密度包装使模块小型化。在相同体积下,CO2透过率可比常规无机CO2分离膜组件提高5倍。
  
东丽公司开发出高导热复合材料
  2021年5月,东丽公司成功开发出一种基于碳纤维复合材料的高导热技术,利用该技术可以将碳纤维增强塑料(CFRP)的散热性能提升到金属散热性能水平。将这项技术应用于CFRP中,可以通过材料内部的热传导路径有效地散热,这有助于抑制移动应用中的电池退化,同时提高电子设备应用中的性能。
  
采用Toray新导热技术的CFRP结构
  多年来,日本东丽公司利用专有技术开发和应用高刚性多孔CFRP,形成短碳纤维三维网络。在这种情况下,东丽创造了一种导热层,该导热层采用了多孔的CFRP载体来保护石墨片。通过将CFRP预浸料层压在这一导热层上,使东丽能够获得高于金属的导热系数。
  
东丽子公司CFRP太阳能无人机获奖
  2021年6月,在JEC Connect 2021会议上,这款由东丽子公司Toray Carbon Magic公司和日本东海大学、Sky Perfect JSAT联合开发的太阳能无人机获得航空航天领域创新奖。该款太阳能无人机拥有全碳纤维复合材料(CFRP)机身结构,其中机翼长度为16m。
  在太阳能飞机设计过程中,Toray Carbon Magic公司采用了碳纤维、芳纶纤维和玻璃纤维的混杂复合材料结构,重点采用了日本东丽公司的高强高模碳纤维,并结合其高强度、高模量的性能特点,通过采用有限元分析方法进行结构设计,从而保持了强度和刚度的平衡,并实现了轻量化。
  
东丽公司欧洲高性能树脂研究中心开业
  2021年7月,东丽公司的树脂技术中心在德国慕尼黑附近的欧洲汽车中心内开业。树脂技术中心主要任务是在欧洲提供及时的技术数据,并通过 CAE 模拟分析、创新材料开发和缺陷分析/评估协助零件设计优化来支持客户应用程序开发
  新的树脂技术中心将提供具有高电痕性能和耐热循环性的材料,并提供裂纹预防支持分析。这是为了解决诸如金属嵌件绝缘高压部件的模制树脂产品在冷却和加热过程中因热循环而开裂等问题,这个问题随着电动汽车的出现而增加。
  
东丽公司研发出5G通讯用高性能树脂
  2021年7月,东丽公司宣布开发了一种高性能聚对苯二甲酸丁二醇树脂(PBT:一种具有优异的长期耐热性、耐化学性、耐候性和电气特性的树脂),它在高频毫米波段的介电损耗比传统PBT低约40%,而且不损害尺寸稳定性和可塑性。
技
新产品将显著提高5G基站和自动驾驶系统的高速传输连接器、通信模块、毫米波雷达和其他设备的性能。东丽公司希望启动全面成熟的样品工作,以满足5G通信所用材料的需求。它将开发高级驾驶员辅助系统和智能交通系统的应用程序,用于自动驾驶设置。
  
东丽美国公司开发出空天用预浸料系统
  2021年7月,美国东丽复合材料公司宣布推出Toray 2700预浸料系统。环氧树脂基2700是一种高性能的树脂技术,适用于新兴的航空航天项目。它满足了严格的航空航天结构设计要求,能够制造出高质量、大批量、低成本的复合材料零件。
  Toray 2700系统不仅在小批量环境下表现良好,而且对自动化和其他高速生产过程的适应性也很强,它专为耐热性和低吸湿性而设计,可适用于零件暴露于高热和高湿度环境(即热/湿条件)的应用。它适应灵活的固化温度(250-350?F/121-177?C),并满足航空航天结构驱动因素如压缩性能。
  
东丽公司提高大丝束碳纤维产能
  2021年11月,东丽公司宣布其美国子公司Zoltek将耗资约1.3亿美元(约140亿元币)于2023年前提升公司大丝束碳纤维(>40k规格)产品的生产能力。这也是公司于2021年内第二次宣布产能提升计划,在此前的6月10日,Zoltek公司已宣布将扩大其位于墨西哥瓜达拉哈拉工厂的碳纤维生产能力。
  经过年内的两次产能提升计划,预计产线投产后,位于墨西哥Jalisco的Zoltek工厂大丝束碳纤维的年产能提升54%左右,达到20000吨以上,加上Zoltek在匈牙利工厂使得终年产能合计提升至35000吨/年。通过此次扩建使得Zoltek实现了 在2021 年 6,000 吨的产能扩张。
  
东丽公司开发出高阻燃和力学性能CFRP
  2021年11月,东丽公司宣布成功开发出一种应用于航空航天领域的碳纤维增强聚合物(CFRP)预浸料。通过材料信息学技术的帮助,该材料具有高阻燃性和优异机械性能。
  虽然CFRP力学性能要优于金属材料,但传统的CFRP材料也存在一些包括阻燃性和导电性等在内的固有缺陷。作为利用数据和数字技术提高竞争力的数字化转型计划的一部分,东丽公司在 CFRP 工程中采用了材料信息学技术,并建立了一种通过利用逆向分析根据所需材料特性改进设计,实现新型材料的快速开发。
  通过与日本东北大学的合作,利用自组织映射算法(self-organizing map)作为分析工具,能够通过数量相对较少的试验获得材料优组合,从而满足所需的性能,并开发出一种具有高阻燃性并提供优异力学性能的CFRP中间材料(预浸料)。
  该型预浸料不但可以提供与现有航空航天材料相当的抗压强度、耐热性和其他机械性能。同时,与这些材料相比,它的热释放率(即火灾产生的热量)降低了 35%。东丽计划将逆向分析技术应用于热导率、电导率和其他功能性特征来设计高性能预浸料,以满足飞机、汽车和一般工业用途部件的多样化需求。(作者钱鑫博士)
 
 
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