航 空业

东丽公司的 CFＲP 产品受 2020 年度飞机减产的影响比较大，销售收入下降。

帝人公司面向美国飞机的 CF 增强热塑性树脂 ( CFＲTP) 的两种中间材料，取得了世界知名的飞机结构材料厂Collins Aerospace 的认定; 一种是热塑性复合材料织物 “Tenax TPWF” 和 CFＲTP 层 压 板“TenaxTPCL” 。树脂基体均采用高耐热、耐冲击和耐疲劳的聚醚醚酮 ( PEEK) 。

Tenax TPWF 和 TPCL

东丽公司的 CFＲP 部件制造销售子公司 TCM( 东丽碳魔力) ，开发了将电动飞机内部电池等所散发的热从机体表面释放出去的 “表面冷却技术”，同时因采用 CFＲP 外壳和铝芯材的混杂结构部件，使冷却功能和机体轻量化两种技术实用化。

东丽公司与德国 Lilium 公司达成协议，为其提供 CFＲP，用于机身、机翼、螺旋桨和其他结构件。

Lilium 公司正开发全电动垂直起降飞机，目标是在 2025 年初交付空中飞行器，以减少城市交通拥堵、噪声和污染。

无人机是 CFＲP 的另一航空应用领域，日本近年来的开发应用非常活跃。千叶市的 Liberaware公司生产的自动巡回型无人机 “IBIS”，可以进行监视自动化服务。

自动巡回型无人机 IBIS 的模型飞机及显示飞行

日本 SENSYN 公司生产的无人机 ，可在狭小空间、封闭空间和工厂高处等检查工作，减少了人工作业的危险。

SENSYN 无人机

此外，无人机在产业用服务方面，日本 Tel-adolon 公司已正式开展高空结构物的超声波无损检查。

在欧洲炼油厂，搭载超声波传感器的 UT无人机 成功地对烟囱进行非破坏检查。

搭载超声波传感器的 UT 无人机

日本自律控制系统研究所 ( ACSL) 将在一两年内把物流 PF2 无人机 实用化。

ACSL 的产业用 PF2 无人机

风 电叶片

美国 Zoltek 公司是全球知名的风电叶片供应商，50K Panax 35 PAN － CF 年用量已超过 2 万 t，主要由匈牙利和墨西哥厂生产。

其 CFＲP 主梁板材 是由拉挤成型工艺制成的，铺设叶片时简便，使叶片外形更狭窄、更轻、更长、更刚硬、更强。

作为叶片结构件的预固化 CFＲP 主梁板材

两种不同材料叶片的长度与质量的关系

汽 车   

帝人公司在葡萄牙的 Inapal 公司新设了面向汽车的 CFＲP 部件的 ＲTM 设备，使部件注射成型时间仅 20 s，并减重约 30% 。

三菱化学公司的 CFＲP 片材模塑物 ( SMC)已开始供给丰田 GＲ 雅力士汽车，应用于车顶部件 。

丰田 GＲ 雅力士汽车的 CFＲP 顶部组件

SMC 中的片材，是用长数厘米的短碳纤维分散于树脂中，制成片状的中间基材，通过压制成型，只需 2 ～ 5 min 就可加工成 CFＲP 部件。

其与连续碳纤维浸渍于树脂中制得的预浸料中间基材相比，可以形成复杂形状的部件。其力学性能接近于均质，因此更容易利用以往的部件设计技术，实现轻量化和高强度化。

2017 年，三菱化学公司的 SMC 用于丰田普锐斯混合动力汽车的门背骨 架，及 “LC500” 和“LC500h”雷克萨斯汽车的车门内材和后备箱内材。

日产汽车公司为加速 CFＲP 在汽车上的应用，开发了可将部件开发时间缩短约 50% 的模拟技术，并通过有效利用 C － ＲTM ( 压缩树脂转移模塑) 技术，使部件成型时间可缩短80%。

日产汽车公司利用 C － ＲTM 技术使部件成型时间可缩短 80%

每辆汽车有两三万个部件，随着发动机和电动机并用的混合动力车的快速发展和安全装置的强化及智能化，部件数量有增多趋势，为此其轻量化是重要课题。而轻量化还要与低成本化同时达成，为此简化制造工艺、缩短成型时间是紧迫任务。

目前 CFＲP 主要应用于高档车和运动车。日产汽车公司所开发的模拟技术，是将透明模具和温度传感器组合起来，可以看到模具内所浸渍的 CF 在树脂中的流动情况。通过所试制的C － ＲTM 工法，在 CFＲP 制作中心柱增强方面，就可基于模拟结果在模具内配置最适合形状的波纹或沟槽，成型时间从以往的 10 min 缩短至 2 min。

刹 车片  

大丝束 PAN － CF 已广泛应用于各种刹车和制动材料领域，Zoltek 公司生产的 Pyron 预氧化纤维、PANEX 30 纤维和 PANEX 35 纤维，可用于制作不同领域的刹车片。上述 3 种纤维的密度和碳含量各为1. 40 g /cm3、67% ，1. 75 g /cm3、99. 9%和 1. 81 g /cm3、95% 。

C /C 刹车片可使飞机更轻量化，具有更长的使用寿命，比钢制刹车片的冷却速率快得多，且转向快。当汽车使用 C /C 刹车片时，具有减重、使用寿命长和优良的制动功率。

韩国 DACC 碳公司生产的电梯用碳纤维 － 陶瓷复合材料制动组件，具有优良的热稳定性、高温制动性能，优良的耐磨性及优良的抗热冲击性。

下图为电梯的结构、紧急刹车装置，其刹车片便是 C /SiC 刹车片。刹车片有 3D 型和 2D 型两种，CF 在 SiC 中呈纵向和横向排布。

DACC 碳公司电梯配套 CF 复材产品

氢 燃料电池部件及储氢高压容器 

目前发展较快的是汽车用燃料电池的 CF 电极材料，及 CF 缠绕高压气瓶和供氢站用高压储氢装置，后者内压比前者至少高 10 ～ 20 MPa。

东丽公司看好氢燃料电池新能源汽车快速发展的市场，因此除在日本和德国外，正探讨在中国等新设与燃料电池相关 CFＲP 部件的生产基地。东丽公司在德国的子公司正建设第二工厂，在匈牙利也准备直接建设新厂。

在氢燃料储存器方面，日本 JFE 容器公司最近开始销售氢气站用大容量、普及型的 1 型蓄压器，耐久性能为 55 万次供氢，而以往产品为 12 万次。其母公司 JFE 钢公司与该公司自2015 年便共同推进其市场化，2018 年上市的高性能轻量型 2 型蓄压器，耐压更高。该公司最近与Dolonworks 公司共同开发氢燃料电池无人机用高压氢容器。2020 年 12 月在日本首次取得特别许可，自 2021 年 1 月起氢燃料电池无人机可进行空中飞行。氢燃料电池无人机所塔载的高压气体容器，从 150 m 高空掉下时，可确保其安全性，因此获得了日本高压气体安全协会的评价认可。

JFE 容器公司面向氢气站的 1 型蓄压器

JFE 与 Dolonworks 共同开发的氢燃料

电池无人机用高压氢容器

木 质公寓耐震补强

日本风险投资企业———设计与创新公司与北海道大学木材工学研究室，共同开发了用 CFＲP低成本进行木制公寓的耐震补强。

寿命 20 年以上的木制公寓，防震性能难以满足使用要求，以往作为 CFＲP 板的耐震补强，是用环氧树脂粘合剂将它粘贴至混凝土或钢结构物上。而该公司却用小螺钉贴附上去的方法，只要在柱子上用小螺钉将 CFＲP 板固定这么简单的工序，就可大幅度提高防震性能。

试验显示，即使超过极限耐力的地震使木制部件材料先遭破坏，而 CFＲP 也可以边遭破坏边吸收地震能 。

设计与创新公司的 CFＲP 补强法

帝人公司开发 CFＲP 和木材集成的新型建材“LIVELY WOOD”，用它作为梁材时，刚性是木材的 2 倍，抗弯性能和设计自由度均可提高。

海 洋石油设备修补技术 

东丽公司和三井海洋开发公司共同开发了用CFＲP 修补各种海洋石油设备的新技术，包括浮体式海洋石油、天然气生产储存装运设备 ( FPSO)及浮 体 式 海 洋 石 油、 天 然 气 贮 存 装 运 设 备( FSO) 。

东丽拥有在狭小作业现场可以施工的CFＲP 真空成型技术。该新型修补技术采用高强高模 CF 制的特殊织物，与以往的钢材修补法相比，搬运相关生产设备和材料容易，用人少，施工时间短，同时也可最大限度减小发生火灾的概率。

CF RP与木纤维增强树脂混杂复合材料 

美国赫氏 ( Hexcel) 公司与捷克 NaCa 公司合作，将 CF 增强预浸料与木纤维增强树脂相组合得到混杂复合材料，用于开发赛车用背板，比典型的注射成型树脂部件轻 40% 。

赛车用轻量混杂复合材料背板

低 成本CFRP混杂成型技术 

近期，东丽公司开发了将 CF 单向带在注射成型机内实现树脂熔融、成型一体化的混杂注射成型技术，与一般的混杂成型技术相比，成本可降低 70% 。

汽车座椅 ( 里面) 的减震器成型品

当 CFＲP 与钢部件性能同等时，约可减重 20% ，可应用于电动汽车电池箱、减震器、车门内冲击梁、车顶骨架、电气电子设备筐体等。

这不但使汽车轻量化，而且使汽车重心降低，提高了行驶安全性。

CF RTP与超细纤维配合复合材料 

CFＲTP 与超细纤维配合复合材料日本大冢化学公司将含超细钛酸钾纤维的复合材料片材贴附至 CFＲTP 部件上，形成光滑的表面。

超细钛酸钾纤维的复合材料片材贴附至 CFＲTP 产品

超细钛酸钾纤维长度为 10 ～ 20 μm，纤维直径为 0. 3 ～ 0. 6 μm，具有高强度、高刚性，可用于塑料补强材料、汽车用刹车片摩擦调整剂、精密滤材等; 其纤维含有率为 20% ～ 30% 时，复合材料片材尺寸稳定性较好。

文章来源 | 罗益锋  高科技纤维与应用         

本文有删减，完整版详见文章原文