Panoramica sullo sviluppo della fibra di carbonio straniera

La fibra di carbonio possiede eccellenti proprietà fisiche e chimiche, come elevata resistenza, elevato modulo elastico, bassa densità, leggerezza, resistenza alla corrosione chimica e alle alte temperature. Può essere utilizzata in ambito aerospaziale, nella tecnologia di rilevamento, nelle pale eoliche, nel trasporto ferroviario, nella protezione di sicurezza e in altri settori. La fibra di carbonio ad altissime prestazioni ha una vasta gamma di applicazioni e la sua domanda è in continua crescita, diventando un punto di riferimento per la ricerca. In termini di produzione e ricerca sulla fibra di carbonio, Giappone e Stati Uniti occupano una posizione dominante. Di seguito viene presentata una panoramica dello sviluppo delle imprese produttrici di fibra di carbonio o degli istituti di ricerca di questi paesi negli ultimi anni.

In risposta alla nuova situazione, a metà luglio 2021 Toray integrerà l'istituto di ricerca sui compositi in fibra di carbonio (CFRP) di CFE, un'azienda francese di produzione e vendita di fibra di carbonio, nella sua Toray Advanced Composites nei Paesi Bassi (TAC), accelerando lo sviluppo di preimpregnati termoplastici per aeromobili di nuova generazione. Dal punto di vista degli obiettivi a medio termine, affrontare il cambiamento climatico e soddisfare le esigenze del futuro settore energetico sarà un obiettivo importante per Toray Carbon Fiber e il suo settore CFRP. Recentemente, Toray si sta concentrando sulla ricerca e sviluppo di tre nuove tecnologie: lo sviluppo congiunto con Mitsui Offshore Development Co., Ltd. di una nuova tecnologia per la riparazione di apparecchiature galleggianti offshore per lo stoccaggio e il trasporto di petrolio e gas naturale con CFRP; l'utilizzo di una tecnologia ad alta conduttività termica per sviluppare CFRP con una dissipazione del calore equivalente a quella del metallo; l'utilizzo di fibra di carbonio porosa simile a fibre cave come supporto e di una sottile membrana di carbonio con funzione di separazione in superficie, per la formazione di una membrana di separazione della CO2 con una struttura a doppio strato interamente in carbonio. Rispetto alla precedente membrana di separazione inorganica, questa apparecchiatura può essere miniaturizzata. Anni di industrializzazione.

Il business della fibra di carbonio di Teijin ha subito una perdita di 6,7 miliardi di yen a causa dell'impatto del calo della domanda di automobili e aeromobili durante la nuova epidemia di coronavirus. A causa del forte calo delle vendite di applicazioni aeronautiche, l'azienda ha rafforzato le sue vendite nei settori delle pale eoliche e dello sport e del tempo libero, e ha ora iniziato a produrre e vendere preimpregnati in fibra di carbonio per uso sportivo e ricreativo in Vietnam, tra cui canne da pesca, mazze da golf, automobili e ghiaccio. Per scopi correlati, come le mazze, in futuro verrà presa in considerazione la produzione di prodotti aeronautici. Il nuovo preimpregnato a nastro unidirezionale CF/PPS "Tenax™ TPUD" prodotto dalla filiale europea di Teijin Carbon Fiber offre una migliore resistenza chimica, resistenza al calore, riciclabilità, basso assorbimento d'acqua, stabilità dimensionale e resistenza alle alte temperature. È resistente allo scorrimento viscoso e può essere stampato in breve tempo, conservato e trasportato a temperatura ambiente. Teijin ha anche sviluppato la fibra di carbonio funzionale ultrasottile "PotenCia", con un diametro di 0,1-0,5 μm, che offre i vantaggi di bassa cristallinità, eccellente dispersione e bassa resistenza. In futuro, sarà adatta come additivo conduttivo per batterie secondarie agli ioni di litio e condensatori a doppio strato.

Il Georgia Institute of Technology, l'Università della Florida, l'Università del Connecticut, il Laboratorio di Ricerca dell'Aeronautica Militare di Wright-Patterson, l'UES.Dayton e Boeing hanno studiato congiuntamente la preparazione e la lavorazione di fibre di carbonio porose e cave e il rapporto tra la loro struttura e le loro prestazioni. Il filamento composito "sea-island" è prodotto con il metodo di filatura "sea-island", il poliacrilonitrile (PAN) è il componente "sea", il polimetacrilato (PMMA) è il componente "island" da rimuovere, e quindi carbonizzato in un multifilamento continuo di fibra di carbonio cava con una sezione trasversale a nido d'ape. La sua densità è di 1,15 g/cm³, inferiore del 30% rispetto a quella delle fibre di carbonio ordinarie; la sua resistenza alla trazione è di 2,3-3,0 GPa, circa il 60% superiore a quella del grado T300; il valore IM7 è superiore di circa il 20% e superiore a 1,6 GPa delle fibre di carbonio cave precedentemente descritte.