盘点2023年全球碳纤维及复合材料领域新开发的10项新技术与新产品

01、日本东丽开发出CFRP热焊接与快速集成成型技术

 2023年2月1日，日本东丽公司宣布成功开发出一种碳纤维增强塑料（CFRP）高速热焊接技术，该技术将实现CFRP机身的高速生产和轻量化。东丽此次开发的热焊接技术，可以像传统焊接一样快速而牢固地连接飞机上的热固性CFRP部件。这种简单的粘接方法通过在热固性CFRP表面上形成一个可热焊接层，瞬间加热零件表面以将其粘接，它可实现热固性CFRP部件或热固性和热塑性CFRP部件的高速组装，而不需要粘合剂连接和螺栓紧固。

通过将此技术用于具有热焊接层的热固性CFRP，可提供与当前飞机结构用CFRP相同的机械性能。东丽公司指出，热焊接结构的接头强度与目前飞机型号的共固化CFRP结构相当，确保了粘接技术在实际应用研究中的可靠性。与铝合金机身相比，使用此技术的CFRP机身在整个生命周期内可以减少二氧化碳排放。减少螺栓紧固件的重量可以减轻机身重量，并进一步减少这些排放。东丽与波音公司合作，在飞机制造和材料技术领域推动多项技术开发项目。

2023年2月16日，日本东丽公司宣布成功开发出一种用于碳纤维增强塑料（CFRP）移动部件的快速集成成型技术。这种材料位于轻质多孔碳纤维增强泡沫芯（carbon fiber-reinforced foam，CFRF）和热固性预浸料蒙皮之间，具有优异的机械性能。

这项新技术使CFRP可移动性部件（如汽车车顶）的成型速度比传统的高压釜成型装置快10倍。此类产品的重量仅为钢铁产品的一半。东丽将继续致力于研发该技术，以加速将这一技术应用于电动汽车零部件，对于电动汽车零部件而言，轻便和快速生产至关重要。

02、日本帝人子公司开发出适用于汽车生产的夹芯产品

2023年3月，日本帝人集团旗下的帝人汽车技术公司Teijin Automotive Technologies宣布成功开发了两款核心产品，旨在满足当前和未来汽车应用的需求。Hexacore是一种蜂窝芯产品，设计用于帝人汽车的高速压缩成型工艺，用于制造轻量化a级车身板、车顶板、封闭件等。Hexacore材料与一系列纤维和树脂兼容，增强纤维包括碳纤维或玻璃纤维、芳纶纤维或天然纤维。据说，与类似的两件式SMC零件相比，使用Hexacore材料可节省25%的重量。

采用Hexacore材料和工艺制造的汽车车身面板的横截面

此外，帝人汽车开发了泡沫芯（Foam-A-Core）技术，作为A级汽车面板的刚性芯解决方案，该面板具有高强度和防潮性。该技术采用相同的30-45秒压缩成型工艺成型，可实现成型功能和快速固化。与Hexacore一样，泡沫芯适用于由各种纤维、热固性或热塑性树脂、SMC或RTM工艺制成的面板。该工艺还生产出接近净形状的零件，与其他方法相比，减少了制造废料。

03、德国SGL Carbon开发出高性能大丝束碳纤维

2023年3月底，德国工业级大丝束碳纤维制造商SGL Carbon西格里碳素宣布开发出一种新型50k规格的大丝束碳纤维。这款SIGRAFIL®C T50-4.9/235碳纤维的拉伸强度高达4.9GPa（与日本东丽T700级小丝束碳纤维性能相同）、伸长率也达到2.0%，可满足普通压力容器设计的高强度要求，并具有高伸长率，它还可以进一步应用于需要高强度和高延伸率的细分市场。

SIGRAFIL®C T50-4.9/235碳纤维是在已大规模生产的50k纤维产品组合的基础上开发的，该产品已成功用于风能和汽车行业等。新款SIGRAFIL®C T50-4.9/235具有高强度(4.9 GPa)和伸长率(2.0%)，目前具有50k规格生产能力。到目前为止，上述优异性能只有小丝束碳纤维才能达到。这进一步补充了SGL拥有50k规格大丝束碳纤维的产品组合。 

04、TeXtreme推出高渗透单向铺丝碳纤维增强材料

2023年4月初，作为全球薄层铺展丝束碳纤维材料的领导者，TeXtreme®宣布推出其最新款创新产品TeXtreme®Gapped UD，这是一种专门用于树脂注入工艺设计的干碳纤维增强材料。作为一款开创性的产品，它可为一系列应用提供了卓越的性能、易使用性和成本效益。

TeXtreme®Gapped UD是一种扁平的单向增强材料，在纤维束之间包含控制良好的0.3 mm间隙。这些间隙可以作为树脂和空气排出通道，可实现快速均匀地润湿材料，而不会影响其机械性能。TeXtreme®Gapped UD的纤维体积分数超过60%，提供了与碳纤维单向预浸料一致的机械性能。TeXtreme®gap UD是专门为满足航空航天、海洋和工业部门客户的需求而设计的，这些客户正在寻求一种具有成本效益的高压釜外解决方案，提供与传统预浸料相同的高性能。

05、法国企业开发出基于碳纤维预浸料的3D纳米材料

2023年4月底，总部位于法国Rousset的NAWA公司开发出一种具有革命性的3D碳基纳米材料，通过将基于垂直排列碳纳米管（Vertically Aligned Carbon Nano Tubes ，VACNT）的NAWAStitch™技术对碳纤维复合材料进行增强，从而有效降低层间开裂或分层、减少裂纹产生与拓展，使复合材料抗剪强度提高了100倍，抗冲击性能提高了10倍，该技术有望实现从能源存储及下一代氢燃料电池催化剂到航空航天与下一代汽车等众多领域的应用。

NAWA的技术创新成就了一种更坚固、更轻、更先进的材料，其NAWAStitch™技术解决了复合材料的最为常见问题之一——层间开裂或分层。作为碳纤维预浸料的通用或局部层间增强材料，NAWAStitch™的作用就像“纳米魔术贴”，防止裂纹在界面上桥接，在机械增强方面提供两位数的正增量，创造出一种几乎牢不可破的材料。NAWAStitch™可使碳纤维复合材料性能显著增强，使其抗剪强度提高100倍，抗冲击性能提高10倍，同时重量减轻了20-30%，从而提高了碳纤维复合材料在运动产品、储氢瓶和航空航天部件等各种产品中的性能。

06、日本三菱开发出碳纤维颗粒新品牌

2023年5月，日本三菱化学官网发布消息称该公司已经开发出低环境影响的碳纤维颗粒新品牌Pyrofil™NEO，该产品具有以下优异特点：

更轻的重量：由于具有高比强度和高比刚度，因此可替代金属和玻璃纤维增强热塑性塑料，进而有助于带来显著的轻量化效果；

高性能：优异的滑动性能、抗静电性能和电磁波屏蔽性能，且可根据标准对具有耐热性、耐化学性等特性的树脂进行定制化选择；

高品质：在碳纤维生产设施中对碳纤维副产品（预浸料）进行再加工。

环保考虑：碳足迹（carbon footprint，CFP）比传统产品小，比以往商品更环保

根据三菱化学集团内部核算，PYROFIL™NEO碳纤维颗粒与公司传统颗粒产品相比，碳足迹下降了50%。

07、日本帝人联合熊谷组开发出耐火建筑碳纤维复合材料

2023年7月13日，日本帝人公司宣布其与熊谷组株式会社联合开发了用于耐火建筑物的高纤维纤维增强集成材料。帝人公司拥有“LIVELY WOODⓇ”的高性能纤维增强材料，这是一种通过使用碳纤维现有材料进行加固增强的集成材料，随着碳纤维增强，使得集成材料的刚度和强度得以提升，从而有助于扩大木结构建筑物的用途。“LIVELY WOODⓇ”的特点是将碳纤维强化塑料（CFRP）夹在集成材之间，在保持木材所具有的轻量性、绝热性等优点的同时，实现高刚度和高强度的木质复合材料。作为梁使用时，有助于木质建筑的大跨度化等。另外，日本国内虽然杉树资源丰富，但由于强度低，作为建筑材料没有得到充分的利用，CFRP增强后可有效改善该局面。另一方面，“LIVELY WOODⓇ”不具有耐火性能，不能用于需要耐火性能的木造建筑物。

熊谷组表示“环保型λ-WOODⅡ”是一种将芯材作为木材，通过在其周围添加耐火绝缘（覆盖）层来确保耐火性能的木质耐火部件技术，可以用木质结构中获得耐火建筑。通过将帝人的「LIVELY WOODⓇ」和熊谷组的「环保型λ-WOODⅡ」相结合，弥补彼此之间的性能得失，着手开发了可用于耐火建筑物的新的高性能纤维增强集成材料。

08、日本企业开发出碳纤维复合材料可视化成像技术

2023年9月26日，总部位于日本东京都千代田区的柯尼卡美能达株式会社（Konica Minolta）公司官网发布消息，该公司研发的X射线Talbot低干涉摄影装置“XtraLINQ Talbot®“，成功被与尖端材料技术的发展有关的著名业界团体——尖端材料技术协会（SAMPE Japan）授予“产品·技术奖”。

作为一款由柯尼卡美能达率先开发的利用了Talbot-低干涉的X射线成像装置，能够在短时间内、无损伤、大面积、高精度地提取CFRP内部的纤维状态，特别是在使用了非连续纤维的随机取向型的CFRP中，能够无损地获取局部的纤维含量、纤维分散及纤维取向等CFRP内部的信息，这些特性均与复合材料物理化学性质密切相关。此外，利用该装置还可以预测CFRP破坏行为的可能性，从而为CFRP的研究做出了巨大贡献。

09、日本东丽突破T1200型超高强度碳纤维技术

2023年10月29日，东丽公司宣布已经开发了TORAYCA™ T1200超高强度碳纤维，其拉伸强度8.0GPa、拉伸模量315GPa、断裂伸长率2.5%，这是一款全球拉伸强度最高的碳纤维，其应用范围涵盖了从体育和休闲用品到飞机等诸多领域。

为了突破碳纤维的强度极限，东丽公司着手改进其专有的纳米级结构控制技术，以设计和实现具有高韧性的内部结构。通过利用这项技术，东丽公司开发了TORAYCA™T1200，其拉伸强度为8.0GPa，比TORAYCA™T1100的7.0GPa高出10%以上，该产品系在日本本土爱媛工厂研发成功的。

10、日本帝人开发出基于生物基原料的碳纤维

2023年12月21日，日本帝人公司官网宣布，为了在减少温室气体排放领域做出积极贡献，公司已经开始生产和销售使用环保型原料（生物基丙烯腈AN）的碳纤维。帝人公司此次将采用基于可持续产品国际认证的质量平衡方式，开始生产和销售使用环保型原料的Tenax™碳纤维。

PAN前驱体纤维由可持续丙烯腈（acrylonitrile，AN）制成，它使用了生物基衍生产品或回收原料中的废物和残留物，并采用质量平衡法生产。通过该方法，可以通过复杂的价值链对材料进行可验证的跟踪，例如，当生物质衍生的原材料与石油衍生的原材料混合以生产产品时（更多资讯延伸阅读<产品新突破！日本帝人开始生产并销售基于环保型丙烯腈原料的高性能碳纤维>）。

在此前的6月29日，日本帝人有限公司（Teijin Limited）官网宣布，其位于日本静冈县的三岛工厂生产的Tenax™碳纤维和聚丙烯腈（polyacrylonitrile，PAN）前驱体纤维已获得国际可持续发展和碳认证体系的ISCC PLUS（International Sustainability and Carbon Certification ）认证，这是全球首次碳纤维和PAN前驱体纤维同时获得该认证。

来源：国家新材料产业资源共享公众号