कार्बन फाइबर एक अकार्बनिक बहुलक फाइबर है जो 95% से अधिक कार्बन सामग्री वाला एक अकार्बनिक नवीन पदार्थ है। इसमें कम घनत्व, उच्च शक्ति, उच्च तापमान प्रतिरोध, अत्यधिक रासायनिक स्थिरता, थकान-रोधी, घिसाव-प्रतिरोधी और अन्य उत्कृष्ट बुनियादी भौतिक एवं रासायनिक गुण होते हैं, और इसमें उच्च कंपन क्षीणन, अच्छी चालकता, विद्युत चुम्बकीय परिरक्षण प्रदर्शन और कम तापीय प्रसार गुणांक जैसी विशेषताएँ होती हैं। ये उत्कृष्ट गुण कार्बन फाइबर को एयरोस्पेस, रेल परिवहन, वाहन निर्माण, हथियार और उपकरण, निर्माण मशीनरी, बुनियादी ढाँचा निर्माण, समुद्री इंजीनियरिंग, पेट्रोलियम इंजीनियरिंग, पवन ऊर्जा, खेल के सामान और अन्य क्षेत्रों में व्यापक रूप से उपयोग करने योग्य बनाते हैं।
कार्बन फाइबर सामग्रियों की राष्ट्रीय रणनीतिक जरूरतों के आधार पर, चीन ने इसे उभरते उद्योगों की मुख्य प्रौद्योगिकियों में से एक के रूप में सूचीबद्ध किया है जो समर्थन पर केंद्रित हैं। राष्ट्रीय "बारह-पांच" विज्ञान और प्रौद्योगिकी योजना में, उच्च प्रदर्शन कार्बन फाइबर की तैयारी और अनुप्रयोग तकनीक राज्य द्वारा समर्थित रणनीतिक उभरते उद्योगों की मुख्य प्रौद्योगिकियों में से एक है। मई 2015 में, राज्य परिषद ने आधिकारिक तौर पर "मेड इन चाइना 2025" जारी किया, नई सामग्रियों को जोरदार प्रचार और विकास के प्रमुख क्षेत्रों में से एक के रूप में, उच्च प्रदर्शन संरचनात्मक सामग्री सहित, उन्नत कंपोजिट नई सामग्रियों के क्षेत्र में विकास का केंद्र बिंदु है। अक्टूबर 2015 में, उद्योग और सूचना उद्योग मंत्रालय ने आधिकारिक तौर पर "चीन विनिर्माण 2025 प्रमुख क्षेत्र प्रौद्योगिकी रोडमैप" प्रकाशित किया, "उच्च प्रदर्शन फाइबर और इसके कंपोजिट" एक प्रमुख रणनीतिक सामग्री के रूप में, 2020 का लक्ष्य "घरेलू कार्बन फाइबर कंपोजिट को बड़े विमानों और अन्य महत्वपूर्ण उपकरणों की तकनीकी आवश्यकताओं को पूरा करना है।" नवंबर 2016 में, राज्य परिषद ने "तेरह-पांच" राष्ट्रीय रणनीतिक उभरते उद्योग विकास योजना जारी की, जिसमें स्पष्ट रूप से नए सामग्री उद्योग के अपस्ट्रीम और डाउनस्ट्रीम सहयोग को मजबूत करने, कार्बन फाइबर कंपोजिट और अन्य क्षेत्रों में सहयोगी अनुप्रयोग पायलट प्रदर्शन करने और एक सहयोगी अनुप्रयोग मंच बनाने पर जोर दिया गया। जनवरी 2017 में, उद्योग और विकास मंत्रालय, एनडीआरसी, विज्ञान और प्रौद्योगिकी मंत्रालय और वित्त मंत्रालय ने संयुक्त रूप से "नई सामग्री उद्योगों के विकास के लिए मार्गदर्शिका" तैयार की, और प्रस्तावित किया कि 2020 तक, "कार्बन फाइबर कंपोजिट, उच्च-गुणवत्ता वाले विशेष इस्पात, उन्नत प्रकाश मिश्र धातु सामग्री और अन्य क्षेत्रों में 70 से अधिक प्रमुख नई सामग्री औद्योगीकरण और अनुप्रयोग प्राप्त करने के लिए, एक प्रक्रिया उपकरण समर्थन प्रणाली का निर्माण करें जो चीन के नए सामग्री उद्योग के विकास स्तर से मेल खाती हो।"
क्योंकि कार्बन फाइबर और इसके कंपोजिट राष्ट्रीय रक्षा और लोगों की आजीविका में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, कई विशेषज्ञ उनके विकास और अनुसंधान प्रवृत्तियों के विश्लेषण पर ध्यान केंद्रित करते हैं। डॉ झोउ होंग ने उच्च प्रदर्शन वाले कार्बन फाइबर प्रौद्योगिकी के विकास के शुरुआती चरणों में अमेरिकी वैज्ञानिकों द्वारा किए गए वैज्ञानिक और तकनीकी योगदान की समीक्षा की, और कार्बन फाइबर के 16 मुख्य अनुप्रयोगों और हालिया तकनीकी विकास पर स्कैन और रिपोर्ट की, और पॉलीएक्रिलोनिट्राइल कार्बन फाइबर के उत्पादन तकनीक, गुण और अनुप्रयोग और इसके वर्तमान तकनीकी विकास की समीक्षा डॉ वेई शिन आदि ने की। यह चीन में कार्बन फाइबर के विकास में मौजूद समस्याओं के लिए कुछ रचनात्मक सुझाव भी प्रस्तुत करता है। इसके अलावा, कई लोगों ने कार्बन फाइबर और इसके कंपोजिट के क्षेत्र में कागजात और पेटेंट के मेट्रोलॉजी विश्लेषण पर शोध किया है। यांग सिसी और अन्य ने वैश्विक कार्बन फाइबर फैब्रिक पेटेंट खोज और डेटा सांख्यिकी के लिए इनोग्राफी प्लेटफॉर्म पर आधारित, पेटेंट, पेटेंटधारकों, पेटेंट प्रौद्योगिकी हॉटस्पॉट और प्रौद्योगिकी के मूल पेटेंट के वार्षिक विकास की प्रवृत्ति का विश्लेषण किया है।
कार्बन फाइबर अनुसंधान और विकास प्रक्षेपवक्र के नजरिए से, चीन का अनुसंधान दुनिया के साथ लगभग समन्वयित है, लेकिन विकास धीमा है, उच्च प्रदर्शन वाले कार्बन फाइबर उत्पादन पैमाने और गुणवत्ता में विदेशी देशों की तुलना में अंतर है, आर एंड डी प्रक्रिया में तेजी लाने, रणनीतिक लेआउट को आगे बढ़ाने और भविष्य के उद्योग विकास के अवसर को जब्त करने की तत्काल आवश्यकता है। इसलिए, यह पत्र सबसे पहले कार्बन फाइबर अनुसंधान के क्षेत्र में देशों के प्रोजेक्ट लेआउट की जांच करता है, ताकि विभिन्न देशों में आर एंड डी मार्गों की योजना को समझा जा सके और दूसरा, क्योंकि कार्बन फाइबर का बुनियादी अनुसंधान और अनुप्रयोग अनुसंधान बहुत महत्वपूर्ण है कार्बन फाइबर के तकनीकी अनुसंधान और विकास के लिए, इसलिए, हम कार्बन फाइबर के क्षेत्र में आर एंड डी प्रगति की व्यापक समझ प्राप्त करने के लिए अकादमिक शोध परिणामों-एससीआई पत्रों और लागू शोध परिणामों-पेटेंट से मेट्रोलॉजी विश्लेषण करते हैं अंत में, उपरोक्त शोध परिणामों के आधार पर, चीन में कार्बन फाइबर के क्षेत्र में अनुसंधान और विकास मार्ग के लिए कुछ सुझाव सामने रखे गए हैं।
2. सीकार्बन फाइबरअनुसंधान परियोजना का लेआउटप्रमुख देश/क्षेत्र
कार्बन फाइबर के मुख्य उत्पादक देशों में जापान, संयुक्त राज्य अमेरिका, दक्षिण कोरिया, कुछ यूरोपीय देश और ताइवान, चीन शामिल हैं। कार्बन फाइबर प्रौद्योगिकी के विकास के प्रारंभिक चरण में, उन्नत प्रौद्योगिकी वाले देशों ने इस सामग्री के महत्व को समझा है, रणनीतिक योजनाएँ बनाई हैं और कार्बन फाइबर सामग्री के विकास को ज़ोरदार तरीके से बढ़ावा दिया है।
2.1 जापान
कार्बन फाइबर तकनीक के लिए जापान सबसे विकसित देश है। जापान की तीन कंपनियाँ - तोरे, बोंग और मित्सुबिशी लियांग - कार्बन फाइबर उत्पादन के वैश्विक बाजार में लगभग 70% से 80% हिस्सेदारी रखती हैं। फिर भी, जापान इस क्षेत्र में अपनी ताकत बनाए रखने को बहुत महत्व देता है, विशेष रूप से उच्च-प्रदर्शन वाले पैन-आधारित कार्बन फाइबर और ऊर्जा एवं पर्यावरण-अनुकूल तकनीकों के विकास को, मज़बूत मानवीय और वित्तीय सहायता के साथ, और बुनियादी ऊर्जा योजना, आर्थिक विकास की रणनीतिक रूपरेखा और क्योटो प्रोटोकॉल सहित कई बुनियादी नीतियों में, इसे एक रणनीतिक परियोजना बनाया है जिसे आगे बढ़ाया जाना चाहिए। बुनियादी राष्ट्रीय ऊर्जा और पर्यावरण नीति के आधार पर, जापान के अर्थव्यवस्था, उद्योग और संपत्ति मंत्रालय ने "ऊर्जा बचत प्रौद्योगिकी अनुसंधान और विकास कार्यक्रम" को आगे बढ़ाया है। उपरोक्त नीति के समर्थन से, जापानी कार्बन फाइबर उद्योग संसाधनों के सभी पहलुओं को अधिक प्रभावी ढंग से केंद्रीकृत करने और कार्बन फाइबर उद्योग में आम समस्याओं के समाधान को बढ़ावा देने में सक्षम रहा है।
"प्रौद्योगिकी विकास जैसे नवीन संरचनात्मक सामग्री" (2013-2022) जापान में "भविष्य के विकास अनुसंधान परियोजना" के अंतर्गत कार्यान्वित एक परियोजना है जिसका उद्देश्य आवश्यक नवीन संरचनात्मक सामग्री प्रौद्योगिकी और विभिन्न सामग्रियों के संयोजन के विकास को सार्थक रूप से प्राप्त करना है, जिसका मुख्य उद्देश्य परिवहन के साधनों के हल्केपन (कार के भार का आधा) को कम करना और अंततः इसके व्यावहारिक अनुप्रयोग को साकार करना है। 2014 में अनुसंधान एवं विकास परियोजना का कार्यभार संभालने के बाद, औद्योगिक प्रौद्योगिकी विकास एजेंसी (NEDO) ने कई उप-परियोजनाएँ विकसित कीं जिनमें कार्बन फाइबर अनुसंधान परियोजना "नवीन कार्बन फाइबर बुनियादी अनुसंधान एवं विकास" के समग्र उद्देश्य थे: नए कार्बन फाइबर अग्रदूत यौगिकों का विकास करना; कार्बोनाइजेशन संरचनाओं के निर्माण तंत्र को स्पष्ट करना; और कार्बन फाइबर मूल्यांकन विधियों का विकास एवं मानकीकरण करना। टोक्यो विश्वविद्यालय के नेतृत्व में तथा औद्योगिक प्रौद्योगिकी संस्थान (NEDO), तोरे, तेइजिन, डोंगयुआन और मित्सुबिशी लियांग की संयुक्त भागीदारी वाली इस परियोजना ने जनवरी 2016 में उल्लेखनीय प्रगति की है और यह 1959 में जापान में "कोंडो मोड" के आविष्कार के बाद पैन-आधारित कार्बन फाइबर के क्षेत्र में एक और बड़ी सफलता है।
2.2 संयुक्त राज्य अमेरिका
अमेरिकी रक्षा पूर्व-अनुसंधान एजेंसी (DARPA) ने 2006 में उन्नत संरचनात्मक फाइबर परियोजना शुरू की थी, जिसका उद्देश्य देश के प्रमुख वैज्ञानिक अनुसंधान दल को कार्बन फाइबर पर आधारित अगली पीढ़ी के संरचनात्मक फाइबर विकसित करने के लिए एक साथ लाना था। इस परियोजना के सहयोग से, संयुक्त राज्य अमेरिका के जॉर्जिया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी की अनुसंधान टीम ने 2015 में कच्चे तार तैयार करने की तकनीक में सफलता प्राप्त की, जिससे इसका प्रत्यास्थ मापांक 30% बढ़ गया, जिससे संयुक्त राज्य अमेरिका कार्बन फाइबर की तीसरी पीढ़ी की विकास क्षमता वाला देश बन गया।
2014 में, संयुक्त राज्य अमेरिका के ऊर्जा विभाग (डीओई) ने कृषि अवशेषों के उपयोग को बढ़ावा देने के लिए "गैर-खाद्य बायोमास शर्करा को एक्रिलोनाइट्राइल में बदलने के लिए बहु-चरण उत्प्रेरक प्रक्रियाओं" और "बायोमास उत्पादन से प्राप्त एक्रिलोनाइट्राइल के अनुसंधान और अनुकूलन" पर दो परियोजनाओं के लिए 11.3 मिलियन डॉलर की सब्सिडी की घोषणा की, अक्षय गैर-खाद्य-आधारित कच्चे माल, जैसे वुडी बायोमास के उत्पादन के लिए लागत-प्रतिस्पर्धी नवीकरणीय उच्च-प्रदर्शन कार्बन फाइबर सामग्री पर अनुसंधान, और 2020 तक बायोमास नवीकरणीय कार्बन फाइबर की उत्पादन लागत को 5 डॉलर प्रति पाउंड से कम करने की योजना।
मार्च 2017 में, अमेरिकी ऊर्जा विभाग ने पश्चिमी अमेरिकी संस्थान (WRI) के नेतृत्व में "कम लागत वाले कार्बन फाइबर घटक आर एंड डी परियोजना" के वित्तपोषण में 3.74 मिलियन डॉलर की फिर से घोषणा की, जो कोयला और बायोमास जैसे संसाधनों के आधार पर कम लागत वाले कार्बन फाइबर घटकों के विकास पर केंद्रित है।
जुलाई 2017 में, अमेरिकी ऊर्जा विभाग ने उन्नत ऊर्जा-कुशल वाहनों के अनुसंधान और विकास का समर्थन करने के लिए 19.4 मिलियन डॉलर के वित्त पोषण की घोषणा की, जिसमें से 6.7 मिलियन का उपयोग कम्प्यूटेशनल सामग्रियों का उपयोग करके कम लागत वाले कार्बन फाइबर की तैयारी को निधि देने के लिए किया जाता है, जिसमें नए कार्बन फाइबर अग्रदूतों के उत्साह का आकलन करने के लिए एकीकृत कंप्यूटर प्रौद्योगिकी के लिए बहु-स्तरीय मूल्यांकन विधियों का विकास शामिल है, उन्नत आणविक गतिशीलता सहायता प्राप्त घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत, मशीन लर्निंग और अन्य उपकरणों का उपयोग कम लागत वाले कार्बन फाइबर कच्चे माल की चयन दक्षता में सुधार करने के लिए अत्याधुनिक कंप्यूटर उपकरण विकसित करने के लिए किया जाता है।
2.3 यूरोप
यूरोपीय कार्बन फाइबर उद्योग 20वीं सदी के सत्तर या अस्सी के दशक में जापान और संयुक्त राज्य अमेरिका में विकसित हुआ, लेकिन प्रौद्योगिकी और पूंजी के कारण, कई एकल-कार्बन फाइबर उत्पादक कंपनियां 2000 वर्षों के बाद कार्बन फाइबर की मांग की उच्च वृद्धि अवधि का पालन नहीं कर पाईं और गायब हो गईं, जर्मन कंपनी एसजीएल यूरोप की एकमात्र कंपनी है जिसके पास दुनिया के कार्बन फाइबर बाजार का एक बड़ा हिस्सा है।
नवंबर 2011 में, यूरोपीय संघ ने यूकार्बन परियोजना शुरू की, जिसका उद्देश्य एयरोस्पेस के लिए कार्बन फाइबर और पूर्व-संसेचित सामग्रियों में यूरोपीय विनिर्माण क्षमताओं को उन्नत करना है। यह परियोजना 4 वर्षों तक चली और इसमें कुल 3.2 मिलियन यूरो का निवेश हुआ, और मई 2017 में उपग्रहों जैसे अंतरिक्ष अनुप्रयोगों के लिए यूरोप की पहली विशेष कार्बन फाइबर उत्पादन लाइन सफलतापूर्वक स्थापित की गई, जिससे यूरोप को उत्पाद पर अपनी आयात निर्भरता से मुक्ति मिली और सामग्रियों की आपूर्ति की सुरक्षा सुनिश्चित हुई।
यूरोपीय संघ के सातवें ढांचे की योजना "लागत-प्रभावी और प्रबंधनीय प्रदर्शन के साथ एक नए अग्रदूत प्रणाली की तैयारी में कार्यात्मक कार्बन फाइबर" (FIBRALSPEC) परियोजना (2014-2017) को 6.08 मिलियन यूरो में समर्थन देने की है। ग्रीस के एथेंस के राष्ट्रीय तकनीकी विश्वविद्यालय के नेतृत्व में, इटली, यूनाइटेड किंगडम और यूक्रेन जैसी बहुराष्ट्रीय कंपनियों की भागीदारी के साथ, 4 साल की यह परियोजना, निरंतर पैन-आधारित कार्बन फाइबर के प्रायोगिक उत्पादन को प्राप्त करने के लिए पॉलीएक्रिलोनिट्राइल-आधारित कार्बन फाइबर की निरंतर तैयारी की प्रक्रिया को नया रूप देने और बेहतर बनाने पर केंद्रित है। परियोजना ने नवीकरणीय कार्बनिक बहुलक संसाधनों (जैसे सुपरकैपेसिटर, तीव्र आपातकालीन आश्रय, साथ ही प्रोटोटाइप मैकेनिकल इलेक्ट्रिक रोटरी कोटिंग मशीन और नैनोफाइबर के उत्पादन लाइन विकास, आदि) से कार्बन फाइबर और उन्नत समग्र प्रौद्योगिकी के विकास और अनुप्रयोग को सफलतापूर्वक पूरा किया है।
ऑटोमोटिव, पवन ऊर्जा और जहाज निर्माण जैसे बढ़ते औद्योगिक क्षेत्रों को हल्के, उच्च-प्रदर्शन वाले कंपोजिट की आवश्यकता होती है, जो कार्बन फाइबर उद्योग के लिए एक विशाल संभावित बाजार है। यूरोपीय संघ कार्बोप्रेक परियोजना (2014-2017) शुरू करने के लिए 5.968 मिलियन यूरो का निवेश कर रहा है, जिसका रणनीतिक लक्ष्य यूरोप में व्यापक रूप से मौजूद नवीकरणीय सामग्रियों से कम लागत वाले प्रीकर्सर विकसित करना और कार्बन नैनोट्यूब के माध्यम से उच्च-प्रदर्शन वाले कार्बन फाइबर का उत्पादन बढ़ाना है।
यूरोपीय संघ के क्लीनस्की II अनुसंधान कार्यक्रम ने जर्मनी स्थित फ्राउनहोफर इंस्टीट्यूट फॉर प्रोडक्शन एंड सिस्टम्स रिलायबिलिटी (LBF) के नेतृत्व में एक "कम्पोजिट टायर अनुसंधान एवं विकास" परियोजना (2017) को वित्त पोषित किया है। इस परियोजना का उद्देश्य एयरबस A320 के लिए कार्बन फाइबर प्रबलित कम्पोजिट विमान के लिए फ्रंट व्हील कंपोनेंट विकसित करना है। इसका लक्ष्य पारंपरिक धातु सामग्री की तुलना में वज़न को 40% तक कम करना है। इस परियोजना के लिए लगभग 200,000 यूरो का वित्त पोषण किया गया है।
2.4 कोरिया
दक्षिण कोरिया में कार्बन फाइबर अनुसंधान एवं विकास (आरएंडडी) और औद्योगीकरण देर से शुरू हुआ, अनुसंधान एवं विकास 2006 में शुरू हुआ, और 2013 में औपचारिक रूप से व्यावहारिक चरण में प्रवेश किया, जिससे कोरियाई कार्बन फाइबर की आयात पर निर्भरता की स्थिति उलट गई। दक्षिण कोरिया के स्थानीय शियाओक्सिंग समूह और ताइगुआंग बिज़नेस, जो कार्बन फाइबर उद्योग लेआउट के क्षेत्र में सक्रिय रूप से लगे उद्योग के अग्रणी के प्रतिनिधि हैं, के लिए विकास की गति मज़बूत है। इसके अलावा, कोरिया में टोरे जापान द्वारा स्थापित कार्बन फाइबर उत्पादन आधार ने भी कोरिया में कार्बन फाइबर बाजार में योगदान दिया है।
कोरियाई सरकार ने कार्बन फाइबर के नवोन्मेषी उद्योगों के लिए ज़ियाओक्सिंग ग्रुप को एक मिलन स्थल बनाने का निर्णय लिया है। इसका उद्देश्य कार्बन फाइबर सामग्री उद्योग क्लस्टर का निर्माण करना और पूरे उत्तरी क्षेत्र में रचनात्मक आर्थिक पारिस्थितिकी तंत्र के विकास को बढ़ावा देना है। अंतिम लक्ष्य कार्बन फाइबर सामग्री → पुर्जे → तैयार उत्पाद की एक-स्टॉप उत्पादन श्रृंखला बनाना है। कार्बन फाइबर इनक्यूबेशन क्लस्टर की स्थापना संयुक्त राज्य अमेरिका की सिलिकॉन वैली के साथ प्रतिस्पर्धा कर सकती है, नए बाजारों का दोहन कर सकती है और नए मूल्यवर्धन का सृजन कर सकती है। 2020 तक कार्बन फाइबर से संबंधित उत्पादों के निर्यात में 10 अरब डॉलर (लगभग 55.2 अरब युआन के बराबर) के लक्ष्य को प्राप्त करना है।
3. वैश्विक कार्बन फाइबर अनुसंधान और अनुसंधान आउटपुट का विश्लेषण
यह उपधारा 2010 से कार्बन फाइबर अनुसंधान से संबंधित एससीआई पत्रों और डीआईआई पेटेंट परिणामों की गणना करती है, ताकि एक ही समय में वैश्विक कार्बन फाइबर प्रौद्योगिकी के शैक्षणिक अनुसंधान और औद्योगिक अनुसंधान और विकास का विश्लेषण किया जा सके और अंतरराष्ट्रीय स्तर पर कार्बन फाइबर अनुसंधान और विकास की प्रगति को पूरी तरह से समझा जा सके।
क्लेरिवेट एनालिटिक्स द्वारा प्रकाशित वेब ऑफ साइंस डेटाबेस में साइ डेटाबेस और डेवेंट डेटाबेस से प्राप्त डेटा; पुनर्प्राप्ति समय सीमा: 2010-2017; पुनर्प्राप्ति की तिथि: 1 फरवरी, 2018।
एससीआई पेपर पुनर्प्राप्ति रणनीति: टीएस=((कार्बन फाइबर* या कार्बनफाइबर* या ("कार्बन फाइबर*" न कि "कार्बन फाइबरग्लास") या "कार्बन फाइबर*" या "कार्बनफिलामेंट*" या ((पॉलीएक्रिलोनिट्राइल या पिच) और "प्रीकर्सर*" औरफाइबर*) या ("ग्रेफाइट फाइबर*")) न कि ("बांस कार्बन"))。
डेवेंट पेटेंट खोज रणनीति: Ti=((कार्बनफाइबर* या कार्बनफाइबर* या ("कार्बन फाइबर*" न कि "कार्बन फाइबरग्लास") या "कार्बन फाइबर*" या "कार्बनफिलामेंट*" या ((पॉलीएक्रिलोनाइट्राइल या पिच) और "प्रीकर्सर" और फाइबर*) या ("ग्रेफाइट फाइबर*")) न ("बांस कार्बन")) याTS=((कार्बनफाइबर* या कार्बनफाइबर* या ("कार्बन फाइबर*" न "कार्बन फाइबरग्लास") या "कार्बन फाइबर*" या "कार्बनफिलामेंट*" या ((पॉलीएक्रिलोनाइट्राइल या पिच) और "प्रीकर्सर" और फाइबर*) या ("ग्रेफाइट फाइबर*")) न ("बांस कार्बन")) औरIP=(D01F-009/12 या D01F-009/127 या D01F-009/133 या D01F-009/14 या D01F-009/145या D01F-009/15 या D01F-009/155 या D01F-009/16 या D01F-009/17 या D01F-009/18 या D01F-009/20 या D01F-009/21 या D01F-009/22 या D01F-009/24 या D01F-009/26 या D01F-09/28 या D01F-009/30 या D01F-009/32 या C08K-007/02 या C08J-005/04 या C04B-035/83 या D06M-014/36 या D06M-101/40 या D21H-013/50 या H01H-001/027 याH01R-039/24)。
3.1 प्रवृत्ति
2010 से, दुनिया भर में 16,553 प्रासंगिक शोधपत्र प्रकाशित हुए हैं, और 26390 आविष्कार पेटेंट के लिए आवेदन किया गया है, जो कि वर्ष दर वर्ष लगातार बढ़ती प्रवृत्ति को दर्शाता है (चित्र 1)।
3.2 देश या क्षेत्र वितरण
वैश्विक कार्बन फाइबर शोध पत्र के सबसे बड़े उत्पादन वाले शीर्ष 10 संस्थान चीन से हैं, जिनमें से शीर्ष 5 हैं: चीनी विज्ञान अकादमी, हार्बिन प्रौद्योगिकी संस्थान, नॉर्थवेस्टर्न प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय, डोंगुआ विश्वविद्यालय, बीजिंग वैमानिकी एवं अंतरिक्ष विज्ञान संस्थान। विदेशी संस्थानों में, भारतीय प्रौद्योगिकी संस्थान, टोक्यो विश्वविद्यालय, ब्रिस्टल विश्वविद्यालय, मोनाश विश्वविद्यालय, मैनचेस्टर विश्वविद्यालय और जॉर्जिया प्रौद्योगिकी संस्थान 10 से 20 के बीच रैंक करते हैं (चित्र 3)।
शीर्ष 30 संस्थानों में पेटेंट आवेदनों की संख्या, जापान में 5 हैं, और उनमें से 3 शीर्ष पांच में हैं, तोरे कंपनी पहले स्थान पर है, उसके बाद मित्सुबिशी लियांग (दूसरा), तीजिन (4 वां), ईस्ट स्टेट (10 वां), जापान टोयो टेक्सटाइल कंपनी (24 वां), चीन में 21 संस्थान हैं, सिनोपेक समूह में सबसे अधिक पेटेंट हैं, तीसरे स्थान पर हैं, दूसरे स्थान पर, हार्बिन इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी, हेनान के लेटर केबल कंपनी, डोंगुआ विश्वविद्यालय, चीन शंघाई पेट्रोकेमिकल, बीजिंग केमिकल इंडस्ट्री, आदि, चीनी विज्ञान अकादमी शांक्सी कोयला आवेदन आविष्कार पेटेंट 66, 27 वें स्थान पर, दक्षिण कोरियाई संस्थानों में 2 हैं, जिनमें से ज़ियाओक्सिंग कंपनी लिमिटेड पहले स्थान पर है, 8 वें स्थान पर है।
आउटपुट संस्थान, मुख्य रूप से विश्वविद्यालयों और वैज्ञानिक अनुसंधान संस्थानों से कागज का उत्पादन, मुख्य रूप से कंपनी से पेटेंट आउटपुट, यह देखा जा सकता है कि कार्बन फाइबर विनिर्माण एक उच्च तकनीक उद्योग है, कार्बन फाइबर आर एंड डी उद्योग विकास के मुख्य निकाय के रूप में, कंपनी कार्बन फाइबर आर एंड डी प्रौद्योगिकी की सुरक्षा के लिए बहुत महत्व देती है, विशेष रूप से जापान में 2 प्रमुख कंपनियां, पेटेंट की संख्या बहुत आगे है।
3.4 अनुसंधान हॉटस्पॉट
कार्बन फाइबर शोध पत्रों में सबसे ज़्यादा शोध विषय शामिल होते हैं: कार्बन फाइबर कंपोजिट (कार्बन फाइबर प्रबलित कंपोजिट, पॉलीमर मैट्रिक्स कंपोजिट, आदि सहित), यांत्रिक गुण अनुसंधान, परिमित तत्व विश्लेषण, कार्बन नैनोट्यूब, विघटन, सुदृढीकरण, थकान, सूक्ष्म संरचना, इलेक्ट्रोस्टैटिक स्पिनिंग, सतह उपचार, अधिशोषण आदि। इन कीवर्ड से संबंधित शोध पत्रों की संख्या कुल शोध पत्रों की संख्या का 38.8% है।
कार्बन फाइबर आविष्कार पेटेंट में कार्बन फाइबर की तैयारी, उत्पादन उपकरण और मिश्रित सामग्री से संबंधित अधिकांश विषय शामिल हैं। इनमें से, जापान की तोरे, मित्सुबिशी लियांग, तीजिन और अन्य कंपनियाँ "कार्बन फाइबर प्रबलित बहुलक यौगिकों" के क्षेत्र में महत्वपूर्ण तकनीकी लेआउट के क्षेत्र में हैं। इसके अलावा, तोरे और मित्सुबिशी लियांग के पास "कार्बन फाइबर के पॉलीएक्रिलोनाइट्राइल उत्पादन और उत्पादन उपकरण", "असंतृप्त नाइट्राइल, जैसे पॉलीएक्रिलोनाइट्राइल, पॉलीविनाइलिडीन साइनाइड एथिलीन के साथ कार्बन फाइबर का उत्पादन" और अन्य तकनीकों के लिए पेटेंट लेआउट का एक बड़ा हिस्सा है, और जापानी तीजिन के पास "कार्बन फाइबर और ऑक्सीजन यौगिक कंपोजिट" के लिए पेटेंट लेआउट का एक बड़ा हिस्सा है।
चीन सिनोपेक समूह, बीजिंग केमिकल यूनिवर्सिटी, चीनी एकेडमी ऑफ साइंसेज Ningbo सामग्री "कार्बन फाइबर और उत्पादन उपकरण के पॉलीएक्रिलोनिट्राइल उत्पादन" में पेटेंट लेआउट का एक बड़ा हिस्सा है; इसके अलावा, बीजिंग यूनिवर्सिटी ऑफ केमिकल इंजीनियरिंग, चीनी एकेडमी ऑफ साइंसेज शांक्सी कोल केमिकल इंस्टीट्यूट और चीनी एकेडमी ऑफ साइंसेज Ningbo सामग्री कुंजी लेआउट "पॉलिमर यौगिक तैयारी की सामग्री के रूप में अकार्बनिक तत्व फाइबर का उपयोग करना" प्रौद्योगिकी ने हार्बिन इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी "कार्बन फाइबर उपचार", "कार्बन फाइबर और ऑक्सीजन युक्त यौगिक कंपोजिट" और अन्य प्रौद्योगिकियों के लेआउट पर ध्यान केंद्रित किया है।
इसके अलावा, वैश्विक पेटेंट के वार्षिक सांख्यिकीय वितरण आंकड़ों से यह पता चलता है कि पिछले तीन वर्षों में कई नए हॉट स्पॉट उभरने लगे हैं, जैसे: "मुख्य श्रृंखला में कार्बोक्सिलेट बंधन प्रतिक्रिया के गठन से प्राप्त पॉलियामाइड की रचनाएं", "मुख्य श्रृंखला में 1 कार्बोक्जिलिक एसिड एस्टर बॉन्ड के गठन से पॉलिएस्टर रचनाएं", "सिंथेटिक सामग्री पर आधारित मिश्रित सामग्री", "कार्बन फाइबर कंपोजिट के अवयवों के रूप में ऑक्सीजन यौगिकों वाले चक्रीय कार्बोक्जिलिक एसिड", "टेक्सटाइल सामग्रियों के ठोसकरण या उपचार के त्रि-आयामी रूप में", "असंतृप्त ईथर, एसीटल, सेमी-एसीटल, कीटोन या एल्डिहाइड केवल कार्बन-कार्बन असंतृप्त बंधन प्रतिक्रिया के माध्यम से बहुलक यौगिकों के उत्पादन के लिए", "एडियाबेटिक सामग्री पाइप या केबल", "कार्बन फाइबर कंपोजिट जिसमें अवयव के रूप में फॉस्फेट एस्टर होते हैं"
हाल के वर्षों में, कार्बन फाइबर क्षेत्र में अनुसंधान एवं विकास में उल्लेखनीय प्रगति हुई है, और अधिकांश उपलब्धियाँ संयुक्त राज्य अमेरिका और जापान से आई हैं। नवीनतम अत्याधुनिक तकनीकें न केवल कार्बन फाइबर उत्पादन और तैयारी तकनीक पर केंद्रित हैं, बल्कि ऑटोमोटिव सामग्रियों की एक विस्तृत श्रृंखला, जैसे कि हल्के वजन, 3डी प्रिंटिंग और बिजली उत्पादन सामग्री, में भी अनुप्रयोगों पर केंद्रित हैं। इसके अलावा, कार्बन फाइबर सामग्रियों के पुनर्चक्रण और पुनर्चक्रण, लकड़ी लिग्निन कार्बन फाइबर की तैयारी और अन्य उपलब्धियों ने शानदार प्रदर्शन किया है। प्रतिनिधि परिणाम नीचे वर्णित हैं:
1) अमेरिकी जॉर्जिया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी ने तीसरी पीढ़ी की कार्बन फाइबर प्रौद्योगिकियों में सफलता प्राप्त की
जुलाई 2015 में, DARPA के वित्तपोषण से, जॉर्जिया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी ने अपनी अभिनव पैन-आधारित कार्बन फाइबर जेल स्पिनिंग तकनीक के साथ, अपने मापांक में उल्लेखनीय वृद्धि की, तथा हर्षे IM7 कार्बन फाइबर को पीछे छोड़ दिया, जिसका अब सैन्य विमानों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, तथा जापान के बाद तीसरी पीढ़ी की कार्बन फाइबर प्रौद्योगिकी में महारत हासिल करने वाला यह विश्व का दूसरा देश बन गया।
कुमार्ज़ द्वारा निर्मित जेल स्पिनिंग कार्बन फाइबर की तन्य शक्ति 5.5 से 5.8Gpa तक पहुँचती है, और तन्य मापांक 354-375gpa के बीच होता है। "यह एक सतत फाइबर है जिसे व्यापक प्रदर्शन के उच्चतम शक्ति और मापांक के साथ रिपोर्ट किया गया है। लघु तंतु बंडल में, तन्य शक्ति 12.1Gpa तक पहुँचती है, जो पॉलीएक्रिलोनिट्राइल कार्बन फाइबर की उच्चतम तन्य शक्ति के समान है।"
2) विद्युत चुम्बकीय तरंग तापन प्रौद्योगिकी
2014 में, नेडो ने विद्युत चुम्बकीय तरंग तापन तकनीक विकसित की। विद्युत चुम्बकीय तरंग कार्बोनाइजेशन तकनीक, वायुमंडलीय दाब पर फाइबर को कार्बोनाइज करने के लिए विद्युत चुम्बकीय तरंग तापन तकनीक के उपयोग को संदर्भित करती है। प्राप्त कार्बन फाइबर का प्रदर्शन मूलतः उच्च तापमान तापन द्वारा उत्पादित कार्बन फाइबर के समान ही होता है, प्रत्यास्थता मापांक 240GPA से अधिक तक पहुँच सकता है, और टूटने पर बढ़ाव 1.5% से अधिक होता है, जो दुनिया में पहली सफलता है।
रेशे जैसी सामग्री को विद्युत चुम्बकीय तरंगों द्वारा कार्बनीकृत किया जाता है, जिससे उच्च तापमान पर गर्म करने के लिए इस्तेमाल होने वाले कार्बनीकरण भट्टी उपकरण की आवश्यकता नहीं होती। इस प्रक्रिया से न केवल कार्बनीकरण में लगने वाला समय कम होता है, बल्कि ऊर्जा की खपत भी कम होती है और CO2 उत्सर्जन भी कम होता है।
3) कार्बोनाइजेशन प्रक्रिया का उत्तम नियंत्रण
मार्च 2014 में, टोरे ने T1100G कार्बन फाइबर के सफल विकास की घोषणा की। टोरे पारंपरिक पैन सॉल्यूशन स्पिनिंग तकनीक का उपयोग करके कार्बनीकरण प्रक्रिया को सूक्ष्म रूप से नियंत्रित करता है, नैनोस्केल पर कार्बन फाइबर की सूक्ष्म संरचना में सुधार करता है, कार्बनीकरण के बाद फाइबर में ग्रेफाइट माइक्रोक्रिस्टलाइन अभिविन्यास, माइक्रोक्रिस्टलाइन आकार, दोषों आदि को नियंत्रित करता है, जिससे इसकी शक्ति और प्रत्यास्थता मापांक में उल्लेखनीय सुधार होता है। T1100G की तन्य शक्ति 6.6GPa है, जो T800 की तुलना में 12% अधिक है, और प्रत्यास्थता मापांक 324GPa है, जो 10% बढ़ा है, जो औद्योगीकरण के चरण में प्रवेश कर रहा है।
4) सतह उपचार प्रौद्योगिकी
तीजिन ईस्ट स्टेट ने प्लाज्मा सतह उपचार तकनीक को सफलतापूर्वक विकसित किया है जो कार्बन फाइबर की उपस्थिति को कुछ ही सेकंड में नियंत्रित कर सकती है। यह नई तकनीक पूरी उत्पादन प्रक्रिया को महत्वपूर्ण रूप से सरल बनाती है और इलेक्ट्रोलाइट जलीय घोलों के लिए मौजूदा सतह उपचार तकनीक की तुलना में ऊर्जा की खपत को 50% तक कम करती है। इसके अलावा, प्लाज्मा उपचार के बाद, फाइबर और रेज़िन मैट्रिक्स के आसंजन में भी सुधार पाया गया।
5) उच्च तापमान ग्रेफाइट वातावरण में कार्बन फाइबर तन्य शक्ति की अवधारण दर पर अध्ययन
निंगबो मैटेरियल्स ने घरेलू उच्च शक्ति और लम्बे मोड कार्बन फाइबर के प्रक्रिया विश्लेषण, संरचना अनुसंधान और प्रदर्शन अनुकूलन पर विस्तृत अध्ययन सफलतापूर्वक किया, विशेष रूप से उच्च तापमान ग्रेफाइट वातावरण में कार्बन फाइबर तन्य शक्ति की अवधारण दर पर शोध कार्य, और हाल ही में तन्य शक्ति 5.24GPa और तन्य मापांक मात्रा 593GPa के साथ उच्च शक्ति और उच्च मापांक कार्बन फाइबर की सफल तैयारी, यह जापान के तोरे m60j उच्च शक्ति वाले अत्यधिक ढाले कार्बन फाइबर (तन्य शक्ति 3.92GPa, तन्य मापांक 588GPa) की तुलना में तन्य शक्ति का लाभ जारी रखता है।
6) माइक्रोवेव ग्रेफाइट
योंगडा एडवांस्ड मटेरियल्स ने संयुक्त राज्य अमेरिका के अनन्य पेटेंट प्राप्त अल्ट्रा-हाई टेम्परेचर ग्रेफाइट तकनीक को सफलतापूर्वक विकसित किया है, जिससे मध्यम और उच्च-स्तरीय कार्बन फाइबर का उत्पादन होता है, और उच्च-स्तरीय कार्बन फाइबर के विकास में आने वाली तीन बाधाओं को सफलतापूर्वक पार किया है: ग्रेफाइट उपकरण महंगे और अंतर्राष्ट्रीय नियंत्रण में हैं, कच्चे रेशम की रासायनिक तकनीक कठिन है, उत्पादन उपज कम है और लागत अधिक है। अब तक, योंगडा ने तीन प्रकार के कार्बन फाइबर विकसित किए हैं, जिनमें से सभी ने मूल अपेक्षाकृत निम्न-स्तरीय कार्बन फाइबर की शक्ति और मापांक को एक नई ऊँचाई पर पहुँचाया है।
7) फ्रॉनहोफर, जर्मनी द्वारा पैन-आधारित कार्बन फाइबर कच्चे तार के पिघलने और स्पिनिंग की नई प्रक्रिया
फ्रॉनहोफर इंस्टीट्यूट ऑफ एप्लाइड पॉलिमर्स (एप्लाइड पॉलीमर रिसर्च, IAP) ने हाल ही में घोषणा की है कि वह 25 और 29 अप्रैल 2018 को बर्लिन एयर शो में नवीनतम कॉमकार्बन तकनीक का प्रदर्शन करेगा। यह तकनीक बड़े पैमाने पर उत्पादित कार्बन फाइबर की उत्पादन लागत को काफी कम कर देती है।
चित्र 4 कच्चे तार का पिघलना और कताई।
यह सर्वविदित है कि पारंपरिक प्रक्रियाओं में, कच्चे तार के उत्पादन में पैन-आधारित कार्बन फाइबर की आधी उत्पादन लागत खर्च हो जाती है। कच्चे तार के पिघलने में असमर्थ होने के कारण, इसे एक महंगी सॉल्यूशन स्पिनिंग प्रक्रिया (सॉल्यूशन स्पिनिंग) का उपयोग करके उत्पादित किया जाना चाहिए। "इस उद्देश्य से, हमने पैन-आधारित कच्चे रेशम के उत्पादन के लिए एक नई प्रक्रिया विकसित की है, जिससे कच्चे तार की उत्पादन लागत 60% तक कम हो सकती है। यह एक किफायती और व्यवहार्य पिघलने वाली स्पिनिंग प्रक्रिया है, जिसमें विशेष रूप से विकसित फ्यूज्ड पैन-आधारित कोपोलिमर का उपयोग किया जाता है।" फ्राउनहोफर आईएपी संस्थान के जैविक पॉलिमर मंत्री डॉ. जोहान्स गैंस्टर ने बताया।
8) प्लाज्मा ऑक्सीकरण प्रौद्योगिकी
4M कार्बन फाइबर ने घोषणा की है कि वह प्लाज़्मा ऑक्सीकरण तकनीक का उपयोग उच्च-गुणवत्ता वाले, कम लागत वाले कार्बन फाइबर के निर्माण और बिक्री के लिए रणनीतिक रूप से करेगा, न कि केवल तकनीक के लाइसेंस के लिए। 4M का दावा है कि प्लाज़्मा ऑक्सीकरण तकनीक पारंपरिक ऑक्सीकरण तकनीक की तुलना में तीन गुना तेज़ है, जबकि इसमें ऊर्जा की खपत पारंपरिक तकनीक के एक-तिहाई से भी कम है। और कई अंतरराष्ट्रीय कार्बन फाइबर उत्पादकों ने इस कथन की पुष्टि की है, जो कम लागत वाले कार्बन फाइबर के उत्पादन में पहल करने के लिए दुनिया के कई सबसे बड़े कार्बन फाइबर निर्माताओं और वाहन निर्माताओं के साथ परामर्श कर रहे हैं।
9) सेल्यूलोज नैनो फाइबर
जापान का क्योटो विश्वविद्यालय, विद्युत स्थापना कंपनी (टोयोटा का सबसे बड़ा आपूर्तिकर्ता) और दाइक्योनिशिकावा कॉर्प जैसे कई प्रमुख घटक आपूर्तिकर्ताओं के साथ मिलकर, सेल्यूलोज़ नैनोफाइबर को मिलाने वाली प्लास्टिक सामग्री के विकास पर काम कर रहा है। यह सामग्री लकड़ी के गूदे को कुछ माइक्रोन (प्रति हज़ार मिमी 1) में तोड़कर बनाई जाती है। इस नई सामग्री का वज़न स्टील के वज़न का केवल पाँचवाँ हिस्सा है, लेकिन इसकी मज़बूती स्टील से पाँच गुना ज़्यादा है।
10) पॉलीओलेफ़िन और लिग्निन कच्चे माल का कार्बन फाइबर फ्रंट बॉडी
संयुक्त राज्य अमेरिका में ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी 2007 से कम लागत वाले कार्बन फाइबर अनुसंधान पर काम कर रही है, और उन्होंने पॉलीओलेफिन और लिग्निन कच्चे माल के लिए कार्बन फाइबर फ्रंट बॉडीज के साथ-साथ उन्नत प्लाज्मा प्री-ऑक्सीकरण और माइक्रोवेव कार्बोनाइजेशन प्रौद्योगिकियों का विकास किया है।
11) नया बहुलक (अग्रदूत बहुलक) दुर्दम्य उपचार को हटाकर विकसित किया गया था
टोक्यो विश्वविद्यालय के नेतृत्व में विनिर्माण विधि में, दुर्दम्य उपचार को हटाने के लिए एक नया बहुलक (अग्रदूत बहुलक) विकसित किया गया है। मुख्य बिंदु यह है कि बहुलक को रेशम में कताई करने के बाद, यह मूल दुर्दम्य उपचार नहीं करता है, बल्कि इसे विलायक में ऑक्सीकरण करता है। माइक्रोवेव हीटिंग डिवाइस को फिर कार्बोनाइजेशन के लिए 1000 ℃ से अधिक तक गर्म किया जाता है। गर्म करने में केवल 2-3 मिनट लगते हैं। कार्बोनाइजेशन उपचार के बाद, प्लाज्मा का उपयोग सतह के उपचार के लिए भी किया जाता है, ताकि कार्बन फाइबर बनाया जा सके। प्लाज्मा उपचार में 2 मिनट से भी कम समय लगता है। इस तरह, 30-60 मिनट के मूल सिंटरिंग समय को लगभग 5 मिनट तक कम किया जा सकता है। नई विनिर्माण विधि में, सीएफआरपी आधार सामग्री के रूप में कार्बन फाइबर और थर्मोप्लास्टिक राल के बीच संबंध को बेहतर बनाने के लिए प्लाज्मा उपचार किया जाता है ये मान खेल के सामान आदि के लिए उपयोग किए जाने वाले टोरे यूनिवर्सल ग्रेड कार्बन फाइबर T300 के समान स्तर के हैं।
12) द्रवीकृत बिस्तर प्रक्रिया का उपयोग करके कार्बन फाइबर सामग्री का पुनर्चक्रण और उपयोग
अध्ययन की प्रथम लेखिका मेंग्रान मेंग ने कहा: "कार्बन फाइबर की पुनर्प्राप्ति, कच्चे कार्बन फाइबर उत्पादन की तुलना में पर्यावरण पर पड़ने वाले प्रभाव को कम करती है, लेकिन संभावित पुनर्चक्रण तकनीकों और कार्बन फाइबर के उपयोग की पुनर्चक्रण की आर्थिक व्यवहार्यता के बारे में जागरूकता सीमित है।" पुनर्चक्रण दो चरणों में होता है: सबसे पहले फाइबर को कार्बन फाइबर कंपोजिट से पुनर्प्राप्त किया जाना चाहिए और यांत्रिक पीसने वाली सामग्रियों द्वारा या पायरोलिसिस या द्रवीकृत बिस्तर प्रक्रियाओं का उपयोग करके तापीय रूप से विघटित किया जाना चाहिए। इन विधियों में मिश्रित सामग्री का प्लास्टिक वाला भाग हटा दिया जाता है, जिससे कार्बन फाइबर बच जाता है, जिसे फिर गीले कागज बनाने की तकनीक का उपयोग करके उलझे हुए फाइबर मैट में परिवर्तित किया जा सकता है, या दिशात्मक फाइबर में पुनर्गठित किया जा सकता है।
शोधकर्ताओं ने गणना की कि कार्बन फाइबर मिश्रित अपशिष्ट से द्रवीकृत संस्तर प्रक्रिया का उपयोग करके कार्बन फाइबर प्राप्त किया जा सकता है, जिसके लिए केवल 5 डॉलर प्रति किलोग्राम और प्राथमिक कार्बन फाइबर के निर्माण के लिए आवश्यक ऊर्जा के 10% से भी कम की आवश्यकता होगी। द्रवीकृत संस्तर प्रक्रिया द्वारा उत्पादित पुनर्चक्रित कार्बन फाइबर मापांक को लगभग कम नहीं करते हैं, और तन्य शक्ति प्राथमिक कार्बन फाइबर की तुलना में 18% से 50% तक कम हो जाती है, जिससे वे उन अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हो जाते हैं जिनमें शक्ति के बजाय उच्च कठोरता की आवश्यकता होती है। मेंग ने कहा, "पुनर्चक्रित कार्बन फाइबर गैर-संरचनात्मक अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हो सकते हैं जिनमें हल्केपन की आवश्यकता होती है, जैसे कि ऑटोमोटिव, निर्माण, पवन और खेल उद्योग।"
13) संयुक्त राज्य अमेरिका में कार्बन फाइबर रीसाइक्लिंग की नई तकनीक विकसित की गई
जून 2016, संयुक्त राज्य अमेरिका में जॉर्जिया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं ने कार्बन फाइबर को इपॉक्सी राल को भंग करने के लिए शराब युक्त विलायक में भिगोया, अलग किए गए फाइबर और इपॉक्सी रेजिन का पुन: उपयोग किया जा सकता है, कार्बन फाइबर वसूली की सफल प्राप्ति।
जुलाई 2017, वाशिंगटन स्टेट यूनिवर्सिटी ने एक कार्बन फाइबर रिकवरी तकनीक भी विकसित की, जिसमें उत्प्रेरक के रूप में कमजोर एसिड का उपयोग किया गया, थर्मोसेटिंग सामग्री को विघटित करने के लिए अपेक्षाकृत कम तापमान पर तरल इथेनॉल का उपयोग किया गया, विघटित कार्बन फाइबर और राल को अलग से संरक्षित किया गया, और प्रजनन में डाला जा सकता है।
14) एलएलएनएल प्रयोगशाला, अमेरिका में 3डी प्रिंटिंग कार्बन फाइबर स्याही प्रौद्योगिकी का विकास
मार्च 2017 में, संयुक्त राज्य अमेरिका स्थित लॉरेंस लाइवमोर राष्ट्रीय प्रयोगशाला (LLNL) ने पहला 3D प्रिंटेड उच्च-प्रदर्शन, विमानन-ग्रेड कार्बन फाइबर कंपोजिट विकसित किया। उन्होंने जटिल त्रि-आयामी संरचनाएँ बनाने के लिए प्रत्यक्ष स्याही संचरण (DIW) की 3D प्रिंटिंग विधि का उपयोग किया, जिससे ऑटोमोटिव, एयरोस्पेस, रक्षा, मोटरसाइकिल प्रतियोगिताओं और सर्फिंग में उपयोग के लिए प्रसंस्करण गति में उल्लेखनीय सुधार हुआ।
15) संयुक्त राज्य अमेरिका, कोरिया और चीन बिजली उत्पादन के लिए कार्बन फाइबर के विकास में सहयोग कर रहे हैं
अगस्त 2017 में, टेक्सास विश्वविद्यालय के डलास परिसर, कोरिया के हानयांग विश्वविद्यालय, चीन के नानकाई विश्वविद्यालय और अन्य संस्थानों ने बिजली उत्पादन के लिए कार्बन फाइबर यार्न सामग्री के विकास में सहयोग किया। यार्न को पहले लवणीय जल जैसे इलेक्ट्रोलाइट घोल में भिगोया जाता है, जिससे इलेक्ट्रोलाइट में मौजूद आयन कार्बन नैनोट्यूब की सतह से जुड़ जाते हैं, जिसे यार्न को कसने या खींचने पर विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित किया जा सकता है। इस सामग्री का उपयोग विश्वसनीय गतिज ऊर्जा के साथ कहीं भी किया जा सकता है और यह IoT सेंसर को बिजली प्रदान करने के लिए उपयुक्त है।
16) चीनी और अमेरिकी द्वारा प्राप्त लकड़ी लिग्निन कार्बन फाइबर के अनुसंधान में नई प्रगति
मार्च 2017 में, निंग्बो इंस्टीट्यूट ऑफ मैटेरियल्स टेक्नोलॉजी एंड इंजीनियरिंग की विशेष फाइबर टीम ने एस्टरीफिकेशन और फ्री रेडिकल कोपोलिमराइजेशन द्वि-चरणीय संशोधन तकनीक का उपयोग करके अच्छी स्पिनेबिलिटी और थर्मल स्थिरता वाला एक लिग्निन-एक्रिलोनिट्राइल कोपोलिमर तैयार किया। कोपोलिमर और वेट स्पिनिंग प्रक्रिया का उपयोग करके उच्च गुणवत्ता वाले निरंतर तंतु प्राप्त किए गए, और थर्मल स्थिरीकरण और कार्बोनाइजेशन उपचार के बाद कॉम्पैक्ट कार्बन फाइबर प्राप्त किया गया।
अगस्त 2017 में, संयुक्त राज्य अमेरिका के वाशिंगटन विश्वविद्यालय में बिरगिटे अह्रिंग अनुसंधान दल ने लिग्निन और पॉलीएक्रिलोनाइट्राइल को अलग-अलग अनुपात में मिलाया, और फिर मिश्रित पॉलिमर को कार्बन फाइबर में बदलने के लिए मेल्ट स्पिनिंग तकनीक का उपयोग किया। अध्ययन में पाया गया कि 20%∼30% में मिलाए गए लिग्निन ने कार्बन फाइबर की मजबूती को प्रभावित नहीं किया और उम्मीद है कि इसका उपयोग ऑटोमोटिव या विमान के पुर्जों के लिए कम लागत वाली कार्बन फाइबर सामग्री के उत्पादन में किया जाएगा।
2017 के अंत में, राष्ट्रीय अक्षय ऊर्जा प्रयोगशाला (एनआरईएल) ने पौधों के अपशिष्ट भागों, जैसे मक्के के भूसे और गेहूँ के भूसे का उपयोग करके एक्रिलोनाइट्राइल के निर्माण पर शोध जारी किया। वे पहले पौधों की सामग्री को शर्करा में तोड़ते हैं, फिर उन्हें अम्ल में परिवर्तित करते हैं, और फिर उन्हें सस्ते उत्प्रेरकों के साथ मिलाकर लक्षित उत्पाद बनाते हैं।
17) जापान ने पहली कार्बन फाइबर प्रबलित थर्मोप्लास्टिक मिश्रित कार चेसिस विकसित की
अक्टूबर 2017 में, जापान की नई ऊर्जा उद्योग प्रौद्योगिकी एकीकृत अनुसंधान एवं विकास एजेंसी और नागोया विश्वविद्यालय राष्ट्रीय कम्पोजिट अनुसंधान केंद्र ने दुनिया की पहली कार्बन फाइबर प्रबलित थर्मोप्लास्टिक कम्पोजिट कार चेसिस का सफलतापूर्वक विकास किया। उन्होंने स्वचालित लंबी फाइबर प्रबलित थर्मोप्लास्टिक कंपोजिट प्रत्यक्ष ऑनलाइन मोल्डिंग प्रक्रिया, निरंतर कार्बन फाइबर और थर्मोप्लास्टिक रेजिन कणों के मिश्रण, फाइबर प्रबलित कंपोजिट के निर्माण और फिर हीटिंग और पिघलने के कनेक्शन के माध्यम से थर्मोप्लास्टिक सीएफआरपी कार चेसिस के सफल उत्पादन का उपयोग किया।
5. चीन में कार्बन फाइबर प्रौद्योगिकी के अनुसंधान एवं विकास पर सुझाव
5.1 दूरदर्शी लेआउट, लक्ष्य-उन्मुख, कार्बन फाइबर प्रौद्योगिकी की तीसरी पीढ़ी को आगे बढ़ाने पर ध्यान केंद्रित
चीन की दूसरी पीढ़ी की कार्बन फाइबर तकनीक अभी तक एक व्यापक सफलता नहीं है, हमारे देश को आगे की ओर देखने की कोशिश करनी चाहिए जो हमारे प्रासंगिक अनुसंधान संस्थानों को एक साथ लाएगा, प्रमुख प्रौद्योगिकियों पर कब्जा करने पर ध्यान केंद्रित करेगा, तीसरी पीढ़ी के उच्च प्रदर्शन कार्बन फाइबर तैयारी प्रौद्योगिकी अनुसंधान और विकास का ध्यान केंद्रित करेगा (यानी एयरोस्पेस उच्च शक्ति, उच्च मापांक कार्बन फाइबर प्रौद्योगिकी के लिए लागू), और कार्बन फाइबर मिश्रित सामग्री प्रौद्योगिकी विकसित की, जिसमें मोटर वाहन, निर्माण और मरम्मत और अन्य हल्के, कम लागत वाले बड़े टो कार्बन फाइबर तैयारी, योजक विनिर्माण प्रौद्योगिकी कार्बन फाइबर मिश्रित सामग्री, रीसाइक्लिंग प्रौद्योगिकी और तेजी से प्रोटोटाइप प्रौद्योगिकियां शामिल हैं।
5.2 संगठन का समन्वय करना, समर्थन को मजबूत करना, सहयोगात्मक अनुसंधान को निरंतर समर्थन देने के लिए प्रमुख तकनीकी परियोजनाएं स्थापित करना
वर्तमान में, चीन में कार्बन फाइबर अनुसंधान करने वाले कई संस्थान हैं, लेकिन शक्ति बिखरी हुई है, और प्रभावी समन्वय के लिए कोई एकीकृत अनुसंधान एवं विकास संगठन तंत्र और मजबूत वित्तीय सहायता नहीं है। उन्नत देशों के विकास के अनुभव को देखते हुए, प्रमुख परियोजनाओं का संगठन और लेआउट इस तकनीकी क्षेत्र के विकास को बढ़ावा देने में एक बड़ी भूमिका निभाते हैं। हमें चीन के लाभ अनुसंधान एवं विकास बल पर ध्यान केंद्रित करना चाहिए, चीन की कार्बन फाइबर की सफलता अनुसंधान एवं विकास तकनीक को देखते हुए प्रमुख परियोजनाएं शुरू करनी चाहिए, सहयोगी तकनीकी नवाचार को मजबूत करना चाहिए, और चीन के कार्बन फाइबर अनुसंधान प्रौद्योगिकी स्तर और अंतर्राष्ट्रीय कार्बन फाइबर और कम्पोजिट के लिए प्रतिस्पर्धा को लगातार बढ़ावा देना चाहिए।
5.3 तकनीकी उपलब्धियों के अनुप्रयोग प्रभाव अभिविन्यास के मूल्यांकन तंत्र में सुधार
एससीआई पत्रों के अर्थमितीय विश्लेषण के दृष्टिकोण से, चीन के कार्बन फाइबर का उपयोग विभिन्न अनुसंधान क्षेत्रों में एक उच्च-शक्ति प्रदर्शन सामग्री के रूप में किया जाता है, लेकिन कार्बन फाइबर उत्पादन और तैयारी तकनीक के लिए, विशेष रूप से लागत कम करने और कम शोध की उत्पादन क्षमता में सुधार पर ध्यान केंद्रित किया जाता है। कार्बन फाइबर उत्पादन प्रक्रिया लंबी है, तकनीकी प्रमुख बिंदु हैं, उत्पादन बाधाएँ अधिक हैं, यह एक बहु-विषयक, बहु-प्रौद्योगिकी एकीकरण है, तकनीकी बाधाओं को दूर करने और "कम लागत, उच्च प्रदर्शन" कोर तैयारी प्रौद्योगिकी अनुसंधान और विकास को प्रभावी ढंग से बढ़ावा देने की आवश्यकता है। एक ओर, अनुसंधान निवेश को मजबूत करने की आवश्यकता है, दूसरी ओर, वैज्ञानिक अनुसंधान प्रदर्शन मूल्यांकन के क्षेत्र को कमजोर करने, तकनीकी उपलब्धियों के अनुप्रयोग प्रभाव मूल्यांकन के मार्गदर्शन को मजबूत करने और "मात्रात्मक" मूल्यांकन से, जो कागज के प्रकाशन पर ध्यान केंद्रित करता है, परिणामों के मूल्य के "गुणवत्ता" मूल्यांकन पर स्थानांतरित करने की आवश्यकता है।
5.4 अत्याधुनिक प्रौद्योगिकी यौगिक प्रतिभाओं के विकास को मजबूत करना
कार्बन फाइबर प्रौद्योगिकी की उच्च तकनीक विशेषता विशिष्ट प्रतिभाओं के महत्व को निर्धारित करती है, चाहे उनके पास अत्याधुनिक कोर तकनीकी कर्मी हों, सीधे तौर पर किसी संस्थान के अनुसंधान एवं विकास के स्तर को निर्धारित करता है।
कार्बन फाइबर प्रौद्योगिकी अनुसंधान एवं विकास (आर एंड डी) से जुड़ी कड़ियों के परिणामस्वरूप, हमें सभी कड़ियों के समन्वय और विकास को सुनिश्चित करने के लिए, मिश्रित कर्मियों के प्रशिक्षण पर ध्यान देना चाहिए। इसके अलावा, चीन में कार्बन फाइबर अनुसंधान के विकास इतिहास से, प्रौद्योगिकी कोर विशेषज्ञों का प्रवाह अक्सर किसी शोध संस्थान के अनुसंधान एवं विकास स्तर को प्रभावित करने वाला एक महत्वपूर्ण कारक होता है। उत्पादन प्रक्रियाओं, कंपोजिट और प्रमुख उत्पादों में कोर विशेषज्ञों और आर एंड डी टीमों का स्थिरीकरण निरंतर तकनीकी उन्नयन के लिए महत्वपूर्ण है।
हमें इस क्षेत्र में विशेष उच्च तकनीक कर्मियों के प्रशिक्षण और उपयोग को मजबूत करना जारी रखना चाहिए, प्रौद्योगिकी अनुसंधान एवं विकास प्रतिभाओं के लिए मूल्यांकन और उपचार नीति में सुधार करना चाहिए, युवा प्रतिभाओं की खेती को मजबूत करना चाहिए, विदेशी उन्नत अनुसंधान एवं विकास संस्थानों के साथ सहयोग और आदान-प्रदान का सक्रिय रूप से समर्थन करना चाहिए, और विदेशी उन्नत प्रतिभाओं को सख्ती से पेश करना चाहिए, आदि। यह चीन में कार्बन फाइबर अनुसंधान के विकास को बढ़ावा देने में एक बड़ी भूमिका निभाएगा।
उद्धृत-
वैश्विक कार्बन फाइबर प्रौद्योगिकी के विकास और चीन में इसके प्रभाव पर विश्लेषण। तियान याजुआन, झांग झिकियांग, ताओ चेंग, यांग मिंग, बा जिन, चेन युनवेई।विश्व विज्ञान-तकनीक अनुसंधान एवं विकास.2018
पोस्ट करने का समय: 04-दिसंबर-2018