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日本と米国は第三世代の炭素繊維技術のブレークスルーを競合します

作者:速報号/ルック航空リング先:いいえ見出しはありません(見出し今日のク 日付:2016年9月2日 13:30

  軽量、高強度、30%、武器や装置の性能大きな寄与により従来のアルミニウム構造体の重量よりも高弾性率特性を有する従来の金属材料と他の繊維で作られた複合材料、炭素繊維複合材料と比較して、これは、広く航空機エンジンと機体、ミサイルシェルの製造に使用されます。米国F-22は、炭素繊維複合材料の消費速度のF-35戦闘機は、A350に基づいて、24%および36%であった、新たな大型民間航空機の炭素繊維複合材料の使用率の代表としてボーイング787が50%に到達することです。炭素繊維複合材料を使用することは、特徴の測定兵器アドバンスの一つとなっています。炭素繊維は、複合負荷の約90%の原因である複合材料を構成する重要な原料であり、引張強度および弾性率は、主要複合構造性能目標です。

炭素繊維複合材料の製造技術の応用は、航空産業の製造レベルの重要なシンボルとなっています。
市場開発
ハイエンド炭素繊維市場は、日本と米国が独占してきました。小ハイエンドカーボンファイバートウポリアクリロニトリル(PAN)系炭素繊維の大半。市場シェアの状況で、世界で最も重要な6小トウ炭素繊維の供給者は、次のとおりです。東レは40%、23%東宝、三菱レーヨン14%、35%を占め、米国ヘキセル12%、サイテック社8%、台湾のプラスチック業界と英国SGL社が5%に3%を占めました。日本3社のカーボンファイバー約70%東レ最大の生産能力、最高の製品の性能は、炭素繊維の世界最大のサプライヤです世界市場シェアの80%に、技術と研究の日本の最高レベルを表します。 2つの米国企業ヘキセルは、炭素繊維の自律的な生産・供給が可能な炭素繊維、米国の軍用機の開発と応用の経験40年を持って約20%の市場シェアを、高弾性炭素繊維技術のリーダーでアメリカのメーカー、サイテック同社の炭素繊維プリプレグメイン後継、炭素繊維製品とR&D機能の性能は、ハースト未満です。台湾プラスチック社と製品性能のSGLは、日本や米国よりわずかに低かったです。
炭素繊維の引張強さと主要な指標としての弾性率は、現在の市販品が広くかなり性能炭素繊維製品の第二世代の日本や米国で使用され、第二世代に開発されてきました。 1960東レT300及び代表としてヘクセルAS4低強度、低弾性率の炭素繊維の第一世代では、T300が主にボーイング737と副軸受部材の他のタイプに使用され、AS4は、初期のF-14戦闘機で使用されます水平尾翼やその他の部品。第二世代の高強度、中弾性カーボン繊維は、1980年代東レT800とヘクセルIM7シリーズは、同世代を代表するだけでなく、東レのT700、T1000、ヘキセルIM8、IM9が好きです。 68%増加した強度よりもT800 T300強度は、弾性率は主耐荷重構造A350、ボーイング787や他の航空機の翼胴体の多数のために28%増加しました。 37%増加しAS4強度よりもIM7は、弾性率はアメリカの「トライデント」Ⅱ潜水艦発射ミサイルやF-22、F-35戦闘機などの多数のために21%増加しました。
 

低弾性率の炭素繊維の第二世代
この段階では、航空宇宙などの分野が原因で低モジュラスに、最も広く使用されている第二世代の高強度の媒体モジュラスカーボンファイバーであり、炭素繊維材料脆く、簡単に複合構造部品の疲労損傷、あっても壊滅的な被害につながります、航空兵器及び装置性能の促進を制限する、より困難な次世代空気兵器の性能要件を満たすこと。米国は第6世代戦闘機、長距離爆撃機の新世代を起動すると、提案された巡航速度、範囲、操縦性、ステルス、保護、メンテナンスや他の指標にキャリアベースの無人戦闘機、航空兵器の第一世代を開発引張強度、破壊靭性、耐衝撃性及び他のより高い全体的な性能の炭素繊維を必要とするより高い需要。高性能炭素繊維複合材料を得るためには、これら二つの基本的な性質の強度と弾性率の突破口を作るために必要であり、炭素繊維の第三世代の主な技術的特徴は、高い引張強度及び高い弾性率の両方です。
高い引張強さと技術的な問題の炭素繊維の開発プロセスの弾性率を達成することができます。生糸と炭酸の製剤を調製した炭素繊維の2つのコア技術である高品質のPAN前駆体は、高性能炭素繊維と大量生産を達成するための鍵であり、引張強度および炭化プロセス制御の弾性率炭素繊維に直接関係しています。研究と長年の経験は、炭素繊維を示す:非常に弾性率を向上させる、引張強度が著しく低下し、炭素繊維である;および高張力炭素繊維を維持し、かつ著しく弾性率繊維を改善することは非常に困難な場合。理由炭素繊維が黒鉛結​​晶の多数で構成異方性材料です。この矛盾を解決する方法を、高強度の炭素繊維は、典型的には、より小さい結晶サイズを必要とし、高弾性率の炭素繊維は、一般に、より大きな結晶サイズを必要とする最大の問題の炭素繊維の開発です。
 

日本と米国のパス画期的な技術のボトルネックの各条項
炭素化工程を経て東レ・ブレークは、炭素繊維の強度及び弾性率は、第三世代の炭素繊維の技術的要件に到達する最初の10%以上を増加させながら。東レは、同時にキー炭素繊維は、高い引張強度を得ると考えていると、高弾性率は、炭化温度の熱処理技術と設備のプロセスです。熱処理技術では、例えば、温度、ドラフト、触媒、磁場などの要因の数は、炭化繊維の特性に影響を与えます。 2014年3月、東レはT1100G炭素繊維の開発に成功したことを発表しました。東レPAN溶液等の炭素繊維の黒鉛結晶の配向、結晶サイズ、欠陥後の強度と弾性となるように制御される、ナノメートルスケールでの炭素繊維の微細構造を改善し、従来の紡糸技術、炭化工程の微調整を使用して弾性率が飛躍的に増加しています。 T1100G 6.6GPa、12%よりもT800の引張強度、弾性率324GPaは、工業用のステージに移動し、10%増加しました。
ジョージア工科大学の研究チームの画期的な準備生糸、28%以上の弾性率を高め、同時に、高強度の炭素繊維を維持しながら。 30年間のヘキセルの炭素繊維製品は、弾力性のレベルの適度な弾性率で推移し、パフォーマンスが破損することは困難です。米国防高等研究庁(DARPA)2006年に高度な繊維プロジェクトの建設を開始し、目的は、次世代の繊維系炭素繊維構造体の開発を国の研究努力の利点を一緒にもたらすことです。参加研究機関の一つとして、ジョージア工科大学、弾性率炭素繊維を改善するために、生糸の準備から始まります。 2015年7月、研究チームは、5.5までの革新的なPAN系炭素繊維のゲル紡糸技術、炭素繊維の引張強度を使用〜5.8GPa、引張弾性率が354〜375GPaに達しました。引張強度及びIM7かなりが、36%に28%を達成するために、弾性率が、が劇的に増加しました。これは、炭素繊維、高強度と最高の組み合わせの弾性率の物語です。機構は、ゲル、結晶配向及びチェーンの内力の強い方向を生成するために一緒に連結されたポリマー鎖であり、所望の高弾性率の大きな結晶サイズを確実に、我々はまだ、高い強度を有しています。これは、米国がすでに炭素繊維製品の第三世代の独立したR&D強度を有することを示しています。
日本と米国は、二つの異なる技術的アプローチから、高強度、高弾性率の炭素繊維を得ています。ビューの現在の研究の観点から、製品のより高い東レ炭素繊維強度の第三世代は、構造部品の高引張強度設計値に対してより適切であり、耐衝撃性、曲げに対して高い弾性率米国製品より適切な、疲労強度設計高い値成分。日米関係の企業や組織は、それが明確なターゲットアプリケーションは、全体的なパフォーマンスの軍用航空機構造部材の強度と剛性を向上させるために、現在の第二世代のT800とIM7炭素繊維製品の交換、炭素繊維、航空宇宙、ハイエンド市場の第三世代であることを行っています。東レは、従来のPAN溶液紡糸技術、高度に洗練された生糸、第一および第二世代からの強力な生産能力のパイオニアである、その工業生産の第三世代は、今後5〜10年で達成することが期待されており、市場全体。米国は、ゲル紡糸技術を伝統的な溶液調製工程生糸を放棄する、プロセス最適化のためのより大きな余地がある、炭素繊維の特性も改善の余地を持っています。米国は2030年に開始する予定、第6世代戦闘機、長距離爆撃機の新世代、第三世代のカーボンファイバー技術と運用パフォーマンスの大幅な増加である可能性が最も高く、キャリアベースの無人戦闘機の第一世代。

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