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關注創建者：氫能 創建時間：2021-04-12
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長纖or短纖，碳纖維在3D打印中的應用與選擇
長纖or短纖，碳纖維在3D打印中的應用與選擇 適用人群：汽車、航天航空、制造業等研發人員 長纖or短纖，碳纖維在3D打印中的應用與選擇（免費）【已結束】 直播時間：2022-09-16 16:00 內容大綱： 1）不同技術路線的碳纖維3D打印技術（連續纖維擠出/短纖維FFF/SLS碳纖）的優勢分別是什么？ 2）不同技術路線的應用領域以及有哪些區別？
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（無聲-配字幕說明）碳纖維復合材料在汽車輕量化中應用建模分析及后處理
碳纖維復合材料在汽車輕量化中應用建模分析及后處理 1. 導入原始模型 2. 新建碳纖維復合材料模型 3. 選擇關鍵碰撞零件輕量化 4. 防撞梁碳纖維復合材料定義，鋪層定義，鋪設角度定義 5.導出提交計算 6. 重量測量 7. 后處理 曲線提取 能量曲線， 前圍板變形量（多位置） 座椅加速度/位移、速度。 如何把兩個曲線放在一個圖上
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流體力學遇見深度學習：揭示微觀流動背后的智能力量
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PJP Eye公司開發的替代電池，使用從有機棉（或任何可以轉化為碳的有機材料）中回收的碳，取代電極中的稀有金屬。
目前，該公司已經開始量產單碳電池，其中一個電極由碳制成，另一電極由普通金屬制成。在這一改進的基礎上，與傳統電池（充電循環次數約1500次）相比，單碳電池的充電速度提高了10倍，電池循環次數超過8000次。而且，這種電池的安全性高，在正常電池達到300°C及以上的情況下，其溫度不會超過50°C。
單碳電池的缺點在于，無法為電動汽車提供足夠的功率密度和電壓。其輸出電壓為3.6V，因此不適合電動汽車或飛機等應用（通常需要4.2V），然而非常適用于電動滑板車、衛星和小型無人機等解決方案。
至于電動汽車和其他需要高電壓的應用，PJP Eye正在研究一種方法，用碳取代電池中的兩個電極，在完全去除稀有金屬的同時實現更高的電壓，即5.2V。這種電池被稱為雙碳電池，目前已完成概念驗證，尚末進入生產階段。Oina認為，未來兩年有望投產。
該公司希望，通過創造電池技術，改善人們的生活，提高城市和車輛的效率。目前，因為規模有限，與傳統鋰離子電池相比，這種碳電池的成本更高。理論上講，未來通過擴大使用范圍，有望使其價格達到同等水平。
歸根結底，PJP Eye表示，其目標分為兩方面。對于發達國家來說，碳電池可能成為智能城市基礎設施和可持續電動汽車的基石。對于新興世界來說，可以為離網地點提供高效、安全的電力儲存，這可能更為重要。
-END-
展開 維斯塔斯公司10多年前幾乎要破產，但他們堅持碳纖維在風電中應用的創新性開發，成功后，短短幾年就躍居到世界第一。汽車作為宇宙第一大產業，不管是行業內還是行業外，大家都比較看重碳纖維在汽車領域的應用。
二、碳纖維在汽車中的應用探索
碳纖維的比強度是鋼鐵的8倍，密度是鋼鐵的1/4，因此輕量化效果明顯。碳纖維直接應用的少，要借助其他材料成為復合材料才行。最初，碳纖維復合材料在汽車中的應用較少，但隨著成本的降低和技術的進步，其應用越來越廣泛。目前汽車中有多種零部件使用了碳纖維復合材料（CFRP），分別有：車身、底盤、車頂、車門、頭蓋、引擎蓋、尾翼、壓尾翼、中控臺、裝飾條、儀表盤、傳動軸、特殊動力傳動系統、座椅、座椅套墊、前擴散器、尾擾流板、后擴散器、后視鏡外殼、懸掛臂、前唇、側裙、側格柵、車用箱包、導流罩、A柱、遮陽罩、散熱器面罩、側護板、低位踏板、副保險杠等外部和車身、內飾和外飾配件等系統。但目前碳纖維在汽車中的應用遇到了一些問題。
1. 價高、工藝受限，難以量產
碳纖維復合材料價格高，使其在汽車上應用具有一定的難度，特別在降本壓力很大的當前。碳纖維復合材料的價格高，除了碳纖維本身價格較高外，其中最大一個原因就是目前的加工方式，導致加工效率低，加工成本高。目前碳纖維復合材料的加工方式是從玻纖復材的工藝而來，加工成本甚至比碳纖維原材料成本還要高，有的甚至高許多倍。同時受加工工藝的局限，不僅成本增加，而且效率較低，難以滿足汽車行業動輒數萬甚至幾十萬車型的需要。
2. 缺乏復材設計經驗及人員
汽車是一個系統工程，碳纖維不是簡單的一個部件就可以解決的。碳纖維復合材料在汽車上的應用，不是人們簡單想象，以為更換一個部件，改成碳纖維材料就OK了，可以減重。汽車是一個系統工程，簡單更換一個部件，可能帶來其他問題，包括共振、聲躁、安全等。
展開 最近風電葉片碳纖維年用量超過2萬噸的現象引起了大家的關注，從碳纖維生產企業到復合材料生產廠家都紛紛涌入風電行業，希冀在這個行業撈到一桶金。作者希望通過本文與大家分享對碳纖維復合材料在風電葉片中大量應用的分析，并再一次共同探討國產碳纖維產業化之路。
1 風電葉片碳纖維用量劇增現象的剖析
近來碳纖維復合材料界傳遞著一個喜人的消息，就在四年前一些權威大佬認為碳纖維在風電葉片大量使用碳纖維為時尚早，風電行業領頭企業VESTAS瀕臨破產之際，2015年碳纖維在風電葉片上的全球應用就像2009年波音787首飛成功一樣，用量急劇增加，繼航空用碳纖維用量需求達到2萬噸之后，ZOLTEK的大絲束碳纖維變成市場上的槍手貨，需求超過2萬噸，VESTAS也轉虧為盈。在風電葉片的碳纖維用量中，VESTAS占了80%以上。以VESTAS中國供應商為主國內生產風電葉片碳纖維用量見表1，2018年江蘇澳盛和威海光威成了碳纖維的最大用戶，兩家的用量即將突破萬噸，市場上大絲束碳纖維供不應求。林剛先生連續四年為大家提供了全球碳纖維市場報告，作者將其中有關風電葉片的數據匯總見表2（2017年用量嚴兵的說法是24000噸，若按此數據修正的數據見表中括號所示）。其中風電葉片用碳纖維與其制品的單價在此進行了調整，從而其產值也相應發生了變化，2015年以前主要采用預浸料或織物的真空導入，部分采用小絲束碳纖維，因此平均價格高一些，近年來主要采用大絲束碳纖維拉擠梁片，價格降低了很多。從用量和制件產量來看是急劇增加，但創造的產值實際上是降低了。但正因為風電葉片（主要是大梁）碳纖維復合材料制品價格大幅降價，才成就了碳纖維用量的急劇增加，反映了引導工業領域大規模應用碳纖維的方向——“買得起”（Affordability）。
展開 増韌劑并未改變PP/CF復合材料的結晶晶型，加入增韌劑的PP/CF復介材料中碳纖維的成核作用變得明顯，使復合材料中的球晶主要生長在碳纖維附近。
我國應加快對碳纖維的研發，力爭在設備、技術上得到實質性的突破，并提高性能，降低成本，以使我國碳纖維工業得到跨越式的發展；同時，也能推動汽車及其相關行業的快速發展。
來源：蓋世汽車網
圖1 增碳劑粒度對增碳時間的影響
表1試驗用增碳劑的成分及粒度(mm)分布
2.2增碳劑粒度對增碳劑的影響
日本的中江和望月兩人，曾對于質量分數99.8%的C和質量分數0.023%的S，粒度分布如表2的增碳劑作過增碳量的試驗，試驗結果如圖2所示。從圖中可以看出，粒度偏于微粉的增碳劑E的增碳效果極差，粒度偏于粗的增碳劑G的增碳效果較好；而適當除去微粉和粗粒的增碳劑A的增碳效果最好。
以上事實證實，為了提高增碳效果，對增碳劑應作除去微粉和粗粒的粒度處理。
圖2增碳劑粒度對增碳量的影響
表2試驗用增碳劑的成分及粒度(mm)分布
3鐵液化學成分對增碳劑增碳效果的影響
3.1硅對增碳劑增碳效果的影響
鐵液中的硅對增碳效果有較大的影響。硅含量高的鐵液增碳性不好。有人讓鐵液中Si的質量分數在0.6%~2.1%的范圍內變化，并添加如表1所示的A，B兩種增碳劑，觀察加入增碳劑后增碳時間的區別，其結果如圖3所示，鐵液中Si的質量分數高時，增碳速度慢。
3.2硫對增碳劑增碳效果的影響
正如鐵液中的硅的質量分數對增碳效果的影響那樣，硫的含量對增碳也有一定的影響。用表2中的A增碳劑，在添加前先加入試劑用的硫化鐵，觀察S的質量分數對增碳的影響。當添加硫化鐵、鐵液中S的質量分數為0.045%時，將它與無添加硫化鐵、鐵液中S的質量分數為0.0014%的低硫鐵液相比較，增碳速度要遲緩得多。
4增碳劑選擇及加入方法
4.1應選擇含氮量少的增碳劑
鑄鐵鐵液中通常的氮的質量分數在100 ppm以下。
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xtb的輸入文件如圖3所示：
圖3 xtb 的輸入文件
模擬分析
經過20ps的模擬后，可以觀察到碳納米管的結構演變以及富勒烯的形成過程，如圖4所示：
圖4 富勒烯的形成過程
可以看到，模擬過程中，碳納米管先發生扭曲變形，隨后一端開始發生封閉，當兩端都封閉后逐漸形成球形的富勒烯，模擬至20ps，完美的
高性能復合材料（尤其是航空、航天、汽車和風電結構中的碳纖維復合材料（CFRP, Carbon Fiber Reinforced Polymer））的核心研究方向。下面我給出一個科研和工程設計層面系統化的總結，包括研究方向 、算法、軟件、硬件配置推薦。
這方面創新包括降低清洗過程中的碳排放、開發可回收清洗料以及減少對環境有害物質的使用等。
旭化成推出的R系列螺桿清洗劑在環保方面取得了顯著進步，有效降低了CO?排放量。肯天的Ultra Purge?系列產品也與傳統物理清洗料相比用量更少，且部分產品可回收，能重新銷售給廢料經銷商或摻入再生，因此更符合環保標準。
氨NH3的類型
灰氨：使用傳統化石能源（天然氣和煤）制成，目前我國主要以灰氨為主，其生產過程中的碳排放量最大，國內氨市場需求廣闊，在綠色可持續發展政策要求下我國未來合成氨市場將持續以優化產業結構為主；
藍氨：生產原料氫由化石燃料提煉而來，但提煉過程可以捕獲并儲存二氧化碳的排放，可以減少對氣候的負面影響，被認為是一種環保材料；
綠氨：通過風能、太陽能等可再生能源發電所產生的綠電電解水產生氫氣
共軛效應：
在苯甲酸（benzoic acid）中，碳-氧鍵的解離會產生苯甲酰自由基（C6H5CO?），該自由基通過苯環的共軛效應得到一定的穩定性。因此，苯甲酸的BDE較高（102.6 kcal/mol）。
這包括產品的再利用、拆解回收、垃圾填埋或焚燒處理等環節，這些過程中產生的碳排放均屬于全生命周期碳排放的一部分。
當采用有選擇地消除鹵化物空缺的策略時，性能變化和顏色穩定性變化（來源：KAIST）
同時，研究團隊選取了適用該策略的物質候選群，提出了解決碳鏈長度變化中性能變化傾向和顏色穩定性傾向并存的深藍光鈣鈦礦問題的新觀點。
由此，研究團隊實現了迄今為止報告的深藍光鈣鈦礦LED性能中最高的2700 nit亮度，從而在陽光強的戶外也確保了良好的可視性。這有望加快新一代鈣鈦礦顯示的商業化進程。
監測其排放濃度和變化趨勢，可以了解堆肥過程中的碳轉化情況。研究表明，在堆肥過程的前6天，CO2濃度超過30%，在高溫階段基本高于15%，之后逐漸降低至10%以下。
甲烷（CH4）排放監測：CH4是另一種重要的溫室氣體，其排放對全球氣候變化具有重要影響。在堆肥過程中，CH4排放呈現先增大再減小的周期性變化趨勢。監測CH4排放有助于評估堆肥過程對全球氣候的影響。
在氮化鎵中，N的電負性更大，N衍生的2p軌道形成價帶；在碳化硅中，碳的電負性大于硅，碳衍生的2p軌道形成價帶，盡管兩者都是第IV族元素。
圖 2-4 顯示了化合物半導體中每種元素的 p 軌道部分狀態密度。兩種結果都表明，電負性較大的元素形成價帶。圖 5~8 顯示了采用 LDA+U 方法和未采用 LDA+U 方法得出的間隙附近的能帶結構。
這一智慧化方案將有助于工廠實現可持續發展，并在全球減碳浪潮中保持競爭力。
文章摘錄自模具與成型智慧工廠雜志(ACMT協會/會員月刊）-24/2月刊
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