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川崎重工的鐵道車輛轉(zhuǎn)向架使用CFRP彈簧實現(xiàn)輕量化

川崎重工業(yè)向日本四國旅客鐵道公司（以下稱JR四國）交付了4 臺采用碳纖維增強樹脂基復合材料（CFRP）彈簧的鐵道車輛轉(zhuǎn)向架“efWING”。JR四國將在已有的兩節(jié)編組的121系近郊型直流電車上，為兩節(jié)車廂各配備兩臺該轉(zhuǎn)向架，并對車輛實施更新，將在2016年6月以后作為7200系近郊型直流電車在高松至伊予西條線和多度津至琴平線上投入運營。

新型轉(zhuǎn)向架將部分框架的材料從鋼換成了CFRP。此外，原來的轉(zhuǎn)向架利用與鋼制側梁分離獨立的螺旋彈簧發(fā)揮懸掛作用，而新轉(zhuǎn)向架則將側梁與螺旋彈簧的功能整合到了弓形CFRP彈簧中。這樣可大幅輕減轉(zhuǎn)向架的質(zhì)量，降低能源成本。

另外，CFRP彈簧還可使整個轉(zhuǎn)向架產(chǎn)生撓曲效應，使各個車輪施加給鐵軌的力保持穩(wěn)定，從而提高乘坐舒適性。在曲線及線路不正的鐵軌上行駛時，可抑制車輪向鐵軌傳遞的垂向負荷減少的“輪重減載”現(xiàn)象，因此還具有不易脫軌的效果。JR四國于2016年2～4月在高松至伊予西條線上使用該轉(zhuǎn)向架進行了行駛試驗。試驗證實，行駛安全性和乘坐舒適性均得到改善。

英國Sigmatex牽手英國高端自行車制造商

先進織物制造商英國Sigmatex公司與自行車制造商Orro共同開發(fā)新一代高端自行車。Orro的公司目標是為高端客戶生產(chǎn)性能優(yōu)異和外觀時尚的自行車，并為此采用了最先進的高性能材料。由此打造的旗艦品牌Gold Signature甚至可以按客戶需求進行噴繪。

Gold Signature大量采用了Sigmatex公司提供的創(chuàng)新性碳纖維寬展布（Spread Tow）產(chǎn)品Sigma ST，以達成對質(zhì)量和強度的設計要求。Orro合作方負責人Adam Glew表示，有英國頂尖的碳纖維織物制造商的加盟，Orro必定站立在自行車行業(yè)創(chuàng)新的最前沿。

Sigmatex方面稱，Sigma ST是一種創(chuàng)新的碳纖維織物，以質(zhì)量輕、力學性能優(yōu)異而優(yōu)于傳統(tǒng)織物。質(zhì)量比傳統(tǒng)碳纖維織物輕20％，比強度也更加優(yōu)異，尤其適用于對強度、剛度和質(zhì)量都有較高要求的應用領域。

美軍新一代作戰(zhàn)直升機選用碳纖維復合材料

美國國防部正在為美軍研發(fā)下一代垂直起降作戰(zhàn)飛機（VTOL），用以替代即將退役的UH-60黑鷹直升機。貝爾公司生產(chǎn)的V-280型直升機被納入考量。該機型在旋翼、機艙和機尾部分大量采用了碳纖維復合材料。

V-280的研發(fā)過程集結了11 家合作伙伴，進行專業(yè)的分工。其中包括GKN航空公司（負責機尾結構）、Spirit航空系統(tǒng)有限公司（機身）、Eagle科技有限公司（傾轉(zhuǎn)旋翼）和東麗美國公司（供應碳纖維預浸料）。

根據(jù)美國航空周刊報道，V-280首次在旋翼部位使用一種碳纖維蒙皮與蜂窩芯材構成的三明治結構，它的傾轉(zhuǎn)旋翼更是采用全碳纖維制造，加上其他部件的輕量化設計，大大減輕了飛機自身的質(zhì)量。

據(jù)稱，V-280很可能將是世界上飛行速度最快的軍用直升機，巡航時速高達280 節(jié)（約合518 km/h）。對比之下，黑鷹直升機的時速僅有150節(jié)（約合274 km/h）?！癡-280保持了與前任黑鷹相同的負載，但飛行速度卻達到后者的兩倍?！必悹栔鄙龣C先進傾轉(zhuǎn)旋翼系統(tǒng)副總裁Vince Tobin表示說，“如果給一家黑鷹戰(zhàn)機施以相同的載荷，它需要在半程時停下來休息。就在黑鷹戰(zhàn)機重新加滿燃油的過程中，V-280早已到達目的地了。

V-280預計將于2017年9月首飛，成為Sikorsky/ Boeing SB-1（時速約462 km/h）飛機強有力的競爭對手。

通用高性能車型計劃選裝碳纖維輪轂

通用計劃與澳大利亞Carbon Revolution公司合作，為旗下高性能車型提供碳纖維輪轂作為選裝件，而該公司也是福特GT以及福特Mustang GT350R Shelby車型上碳纖維輪轂的供應商。福特Mustang GT350的碳纖維車輪可減少約26 kg的汽車總質(zhì)量，但每個車輪的更換成本將會超過4 000美元。

通用目前正在對碳纖維輪轂做測試，未來或?qū)⑹紫妊b配到凱迪拉克V系列高性能車型上。通用研發(fā)人員William Rodgers稱，凱迪拉克V系列車型（包括ATS-V、CTS-V等）或?qū)⑹紫瘸蔀樘祭w維輪轂的裝配對象，而通用也在考慮為雪佛蘭科邁羅及科爾維特車型裝配。“是對性能的追求驅(qū)使我們做出這項決定”，Rodgers如是說。

碳纖維輪轂在改裝市場已經(jīng)不是什么新鮮產(chǎn)品，但很少有汽車制造商為原裝車配備碳纖維輪轂。通用稱，每輛使用碳纖維輪轂的車型將減質(zhì)量約15.87 kg，盡管昂貴，但如此程度的輕量化也是其他材料無法提供的優(yōu)勢。除此之外，碳纖維輪轂使得車輪的轉(zhuǎn)動慣量更小，也使得車輛的簧下質(zhì)量更小和動態(tài)響應更佳。

通用目前正在對碳纖維輪轂進行測試，試圖找到對抗坑洼路面和磨損的辦法，以及制定修復費用標準的依據(jù)。通用希望隨著更多車輛使用碳纖維輪轂，這種材料的修復費用會逐步下降。

科尼賽克Agera的碳纖維輪轂

美公司研發(fā)成本3.3 美元/kg的瀝青基碳纖維原絲制備工藝

美國Advanced Carbon Products LLC公司（ACP ）發(fā)布消息稱研發(fā)出創(chuàng)新的中間相瀝青基碳纖維原絲連續(xù)制備工藝，將原絲的制備價格壓縮到僅有約3.3 美元/kg，并申請了專利。 ACP公司總裁市場副總裁Chris Boyer表示說，公司于2015年獲得各向同性瀝青的制備工藝專利，又因為各向同性瀝青是中間相瀝青的制備原料，進而于 2016 年年初獲得中間相瀝青的制備工藝專利。ACP內(nèi)部把上述各向同性瀝青命名為ACP10，中間相瀝青命名為ACP20 。

至于降低成本的竅門所在，Boyer表示是該工藝的充分連續(xù)性，將間斷時間盡可能壓縮。他還表示，該工藝還能進一步優(yōu)化，將成本降到3.3 美元/kg以下。當被問到以此生產(chǎn)出的碳纖維的質(zhì)量如何，Boyer表示ACP旗下各向異性瀝青的化學性能和市場上被用來生產(chǎn)碳纖維原絲的同類產(chǎn)品相近，因此他相信公司的中間相瀝青也該如此。目前，ACP正在運行的是一條中間相瀝青試驗線，公司計劃建設一條產(chǎn)能1×104t/a的生產(chǎn)線。同時，公司正在尋求商業(yè)合作伙伴，共同評估這種材料在碳纖維生產(chǎn)過程中的表現(xiàn)。

另外，ACP已經(jīng)向美國橡樹嶺國家實驗室（ORNL）發(fā)出樣品用于性能評估。Boyer表示公司可生產(chǎn)中間相瀝青質(zhì)量分數(shù)在50％～90％以上的原絲產(chǎn)品，而世界上大多是瀝青基碳纖維生產(chǎn)線傾向于使用質(zhì)量分數(shù)在80％～90％的原絲。Boyer稱公司還在同時利用瀝青產(chǎn)品研發(fā)碳/石墨泡沫材料、特種石墨產(chǎn)品等。

美國Dragonplate公司研發(fā)出輕型樺木芯預浸料碳纖維板

美國復合材料工程與制造Allred ＆amp; Associates公司旗下的Dragonplate公司宣布，已經(jīng)開發(fā)出了新的高模量碳纖維薄板。該材料采用了一種樺樹芯，適用于工業(yè)自動化、UAVs、醫(yī)療成像以及飛機內(nèi)飾等領域。此碳纖維板可承受121 ℃的溫度，并可以進行深度加工，其剛性是標準碳纖維的3 倍，與金屬和玻璃纖維相比，也可以大大減輕質(zhì)量。

采用此種材料制成的碳纖維板的比剛度是鋁或鋼的8～10 倍。將此技術應用于工業(yè)自動化的機器手，例如注塑成型或包裝設備，可以縮短時間周期和消除振動，并且可實現(xiàn)機器人小型化，所有這些都有助于成本節(jié)省。在無人機及其他空中和地面設備上的應用，可減少不必要的質(zhì)量，這意味著性能的改進，尤其是在耐久性和承載能力等方面。

ORNL與RMX科技推出等離子氧化技術碳纖維制備成本下降20％

由美國橡樹嶺國家實驗室（ORNL）和 RMX科技公司共同研發(fā)的等離子氧化技術是對碳纖維低成本制備的一次新的嘗試。在生產(chǎn)碳纖維的步驟中，氧化過程耗時最長?！皞鹘y(tǒng)工藝中，分配給氧化的時間大約在80～120 min。”O(jiān)RNL的合作創(chuàng)立者Felix Paulauskas表示說，“我們發(fā)明的這種新工藝，卻能將這一時間縮短到25～35 min?！?/p>

時間的縮短并不是等離子技術的唯一好處。與傳統(tǒng)工藝相比，等離子氧化技術的單位能耗下降了75％ ，使得制備成本下降了20％ ，但碳纖維的品質(zhì)卻得以保持甚至更優(yōu)于前者。ORNL方面稱，等離子氧化技術可以被用來生產(chǎn)各種級別的碳纖維，從較為低端的工業(yè)用碳纖維，到高端的航空級別碳纖維，無一不可。

Paulauskas于8 年前提出的等離子氧化的概念，并于RMX科技公司就此展開了科學驗證。2014 年，RMX建造了一臺1×104t的等離子氧化爐，并于次年從實驗研發(fā)轉(zhuǎn)向量產(chǎn)技術研發(fā)?！把巯挛覀冋谂c商業(yè)伙伴一起，試圖推動該技術的商業(yè)化，促進碳纖維的低成本生產(chǎn)?！盧MX科技公司總裁Rodney Grubb表示說，“通過與ORNL的合作，我們已經(jīng)成功證明，新技術節(jié)省了75％的能耗，保證了碳纖維的高品質(zhì)，同時設備占地面積縮小了一半?！迸c我們合作的一家碳纖維制造商曾說過：“等離子氧化技術不再僅僅是實驗室的模型。它已經(jīng)真正成為經(jīng)過實踐檢驗的商業(yè)技術?！?Grubb表示說，公司已經(jīng)與合作伙伴—碳纖維生產(chǎn)設備供應商Litzler（利茲勒）一道準備著，預計于2017年售出第一臺等離子氧化爐。作為RMX科技下屬子公司，4M工業(yè)氧化公司也將參與該技術的研發(fā)、認證和推廣。“等離子氧化技術的商業(yè)化推廣將加速碳纖維在汽車等多個行業(yè)的應用，只要這個行業(yè)有充分的對輕量化材料的需求。”RMX科技公司研發(fā)副總裁Truman Bonds表示說。

美國國家能源部的車輛技術辦公室對ORNL的等離子氧化技術提供了資金支持。

東麗T800S碳纖維預浸料被選作空客A380供應原材料

日本東麗公司旗下利用高強中模碳纖維T800S生產(chǎn)的預浸料產(chǎn)品通過空客公司認證，被選為空客A380的主結構原材料。目前，東麗已經(jīng)開始向空客位于德國的工廠供貨。 2010年，東麗與空客簽署了碳纖維預浸料長期供應協(xié)議。此次T800S碳纖維預浸料通過認證正是基于這份供應協(xié)議做出的決定。據(jù)稱，這也是空客公司首次采用東麗公司的Torayca碳纖維預浸料產(chǎn)品。

同時，東麗還將擴大對空客公司的高性能碳纖維供應。譬如，東麗碳纖維被用于生產(chǎn)普惠公司PW1100G-JM發(fā)動機的風扇機匣，而PW1100GJM是空客單通道機A320neo所使用的發(fā)動機。另外，高性能東麗碳纖維還被用于生產(chǎn)空客A330neo機型的一級結構部件。

自從東麗碳纖維Torayca產(chǎn)品在1970年代被選作空客A320的二級結構原材料起，東麗公司已經(jīng)為空客旗下多機型包括A320、A330、A350XWB和A380供應了高性能碳纖維產(chǎn)品。東麗仍將繼續(xù)加大研發(fā)力度，為空客公司新一代的飛機提供有力的原材料技術支持。

東麗展出用碳纖維帶提高強度的注射成型品

東麗在“2016人與車科技展”（5月25～27日于太平洋橫濱國際會展中心舉行）上，展出了將碳纖維和樹脂制成的條帶放入模具嵌入成型的“熱塑性單向條帶及注射混合成型技術”。與利用普通玻璃纖維增強樹脂的成型品相比，彎曲強度提高了1 倍，彎曲彈性模量提高了兩倍。而與整體采用碳纖維增強樹脂基復合材料（CFRP）制造相比成本更低。目前該技術尚在開發(fā)之中，還沒有關于產(chǎn)品量產(chǎn)化的具體計劃，其目標是用樹脂替換金屬部件以實現(xiàn)輕量化。

使用的碳纖維帶沿同一方向排列碳纖維，用聚酰胺（PA6）組合到一起。此次展出的樣品是用兩片厚度為0.3 mm的碳纖維帶夾著厚度為2.4 mm的PA6板（按質(zhì)量比例混入45％的玻璃纖維）制成的。彎曲強度方面，普通的注射成型品為315 MPa，而開發(fā)品（樣品）提高到了553 MPa。干燥狀態(tài)下的彎曲彈性模量從13 GPa提高到了51 GPa。對于含有水分時的彎曲彈性模量，普通注射成型品減少高達50％，而開發(fā)品減少控制在了20％。

質(zhì)量減輕50％的CFRP傳動軸

日本藤倉橡膠工業(yè)公司開發(fā)了輕量化汽車傳動軸。該傳動軸分為兩端部和中央部3 個部件，中央部使用碳纖維增強樹脂基復合材料（CFRP）制成的管件。與全鋼制成的現(xiàn)行傳動軸相比，質(zhì)量降低50％，從2 kg降至1 kg。

為實現(xiàn)輕量化，將傳動軸中央部的材料換成了CFRP。此外，為了能夠承受大扭矩的傳遞，還提高了強度。藤倉橡膠工業(yè)開發(fā)了名為“同時多層卷繞”的碳纖維預浸料卷繞方法。

CFRP制管件是通過在芯棒上卷預浸料的方法制造的。這使預浸料以3 種角度卷繞，分別是，相對于軸傾斜交叉的（±45°）角度，以及沿著軸的轉(zhuǎn)動方向卷繞的（＋90°）角度。通過這樣的卷繞方法層疊預浸料，使新型傳動軸的扭曲強度提高了20％。

新型傳動軸的兩端為鋼制部件（短軸）。因此，CFRP制管件與短軸之間要實施異種材料粘接。具體操作時，首先在短軸上切割出花鍵（細齒），壓入CFRP制管件。為了掩蓋短軸與CFRP制管件的粘接部，覆蓋鋼制外殼，并用環(huán)氧類粘合劑粘接，使強度達到了與鋼制傳動軸同等的水平。

藤倉橡膠工業(yè)表示，正與某汽車廠商推進相關研發(fā)。

俄羅斯將推出用于太空制造衛(wèi)星零部件的碳纖維3D打印機

一個俄羅斯團隊正在開發(fā)用于國際空間站（ISS）的3D打印機。設計者表示，他們的打印機將采用復合印刷材料生產(chǎn)的技術部件電池、天線和CubeSat衛(wèi)星所需的技術部件。該項目結合了斯科爾科沃基金會常駐公司Sputnix和Anisoprint，以及莫斯科理工大學的研究成果。 Sputnix公司專業(yè)從事高科技微組件的開發(fā)，并在2014年首次推出了俄羅斯私營地球遙感衛(wèi)星。Anisoprint公司則致力于生產(chǎn)高性能纖維復合材料。 該合作項目旨在克服外太空制造生產(chǎn)過程中遇到的難題，如損傷、尺寸限制以及將新材料發(fā)送至軌道等。

美國人在國際空間站已經(jīng)開發(fā)了當前正用于實驗機載的3D打印機。2014年由NASA和美國太空制造公司生產(chǎn)的3D打印機使用塑料線材，能打印原型件和備用小零件。2016年4月，NASA安裝了另一臺由美國太空制造公司生產(chǎn)的增材制造設備（AMF）3D打印機。該AMF 3D打印機也能制造工具并提供維護，并對第3方開放使用，在太空3D打印物體。

俄羅斯隊也不甘落后，計劃將這兩種材料相結合，最終將小衛(wèi)星部件組合進行打印。雖然許多3D打印機使用熔化的塑料，但是他們所使用的3D打印機結合了連續(xù)碳纖維熱塑性復合材料。該復合結構比常規(guī)的塑料韌性要強10 倍。

該項目的成功意味著允許更大的機載試驗與目前的3D打印機登上國際空間站，以及直接從軌道上打印新技術或新零件所需的能力。

陶氏再創(chuàng)碳纖維粘接技術新高度

陶氏汽車系統(tǒng)業(yè)務部碳纖維粘接解決方案的創(chuàng)新成果—BETAFORCETM復合材料結構膠注射粘接技術，已經(jīng)成功應用于寶馬集團最新推出的全新寶馬7系。

據(jù)悉，這一創(chuàng)新注射粘接技術的開發(fā)再次證明，通過調(diào)整開放時間和周期時間等參數(shù)，陶氏汽車系統(tǒng)能在不影響機械性能的條件下按照客戶的特殊生產(chǎn)要求進行定制結構膠，幫助客戶提高其裝配效率。應用注射粘接技術，碳纖維部件得以更廣泛地應用于多種材料的裝配，有效支持了汽車制造商的輕量化策略。

注射粘接技術可用于碳纖維部件與車頂側架的金屬部件粘接。碳纖維部件內(nèi)嵌于沿A柱延伸到車頂和沿D柱往下的金屬外殼，這樣可確?？蛶趥让媾鲎不騻确瓡r的穩(wěn)定性，并在保證最低質(zhì)量、提高駕駛和操控性能、降低噪聲、震動和聲振（NVH）的同時，增強車輛的扭轉(zhuǎn)剛度。

首架全碳纖維制造的鉆石450飛機首飛

日前，世界首架全碳纖維制造的鉆石DART-450飛機首飛成功，將為飛機的驗證及量產(chǎn)鋪平道路。

DART-450飛機是世界上首架全碳纖維材料制造的雙座式軍民兩用教練機。機上配備了一個側桿和兩個彈射座椅。該機可用于特技飛行，裝備了Motor Sich AI-450S渦槳發(fā)動機、5 葉的MT螺旋槳和GARMIN航電系統(tǒng)，最大起飛功率368 kW，最大續(xù)航時間8 h。在持續(xù)60 min的首飛測試中，飛機以111～370 km/h的指示空速在不同的高度上進行了飛行。預期最大實際空速可達463 km/h。

交通運輸?shù)淖兏铩祭w維超級高鐵設計

隨著科技的高速發(fā)展，交通運輸也進入了飛速變革時代，碳纖維超級高鐵設計或?qū)⑹孤迳即壍脚f金山的時間縮短至30 min，而這一設計竟然是一群聰明的大學生。

新的高速地面交通系統(tǒng)—超回路列車正在設計中，各大學通過競爭來建立最好的超回路列車艙。碳纖維超回路列車將變革交通工具，大大提高交通速度。

從洛杉磯到舊金山可能只需30 min時間。這不是科幻小說，也不是50 年后還不能實現(xiàn)的想法，而是有望成為現(xiàn)實的事情。這要歸功于ElonMusk及世界各地一些聰明的大學生。早在2013年，Musk首次提出了一個全新的高速地面交通系統(tǒng)—超回路列車的想法。它擁有管網(wǎng)，可跨越數(shù)百英里（1 mile = 1.609 3 km）。為了加速超回路列車的發(fā)展，Musk呼吁各大學通過競爭來建立最好的超回路列車艙。

對于那些想在世界上創(chuàng)新的大學生來說這是一個夢寐以求的項目。2016年1月，德克薩斯州A＆amp;M大學主辦的Design Weekend上有100多支隊伍參賽競爭進入超回路列車半決賽。Carnegie Mellon大學學生的設計“可靠并令人印象深刻”，最終進入決賽。Carnegie Mellon超回路列車由50多名工程師、設計師和商學院學生之間跨學科團隊創(chuàng)新設計，一路過關斬將，希望在競爭中取勝。

30 個不同的學生團隊(包括來自Carnegie Mellon的團隊)將于8月份在霍桑市SpaceX總部外的一英里（1 mile = 1.609 3 km）測試賽道上測試他們的車艙設計。

來自Carnegie Mellon的團隊的設計包括一個碳纖維外殼，該外殼包圍了車艙的各個組成部分。碳纖維結構體的尺寸為8×3.5×3 英尺（1 ft = 0.304 8 m）。

Carnegie Mellon大學機械工程學院研究生Siddharth Alampally說，“作為一個學生團隊，這是團隊成員第一次制造巨大的碳纖維外殼，而為碳纖維結構制造高品質(zhì)的模具是一個大的挑戰(zhàn)。這個結構非常大，需要耐心。此外，我們決定建立一個碳纖維復合材料結構，因為它的強度質(zhì)量比非常高，我們選擇樹脂灌注工藝，因為這樣我們就能夠制造高品質(zhì)的定制形狀?！?車艙的其它部件包括磁懸浮，這在美國不用于任何地方的運輸，因此把這些想法付諸實踐是另一個大的挑戰(zhàn)。

該團隊計劃在7月的最后一周完成吊艙，以便提供更多的時間來進行測試。

東麗開發(fā)省去底漆和里漆工序的汽車外板用CFRP

東麗開發(fā)出了可減少涂裝工序的汽車外板用樹脂基碳纖維復合材料（CFRP）成型技術“A-Coat”。只需用模具實施成型，即可獲得表面品質(zhì)優(yōu)異的CFRP成型品。利用該技術可省去涂裝工序中的底漆和里漆工序。設想用于車頂及發(fā)動機罩等。東麗在“2016人與車科技展”（5月25～27日于太平洋橫濱國際會展中心舉行）上展出了使用新成型技術的車頂樣品。

新成型技術采用樹脂傳遞模塑（RTM）法。具體操作時，先對碳纖維織物實施預成型，制造產(chǎn)品形狀的預成型件，然后將預成型件裝入模具，含浸環(huán)氧樹脂，然后固化。新成型技術通過改進織物、成型條件及環(huán)氧樹脂，提高了表面品質(zhì)。但東麗并未公布該技術的詳細內(nèi)容。

利用以往的RTM法加工外板用CFRP時，成型后的涂裝處理需要7 道工序，具體為：①基礎漆→②研磨→③底漆→④研磨→⑤里漆→⑥研磨→⑦精加工（透明漆），需要反復實施4 次涂裝和3 次研磨。

而利用新成型技術制造的外板用CFRP則不同，成型后的涂裝工序僅需兩道，具體為：①精加工（透明漆）→②研磨，即只需1 道涂裝和1 道研磨工序。

據(jù)東麗介紹，新技術的成本“與原來基本保持不變”。這是因為，工序數(shù)量的減少抵消了為提高表面品質(zhì)而增加的成本。

（以上碳纖復材）