作为21世纪的先锋材料，碳纤维凭借其轻量、高强度、耐腐蚀等优点，被广泛应用于航空航天、汽车制造、体育器材等领域，成为引领科技发展的重要材料之一。近日，碳纤维低成本制造获得新突破！ITA学生研发成本更低、效益更高的碳纤维制造新方法

碳纤维材料科技进步背后的新希望

碳纤维材料的密度仅为钢的五分之一至四分之一，承载能力却是钢的数倍；同时，碳纤维材料耐高温、抗氧化性能优越，常用于航空航天以及轻量化车辆制造领域。而这些优势，得益于其独特的化学结构。据悉，这种名为“polymethyl acrylate”（聚丙烯腈）的底物通过高温进行处理形成碳纤维，其结构强度极高，相比传统钢铁材料具有明显优势。

自20世纪初至今，碳纤维材料已广泛应用于各个行业，如建筑、交通运输、军事、能源等多个领域。

然而，碳纤维材料的制造成本较高，这成为了制约其大规模推广的主要瓶颈。但幸运的是，随着等离子体氧化、微波辅助碳化等先进工艺的蓬勃发展，以及合成方法和提纯技艺的创新突破，这种局面有望得到改观。有数据显示，近年研发的新技术使得批量生产碳纤维的成本不断下降，并且，科学家们正在积极寻找更环保有效的制备途径，以便更好地满足日益增长的市场需求。

ITA学生的创新研发

据报道，亚琛工业大学纺织技术研究所（ITA）在2023年迎来两位获奖者:

1、在硕士论文中，ITA的硕士研究生Flavio Andre Marter Diniz开发出了比普通碳纤维薄两到三倍的聚乙烯基碳纤维，并展示了使用聚乙烯基前驱体如何在未来将碳纤维的价格降低50%。

他的硕士论文"Investigation of the stabilisation and carbonisationprocess for the production of ultra-thin polyeth-ylene-based carbon fibres”(生产超薄聚乙烯基碳纤维的稳定化和碳化工艺研究)获得了德国纺织机械工程最佳双文凭/硕士论文奖，奖金为3500欧元。

2、在学士学位论文中，ITA的学士毕业生Annika Datko展示了如何利用近红外(NIR）传感器技术按纤维成分对废旧纺织品进行分拣，在实验室规模上，平均误差仅为4%。根据纤维成分进行分拣，然后进行纤维到纤维的回收利用，是利用(废旧)纺织纤维生产用于新产品的新纤维的最可持续的方法。

她的研究成果“Experimental analysis of the sortability of used textiles containing polyester using near-infrared spectroscopy on a laboratory and industrial scale”(利用近红外光谱在实验室和工业规模上对含聚酯的废旧纺织品的可分拣性进行实验分析）获得了德国纺织机械协会颁发的3000欧元的最佳学士学位论文奖。

成本效益更高的碳纤维新制造方法

碳纤维因其优异的性能，经常被用于风力涡轮机和压力容器等高增长领域。遗憾的是，由于制造成本高昂，它们的价格非常昂贵，而且供应量不足。

在硕士论文中，Flavio André Marter Diniz利用聚乙烯原丝开发一种新的、具有成本效益的高质量超薄碳纤维制造工艺。

Marter-Diniz生产了新型超薄聚乙烯基碳纤维，纤维直径<3μm，纤维表面质量优异，没有检测出结构缺陷。纤维直径比传统的PAN基碳纤维小2-3倍。这为机械高质量的材料性能提供了基础。同时，Marter-Diniz能够将磺化时间减少25%。所开发的材料和技术在降低碳纤维成本的道路上树立了重要的里程碑。使用基于PE的原丝，与传统的PAN基的CF相比，CF的价格可以降低50%。

废旧纺织品纤维再循环的新方法

废l旧纺织品纤维再循环的新方法可彻底改变纺织品再循环的现状。

目前，废旧纺织品的分类几乎完全依靠人工。对于目前最具可持续性的纺织品循环利用方式--纤维到纤维的循环利用来说，按照纤维成分对纺织品进行分类非常重要。这无法可靠地通过人工，即手感来完成，尤其是混纺纤维。Annika Datko采用近红外技术对废旧纺织品进行分类是一种新方法。近红外传感器技术已经成为回收塑料垃圾的最先进技术，但在纺织品分拣方面仍处于起步阶段。

具体工作原理用近红外光照射纺织品样品。根据反射光的波长和检测器捕捉到的光波长，就会产生一种特定材料的光谱，这种光谱就像指纹一样。Annika Datko在其学士学位论文中比较了不同纤维成分纺织品的光谱或指纹。她证明了使用近红外光谱可以区分不同的纤维成分，而且在实验室范围内平均误差非常小，仅为4%。

"这种方法为可持续地处理堆积如山的废旧纺织品指明了方向， "ITA主任Thomas Gries博士说。"我们的两名学生获得了享有盛誉的沃尔特-莱纳斯奖，对此我们深感自豪。每一个奖项都彰显了我们的教育质量。祝贺今年的两位获奖者! "

VDMA纺织机械协会通过Walter Reiners 基金会积极支持年轻工程师。德国纺织机械制造商基金会每年都会颁发学士、文凭和硕士赞助奖和可持续发展奖。为节约资源的产品和技术开发解决方案的学术成果有资格获得可持续发展奖。

碳纤维材料的发展趋势

随着科技不断进步，碳纤维材料的应用前景更加广阔。目前，研究人员正在努力改善碳纤维的制备工艺，以降低生产成本，并提高材料的性能。另外，材料结构设计的创新也是未来的发展方向，通过设计层次结构的碳纤维材料，可以实现更加复杂的性能要求，并推动材料应用的广度和深度。

此外，研究人员还在探索其他材料与碳纤维的复合应用，以进一步提高材料的性能和功能。随着碳纤维材料技术的不断突破，我们相信未来将会看到更多惊喜和突破。

碳纤维材料的兴起和应用无疑是科技发展的一大突破，其独特的特性和优势为各个行业带来了巨大的改变和发展机遇。然而，碳纤维材料仍然面临着制备工艺复杂、成本高昂等问题。我们期待未来科技的进步，让碳纤维材料更好地服务于人类社会，为我们的生活带来更多便利和发展。来源：贤集网（碳纤维研习社，空天碳纤复材，行歌信息、荣格）