碳纤维学术前沿：热塑性复材、回收技术、智能化应用 上海复材展

新材料产业作为我国战略性新兴产业，是中国创新驱动发展的重要引擎之一。“黑色黄金”碳纤维兼具高模高强、导热性、耐腐蚀、耐高温等优异性能，在航空航天、交通运输、新能源等领域应用广泛。

近年，我国碳纤维行业正在经历前所未有的挑战，随着碳纤维国产化进程加速，运行产能高速增长，但需求端却出现疲软状态，传统领域用量不及预期，新兴产业未能快速起量。在这一困境下，碳纤维行业亟需加快技术迭代、扩展创新应用，以高性能产品赢得市场。

反观学术端口，对于碳纤维及其复合材料的研究从未停止，航空航天、风电叶片等技术持续更新；机器人、新能源汽车、3D打印等领域研究热度高涨；同时，随着全球对于低碳环保的重视程度不断增加，热塑性复合材料、复合材料回收技术等文献报道众多；此外，人工智能也逐步应用到材料测试阶段。以下初步整理了部分国内外的相关报道。

Optical Engineering：用于风力涡轮机叶片应变监测的实时、可靠、高精度碳纤维增强聚合物光纤布拉格光栅传感器的设计与性能研究

Wang等设计了一种由碳纤维增强聚合物（CFRP）封装层和光纤布拉格光栅（FBG）组成的“三明治”结构CFRP-FBG传感器，用于风力涡轮机叶片的应变监测。该设计旨在保护FBG传感器，同时最大限度提高从CFRP到FBG传感器的应变传递。应变温度实验表明，CFRP-FBG传感器中心波长变化应变演化曲线的线性相关系数在0.9999以上，应变灵敏度系数的重复性误差为0.1665%，表现出较高的准确性和重复性。同时，CFRP-FBG经过了全尺寸涡轮叶片测试，11个月的监测结果表明，CFRP-FBG提供了实时、可靠和高度精确的应变测量，可以满足长期叶片应变监测的需求。（https://doi.org/10.1117/1.OE.63.3.037108）

International Journal of Hydrogen Energy：真实气体方程对压缩氢储罐快速充装过程的影响

Muhittin Bilgili等对可压缩储氢罐的快速填充条件进行了CFD模拟。使用k-ε湍流模型和不同真实气体方程进行数值模拟。数值研究了四种不同的真实气体方程和理想气体方程对温度、压力和填充时间的影响。模拟结果表明，使用不同的实际气体方程对储氢罐的温度和压力没有显著影响，对其填充时间有轻微的影响。根据Redlich-Kwong状态方程，Soave-Redlich-Kong方程的氢气填充时间增加了1.3%，Aungier-Redlich-Gong方程增加了1.5%，Peng-Robinson状态方程增加了5.85%，理想气体状态方程延长了24.2%。（https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.12.028）

Journal of Composite Materials：高刚度3D打印连续沥青碳纤维增强聚合物复合材料

Menna A Saleh等提出了一种3D打印高刚度沥青基碳纤维（CF）增强聚乳酸（PLA）复合材料的制备方法。采用熔融长丝制造技术制造了PLA和PLA涂层沥青CF交替层的样品。通过测量3D打印复合材料的拉伸杨氏模量，以表征不同等级和体积分数的沥青CF对打印复合材料行为的影响。研究表明，与纯3D打印PLA相比，体积分数为7.3%的K1392U CF增强复合材料的杨氏模量提高了850%。该数据是在CF体积分数相对较低的情况下，高于之前的任何3D打印碳基复合材料。（https://doi.org/10.1177/00219983241249526）

Composites Science and Technology：机器人辅助激光增材制造高强度/低孔隙率连续纤维增强热塑性复合材料

Zhen等提出了一种机器人辅助激光增材制造（RLAM）技术，利用激光束将灯丝加热到半熔融状态，然后用辊子压实逐层粘合，制造出结构致密的部件。由于连续碳纤维的有效浸渍，使用LRAM工艺的印刷CFRTPCs表现出相对较低的孔隙率和优异的机械性能。具体而言，弯曲强度、弯曲模量和层间剪切强度分别达到584 MPa、43.7 GPa和28.0 MPa。所得试样孔隙率为0.19%，接近高压釜工艺达到的水平。此外，研究发现，偏航轴的动态偏移可以用来校正由拉挤力引起的实际成形路径偏差，从而使牵引辊下的位置可控，提高零件的精度。这种新方法结合了工业机器人和基于激光/辊的连续纤维增材制造工艺的优势，实现高性能增材制造大型复杂CFRTPCs。（https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2023.110397）

汽车工程：热塑性碳纤维/尼龙6复合材料界面优化及零件快速成型工艺研究

Gao等以热塑性碳纤维/尼龙6复合材料为研究对象，针对商品化碳纤维/尼龙6界面相容性差的问题，创新设计了一种新型的可溶性共聚酰胺上浆剂，将碳纤维/尼龙6的界面强度提升74.2%，显著提升了碳纤维/尼龙6的综合性能。同时，优化预浸料制备和连续模压成型的工艺参数，将碳纤维顶盖横梁的模压生产效率提升至3.4 min/件，满足汽车行业大批量产节拍要求。碳纤维/尼龙6顶盖横梁具有极高的弯曲强度和模量，与钢制件相比轻量率达68.8%。（https://doi.org/10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.03.019）

IEEE Transactions on Industry Applications：电动飞机双转子轴向磁通电机中碳纤维转子的设计

Dorsa Talebi等对250 kW双转子轴向磁通电动机的电磁和结构设计空间进行了研究，结构设计采用轻质高强的碳纤维增强聚合物（CFRP）。团队共提出了三种独立的结构配置，为日益复杂的转子实现相关的性能标准，并对这些CFRP配置的质量进行了比较。通过利用CFRP的各向异性并适当分布CFRP质量，最终其结构质量相对于实心圆盘减少了59%。由碳纤维设计的帕累托前沿与铝和钛结构进行比较，以突出质量减轻的好处。最佳CFRP结构的质量约是最佳铝或钛设计的一半。（https://doi.org/10.1109/TIA.2024.3425802）

Sustainable Materials and Technologies：实现热固性聚合物复合材料的零浪费化学循环：催化剂辅助温和溶剂解，用于清洁碳纤维释放和循环涂层开发

Eleonora Manarin等实现了在温和条件下采用催化溶剂解工艺对酸酐固化的环氧树脂及其碳纤维增强复合材料进行化学循环。测试结果表明，回收的碳纤维依然保持高表面纯度和原始机械强度；由有机回收物制得的涂层具有高耐化学性、高表面划痕硬度、良好的基材附着力以及优异的光学清晰度。（https://doi.org/10.1016/j.susmat.2024.e01031）

Journal of Thermoplastic Composite Materials：回收使用后的碳纤维热固性复合材料作为PP复合材料多功能填料的可行策略

Larissa Stieven Montagna等研究了CF/环氧复合材料机械回收用于高端应用的可行性（如非结构性内部组件、抗静电包装或电子外壳）。CF/环氧树脂残留物（CFRPRres）从航空航天工业收集，经过筛选和研磨，再进行粒度分离。将CFRPRres颗粒作为填料或局部增强剂掺入聚丙烯（PP）基质中以获得新型热塑性复合材料，然后进行热压成型得到标准化试样。试验结果表明：添加了30wt% CFRPRres的复合材料，其电导率提高了七个数量级并表现出半导体行为，弹性模量提升168%。（https://doi.org/10.1177/08927057231176425）

Composites Part C: Open Access：提高增材制造精度：无缺陷连续碳纤维增强聚合物的智能检测和优化

Md Hasib Zubayer等开发了一种人工智能深度机器学习图像处理技术，用于在增材制造的连续碳纤维增强聚合物（cCFRP）试样中进行实时缺陷检测。利用最先进的单级对象检测算法，研究打印参数与缺陷发生之间的关系，特别是错位误差。通过将检测到的缺陷与参数优化相关联，显著提高了cCFRP试样的质量。此外，通过微调喷嘴温度调节，在检测错位方面准确率高达94%。