【碳企研究】详细盘点近几年日本三菱化学公司碳纤维及其复合材料动态
摘 要
日本三菱化学控股集团是目前全球少数的即拥有PAN基碳纤维和又拥有沥青基碳纤维的生产企业之一，三菱在碳纤维产品生产链中涵盖了原料到最终产品。
本公众号在前期文章中分别针对三菱化学公司的Dialead系列沥青基碳纤维、三菱人造丝Pyrofil™系列以及三菱化学美国全资子公司-Grafil公司Grafil™系列PAN基碳纤维的特性进行了介绍，详见《盘点日本三菱化学高性能沥青基碳纤维》、《一文了解日本三菱人造丝公司PAN基碳纤维》。
本期文章主要介绍了最近几年三菱化学在碳纤维及其复合材料领域的动态和进展，尤其是在去年三菱化学开发出直径高达10μm的PAN基工业级碳纤维，适合树脂传递模塑、拉挤成型等工艺；而且纤维粗直径可防止弯曲，使模制品具有更好压缩特性。
1
开发用于汽车结构的SMC成型技术
2
加强碳业务的海外扩张
2018年9月，三菱化学公司准备推进将其与碳有关的业务扩展到海外的计划。该公司的工作表明，其在香川县坂出工厂的焦炉生产中产生的焦油副产品，然后通过软沥青将焦油转化为针状焦和沥青基碳纤维，并通过副油将其转化为炭黑和合成橡胶。现在，这家化学公司的目标是增加这种碳产品的产量。
对于针状焦而言，三菱化学拥有着70,000吨的生产能力，并且中国对电炉石墨电极应用的兴趣很高。这种石墨电极的价格在2017年1月为每吨2,000美元左右，但此后已上涨至目前的每吨10,000美元左右。随着针状焦炭价格的上涨，三菱化学在其碳业务领域也实现了可观的收入增长。
三菱化学坂出工厂的焦炉设施年总产量为350万吨，是日本规模最大的此类工厂之一。由此产生的产品将用于供应主要的国内钢铁厂（尤其是在日本西部）以及出口。
除了在电炉的石墨电极中的应用外，针状焦还可以用于锂离子二次电池（LiBs）的负极材料中，并满足了这一需求。因此，三菱化学也旨在扩大其在阳极材料应用领域的业务。
3
开发出汽车外饰部件用新型碳纤维预浸料
4
在意大利建立碳纤维SMC生产设施
2019年7月，三菱化学公司计划在欧洲全面推广碳纤维片状模塑料（SMC），这些化合物将用作碳纤维复合材料生产中的中间材料。
鉴于欧洲对这些复合材料的需求将不断增长，尤其是在豪华和超豪华汽车中，三菱化学计划将SMC试点工厂从德国迁至意大利，并将该工厂的生产能力提高六倍，使其达到大规模生产规模，扩建后的工厂计划于2020年9月开始运营。
新基地启动后，计划将加强与子公司三菱化学先进材料公司（MCAM）的合作，以加快向轻量化需求不断增长的汽车领域推广。总体而言，新项目的年产能将达到6,000吨，需要投资20亿至30亿日元（1,844万美元至2,766万美元）。
新工厂将位于CPC Srl的摩德纳总部附近，该公司由三菱化学持有44％的股份。一旦启动并运行，该基地将作为MCAM意大利分部的Modena工厂运作。随着摩德纳成为意大利汽车工业的枢纽，MCAM期望在这里建立基地将使其更容易在更广阔的欧洲汽车领域中扩大其占有率。
SMC是片状材料，其中碳纤维被切成大约1英寸的长度，并分散在整个树脂中。三菱化学目前在日本每年生产3,000吨SMC，然后将其用于汽车门内板、汽车后门等结构部件中。
在更广泛的努力下，三菱化学利用CPC进入了欧洲交通领域，重点是碳纤维增强塑料（CFRP）结构材料。该公司正在通过旨在使多个潜在客户评估其材料的开发工作向前迈进。
5
开发出高耐热、低粘度新型环氧树脂
2019年8月，三菱化学公司开发出一种新型环氧树脂，该环氧树脂兼具高耐热性和低粘度。传统的生产方法不允许这些特征共存，使它们处于折衷状态。但是，通过一种新的生产方法，三菱化学已经能够开发出具有这两种特性的新型环氧树脂。
作为该领域的主要参与者，三菱化学提供广泛的环氧树脂。该公司特别引人注目的是YX4000系列，该系列粘度低至0.2泊，是半导体密封剂的事实上的标准。
近年来，工业界已看到朝着使装置和布线小型化的持续趋势。这就产生了模制底部填充（MUF）材料的问题，该材料需要在凸块之间插入密封剂。随着凸块之间的距离现在减小到只有几十微米，使用低粘度的环氧树脂变得至关重要。
同时，随着汽车行业向电气化的发展，汽车领域对环氧树脂的需求不断增长，导致对现有消费者使用产品无法提供的耐热水平的需求不断增长。特别是，发动机周围的材料需要能够承受大约100-150摄氏度的温度。然而，对于常规的生产方法，提高耐热性涉及增加交联点的数量。并且由此带来粘度增加的副作用，不可能将高耐热性与低粘度相结合。
三菱化学的新型环氧树脂具有很高的耐热性（玻璃化转变温度为200摄氏度），同时还以0.2泊的低粘度与YX4000系列相匹配。其结果是消除了高耐热性和低粘度之间的折衷。
除了在电子领域的应用（包括半导体密封剂、层压材料和注塑材料）之外，这种新型环氧树脂还将推出以用于复合材料、结构粘合剂和其他广泛应用。
6
开发出直径10μm的PAN基碳纤维
2019年10月，三菱化学公司开发出一种PAN基碳纤维，这种纤维的单根纤维直径最大。通用碳纤维的直径为每根纤维5–7微米，而新产品将其直径提高到10微米，这标志着纤维直径的显着增加。
这种新的碳纤维材料的临时名称为34-550。由于材料中所含的每根纤维都较粗，因此非常适合树脂传递模塑、拉挤成型和其他此类模塑方法，其中在模塑过程中使用基体树脂进行浸渍，以使树脂能够完全浸渍纤维的缝隙帮助减少劳动力。该材料也非常适合使用高粘度热塑性树脂的连续纤维增强中间材料。
三菱化学的新材料具有240GPa的拉伸模量和4,200MPa的拉伸强度，是通用级碳纤维。同时，值得注意的是其纤维直径将有助于防止弯曲，从而使模制品具有更好的压缩特性。纤维的横截面相对平坦，在碳化或石墨化时，可使热量更好地渗透到纤维的中心。
三菱化学计划以12K和24K两种版本出售这种新材料。该公司已经确认可以在美国使用设备生产该材料。未来的计划是通过突出其在复合材料中的良好可模塑性来加强对该产品的需求，其中特别重点将放在汽车零件和风电叶片上。
7
与荷兰公司合作开发3D打印机树脂
2019年10月，日本三菱化学公司宣布与荷兰3D打印机制造商Atum3D合作开发出新型UV树脂Diabeam。
耐热性和耐冲击性相结合通常对UV树脂的开发提出挑战。然而，Diabeam不仅解决了这个问题，而且还提供了出色的耐刮擦性。三菱化学的目的是利用其在复杂设计中的适用性，来销售用于汽车内饰等材料。
Atum3D在数字光处理（DLP）3D打印机领域拥有制造技术和专有技术，该技术使用紫外线来硬化和模制可光固化的液态树脂。该公司的专业知识还扩展到3D打印机软件。此外，Atum3D的打印机不会将用户束缚在任何特定的材料上，从而使客户能够使用他们选择的树脂。
虽然3D打印已在开发和原型生产中使用了一段时间，但现在正越来越多地以商业规模应用于大规模生产中。例如，欧洲汽车制造商已经在为汽车配备3D打印部件。
在此背景下，三菱化学去年收购了荷兰长丝公司BV（现在称为MCPP荷兰BV），从而成为3D打印树脂长丝的领先供应商，从而进入了3D打印市场。三菱化学目前正在推进在美国这个世界最大市场上生产树脂长丝的计划。
8
建立热塑性弹性体全球营销基地
随着三菱化学公司将汽车内饰面和医疗领域定位为其热塑性弹性体（TPE）业务的战略领域，2020年3月，日本三菱化学公司准备将其各种产品线推向全球。
计划于2020财年在印度开始生产用于汽车安全气囊的热塑性烯烃（TPO），这些材料标志着三菱化学的全球领导地位，印度鉴于该国强制性要求必须安装安全气囊，因此将印度作为该公司的战略要地。
此外，随着使用树脂表皮提高仪表板的触觉质量的全球趋势，三菱化学通过多种产品来满足客户需求，包括用于搪塑的聚氯乙烯（PVC）粉末、热塑性硫化橡胶（TPV） 、用于真空成型和热塑性苯乙烯（TPS），从而提供吸引人的美学效果。去年，该公司特别涉及三菱化学用于搪塑的PVC粉末，并在中国的新工厂开始生产。
在医学领域，三菱化学在今年1月收购了美国AdvanSource Biomaterials Corp.（ASB）的热塑性聚氨酯（TPU）弹性体业务。由于TPU弹性体具有出色的生物相容性、抗菌性能和柔韧性，ASB一直依靠这些品质来提高公司在心血管导管和其他用于人体插入的设备中的市场份额。
三菱化学现在的目标是抓住美国当前对医疗设备的需求，同时也利用ASB的客户网络扩大其在亚洲和欧洲等世界其他地区的销售。
尾注：本公众号为国家工程实验室、省级工程实验室等平台支持微信号，感谢关注与支持。