不斷發展的加工碳纖維并將其轉化為零部件的新技術，正在將創意轉化為創新。
沒有一種單一的解決方案可以增加CFRP的使用。碳纖維價格太高、大量應用的適用性不足、大批量/高速生產仍有難度、難以回收利用，以及改變OEM的思維模式以接受碳纖維增強塑料及其相關的生產要求等等，這些都是挑戰。然而，復合材料公司正在著手解決這些問題，行業的進步是快節奏的。以下是一些可能影響整個碳纖維增強塑料供應鏈的新的解決方案。
碳纖維的氧化
碳纖維的生產可以簡單概括為三個階段：氧化、碳化和表面處理。氧化，也稱為穩定化，使聚合物鏈交聯，使得纖維的微觀結構和形狀在碳化階段期間得以保留。這是一個關鍵步驟，因為它需要最多的時間、精力和費用。美國的4M碳纖維公司正在將世界上第一臺用于碳纖維絲束生產氧化階段的等離子氧化爐商業化。預期的結果是更高的產量、更短的生產計劃和更高的能源效率。
據該公司介紹，這種新氧化技術的時間不到傳統氧化方法的一半。4M正與全球工藝設備制造商C.A. Litzler合作開發其等離子氧化爐。根據4M的數據，這種熱爐將會更小，耗能更少，但是會比傳統的氧化爐產生更大的吞吐量。由4M的附屬RMX技術公司開發的等離子體化學，產生了一種利用電流體動力學加速氧化穩定過程的高反應性過程。
4M的首席執行官Rob Klawonn解釋了傳統氧化和等離子氧化的區別。“長絲暴露在熱空氣中以化學方式改變纖維。但氧分子是相當穩定的，并且沒有機會與前體反應。”他說，“引入等離子體有助于激發烤箱內部的氣氛，使其比傳統的暖空氣更有活性，從而在更短的時間內發生更多的氧化。”不僅縮短了氧化時間，而且減少了再循環供氣的需要，進一步節約了能源。
雖然4M不會透露太多關于其專有等離子體氧化工藝的細節，但Klawonn表示該工藝可以更快地轉換前體材料，從而顯著減少纖維的處理成本，并且能夠在與傳統碳纖維生產方法相同的操作范圍內生產三倍的產品。他補充說，可以使用等離子氧化技術加工各種前驅體。
此外，該工藝可以生產比傳統方法直徑加大50%的長絲。Klawonn說，“與玻璃纖維相比，壓縮強度往往是碳纖維的弱點。”他指出，“結果是碳纖維絲束具有高壓縮性能和抗彎曲性。通過瞄準直徑加大的碳絲，這一弱點可以得到緩解，同時通過更高的產量降低固定成本。”
4M預計其第一個產品線將于2019年底上市，完全商業化生產定于2021年。“這一工藝主要針對大批量生產，我們正在解決滿足市場需求的重大障礙。”Klawonn指出。
新型預成型工藝
Fibrtec與杜邦公司合作開發了一種用絲束更快地制造織物的方法，這將有助于實現大批量CFRP部件的生產。
美國先進復合材料制造創新研究所（IACMI）牽頭的一所機構開發了一種新的碳纖維布制造工藝，該工藝與傳統編織材料相比，改善了織物的成形性。該項目的第一階段有望使碳纖維復合材料的生產更容易、更安全。
該工藝由杜邦公司Fibrtec公司和普渡大學共同參與，目標是通過采用相對便宜的碳纖維/聚合物絲束預浸料和近凈成形工藝（如自動纖維鋪放），降低碳纖維增強聚合物基復合材料的制造成本。對于需要復雜形狀部件的行業來說，如汽車和其他大批量行業，這將是一個引人關注的項目。
這種新工藝突破的關鍵是采用Fibrtec公司開發的一種柔性涂覆絲束——FibrflexTM，這種涂覆的絲束材料是部分浸漬樹脂的碳纖維/聚酰胺復合材料絲束，即碳纖維未被聚酰胺完全潤濕，從而獲得比完全浸漬聚酰胺更加柔軟的絲束材料；同時采用杜邦公司的快速織物成型（RFF）技術和杜邦專有的聚酰胺樹脂，RFF工藝能夠實現超快速生產不同方向絲束的織物，在加工過程中無需提拉絲束；所有這些都得到了普渡大學在建模和表征方面的支持，相關實驗、建模和仿真結果表明，這種新的成型工藝和材料技術的組合是生產較低成本連續纖維增強聚合物熱塑性材料的一種潛在方法。與傳統方法相比，該項目開發的新技術預計可減少30%的碳纖維材料浪費。
目前主流的連續纖維增強聚合物熱塑性材料成型工藝有兩種，但由于存在明顯的缺陷，限制了其在汽車和航空航天工業中的大批量使用。一種方法是采用干燥的碳纖維絲束編織成織物，用熱塑性樹脂薄膜將織物分層，然后加熱并壓制成復合材料。這種方法速度慢，并且碳纖維在編織過程中易斷裂產生導電短纖維束，因此必須保證編織機和相關設備實現電隔離。第二種主流工藝是用熱塑性樹脂浸漬并壓平碳纖維絲束，以制造低空隙、完全固化的復合帶，然后將其編織或放置并定位以形成織物，再迅速固化成最終的復合材料零件。這種方法的主要問題是單向復合材料帶的處理，這種材料的剛性和脆性使其在室溫下彎曲到緊半徑時會出現斷裂，導致由帶材到織物的制造過程緩慢、成本高。
這種涂布的絲束材料是一種部分浸漬的碳纖維/聚酰胺復合材料絲束，由于碳纖維沒有完全被聚酰胺潤濕，因而獲得了一種比完全浸漬的材料更靈活的絲束材料。“Fibrflex預成型材料在高溫和高壓下迅速固結成無空隙的復合材料。”Fibrtec首席執行官戴維斯說。“使用12K碳纖維，這種5毫米寬0.3毫米厚的帶很容易操作和覆蓋，再可以通過RFF生產近凈形狀的部件。”
該工藝消除了機織織物的另一個潛在問題：編織干纖維絲束經常導致纖維斷裂，將短的導電碳纖維束釋放到環境中。由于這個問題，織機和設備必須是電隔離的。Fibrflex產品使用熱塑性護套完全包裹纖維，防止了纖維斷裂。
杜邦公司的RFF生產工藝利用機器人牽引裝置快速生產不同方向的織物，消除了在加工過程中提起牽引的需要。普渡大學進行的實驗、建模和模擬表明，這種材料和工藝的結合具有生產成本更低的連續FRP材料的潛力，這種材料的熱塑性基體在成型過程中非常符合要求。
自動轉換流程
Seriforge使用將單向碳纖維轉換為先進復合材料預制件的自動化工藝制造了這種熱塑性模塑行李箱。
許多行業仍然手工切割、堆疊和組裝碳纖維層，使它們容易出現排列不齊、褶皺、缺失和纖維卷曲。初創公司Seriforge正在將單向碳纖維轉換為可批量生產的先進復合材料預制件的過程實現自動化，這是大批量汽車行業和其他行業的夢想。
Seriforge公司使用CAD技術根據客戶的要求設計出一種復合層壓材料，然后使用專有軟件完全自動化干燥的碳纖維層的切割、堆疊、組裝和縫合，從而形成一個3D預成型材料，可以插入到注射工具中。其結果是高產量的生產能力——根據零件的復雜程度，每月10,000到20,000個凈形狀預制件。
自動化這個過程可以簡化將來的部分修訂將設計更改輸入到零件的CAD文件后，下游流程也會隨之更新。“我們的CAD系統和生產設備從頭到尾都是集成的。”Seriforge業務開發副總裁Marco Zvanik說，“在設計起點進行的更改會自動改變整個過程。”自動化生產還可以記錄制造過程，創建歷史分析記錄。
Seriforge為單向和編織連續碳纖維預制件提供了Z軸加強。對于要求高纖維與樹脂比并且設計用于最大性能的部件，Seriforge使用連續纖維絲束縫合堆疊，纖維束沒有張力，沒有鏈條或鎖針，這可能導致單向纖維的X和Y層的變形，從而降低了成品層壓板的性能。
Z型縫合只在需要的地方使用，例如有明顯的負載模式的區域或部分有分層風險的切口。Zvanik說:“我們同樣的設計軟件根據零件的加載要求和加載路徑，為其開發層壓板時間表。”
Zvanik說，與手工鋪層或其他標準預制方法相比，最終形成的近凈形狀預制件成本中性或更低。Seriforge目前的客戶主要集中在石油、天然氣和娛樂市場，但公司也有幾個汽車項目正在進行中。該公司在2017年搬進了新的生產廠，第一條生產線于2018年6月投入生產。Seriforge公司目前正在建造第二條生產線，并計劃在今年年底增加第三條。（文章來源于網絡）
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