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中国碳纤维材料研究取得高度进展对国民经济和国防意义重大

时间:2020-02-01 12:27 作者: 万博体育投注

  近年来,中国在碳纤维材料领域的研究已经取得了高度进展,完全能够满足先进武器的需要。所谓碳纤维,也就是含碳量达到98%以上的高性能纤维。

  碳纤维在先进武器制造领域几乎无处不在,比如歼-20战机的飞行员头盔就是使用高性能碳纤维材料制成的,还有导弹和卫星研发。

  目前,世界上在碳纤维领域有一定进展的国家只有美国,中国,日本和德国等。碳纤维材料之所以如此难以研制,是因为它的制造工艺非常复杂,涉及的领域广泛,比如化工、纺织,材料和精密仪器等,只有一个国家在这些领域的综合实力都很强,才能在高性能碳纤维领域有所突破。

  现如今,中国已经在碳纤维领域掌握了自主权,可以自主研发高性能碳纤维材料,已经具备了千吨级中模碳纤维的产业化能力。

  中国生产的T700与T800级碳纤维产品已经广泛应用于航空航天和精密制造领域,目前正在进行的T1000和T1100高性能碳纤维项目攻关,一旦成功将让中国的碳纤维产品登上世界之巅。

  据了解,俄罗斯和中国在碳纤维领域本就合作频繁。俄罗斯此前就向中国引进过一款名为HF30S-3K的碳纤维产品,用来生产客机MS-21上的材料。

  据公开资料显示,碳纤维质量比铝轻,强度却高于钢铁,耐腐蚀、耐高温、耐疲劳,耐冲击性能好,热膨胀系数小,拥有良好的导电导热性能及电磁屏蔽性,对保障国防安全等方面具有重要意义。

  碳纤维作为国家战略性新材料,在航天航空、导弹火箭武器、坦克装甲材料等领域拥有广泛的应用,高性能碳纤维更是国产新一代固体洲际弹道导弹和中远程弹道导弹的核心壳体材料。

  但是,不是所有的碳纤维都能用于军用,一般来说,只有小丝束碳纤维才能用于国防领域。所谓丝束,是指碳纤维生产线跟纺线一样,每束织成的碳纤维丝是将数千至数万根这样的碳原子丝以绞线或麻绳的方式排列而成,碳纤维以K表示每束有多少根碳原丝:1K即1个丝束含1000根碳原子丝,3K为3000根,12K为12000根,依此类推。一般讲,24K以下的为小丝束,24K以上的为大丝束。

  碳纤维丝束一般不能直接使用,而是树脂液体浸润后制成碳纤维树脂复合材料,再用缠绕机将单根丝束缠绕到模具上,再经过固化,脱模才能最终形成产品使用。由于树脂很难对大丝束碳纤维内部浸润透彻,造成单丝间容易产生孔隙等缺陷 ,从而使复合材料强度、刚度受影响,性能降低,材料一致性较差 ,不能满足飞机,导弹,卫星等材料苛刻的要求

  据国内公开资料披露,早期欧洲国家认为大丝束碳纤维甚至无法用到航空航天工业上来, 因其“不能满足最低的性能要求”。

  在2004年前世界各国军用飞机结构用碳纤维,基本上只用3K的小丝束产品。随着技术的进步,24K以下的小丝束产品才在民用航空市场得到一定的初步应用。而小丝束碳纤维一直是日本东丽、东邦和三菱三家占据国际市场绝大部分份额,并对我国以极高的价格销售。

  更高档的高模M系列小丝束碳纤维主要用于敏感的航天领域,美日等国一直严格禁止向我方出口产品和技术。

  高档次用于航空航天使用微波的高温石墨化技术,能迅速在低档次碳纤维基础上生产出大丝束中高模量的碳纤维,可用于航空部门,并且其流程能耗可减少70%,价格比同品级碳纤维低30%,且产品优良率高达90%。

  我国正在努力攻关,一旦技术成熟用在2000吨大丝束碳纤维项目上,将有可能部分替代价格昂贵的航空用小丝束产品。据公开资料报道,石墨化大丝束碳纤维具有优异的刚度(模量),48K产品的拉伸模量为295Gpa,已达到T800到T100碳纤维的模量水平。而普通的小丝束产品经微波石墨化后,能大批量的生产宇航级别的M40系列高模碳纤维产品,也就是说,以后我国军用航空碳纤维的价格很可能降低到民用航空碳纤维的水平,而宇航级碳纤维的价格很可能降低到军用航空碳纤维的水平。

  目前,中国已经在碳纤维领域掌握了自主权,可以自主研发高性能碳纤维材料,已经具备了千吨级中模碳纤维的产业化能力。

  中国生产的T700与T800级碳纤维产品已经广泛应用于航空航天和精密制造领域,目前正在进行的T1000和T1100高性能碳纤维项目攻关,一旦成功将让中国的碳纤维产品登上世界之巅。


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