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                國產新型碳纖維打破日本壟斷 日本專家說了這四個字
                發布人:裕豐碳纖維 發布時間:2018-09-28 14:13 閱讀量:

                  日前,我科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所(簡稱蘇州納米所)正式與歐洲空客工程技術中心簽署合作協議,并宣布成立“航空納米材料聯合實驗室”。雙方將以市場化為方向,加快納米材料在大飛機上的應用,這也是空客在納米領域首次與我國方面簽署的戰略合作。本文根據國內外公開資料,分析其技術背景。碳納米管材料是繼碳纖維,芳綸纖維,超高分子量聚乙烯纖維材料之后,近20年來工程技術人員又一寄以厚望的新一代高性能人工材料。理論計算及實驗結果表明, 碳納米管具有極為優異的力學、電學及熱學等性能。從理論上講,其拉伸強度可高達100GPa,超過目前日本東麗公司T1000級碳纖維拉伸強度的10倍以上,是鋼的100倍,而密度只有鋼的六分之一,讓日方高度關注,專家總結了一句話:“史無前例”,作為世界碳纖維第一大國,日本東麗公司壟斷了高強度碳纖維的70%世界市場,這是第一種超過T1000級碳纖維的新型碳納米管材料技術。

                碳纖維制品——碳纖維氈

                碳纖維制品——碳纖維氈

                 

                  8月29日,俄羅斯國防部發表聲明確認,俄羅斯將在2018年底前向中國交付首批最后10架蘇-35戰斗機。此外,9月3日俄羅斯烏法發動機制造聯合企業在參加“年度航空制造”比賽時表示,蘇-30SM戰斗機在進行現代化升級時將裝備目前蘇-35S戰斗機所用的渦輪風扇發動機。不過在國內,這兩條關于蘇-35的消息并沒有引起什么關注,這也反映出了中國很多軍迷對蘇-35的“不待見”。由于這種“不待見”,關于蘇-35戰斗機的實際性能、其在我軍中的地位和未來中俄就蘇-35進行深入合作的可能性,已經成為了一個個謎團。那么本期《出鞘》我們就來談談關于蘇-35戰斗機的這些“迷”。

                新型材料碳纖維——碳纖維汽車

                新型材料碳纖維——碳纖維汽車

                  由于具有優良的導電性,其電流強度比銅高出300倍以上,碳納米管是目前唯一有可能取代硅,并成為下一代微電子產業的基礎材料。在散熱性能方面, 碳納米管比目前室溫下最好的金剛石散熱片,導熱性能要高出3倍以上。由于碳在地球上廣泛存在于大氣、地殼和生物之中,其原料易得,因此高性能碳納米材料的制備與應用成為近20多年來國際科學界最熱點的前沿研究之一。蘇州納米所于2009年7月成立后,在碳納米管新材料研究及應用上取得了一系列重大成果而引起世人關注。在新一代戰斗機和大型運輸機上,以碳纖維復合材料取代金屬、玻璃纖維來減輕重量是目前普遍的發展趨勢,但在實際使用過程中卻發現,碳纖維也有自身局限性,比如韌性較低,而飛機的機翼等部件卻恰恰要求具有良好的的韌性。

                新型材料碳纖維——碳纖維氈

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                  常坐飛機的朋友可以發現,民航客機在遇到強氣流時機翼韌性極好,彎曲變形幅度很大也不會折斷。據公開資料披露, 蘇州納米所研制的40微米厚(0.04毫米)的碳納米管薄膜嵌入到3.5毫米厚,140毫米長的碳纖維復合材料層壓板后,其彎曲韌性提高了40-60%,完全能夠滿足飛機設計師的力學性能要求。目前,碳纖維必須在浸入液體樹脂材料固化成型制成碳纖維復合材料后才能真正投入產品應用,而一般固化工藝都是采用熱壓罐高溫成型。熱壓罐成型技術可以保證制品的質量穩定,力學性能可靠。我國為了生產空警2000預警機雷達天線整流罩,曾經研制出了當時亞洲最大的熱壓罐,確實投入了大量經費支持。

                新型材料碳纖維——碳纖維飛機

                新型材料碳纖維—碳纖維飛機

                  然而,在實際使用過程中,以熱壓罐成型方式制備的復合材料存在許多問題,例如:熱壓罐成型能耗非常大,能源利用率非常低;熱壓罐成型周期非常長,設備利用率低;對于大型的熱壓罐,壓力和溫度控制較難,升溫速度緩慢。這些缺陷的存在都大大增加了復合材料構件的成本。同時,碳纖維在浸潤樹脂固化成型后與金屬材料相比,導電和導熱性能變差,因此不得不在碳纖維復合材料蒙皮中增加微型銅網,用以通電加熱除冰和疏散雷擊瞬時大電流,來應對冰雪和雷電等惡劣天氣。熱壓罐成型制品難以滿足這樣的需求,而且微型銅網的引入無疑還會增加飛機的重量,使其消耗更多的燃料。

                新型材料碳纖維——碳纖維動車

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                  蘇州納米所研制的多孔碳納米管薄膜鋪于碳纖維和液體樹脂中間后,不需昂貴的熱壓罐高溫成型,僅需簡單的抽真空后通電自加熱就可成型,與傳統熱壓罐固化方式相比,碳納米管薄膜電加熱固化技術可將能耗和成型時間分別降低83.7%和28.9%,而與熱壓罐固化成型出來的復合材料具有相同的力學性能。而且固化完成后,碳納米管薄膜還可以作為碳纖維復合材料的組成部分使其具有優異的導電發熱性能,用于除冰防雷,具有廣泛的應用前景??梢哉f,這是高性能碳纖維復合材料制造上一個里程碑的突破。

                新型材料碳纖維——碳纖維氈

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                  同時,碳納米管薄膜還具有優秀的防彈性能,初步試驗表明,在高性能纖維防彈材料衣中嵌入蘇州納米所研制的碳納米管薄膜后,不僅防彈性能提高了10%左右,而且最重要的是其抗沖擊性能提高了21%。也就是說,原先防彈頭盔可能防住了子彈射穿,但子彈帶來的沖擊后效應力很可能使頸椎折斷,對頭部造成非貫穿性損傷。而加入碳納米管薄膜的防彈頭盔則減少甚至避免了上述傷害。由于以上披露的碳納米管薄膜應用公開資料性能表現十分理想,經多次考察后,歐洲空客公司決定和蘇州納米所展開通力合作,并迅速形成規?;?、產業化,來進一步減輕飛機重量,提升飛機的安全性、舒適性。

                新型材料碳纖維——碳纖維動車

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