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碳纖維復(fù)合材料在國(guó)內(nèi)各領(lǐng)域的新應(yīng)用(圖)
對(duì)碳纖維產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，2016年是成果輝煌的一年，除了實(shí)現(xiàn)碳纖維T800千噸級(jí)的量產(chǎn)化之外，碳纖維復(fù)合材料在航空、交通、工業(yè)、民用等各領(lǐng)域的應(yīng)用中也取得了一些令人驚喜的新進(jìn)展。
航天：最大的碳纖維固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體
2016年9月22日，中國(guó)航天科工集團(tuán)四院九部研發(fā)的快舟十一號(hào)固體運(yùn)載火箭一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)地面試車(chē)圓滿成功，成為國(guó)內(nèi)應(yīng)用碳纖維復(fù)合殼體技術(shù)的尺寸較大、裝藥量較多的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)直徑2.2m，總長(zhǎng)9.7m，裝藥量45t，具有高質(zhì)量比、高比沖、大推力等特點(diǎn)。本次試車(chē)驗(yàn)證了大尺寸碳纖維復(fù)合殼體、大流量噴管、大噸位裝藥等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了大尺寸碳纖維復(fù)合殼體發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)工程應(yīng)用的跨越式提升。
航海：首創(chuàng)碳纖維增強(qiáng)夾心結(jié)構(gòu)船體推水密蓋板
上海滬舟實(shí)業(yè)有限公司自主研發(fā)出碳纖維艏側(cè)推水密蓋板，該技術(shù)獲得我國(guó)實(shí)用新型專利，目前在國(guó)際上屬于首創(chuàng)。蓋板本體采用多軸碳纖維和增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料，具有強(qiáng)度高、比重輕、抗海水腐蝕等特點(diǎn)，在DNVGL試驗(yàn)中心通過(guò)了強(qiáng)度測(cè)試，并獲得了DNVGL強(qiáng)度證書(shū)。此外，該產(chǎn)品為蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，側(cè)推水密蓋板的比重為1，整個(gè)水密蓋板能懸浮在水中，方便潛水員水下操作。為保證水密蓋板與船殼的線型吻合，現(xiàn)場(chǎng)采用3D掃描和電腦建模，通過(guò)有限元法計(jì)算蓋板強(qiáng)度，設(shè)計(jì)出合理結(jié)構(gòu)，重量?jī)H為國(guó)外同類型蓋板重量的五分之一，且強(qiáng)度滿足水下15米至25米作業(yè)要求。該產(chǎn)品主要是讓航運(yùn)公司在不進(jìn)塢的情況下，對(duì)船舶的艏側(cè)推進(jìn)行維修和保養(yǎng)，大大節(jié)省了進(jìn)塢維修成本和航行維修時(shí)間。
高鐵：阻燃型碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)
無(wú)錫威盛新材料科技有限公司研制出的新型碳纖維復(fù)合材料具有阻燃、防火、增韌等多種性能，該種碳纖維復(fù)合材料制成的高鐵結(jié)構(gòu)件已進(jìn)入大批量生產(chǎn)階段。許多航空、汽車(chē)、軌道交通的突發(fā)事故中，事故的碰撞容易造成車(chē)體燃燒，車(chē)體材質(zhì)燃燒后形成的濃煙和有害物質(zhì)往往會(huì)導(dǎo)致致死率提升，而這種新型碳纖維復(fù)合材料能達(dá)到歐盟EN45545軌道車(chē)輛材料防火測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，遇火后不自燃，煙霧量極少，不釋放有害氣體，可以有效減少事故對(duì)人體產(chǎn)生的危害。而且中國(guó)高鐵平均時(shí)速超過(guò)200km/h，最高時(shí)速達(dá)到350km/h以上，超高的速度對(duì)車(chē)體結(jié)構(gòu)以及車(chē)廂的材料要求非常嚴(yán)格，材料各項(xiàng)物理性能必須符合較高的標(biāo)準(zhǔn)。碳纖維復(fù)合材料制成的零部件質(zhì)量很輕，但是它的強(qiáng)度比鋼都要大，用其取代金屬材料，可以大大減輕車(chē)體重量，在減少車(chē)體運(yùn)行能源消耗的同時(shí)，還能提升車(chē)體的安全性。
風(fēng)電：國(guó)內(nèi)首支68米長(zhǎng)碳纖維風(fēng)機(jī)葉片
由江蘇連云港中復(fù)連眾復(fù)合材料集團(tuán)有限公司自主研發(fā)的、國(guó)內(nèi)首支68米長(zhǎng)6兆瓦風(fēng)機(jī)葉片日前裝運(yùn)出海至歐洲。據(jù)悉，該葉片創(chuàng)新采用了碳纖維大梁的真空灌注工藝，攻克了國(guó)產(chǎn)12K碳纖維生產(chǎn)大面度碳纖維織物的難題，該葉片可以廣泛應(yīng)用于海岸風(fēng)場(chǎng)，為我國(guó)海上風(fēng)機(jī)國(guó)產(chǎn)化奠定基礎(chǔ)，為國(guó)產(chǎn)碳纖維在大功率碳纖維葉片制造中的應(yīng)用解決了國(guó)際難題，有助于增加我國(guó)搶占全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)。
基建：成功開(kāi)發(fā)出絕緣型碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線
2016年，9月22日，呼和浩特供電局元山線線路改造工程在呼和浩特市金川開(kāi)發(fā)區(qū)架線施工。該條線路采用內(nèi)蒙古浩源新材料股份有限公司全新設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的JKLRXYJQ/F1A-10170/20絕緣型碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線。該類導(dǎo)線可廣泛應(yīng)用于10kV及以下配網(wǎng)輸電工程的增容改造和基建線路。據(jù)悉，這種新型導(dǎo)線在內(nèi)蒙古地區(qū)應(yīng)用尚屬首例，這種碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線具有重量輕、強(qiáng)度大、耐腐蝕、耐高溫、載流量大、弧垂小、省成本等優(yōu)勢(shì)，年生產(chǎn)能力2萬(wàn)公里，產(chǎn)品現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)不同電壓等級(jí)的新建線路和舊網(wǎng)改造工程。
民用：全球首款碳纖維智能機(jī)器人電動(dòng)車(chē)
近日，全球首款碳纖維智能機(jī)器人電動(dòng)車(chē)，由神鷹碳纖維自行車(chē)股份有限公司自主研發(fā)成功，正式與市民見(jiàn)面。這款碳纖維智能機(jī)器人電動(dòng)車(chē)車(chē)架采用了全碳纖維材料和先進(jìn)的成型工藝，可以自由收縮和伸展，全車(chē)含電池僅重15公斤，車(chē)身輕便，便于攜帶，時(shí)速可達(dá)20公里/小時(shí)，最大載重150公斤，充電4小時(shí)可以續(xù)航30公里，加上備用電池可達(dá)60公里。自動(dòng)折疊設(shè)計(jì)理念使得車(chē)身更易折疊且更加小巧，便于攜帶，無(wú)論是乘坐公交、地鐵，還是進(jìn)入電梯，甚至帶著逛商場(chǎng)都不成問(wèn)題。
+詳細(xì)閱讀+發(fā)布日期：2017/11/28 -
電動(dòng)客車(chē)輕量化、高強(qiáng)度、安全性重大突破(圖)
2016年4月15-4月17日，“2016天津國(guó)際客車(chē)、公交車(chē)及零部件展覽會(huì)”在天津梅江會(huì)展中心召開(kāi)，本次會(huì)議最吸引人的是山東泰汽投資控股有限公司展出的一款新型的高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料全車(chē)身客車(chē)，該車(chē)通過(guò)采用高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料為車(chē)身，具有強(qiáng)抗擊能力和輕量化，同時(shí)，能夠40分鐘快速充電以及1次充電續(xù)航里程高達(dá)240km，實(shí)現(xiàn)了零排放、無(wú)污染等優(yōu)秀特點(diǎn)。
抗沖擊
從正在放映的電視中看到更為驚險(xiǎn)、精彩的畫(huà)面：只見(jiàn)一臺(tái)大客車(chē)固定在側(cè)翻試驗(yàn)臺(tái)上，隨著側(cè)翻角度加大，隨著一聲轟鳴整車(chē)隨即側(cè)翻在地面，只見(jiàn)所有玻璃破碎，然而車(chē)身未見(jiàn)任何扭曲、撕裂及變形，特別是裝在該車(chē)頂部200kWh近兩噸重的電池及箱體不僅完好無(wú)損，仍牢牢固定在車(chē)頂頂部,在場(chǎng)所有人員發(fā)出驚嘆的呼聲。而在現(xiàn)場(chǎng)一位工作人員正輪著大錘猛砸一塊制造電動(dòng)客車(chē)的車(chē)身的材料，砸后沒(méi)有變形破裂。
這是一種新型的高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料車(chē)身，不僅具有輕量化，更具有高強(qiáng)度。這是山東泰汽電動(dòng)車(chē)輛(集團(tuán))有限公司展出的新款全新碳纖維結(jié)構(gòu)電動(dòng)客車(chē)。
輕量化
據(jù)韓國(guó)專家介紹，該展車(chē)采用超輕量，高強(qiáng)度復(fù)合材料車(chē)身，相比同級(jí)別車(chē)輛車(chē)身重量降低約2.5-3噸。由于車(chē)身比傳統(tǒng)同類車(chē)輕25%-30%，11米長(zhǎng)的大客車(chē)重量降低達(dá)到近3噸，因此在同樣200kWh電池容量下行駛里程達(dá)到240公里以上，比國(guó)內(nèi)大客車(chē)行駛里程超出20%以上，又因?yàn)檎?chē)重量減輕后，使得電池剩余電量在低于25%情況下可正常行駛。
抗翻滾性
由于整車(chē)車(chē)身采用了碳纖維結(jié)構(gòu)，整體車(chē)身具有超強(qiáng)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，超高抗瞬間沖擊能力，因此具有良好的抗側(cè)傾性能，其側(cè)傾角可達(dá)到38°以上，比國(guó)內(nèi)同類車(chē)指標(biāo)優(yōu)化20%以上;由于具有較高側(cè)傾角，因此具有了更好的抗翻滾性。
阻燃隔離
近兩噸的電池箱體采用世界首創(chuàng)的頂置模式，充分證明車(chē)身的高強(qiáng)度性能;同時(shí)由于采用了阻燃技術(shù)，在電池箱體發(fā)生意外燃燒情況下，電池箱與車(chē)身乘客區(qū)域隔離及阻燃隔離，因此不會(huì)危及到車(chē)內(nèi)乘客。
低地板
在換電演示中，通過(guò)專用的頂置換電用時(shí)45秒換電結(jié)束。同時(shí)該車(chē)選用低地板結(jié)構(gòu)(離地最小距離150mm)，使得乘客上下車(chē)更為方便，在人性化設(shè)計(jì)上具有殘疾人上車(chē)輔助功能。
超強(qiáng)爬坡能力
該車(chē)具有85公里的最高時(shí)速，比國(guó)內(nèi)同類型車(chē)超出30%的高速性能;同時(shí)由于重量的減輕，重心的降低，使得整車(chē)行駛穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)彎慣性等一系列行駛性能得到極大的優(yōu)化和提高，特別是整車(chē)爬坡性能具有28°以上的超強(qiáng)爬坡能力。
達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)
在整車(chē)重量減輕25%的情況下，整車(chē)一切性能得到極大的優(yōu)化提高，使得該車(chē)具有無(wú)與倫比的性能。據(jù)悉，該車(chē)一經(jīng)上市，受到了日本、新加坡、香港、歐盟地區(qū)的極大興趣和關(guān)注，于去年年底與日本三菱公司合作的三臺(tái)車(chē)已通過(guò)日本各項(xiàng)測(cè)試，投入運(yùn)營(yíng)。
據(jù)專家介紹，公司同時(shí)開(kāi)發(fā)的電動(dòng)客車(chē)擁有插電式、電池自動(dòng)更換式、在線充電式電動(dòng)客車(chē)技術(shù)，同時(shí)該公司開(kāi)發(fā)了具有高技術(shù)含量的輪轂電機(jī)，并且通過(guò)使用高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料車(chē)身實(shí)現(xiàn)了輕量化，具有零排放、無(wú)污染，40分鐘快速充電，具備了優(yōu)秀的電耗性能和大幅降低了客車(chē)運(yùn)營(yíng)消耗費(fèi)用。而且通過(guò)車(chē)身的輕量化技術(shù)，提升了行駛安全性和乘車(chē)舒適感，為司機(jī)和乘客的安全與便利提供了無(wú)微不至的關(guān)懷。
據(jù)專家介紹，新型的高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料在客車(chē)上的成功研發(fā)，這將是客車(chē)乃至整個(gè)汽車(chē)行業(yè)的一次顛覆性革命，是汽車(chē)行業(yè)的又一個(gè)里程碑。
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中國(guó)成功研制T800碳纖維趕超日本 不止一代人的努力(圖)
日前，媒體報(bào)道，一直被國(guó)外封鎖壟斷的T800碳纖維也在哈爾濱宣告實(shí)現(xiàn)了低成本國(guó)產(chǎn)化，其生產(chǎn)成本僅為國(guó)際價(jià)格的三分之一。在實(shí)現(xiàn)低端市場(chǎng)逐步替換國(guó)外產(chǎn)品的同時(shí)，在中高端市場(chǎng)上也打破了國(guó)外企業(yè)壟斷。更可貴的是，根據(jù)相關(guān)單位的論文和測(cè)試結(jié)果，國(guó)產(chǎn)T800型碳纖維在性能上完全不輸于日本東麗公司的同類產(chǎn)品，而在局部技術(shù)參數(shù)上更是具有一定優(yōu)勢(shì)。雖然今日中國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)正處于發(fā)展期，但也是經(jīng)歷了風(fēng)風(fēng)雨雨才有今天的成績(jī)。
自主研發(fā)遭遇困局，技術(shù)引進(jìn)折戟沉沙
1959年，日本發(fā)明了用聚丙烯腈為原絲加張力牽伸制造碳纖維的方法，西方于上世紀(jì)70年代開(kāi)始商業(yè)化，隨后，由于碳纖維優(yōu)良的特性，被運(yùn)用于民用航空和軍事用途。
中國(guó)碳纖維研究始于60年代初，但由于當(dāng)時(shí)國(guó)際環(huán)境惡劣，且西方對(duì)于碳纖維這樣的軍民兩用技術(shù)對(duì)中國(guó)高度技術(shù)封鎖，加上國(guó)內(nèi)資源緊張，碳纖維的相關(guān)研究工作進(jìn)展相對(duì)有限。
直到1975年，在張愛(ài)萍將軍的部署下，聯(lián)合20多家研究所和企業(yè)共同攻關(guān)，終于解決了有無(wú)的問(wèn)題。不過(guò)，這批產(chǎn)品也存在一定瑕疵，比如力學(xué)性能相對(duì)國(guó)外同類產(chǎn)品較為有限，成本上相對(duì)國(guó)外同類產(chǎn)品偏高等。
在之后的幾年里，國(guó)家累計(jì)投入2600多萬(wàn)元，用于碳纖維的研發(fā)和生產(chǎn)，一定程度上滿足了部分國(guó)防軍工的需求。但是也存在很大一個(gè)問(wèn)題——在產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)法于日本相比的同時(shí)，成本卻大幅高于日本產(chǎn)品，而且技術(shù)差距有越來(lái)越大的趨勢(shì)……
正是因?yàn)檫@種情況，加上那個(gè)特殊年代對(duì)洋技術(shù)的無(wú)限頂禮膜拜，很多單位把希望寄托于引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)。某單位還承諾，對(duì)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)將給予資金支持。
然而事與愿違，由于巴統(tǒng)條約（巴黎統(tǒng)籌，是對(duì)社會(huì)主義國(guó)家實(shí)行禁運(yùn)和貿(mào)易限制的國(guó)際組織——觀察者網(wǎng)注）限制，國(guó)際上在技術(shù)方面處于第一梯隊(duì)的大公司都不愿意向中國(guó)轉(zhuǎn)讓技術(shù)，而且即便是購(gòu)買(mǎi)少量設(shè)備，也往往遭遇政治壁壘——上海碳素廠力圖從美國(guó)引進(jìn)設(shè)備的舉措因美國(guó)國(guó)防部干涉無(wú)疾而終。
因此，技術(shù)引進(jìn)的對(duì)象只能從那些技術(shù)處于中下游且不夠成熟的西方公司中選擇。最終，位于吉林和北京的兩家單位選擇了英國(guó)RK公司，然而RK公司的技術(shù)雖然略高于國(guó)內(nèi)，但在歐美日本卻算不上先進(jìn)水平。而且雖然沒(méi)有明確證據(jù)表明RK公司在技術(shù)上是否有所保留，或者故意使壞，但從結(jié)果上看，很難不讓人往陰謀論方面聯(lián)想。
兩個(gè)項(xiàng)目共耗資900萬(wàn)美元左右，到1990年，吉林的那家單位的炭化爐始終無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)；北京那家單位耗費(fèi)了7年時(shí)間也未能成功，直到1993年“驗(yàn)收”，設(shè)備依舊無(wú)法正常運(yùn)行。
不得已，在2套引進(jìn)設(shè)備均無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，最后只能當(dāng)廢鐵賣(mài)了。技術(shù)引進(jìn)的失敗不僅耗費(fèi)了大筆經(jīng)費(fèi)，也浪費(fèi)了寶貴的時(shí)間，這筆學(xué)費(fèi)不可謂不高昂。而且因技術(shù)引進(jìn)的失敗，導(dǎo)致和日本的技術(shù)差距拉得更大了。
總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)攻克難關(guān)
2000年，中國(guó)碳纖維研發(fā)正處于低谷，國(guó)內(nèi)只有三家單位還在勉強(qiáng)支撐，而且也僅僅是小批量供貨以滿足國(guó)防軍工的部分需要。
就在危急存亡之秋，金屬學(xué)及材料科學(xué)家?guī)煵w先生提出要發(fā)展碳纖維，師昌緒先生表示：中國(guó)的材料科技工作者解決了國(guó)防需要的成千上萬(wàn)種新材料，碳纖維制備技術(shù)不能突破，是材料科技工作的重大失誤......師昌緒當(dāng)時(shí)已近80歲了，80歲以后完全可以少管點(diǎn)事，但他想抓一抓碳纖維，他認(rèn)為碳纖維上不去，國(guó)防安全無(wú)保證，將死不瞑目。
隨后，成立了以師昌緒先生為組長(zhǎng)的課題組（日常工作由李克健教授主持），負(fù)責(zé)聚丙稀腈基碳纖維發(fā)展對(duì)策研究。之后又聯(lián)合多個(gè)部門(mén)和單位，多次召開(kāi)會(huì)議，對(duì)過(guò)去的決策失誤、研發(fā)力量分散、資金使用效率等問(wèn)題做了討論，并形成了四點(diǎn)共識(shí)：對(duì)碳纖維的重要性和技術(shù)難度缺乏正確估計(jì)；投資嚴(yán)重不足，使用嚴(yán)重不當(dāng)；形不成國(guó)家攻關(guān)隊(duì)伍；缺乏創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新環(huán)境（李克健教授認(rèn)為這幾點(diǎn)共識(shí)雖然深度不夠，但也大體反映了實(shí)際狀況，再說(shuō)過(guò)多的話，可能會(huì)影響隊(duì)伍團(tuán)結(jié)）。
正是這些努力，不僅對(duì)避免重蹈覆轍意義重大，還對(duì)爭(zhēng)取“十五”研究經(jīng)費(fèi)起到重要作用。之后，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)批準(zhǔn)碳纖維2個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目。2005年，碳纖維項(xiàng)目被批準(zhǔn)為國(guó)家重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目。
為了推進(jìn)碳纖維的研究，師昌緒先生提出要集中優(yōu)勢(shì)力量，打破門(mén)戶之別，組織國(guó)家隊(duì)，研制單位控制在2—3家，建立競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制等措施，這些舉措不僅對(duì)集中力量攻堅(jiān)有積極意義，也提高了經(jīng)費(fèi)的使用效率，避免了“多家瓜分，各行其事”的窘境。在積極自主研發(fā)的同時(shí)，也不放棄技術(shù)引進(jìn)的機(jī)會(huì)，國(guó)內(nèi)引進(jìn)了相當(dāng)于日本東麗碳纖維T300水平的生產(chǎn)線（畢竟T300是上世紀(jì)70年代的東西，21世紀(jì)才引進(jìn)阻礙?。瑢?duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到了一定作用。
正是師昌緒等一批老一輩科學(xué)家的極力推動(dòng)，和一大批默默無(wú)聞的年輕研究人員的無(wú)私奉獻(xiàn)，和國(guó)家的高度重視和大量資金投入，以及兩條腿走路的方針，使中國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)度過(guò)了最艱難的時(shí)刻。
近年來(lái)，中國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，碳纖維產(chǎn)量穩(wěn)步增長(zhǎng)，具體情況如下圖。
但在看到進(jìn)步的同時(shí)，也要看到差距。目前，國(guó)際碳纖維市場(chǎng)的半壁江山被日本占據(jù)，在小絲束纖維產(chǎn)能上，日本企業(yè)占全球的49％，在大絲束碳纖維產(chǎn)能上，日本企業(yè)占全球產(chǎn)能的52％。
不僅產(chǎn)能上有差距，在產(chǎn)品質(zhì)量和使用用途上也有差距，目前國(guó)內(nèi)還無(wú)法商業(yè)化量產(chǎn)可以匹敵東麗T1000的產(chǎn)品，在用途方面，國(guó)產(chǎn)碳纖維主要用于自行車(chē)、高爾夫球棒和釣魚(yú)竿等體育休閑用品，而能夠用于航天航空的碳纖維產(chǎn)品相對(duì)較少。
國(guó)產(chǎn)T800可以替換東麗同類產(chǎn)品
所謂T300、T800、T1000等稱謂，其實(shí)是日本東麗公司的碳纖維型號(hào)，只是由于東麗公司在行業(yè)內(nèi)的地位，所以導(dǎo)致其型號(hào)在媒體的報(bào)道中，無(wú)形中演化成類似于某種強(qiáng)度的碳纖維標(biāo)桿。從中其實(shí)也能看出日本企業(yè)在碳纖維領(lǐng)域的行業(yè)地位。
在集成電路領(lǐng)域中，三星的14nm制造工藝雖然和Intel的14nm制造工藝同屬于14nm，但采用三星工藝加工出來(lái)的芯片在性能、功耗等方面與Intel的相比卻存在一定差距。那么，國(guó)產(chǎn)的T800和日本東麗的T800也存在類似同屬T800，但產(chǎn)品性能卻遜色不少的情況么？
一篇由中航復(fù)合材料有限責(zé)任公司、北京航空材料研究院、先進(jìn)復(fù)合材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、核工業(yè)理化工程研究院、北京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院技術(shù)人員共同署名發(fā)表的論文對(duì)國(guó)產(chǎn)T800碳纖維和日本東麗T800碳纖維做了非常詳細(xì)的測(cè)試。
在測(cè)試中，研究人員采用日本Hitachi公司生產(chǎn)的S4800N型冷場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡，觀察碳纖維的表面形貌，并計(jì)算纖維直徑。采用美國(guó)Veeco公司生產(chǎn)的D3000型原子力顯微鏡，觀察碳纖維表面形貌，分析表面粗糙度。采用英國(guó)Kratos公司生產(chǎn)的X射線光電子能譜儀，分析碳纖維的表面成分。采用北京航空航天大學(xué)研制的微脫黏試驗(yàn)機(jī)，測(cè)試?yán)w維與基體樹(shù)脂的界面剪切強(qiáng)度。采用美國(guó)Instron公司生產(chǎn)的5982型材料電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試復(fù)合材料室溫干態(tài)力學(xué)性能。測(cè)試表明：
在表面物理態(tài)上，相對(duì)于東麗T800H碳纖維，國(guó)產(chǎn)T800碳纖維的表面較為粗糙，沿纖維軸向分布著更密集的溝槽，且溝槽的深度也較深，這種形貌特征有利于提高國(guó)產(chǎn)T800碳纖維與基體樹(shù)脂的機(jī)械嚙合作用，從而提高復(fù)合材料的界面性能。
?。═800H碳纖維和國(guó)產(chǎn)T800碳纖維的AFM照片）
由于國(guó)產(chǎn)T800碳纖維的氧碳原子比約為T(mén)800碳纖維約為31.2％，約為東麗T800H碳纖維的2倍，因此，國(guó)產(chǎn)T800碳纖維能夠通過(guò)化學(xué)鍵合或分子間作用力與基體樹(shù)脂形成相互作用，從而提高復(fù)合材料的界面性能。加上之前提到的在表面物理態(tài)上的差異，使得國(guó)產(chǎn)T800碳纖維與HT-280樹(shù)脂能形成更好的界面黏結(jié)。
而測(cè)試也證明了這一點(diǎn)，東麗T800H碳纖維與HT-280樹(shù)脂的界面剪切強(qiáng)度約為92MPa，國(guó)產(chǎn)T800碳纖維與HT-280樹(shù)脂的界面剪切強(qiáng)度約為117MPa，后者較前者高約27％。
在力學(xué)性能方面，國(guó)產(chǎn)T800／HT-280復(fù)合材料的0°拉伸、90°拉伸、彎曲、面內(nèi)剪切和層間剪切等力學(xué)性能均普遍高于東麗T800／HT-280復(fù)合材料。其中，90°拉伸強(qiáng)度高約25％，面內(nèi)剪切強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度高約12％、層間剪切強(qiáng)度高約7％。
?。═800H／HT-280復(fù)合材料和國(guó)產(chǎn)T800／HT-280復(fù)合材料90°拉伸試樣破壞SEM照片）
一篇中國(guó)科學(xué)院大學(xué)的博士論文也證明：國(guó)產(chǎn)T800碳纖維拉伸強(qiáng)度平均值5.63GPa（東麗T800為5.49GPa），彈性模量平均值292GPa，斷裂伸長(zhǎng)率平均值1.9%，與東麗公司T800碳纖維產(chǎn)品一致，表明國(guó)產(chǎn)碳纖維力學(xué)性能完全達(dá)到了國(guó)外同類產(chǎn)品水平，且各項(xiàng)指標(biāo)Cv值均較低，穩(wěn)定性較好。國(guó)產(chǎn)T800碳纖維12K產(chǎn)品的元素成分和表面活性與東麗T800碳纖維12K產(chǎn)品比較一致。國(guó)產(chǎn)T800碳纖維整體可媲美日本東麗T800產(chǎn)品，完全可以取代國(guó)外同類產(chǎn)品加以推廣應(yīng)用。
結(jié)語(yǔ)
目前，日本是高檔碳纖維材料的主要生產(chǎn)國(guó)，日本東麗公司的T800系列碳纖維，是唯一被美國(guó)FAA批準(zhǔn)用于波音777關(guān)鍵飛行部件的碳纖維，航空工業(yè)中碳纖維的重要性不言而喻。
西方國(guó)家長(zhǎng)期對(duì)中國(guó)施行T800系列碳纖維禁運(yùn)，以阻止中國(guó)以此提高軍用飛機(jī)性能以及在國(guó)際航空航天材料中獲得競(jìng)爭(zhēng)力。2013年有中國(guó)商人在美國(guó)被控告非法采購(gòu)T800系列碳纖維。
必須指出的是，過(guò)去國(guó)內(nèi)雖然能做出與國(guó)外媲美的產(chǎn)品，但在成本上往往高于國(guó)外同類產(chǎn)品。而據(jù)哈爾濱人民政府網(wǎng)站1月16日?qǐng)?bào)道，天順化工將規(guī)?；a(chǎn)的T800級(jí)碳纖維的成本，控制到國(guó)際價(jià)格的三分之一，僅為350元/公斤，這實(shí)現(xiàn)在技術(shù)上能與國(guó)外同類產(chǎn)品爭(zhēng)鋒的同時(shí)，在定價(jià)上也占據(jù)主動(dòng)，這對(duì)國(guó)產(chǎn)T800碳纖維的產(chǎn)業(yè)發(fā)展和商業(yè)化應(yīng)用就尤為關(guān)鍵了。
+詳細(xì)閱讀+發(fā)布日期：2017/11/28
