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战斗机所用材料多先进,只有两国能造,中国用12年掌握

战斗机所用材料多先进,只有两国能造,中国用12年掌握
2019年12月09日 14:29 新浪网 作者 小海绵娱乐

  碳纤维是指含碳量在90%以上的高强度高模量纤维。耐高温居所有化纤之首。用腈纶和粘胶纤维做原料,经高温氧化碳化而成。

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  碳纤维具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性 外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物,由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向,因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。碳纤维的密度小,因此比强度和比模量高。碳纤维的主要用途是作为增强材料与树脂、金属、陶瓷及炭等复合,制造先进复合材料。

  现代战争武器装备向着低能耗、大载荷、隐身化和高机动性快速发展,对制造武器的材料也提出了更高要求。被誉为“黑色黄金”的碳纤维复合材料,因其优异的材料特性而被广泛应用于国防军工等领域。借助碳纤维材料打造性能更优的武器装备,早已成为各军事强国比拼较量的新战场。

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  其中,碳纤维的T数是指碳素材料的级别,多少T指的是横截面面积为1平方厘米单位数量的该类碳纤维可承受的拉力吨数。所以在一般情况下,T数越高,则代表碳纤等级越高,质量越好,而美国的F-22使用的就是T-300碳纤维材料。

  美国的F-22“猛禽”战斗机通过采用包括碳纤维多轴向经编复合材料在内的多种碳纤维增强复合材料,主翼、垂尾翼、平尾翼以及机身蒙皮等部位用量比例高达35%,明显减轻了机身重量,提高了机动灵活性以及抗疲劳、抗腐蚀等性能。

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  高质量碳纤维材料仅有日美掌握,中国碳纤维市场长期处于进口产品垄断状态,高昂的进口价格和严苛的技术封锁严重制约着中国碳纤维的发展。世界先进的高性能碳纤维技术主要掌握在日本公司手中,其生产的碳纤维无论质量还是数量上均处于世界领先地位,日本东丽、日本东邦和日本三菱丽阳目前拥有全球丙烯腈基碳纤维50%以上的市场份额。

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  2000年8月,我国专门成立了以两院院士师昌绪为组长的“聚丙烯腈基碳纤维发展对策研究”课题组,当时师昌绪院士已经82岁高龄,还领导大家完成了领导大家完成了《聚丙烯腈基碳纤维发展对策研究报告》和《我国聚丙烯腈基碳纤维及原丝研制、生产单位概况》2个报告,2010年,在师昌绪院士的努力下“碳纤维及其复合材料产业技术创新战略联盟”正式成立,2013年被科技部正式批准为“国家试点联盟”。

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  而在这其中,一家企业——中复神鹰也做出了卓越的贡献。

  早在2005年,中复神鹰主动参与到国产碳纤维的研发。2008年,中复神鹰开始进行干喷湿纺碳纤维工程化项目攻关,并开展了可行性试验工作,连续攻克了碳纤维原液、纺丝、碳化等系列技术难题并构建了具有自主产权的干喷湿纺千吨级高强/百吨级中模碳纤维产业化生产体系,建成了首套具有完全自主产权的干喷湿纺碳纤维生产成套装备。2017年9月,千吨级T800碳化线投产并连续稳定运行,实现中国航天级碳纤维产业化。

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  根据国内碳纤维行业最重要的测试中心北航和北化国家实验室测试,中复神鹰碳纤维一致性指标达到国际先进水平。

  可以说从进行研发到突破垄断,中国花费了12年的时间。

  2017年,中复神鹰碳纤维有限责任公司牵头完成的“干喷湿纺千吨级高强/百吨级中模碳纤维产业化关键技术及应用”项目荣获2017年国家科技进步一等奖。这意味着中复神鹰碳纤维制造技术得到了国家奖的权威认证。

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  该项目突破干喷湿纺千吨级高强/百吨级中模碳纤维产业化关键技术,实现了国产碳纤维的批量供应,填补了国内一干喷湿纺工艺为代表的高性能碳纤维生产技术的空白,打破了国外高性能碳纤维企业在中国市场的长期垄断。

  原本250万人民币每吨的市场价格,因为中国企业突破了垄断,已经被生生地砸到了35万每吨,。2020年,我国T800级碳纤维年产量将达到5.5至7万吨。这次大规模的生产不仅可以满足国内的需求,还能将碳纤维材料硬生生搞成“白菜价”,从而更好占领国外市场。

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  目前中复神鹰目前具有一定规模的T300、T700、T800和M30的碳纤维生产和销售能力,并且实现了T800级碳纤维向国内市场的供货,具备了在航空航天及重点工业领域推广应用的条件,目前中复神鹰更是完成了T1000的研发,在国际上属于一流水准。

  而歼20战斗机的T700级碳纤维,更是领先F-22的T-300材料。

  除了歼-20之外,国产大飞机C919大飞机机身的15%采用了树脂基碳纤维材料,这是民用大型客机首次大面积使用这种材料,在同等强度下,它的重量比传统材料轻80%,疲劳寿命更长。国产高技术纤维芳砜纶的使用,使大飞机再度“瘦身”。由于大规模采用先进材料,C919整体减重7%左右。飞机重量减轻意味着油耗更小,成本更低,还能减少二氧化碳排放,更环保节能。高性能纤维及其复合材料无可争议地成为C919成功飞翔的有力推手。

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  而且中国还在全世界首次运用碳纤维材料造地铁,中国打造的新一代碳纤维列车,采用先进的碳纤维技术,车体、转向架构架、司机室、设备舱及设备机体等均使用碳纤维复合材料制造,是大规模应用碳纤维复合材料的地铁车辆。特别是成功突破碳纤维大型复杂件结构设计、制造成型等关键技术,实现了碳纤维复合材料在车体、转向架构架、司机室等车辆主承载结构上的全面应用。

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  新一代碳纤维地铁列车,速度达到了140/小时,远超过之前世界上最快的旧金山地铁80/小时的速度。

  目前,中国在尝试将碳纤维材料运用到舰艇之中。比如将碳纤维复合材料应用在武器外罩、甲板防护板以及导弹冲击遮护板上。而使用碳纤维复合材料代替钢材料制造舰舱壁、甲板和舱门,至少可以在质量上减轻40%以上,而且碳纤维复合材料具有更低的磁特性,火灾时热传导低、阻声性能更好。

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  碳纤维复合材料的应用技术也将越来越完善和成熟,这将推动舰船装备进一步向轻量化方向发展。

  可以说,在碳纤维领域,中国真正实现了突破、超车、领先,而这和中国企业的大力配合,以及82岁的师昌绪老院士的不懈努力是脱不开关系的。

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