2024-06-29 14:56:30
习近平总书记指出✿★:“新材料产业是战略性✿★、基础性产业✿★,也是高技术竞争的关键领域✿★,我们要奋起直追✿★、迎头赶上✿★。”新材料的开发应用✿★,能够推动技术进步和产业升级✿★,甚至推动人类社会迈上新台阶✿★,比如半导体材料就带我们走进了信息社会✿★。
放眼世界✿★,材料学研究不断取得新突破✿★,先进钢铁材料✿★、先进有色金属材料✿★、先进石化化工材料等一批新材料纷纷涌现✿★,为制造业和经济社会发展注入强劲动能尊龙棋牌官网35b✿★。碳纤维就是新材料中应用非常广泛的一种✿★。
一副由碳纤维制造的自行车车架✿★,重量仅600克左右✿★,相当于3个苹果✿★;一根1米长的T1000级碳纤维✿★,手指粗的一束✿★,重量只有0.5克尊龙棋牌官网35b✿★,可以拉动两架民航客机✿★;碳纤维制品可在3000摄氏度高温下安然无恙✿★,能在酸尊龙棋牌官网35b✿★、碱✿★、油777sao✿★、盐等各种腐蚀性环境里使用……碳纤维具有强度高✿★、模量高✿★、耐高温✿★、耐腐蚀✿★、重量轻等诸多优异性能✿★,在现代制造业中应用前景广阔✿★,被誉为“工业黑色黄金”尊龙棋牌官网35b✿★。
碳纤维是一种碳含量在95%以上的无机纤维✿★,由不同原料经聚合✿★、纺丝✿★、氧化✿★、高温碳化而成尊龙棋牌官网35b✿★。根据原料种类✿★,碳纤维主要有聚丙烯腈基碳纤维✿★、粘胶基碳纤维和沥青基碳纤维3种✿★。其中✿★,以石油化工产品丙烯腈为主要原料的聚丙烯腈基碳纤维✿★,占世界碳纤维总产量的90%以上✿★,是高性能碳纤维的最主要来源✿★。
碳纤维具有细如发丝✿★、轻若鸿毛✿★、强过钢铁等优异性能✿★。碳纤维直径通常为5—7微米✿★,只有头发丝1/10左右粗细✿★,密度较小✿★,一般为钢的1/5✿★、钛的2/5✿★、铝的3/5✿★。虽然“身轻体薄”✿★,碳纤维强度却非常高✿★,一般为钢的35倍✿★。实际应用中✿★,通常会将一定数量的碳纤维“细丝”像编绳子一样缠绕起来✿★,一束标准的12K(即1.2万根)碳纤维不到一支铅笔粗✿★,却可以承受130千克左右的重量✿★。与此同时✿★,碳纤维能在3000摄氏度高温下安然无恙✿★,在零下100摄氏度到100摄氏度之间✿★,其尺寸基本保持不变✿★,并且能在高腐蚀性环境里使用✿★,可谓“真金不怕火炼”✿★。
要想获得这样的特性并不容易✿★。碳纤维制备流程长✿★、工艺复杂✿★,难度堪比芯片和微纳光刻✿★。碳纤维制备流程包括上百个细分工序✿★,涉及高分子化学✿★、高分子物理✿★、材料科学✿★、高分子加工与纺丝工程✿★、工业自动化控制✿★、高温工程等✿★,其工艺控制点上千✿★,工艺参数超过万项✿★,每一项参数的变化都会影响碳纤维的最终性能777sao✿★。当前世界最先进的芯片光刻技术达到几纳米尺度✿★,与之相似✿★,高性能碳纤维也要求碳纤维内部缺陷控制在10纳米以内✿★。碳纤维还要经过从普通室温到1700摄氏度甚至2500摄氏度的高温碳化✿★,且温度精度要控制在5—10摄氏度✿★,难度可见一斑✿★。可以说✿★,每一束碳纤维材料都是千锤百炼得来的✿★。因为技术要求高✿★、制造难度大✿★,碳纤维价格比较昂贵✿★,宇航级碳纤维价格在每千克数千元到万元之间✿★,是钢和铝合金价格的几十倍✿★,但碳纤维凭借其优异性能✿★,依然成为国民经济和国防建设不可或缺的关键材料✿★。
碳纤维兼具碳材料的高强度和纤维纺织材料的柔软可加工性✿★。一束手指粗的高强度碳纤维可以拉动飞机✿★,碳纤维还可以编织成纤维布✿★,根据需要编织裁剪成特定形状✿★,经树脂固化变成比高强钢强度更高的材料✿★。因为拥有多种优异特性✿★,碳纤维应用广泛✿★,成为航空航天✿★、电力✿★、交通运输等高端装备✿★、重大基础工程✿★、新能源等领域重要支撑性材料✿★。
在航空航天领域✿★,碳纤维的用量常被作为衡量航空航天装备水平的重要标志✿★。碳纤维复合材料可以用于飞机✿★、卫星✿★、火箭等的制造✿★,还能帮助产品减小噪声✿★、节约燃料✿★。例如✿★,民航客机使用碳纤维复合材料叶片✿★,重量比传统钛合金减少500多公斤✿★,机身整体重量减少1吨✿★,飞机油耗大幅度降低✿★,航程实现有效提升✿★。将碳纤维加入推进剂和发射药中✿★,还能改善推进剂的力学性能✿★,提高推进剂燃速✿★,改善发射药的燃烧性能✿★。
在与民生息息相关的汽车和风电领域✿★,碳纤维成为提升性能的利器✿★。碳纤维复合材料的密度低✿★、重量轻✿★、刚度大✿★、吸力大✿★,碰撞时材料吸能能力高出钢结构6到7倍✿★。将碳纤维复合材料用于汽车制造✿★,能大幅提升汽车的加速性能✿★、制动性能777sao✿★、减震性能777sao尊龙棋牌官网35b✿★、安全性能✿★。比如高端精密的一级方程式赛车✿★,各车型无一例外地应用碳纤维增强聚合物基复合材料制造车架✿★、车身✿★、底盘等✿★,使车身减轻质量40%到60%✿★,相当于钢结构质量的1/3到1/6✿★,还保持了足够的强度和刚度✿★。基于碳纤维材料✿★,有的汽车生产企业已经制造出车身重量不到300千克的超级跑车✿★。
在风电设备方面✿★,叶片主梁是碳纤维复合材料的用武之地✿★。这些主梁长度往往超过70米甚至达到120米✿★,使用大丝束碳纤维进行制造✿★,可以明显降低叶片重量✿★,增加叶片刚度✿★,产品性价比大幅提升777sao✿★,整个机组的发电效率✿★、稳定性也随之提高✿★。
在体育运动装备制造中✿★,碳纤维也能一展身手✿★。目前✿★,将碳纤维用于高端体育装备制造✿★,可以帮助运动员突破极限✿★,创造新纪录✿★。如在网球拍777sao✿★、自行车✿★、高尔夫球杆✿★、滑雪板✿★、皮划艇制造中✿★,充分发挥碳纤维材料重量轻的优势✿★,可以减轻运动员“负担”✿★。与铝合金球拍相比✿★,运动员使用碳纤维制作的网球拍✿★,可以将击打的最高球速提高20%✿★,达到250公里/小时✿★。未来✿★,随着技术提升和成本降低✿★,将会有更多运动装备用上碳纤维✿★。
进入新世纪以来尊龙棋牌官网35b✿★,我国组织优势科技力量✿★,开展碳纤维科学技术攻关777sao✿★。经过20余年不懈努力✿★,碳纤维工程化✿★、产业化✿★、国产化取得突破性进展✿★。今年8月✿★,国产T1000级聚丙烯腈基碳纤维千吨级工业生产技术✿★,通过专家委员会技术鉴定✿★。紧接着✿★,全国首个万吨级高性能碳纤维生产基地在西宁建成✿★。中国碳纤维产业从无到有✿★、从有到大✿★、从大到优✿★,技术水平和产业化发展势头良好✿★,研究应用进入高速发展新阶段✿★。
在这一产学研高度融合的生产领域✿★,向市场提供种类丰富✿★、质量稳定✿★、产量充足✿★、价格合理的系列产品✿★,是碳纤维技术迭代升级的关键所在✿★。按照国际通行标准✿★,碳纤维产品会根据强度✿★、模量划分为不同型号✿★,如高强✿★、高模✿★、高强中模✿★、高强高模等系列777sao✿★,其中高强系列又按拉伸强度分为T300✿★、T800✿★、T1000等型号✿★。应用领域不同的碳纤维产品✿★,好比一个个科研题目✿★,需要逐个攻破✿★。即便最低等级的T300碳纤维✿★,强度也是一般汽车防撞梁的数倍✿★,研发难度可想而知✿★。在分子设计✿★、聚合工程✿★、凝固成型✿★、装备精细化控制等软硬件技术合力支持下✿★,我国在“十五”至“十三五”期间✿★,先后突破T300✿★、T700✿★、T800级别聚丙烯腈基碳纤维关键技术✿★,实现规模化生产✿★。2022年✿★,我国碳纤维产量已占全球1/3✿★。
产量上去了✿★,超高性能碳纤维生产也亟待我们“登顶”✿★,实现规模化✿★、稳定化生产✿★。T1000级碳纤维是目前全球强度最高的碳纤维系列之一✿★。国内碳纤维生产企业与深圳大学协同攻关✿★,攻克了这项技术✿★。经国内权威机构检测✿★,在年产1700吨生产线上制备这类碳纤维产品✿★,性能达到国际同级产品水平✿★,产品质量合格率高于95%✿★。随着生产稳步推进✿★,T1000级碳纤维材料将助力满足我国高端工业领域日益增长的迫切需求✿★。
在政策和市场双重推动下✿★,我国碳纤维技术不断提升✿★,碳纤维产业链逐渐完善✿★。从奋起直追✿★、迎头赶上到再接再厉✿★、勇攀高峰✿★,在实现高水平科技自立自强的路上✿★,碳纤维技术将贡献更加坚实有力的“中国强度”✿★。
他们是杭州亚运会的建设者✿★、志愿者……是亚运会赛场的运动员✿★、教练员……是中国体育事业发展的见证者✿★、参与者……《亚运你我他》带来他们与亚运会✿★、与中国体育的情缘故事✿★。…
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