想抑制中国轰20的发展?简直是太天真,只是一厢情愿罢了吧?

原标题:想抑制中国轰20的发展?简直是太天真,只是一厢情愿罢了吧?

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高强高模碳纤维是我国新材料领域重点发展的一类材料,其关键制备技术一直以来被国外掌控。近日,中科院宁波材料所在石墨纤维关键制备技术方面取得重要进展,实现国产M60J石墨纤维关键制备技术突破。

日本为了禁止碳纤维材料技术进入我国,提出了限制该材料及其技术出口,并强调如有违反者将罚款十亿日元。日本的这一举措无疑就是在针对我国。碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成,经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”,质量比金属铝轻,但强度却高于钢铁,并且具有耐腐蚀、高模量的特性,在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性,又兼备纺织纤维的柔软可加工性,是新一代增强纤维。碳纤维具有许多优良性能,碳纤维的轴向强度和模量高,密度低、比性能高,无蠕变,非氧化环境下耐超高温,耐疲劳性好,比热及导电性介于非金属和金属之间,热膨胀系数小且具有各向异性,耐腐蚀性好,X射线透过性好。良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。

碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成,经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。

宁波材料所特种纤维事业部团队负责人宋书林研究员告诉《中国科学报》记者:“我们已经掌握结构与性能关联性规律,并建立国产石墨纤维树脂基复合材料的应用评价体系,为碳纤维工程化制备和复合材料应用提供坚实的理论和实践基础,国产石墨纤维实现连续稳产。”

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碳纤维的组成结构:

石墨纤维有何不同

碳纤维与传统的玻璃纤维相比,杨氏模量是其3倍多;它与凯夫拉纤维相比,杨氏模量是其2倍左右,在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀,耐蚀性突出。碳纤维兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特征,是一种的力学性能优异的新材料。碳纤维拉伸强度约为2到7GPa,拉伸模量约为200到700GPa。密度约为1.5到2.0克每立方厘米,这除与原丝结构有关外,主要决定于炭化处理的温度。一般经过高温3000℃石墨化处理,密度可达2.0克每立方厘。再加上它的重量很轻,它的比重比铝还要轻,不到钢的1/4,比强度是铁的20倍。除了我国之外,日本的另一个针对国就是俄罗斯。如今放眼世界,需要被日本禁令的这款材料的国家,无非就是美、中、俄三国,而日本一向与美国交好,因此日本的矛头指向非常清晰。实际上这类材料主要用于航天航空装备的制造,而日本此举,一定程度上也是想抑制我国与俄罗斯在航天航空方面的发展。

碳纤维是含碳量高于90%的无机 高分子纤维。其中含碳量高于99%的称
石墨纤维。碳纤维的
微观结构类似人造石墨,是乱层石墨结构。碳纤维各层面间的间距约为3.39到3.42A,各平行层面间的各个碳原子,排列不如石墨那样规整,层与层之间借
范德华力连接在一起。

碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量的新型纤维材料。碳纤维“外柔内刚”,质量比金属铝轻,但强度却高于钢铁,并且具有耐腐蚀、高模量的特性,在国防军工和民用方面都是重要材料。

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通常也把碳纤维的结构看成由两维有序的结晶和孔洞组成,其中孔洞的含量、大小和分布对碳纤维的性能影响较大。

碳纤维按力学性能分为通用型和高性能型。通用型碳纤维强度为1000兆帕、模量为100GPa(1GPa=1000兆帕)左右。高性能型碳纤维又分为高强型(强度2000兆帕、模量250GPa)和高模型(模量300GPa以上)。

碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500兆帕以上,是钢的7到9倍,抗拉弹性模量为230到430G帕亦高于钢;因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000兆帕以上,而A3钢的比强度仅为59兆帕左右,其比模量也比钢高。与传统的玻璃纤维相比,杨氏模量(指表征在弹性限度内物质材料抗拉或抗压的物理量)是玻璃纤维的3倍多;与凯芙拉纤维相比,不仅杨氏模量是其的2倍左右。碳纤维环氧树脂层压板的试验表明,随着孔隙率的增加,强度和模量均下降。孔隙率对层间剪切强度、弯曲强度、弯曲模量的影响非常大;拉伸强度随着孔隙率的增加下降的相对慢一些;拉伸模量受孔隙率影响较小。碳纤维还具有极好的纤度,一般仅约为19克,拉力高达300kg每微米。几乎没有其他材料像碳纤维那样具有那么多一系列的优异性能,
因此在旨度、刚度、重度、疲劳特性等有严格要求的领域。

当 孔隙率低于某个临界值时,孔隙率对碳纤维复合材料的层间 剪切强度、
弯曲强度和 拉伸强度无明显的影响。有些研究指出,引起
材料力学性能下降的临界孔隙率是1%-4%。孔隙体积含量在0-4%范围内时,孔隙体积含量每增加1%,层间剪切强度大约降低7%。通过对碳纤维
环氧树脂和碳纤维双马来亚胺树脂
层压板的研究看出,当孔隙率超过0.9%时,层间剪切强度开始下降。由试验得知,孔隙主要分布在纤维束之间和层间界面处。并且孔隙含量越高,孔隙的尺寸越大,并显著降低了层合板中层间界面的面积。当材料受力时,易沿层间破坏,这也是层间剪切强度对孔隙相对敏感的原因。另外孔隙处是应力集中区,承载能力弱,当受力时,孔隙扩大形成长裂纹,从而遭到破坏。

随着航天和航空工业的发展,还出现了高强高模碳纤维,其中应用最广的是聚丙烯腈基碳纤维。PANCF按照性能可分为高强中模和高强高模等类型。其中,国内高强中模型碳纤维拉伸强度最高可达6.5GPa,模量在300GPa左右。

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即使两种具有相同孔隙率的层压板,它们也表现处完全不同的力学行为。力学性能随孔隙率的增加而下降的具体数值不同,表现为孔隙率对
力学性能的影响离散性大且重复性差。由于包含大量可变因素,孔隙对复合材料层压板力学性能的影响是个很复杂的问题。这些因素包含:孔隙的形状、尺寸、位置;纤维、基体和界面的力学性能;静态或者动态的荷载。

宁波材料所特种纤维事业部技术负责人张永刚指出,我们制备得到的M60J石墨纤维拉伸强度为5.24GPa、拉伸模量为593GPa。“从数据上看,石墨纤维拉伸模量远高于高强中模碳纤维,强度略有损失。”

碳纤维按产品规格的不同被划分为宇航级和工业级两类,亦称为小丝束和大丝束。通常把48K以上碳纤维称为大丝束碳纤维,包括360K和480K等。宇航级碳纤维初期以3K为主,逐渐发展为12K和24K,主要应用于国防军工和高技术,以及体育休闲用品,像飞机、导弹、火箭、卫星和钓鱼杆、球杆球拍等。工业级碳纤维应用于不同民用工业,包括:纺织、医药卫生、机电、土木建筑、交通运输和能源等。当前,全球碳纤维核心技术被牢牢掌控在少数发达国家手中。一方面,以美日为首的发达国家始终保持着对中国碳纤维行业严格的技术封锁;另一方面,国外碳纤维行业领先企业开始进入中国市场,中国本土碳纤维企业的压力大增。虽然中国加大了对碳纤维行业的引导和扶持力度,但在较大的技术差距下,国产碳纤维的突围之路仍然坎坷。其实日本之所以会限制我国引进碳纤维材料,实际上是惧怕我国正在研发的轰-20的威力。因为这款战机对于美国和日本而言绝对是一个强劲对手,因为一个架次的轰-20就可以达到十多枚东风的攻击能力。返回搜狐,查看更多

相对于孔隙率和孔隙长宽比,孔隙尺寸、分布对力学性能的影响更大些。并发现大的孔隙对力学性能有不利影响,这归因于孔隙对层间富胶区的裂纹扩展的产生影响。

这里的石墨纤维含碳量高达99%以上,具有更高的模量,且热膨胀系数低、导电性高、热稳定性好、尺寸稳定,在宇宙飞行器及航空航天等领域可作为关键材料。

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碳纤维的材料特性:

突破关键制备技术

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