碳纤维:撑起大国重器的“小材料”_海外动态_业界资讯__复合材料信息网

时间 :2024-07-01 作者 : 浏览 :11628 分类 :行业新闻
日前,美国国家航空航天局与美国空军研究实验室联合研制出3D打印耐高温聚合物的新技术,未来有望应用于航空航天发动机,该技术使用的材料正是 碳纤维。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。
  还记得动画电影《超能陆战队》里的机器人“大白”吗?这个感动了无数人的医疗机器人的原型,体内骨胳正是由碳纤维材料打造,这才让外形软绵绵的他能经受住碾压摔打。事实上,就连此前曾经为超重问题所困扰的F-35战斗机,最终也是靠着使用多达35%的碳纤维复合材料才得以实现飞天梦想。被誉为“黑色黄金”的碳纤维,早已在国防军事领域得到广泛应用,是火箭、卫星、导弹、战斗机和舰船必不可少的基础材料。
  碳纤维的起源最早可追溯至1860年,英国人瑟夫·斯旺在制作电灯灯丝时发明了碳纤维并获得了专利。碳纤维真正迎来研究应用“井喷”阶段,还是20世纪50年代之后的事。1958年,美国研究人员首次发现了高性能碳纤维,日本和英国研究人员紧随其后,对碳纤维的性能进行改进升级。到20世纪70年代,碳纤维材料开始在战斗机结构件上崭露头角,F-15、B-1、F-16以及F-18等战斗机上都能看到碳纤维材料的身影。除美国空军的F-22和F-35战斗机大量采用碳纤维复合材料外,X-47B、“全球鹰”等装备更是借助碳纤维材料,实现了有效载荷、续航能力和生存能力的大幅度提升。用“坚如磐石、韧如发丝”来形容碳纤维材料毫不为过。别看碳纤维材料像纺织纤维一样柔软可加工,却是一种强度比钢大,且耐腐蚀、耐高温、导电导热性好的新一代高性能材料。人们平时接触最多的碳纤维材料自行车,就是借助了碳纤维材料没有塑性形变的特性,不但减轻了车身重量,更大大提升了自行车的使用寿命。
  目前,碳纤维复合材料的特性还存在着巨大的提升空间。在碳纤维材料重点研究的 树脂领域,碳纤维的应用将进一步提升武器装备各部件的使用寿命,并将显著改善武器装备抗冲击韧性、耐疲劳损伤性、工艺性和耐湿热性。美国国家航空航天局和美国空军研究实验室实现的3D打印,更将进一步提升加工大尺寸、复杂零部件的可靠性。
  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,对制造武器装备的新材料技术提出了新的更高要求。回顾历史不难发现,碳纤维材料每次取得重大研究进展,都伴随着相关军事需求的有力牵引。20世纪50年代,为解决导弹喷管和弹头耐高温、耐腐蚀等关键技术难题,美国率先研制出了粘胶基碳纤维。此后,伴随着更高性能、更多品种碳纤维材料的出现,看似柔软的纤维也成了大国竞争的“新材料之王”。
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