材料加工技术的落后成为制约中国战斗机乃至整个航空工业发展的“阿喀琉斯之踵”,曾有一句形容中国航空工业的话称, “我们能设计出来任何飞机,但却不能生产和批量制造”,高性能材料不能应用,同时,由于目前全球碳纤维市场长期被东丽、东邦特耐克丝和三菱人造纤维等日本 企业占据。以日本为首的西方国家又对中国施行了“密不透风”的禁运和制裁,看起来,中国的航空工业已经输在了起跑线上,可我们中国人从来就不信这个邪,本 期策划就来说说中日碳纤维攻防战,中国是如何一步步突破日本的技术封锁,取得“碳纤维大战”的初步胜利。碳纤维量产以后,中日两国在碳纤维技术方面的不平等地位发生了天反复地的变化,2005年前,由于中方不能生产航空航天级别碳纤维,国际上T300级 碳纤维曾被炒到每公斤8000元人民币,而2007年中国成功批产之后,日本东丽公司的销售价格已经下降到每公斤200元不到,缩水了近41倍。据外国媒 体称,正是因为中国能够自行生产碳纤维,从2007年开始,中国新研制的战斗机均广泛使用碳纤维复合材料做次承力结构,歼10的后续批次等后续机型,在雷 达罩、前机身、鸭翼、副襟翼、垂尾、平尾、和机尾短舱、起落架舱门等各种次承力结构都批量使用了碳纤维复合材料。
一般碳纤维的密度为1750 kg/立方米,如此低的密度让其更是广泛被使用于大型飞机,例如空中客机的A350与A380,波音787均利用碳纤维复合材料来减轻耗油量。另外大型风力发电机的叶片,赛车、高端自行车的车身均为碳纤维复合材料需求量增加的重要因素。从纸般柔软到钢铁般强硬的质变过程,通过在模具中按纤维方向交错叠放碳纤维布,利用环氧树脂粘接剂将多层切割好的碳纤维布逐层站在一起,这一过程需要用5到10层甚至更多层薄如蝉翼的碳纤维布,粘合成加厚版碳纤维布。这时它的柔韧性已经非常的差,几乎跟刚性材料差不多。其原理就如同将一页纸完全粘贴成一叠厚厚的纸堆,纸堆就会变得坚固。
康特碳纤维,需要注意一下技术要点:
(1)实现原丝高纯化、高强化、致密化以及表面光洁无暇是制备高性能碳纤维的首要任务。碳纤维系统工程需从原丝的聚合单体开始。原丝质量既决定了碳纤维的性质,又制约其生产成本。优质PAN原丝是制造高性能碳纤维的首要必备条件。
(2)杂质缺陷最少化,这是提高碳纤维拉伸强度的根本措施,也是科技工作者研究的热门课题。在某种意义上说,提高强度的过程实质上就是减少、减小缺陷的过程。
(3)在预氧化过程中,保证均质化的前提下,尽可能缩短预氧化时间。这是降低生产成本的方向性课题。
(4)研究高温技术和高温设备以及相关的重要构件。高温炭化温度一般在1300到1800℃,石墨化一般在2500到3000℃。在如此高的温度下操作,既要连续运行、又要提高设备的使用寿命,所以研究新一代高温技术和高温设备就显得格外重要。如在惰性气体保护、无氧状态下进行的微波等。