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既堅如磐石,,又韌如發(fā)絲,,它是自古以來人類在材料領(lǐng)域孜孜以求的品質(zhì)。5月底,,在北京舉行的第十屆SAMPE國際先進材料展覽會上,,一卷卷如布匹般的黑色編織物引人駐足,原來這就是從新材料中一躍而起的“黑馬”——碳纖維的真容,,不僅兼顧柔中帶剛的特性,,還具有不怕強酸腐蝕、耐超高溫,、具有導(dǎo)電導(dǎo)熱性和電磁屏蔽性等諸多閃光點,。( v6 I. `5 i- R. V( A1 ~6 K
它正在塑造“大明星”; e+ Y" j" m* p6 g2 S% E
碳纖維材料的質(zhì)量較輕,密度只是普通紙張的1/3,。因它的有力支撐,,令最近冉冉升起的很多“明星”更加充滿魅力、令人著迷,。
! [4 c- Q4 b7 X+ r7 S" \ 今年3月,開啟全球飛行之旅的,、由瑞士制造的零耗油“陽光動力2號”太陽能飛機,,整體結(jié)構(gòu)的80%都采用了蜂窩狀碳纖維材料做“保暖外衣”,使這個體型龐大,、翼展達(dá)到72米,、比波音747客機還要寬的大飛機,重量僅為2300公斤,,與一輛家用汽車相當(dāng),,由此在飛行過程中節(jié)約了更多的動力。與此同時,,能夠在飛行高度達(dá)8500米時,,抵御零下30℃的嚴(yán)寒。" d2 e, o- g+ \! L- _. J
日前,,外媒刊載的最新發(fā)明無動力機械外骨骼,,由輕質(zhì)的碳纖維材質(zhì)制成,,僅僅借助于巧妙的生物力學(xué)結(jié)構(gòu),能幫助人們在行走時減少7%的能量消耗,,基本相當(dāng)于減重4.5公斤,,這對于有行走困難的殘疾人和需要經(jīng)常長途跋涉的特種士兵來說,無疑是個好消息,。- v. K1 S& i: c/ r6 _
就連第87屆最佳奧斯卡動畫長片《超能陸戰(zhàn)隊》中,,萌入千萬少男少女心坎的暖男醫(yī)療型機器人“大白”(Baymax),其體內(nèi)碳纖維骨骼的構(gòu)想都十分符合未來理想中機器人的設(shè)計,,因此其在劇情中雖外型柔軟得泡泡鼓鼓,,卻能經(jīng)受極強的碾壓摔打,“擔(dān)當(dāng)范兒”十足,。" V) \- P8 u9 w( B3 g
軍事強國必爭之材/ W4 P, W$ X2 t# v1 P
實際上,,被譽為“新材料之王”的碳纖維,特別是在軍用上的高強度碳纖維原絲及其生產(chǎn)技術(shù),,是西方國家嚴(yán)格禁運的最重要技術(shù),。由于其可用于國防軍工制造武器,一定強度以上的碳纖維需要獲得批準(zhǔn)才能出口,,達(dá)到與核武器技術(shù)相提并論的禁運等級,。
' ~; Y# [# A0 W( J9 d7 F 在冷戰(zhàn)時期,碳纖維生產(chǎn)技術(shù)屬于技術(shù)密集型和政治敏感材料,,以美國為首的巴黎統(tǒng)籌委員會對當(dāng)時的社會主義陣營實行禁運,。戰(zhàn)爭結(jié)束后,由于碳纖維的高技術(shù)含量,、高利潤回報,,西方國家仍然對發(fā)展中國家實施禁運,尤其是在聚丙烯腈(PAN)原絲生產(chǎn)技術(shù)進口方面,,即使有的國家已加入了世界貿(mào)易組織,,也沒有多少改變。
( t& I: i8 E$ I6 e1 n" p 上天縱地大顯身手
. m* C' m$ u) D; v8 H3 B& b/ M 碳纖維雖然輕,,看似如同塑料,,但實際上其抗沖擊性比鋼鐵強,機械強度和抗沖擊性更高,,有較好的安全性,。因此,當(dāng)前不少國家都在積極布局,,著力發(fā)展碳纖維產(chǎn)業(yè),,將其作為搶占下一輪工業(yè)和國防競爭制高點的重要支撐。
+ \4 d$ }1 V1 B: l. e- b0 X6 k 以汽車為例,,碳纖維技術(shù)不僅可以使車身輕量化,,同時還可以強化車身強度,。采用碳纖維制造的車,重量僅相當(dāng)于普通鋼材汽車的20%到30%,,硬度卻在10倍以上,。而車重每減10%,便可降低6%到8%的油耗,,降低5%到6%的排放,,在同樣用油情況下,一輛車每小時可以多開50公里,,有助于提升車的加速與制動性能,。
! J* [( `3 W9 P" [" J 在復(fù)合材料的配合下,碳纖維汽車儼然成為家用車中的裝甲車,。為此,,日本計劃未來5年投資20億日元,支持碳纖維原材料企業(yè)和汽車主機廠的合作,,而美國能源部今明兩年將為同類項目提供2175萬美元的資金支持,。業(yè)內(nèi)人士評價說,如果說福特創(chuàng)建流水線生產(chǎn)是汽車行業(yè)的首次革命,,那么碳纖維+新能源可能預(yù)示著第二次汽車革命,。
5 Q+ K# x2 l2 j1 y; X 在航空制造方面,從1995年起,,航空應(yīng)用中對碳纖維的需求不斷增多,。美國波音公司推出新一代高速寬體客機——“音速巡洋艦”,約60%的結(jié)構(gòu)部件都將采用強化碳纖維塑料復(fù)合材料制成,,其中包括機翼,。它比鋁輕,但強度不相上下,。碳纖維復(fù)合材料在民用飛機上的應(yīng)用被特別看好,,目前新增產(chǎn)能均以滿足航空需要的高性能碳纖維及復(fù)合材料為主,未來5到10年內(nèi)碳纖維復(fù)合材料在民用飛機上的應(yīng)用也將高速增長,。據(jù)預(yù)測,世界航空航天領(lǐng)域?qū)μ祭w維復(fù)合材料的總需求,,2018年將達(dá)到2萬噸,。
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