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既堅(jiān)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(guó)際先進(jìn)材料展覽會(huì)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(qiáng)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(diǎn),。
" ^1 \( q" J( |% X/ E7 H 它正在塑造“大明星”
( W% B% J) o: o- v: e* |( O 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。2 C0 J1 Y' L$ a% z* n6 L
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(dòng)力2號(hào)”太陽能飛機(jī),,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(gè)體型龐大、翼展達(dá)到72米,、比波音747客機(jī)還要寬的大飛機(jī),,重量?jī)H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(dòng)力,。與此同時(shí),能夠在飛行高度達(dá)8500米時(shí),,抵御零下30℃的嚴(yán)寒,。$ ?( u! l* D/ Z2 i6 i) L" r
日前,外媒刊載的最新發(fā)明無動(dòng)力機(jī)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?cè)谛凶邥r(shí)減少7%的能量消耗,,基本相當(dāng)于減重4.5公斤,,這對(duì)于有行走困難的殘疾人和需要經(jīng)常長(zhǎng)途跋涉的特種士兵來說,,無疑是個(gè)好消息。8 m+ p6 C+ r( \( L7 r
就連第87屆最佳奧斯卡動(dòng)畫長(zhǎng)片《超能陸戰(zhàn)隊(duì)》中,,萌入千萬少男少女心坎的暖男醫(yī)療型機(jī)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(jī)器人的設(shè)計(jì),因此其在劇情中雖外型柔軟得泡泡鼓鼓,,卻能經(jīng)受極強(qiáng)的碾壓摔打,,“擔(dān)當(dāng)范兒”十足。
% O2 Q& C1 X# t* q8 O e 軍事強(qiáng)國(guó)必爭(zhēng)之材2 k9 z6 y7 ?6 L. T
實(shí)際上,,被譽(yù)為“新材料之王”的碳纖維,,特別是在軍用上的高強(qiáng)度碳纖維原絲及其生產(chǎn)技術(shù),是西方國(guó)家嚴(yán)格禁運(yùn)的最重要技術(shù),。由于其可用于國(guó)防軍工制造武器,,一定強(qiáng)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(yùn)等級(jí),。1 f" u. l: D7 \0 m o, ?* k
在冷戰(zhàn)時(shí)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(guó)為首的巴黎統(tǒng)籌委員會(huì)對(duì)當(dāng)時(shí)的社會(huì)主義陣營(yíng)實(shí)行禁運(yùn),。戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束后,,由于碳纖維的高技術(shù)含量、高利潤(rùn)回報(bào),,西方國(guó)家仍然對(duì)發(fā)展中國(guó)家實(shí)施禁運(yùn),,尤其是在聚丙烯腈(PAN)原絲生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)口方面,即使有的國(guó)家已加入了世界貿(mào)易組織,,也沒有多少改變,。
& O6 W/ X, s3 Z3 k/ _" w 上天縱地大顯身手
) a0 t. X% I* g; r5 y 碳纖維雖然輕,看似如同塑料,,但實(shí)際上其抗沖擊性比鋼鐵強(qiáng),,機(jī)械強(qiáng)度和抗沖擊性更高,有較好的安全性,。因此,,當(dāng)前不少國(guó)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(guó)防競(jìng)爭(zhēng)制高點(diǎn)的重要支撐,。; b$ z" Z! a5 p* m( t. e; `1 K0 @
以汽車為例,碳纖維技術(shù)不僅可以使車身輕量化,,同時(shí)還可以強(qiáng)化車身強(qiáng)度,。采用碳纖維制造的車,重量?jī)H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(shí)可以多開50公里,有助于提升車的加速與制動(dòng)性能,。
# x1 R& o# _+ v' G 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(jì)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(jī)廠的合作,而美國(guó)能源部今明兩年將為同類項(xiàng)目提供2175萬美元的資金支持,。業(yè)內(nèi)人士評(píng)價(jià)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,。* x) A; {5 x) \% q" ]
在航空制造方面,,從1995年起,航空應(yīng)用中對(duì)碳纖維的需求不斷增多,。美國(guó)波音公司推出新一代高速寬體客機(jī)——“音速巡洋艦”,,約60%的結(jié)構(gòu)部件都將采用強(qiáng)化碳纖維塑料復(fù)合材料制成,其中包括機(jī)翼,。它比鋁輕,,但強(qiáng)度不相上下。碳纖維復(fù)合材料在民用飛機(jī)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(jī)上的應(yīng)用也將高速增長(zhǎng)。據(jù)預(yù)測(cè),,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,。/ S T6 H* e2 i5 e- W: v& t
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