现在高科技建造的航天和航空机械以及飞机上,都使用到了碳纤维这种物质,那么它有多难造?为什么我国长期以来从美国和日本进口?看完制造过程就知道了。
被称作黑色黄金的碳纤维,制造难度堪比芯片,是比铁还要硬的布,我国在很多领域都有自主研发的突破性进展,为什么在碳纤维这个领域要长期依赖进口呢?
这种看起来很像软软的黑色线的东西,直径比头发还要细5倍,硬度却是钢材的十倍,属于一种含碳量在百分之九十以上的无机高分子纤维,价格远高于普通的其他材料,因为制造难度太大了。
简单来说一下加工流程,纤维纺丝是第一个步骤,然后要预氧化,碳化,和石墨化,纤维纺丝就是把腈纶凝胶类原材料备好,使用高温进行加热挤压成纤维条,在400度高温下,纤维和氧结合变成氧化,再进行碳化,使用氧化炉中的超过1200度高温,去除其他的杂质,纤维条会碳化成黑色,最后就是使用氩气加工石墨化,再次把纤维加热到3千度的超高温,碳纤维至此才生产完成。
碳纤维的生产用品目前已经覆盖了多个领域,应用的种类非常多,比如自行车,球拍等都是碳纤维和树脂合成材料做成的,比钢材的总重要轻巧,但是韧度和强度还是一样的,结实耐用,深受消费者的欢迎。而且碳纤维已经逐步应用到航空军工领域的制造中,对于我国这样的发展中大国来说,很多行业对碳纤维都有很广泛的需求,每年的供应量要达到将近5万吨,其中3万吨都要进口,超过了百分之六十的份额。
那么有人会觉得奇怪,已经知道了清楚的加工步骤,就按照这个去生产吧,但是不像想象得那么容易,我国为什么不能大量生产碳纤维呢,难道从国外进口价格更便宜吗?
近年来,由于航天航空工业的发展,我国的碳纤维需求量大幅增加,有着62%的进口需求,以2020年为例,我国碳纤维需求量达4.88万吨,其中3.04万吨为进口。
那为什么我国长期依赖进口呢?我国从79年代就开始研发建造碳纤维,技术方面有很多难题解决不了,碳纤维的生产遇到很大的瓶颈,无法突破,后来从国外引进了技术和生产线,碳纤维依靠一些成熟的经验和技术才得以快速发展起来。
但是和国外的高科技相比,我国的碳纤维生产是有着区别的,在产品质量和精度来区分,我国目前只能生产的产品是局限性很大的,12K的小丝束碳纤维,质量远远低于国外的产品,产能也不够稳定,直言不讳地说,我国在高端碳纤维产品方面,还是欠缺给力的技术支撑,也没有更好的生产线进行支持。
因为碳纤维的技术是美国和日本两家研发,又长期对我国进行封锁和限制,生怕我国学会了技术,高端碳纤维技术我国还不掌握,自己研发也没有突破,所以对于应用到航天工程的碳纤维持续了很长时间还是需要进口。
后来经过我国的科学家和技术人员不断克服难题,终于在四年前有所突破,从12K小丝束到48K大丝束的飞跃,是碳纤维生产的质的飞跃,改善了我国在碳纤维方面总是被其他国家卡脖子的窘迫境地。也实现了达到世界水平的突破,能自主供应高端碳纤维产品,应用到我国的航天工程和军工领域,势必会为我国的研发更好的国防装备,起到重要的作用。
碳纤维如果应用到飞机上,会让原来的重量减轻,哪怕减重百分之十,都会节约大量的燃油,一架总在空中飞行的飞机,按照航班客机来推算,我国的民航客机一般都要执飞9个小时左右,每个小时的燃油消耗都在2.5吨左右。
如果一天的燃油是20吨左右,省下来百分之十的燃油就是2吨,一个月省下来60吨燃油,一年节约600吨,这只是一架航班,如果一百架飞机,一年就会节约6万吨燃油,这个数字是不是很惊人,所以碳纤维的应用效果和作用非常重要,这还只是举个简单的例子,实际使用中还有更多的用途。
西方国家在几十年前就使用碳纤维建造高档的自行车架子,起到非常轻便坚韧的效果,比钢铁建造的要轻度更好,结实程度丝毫不逊色,而且没有锈蚀的情况出现,很多优势都证明碳纤维作为高科技材料更被消费者接纳,但是造价成本很高,技术也处于封锁状态,所以我国一直很着急,但是苦于没有突破。
现在终于拥有国产先进工艺的碳纤维材料,相信定会迎难赶上,创造中国的新纪录。
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