坚如磐石、韧如蒲草?大国重器离不开这种“小”材料——

发布时间:2019-05-16 15:17 浏览次数: 字体:[ ] 打印

来源:经点科学微信公众号

蒲草韧如丝,

磐石无转移.

什么东西既坚如磐石、又韧如蒲草?

有请中科院杨玉良院士为我们揭晓答案:

碳纤维!

对的,就是这种“小”材料,又轻又强韧性好,耐热耐磨耐侵蚀——

从石油提炼出的腈纶丝,经过高温氧化碳化,就成了碳纤维丝。


只有想不到,没有做不到

钓鱼竿——用很细的钓鱼竿钓很重的鱼;

自行车——一个5岁的小朋友就能提起一辆碳纤维自行车,因为轻,骑起来很轻松;

小汽车车门——假如用碳纤维制作小汽车车门,6岁的小朋友就能抱得动;

拉杆箱——这样的旅行拉杆箱,站上去7个成人没有问题,但就是贵,还有,用杨院士的话来说,“杀鸡用了牛刀”!

淘宝一下,您就知道:

好钢用在刀刃上

用在飞机上,重量减轻25%,碳排放大大降低;用在导弹上,自重轻,飞行距离远;用在火箭发动机壳体上,在高温下保持形状不变,安全性高,装载燃料多;用在轨道交通上,能推进车辆轻量化;在无人机领域,碳纤维制成的外壳强度大、重量轻,能够保证承载和续航能力;甚至地震时,需要通过直升飞机运送挖掘机等设备进灾区,也只有用了碳纤维的直升机,才能提起那么重的机器。

目前,碳纤维已经用在空客和波音某些机型的骨架上,还有跨度不是特别大的的桥梁开始采用碳纤维制作、因而在很长的距离里都不需要柱子支撑,此外,碳纤维还可以用在大跨度无柱子支撑的房子上。

杨院士一言以蔽之,只要你能想到的需要高强度又不希望很重的地方,都可以用碳纤维,限制它更广泛使用的门槛是:能卖得多便宜!

也是real傲娇了!


我国生产水平如何

杨院士说,我们生产的碳纤维工艺水平和性价比都不输给其他任何国家,但我国厂家的共性问题在于:稳定性不好。

“今天做出来很好,下个月就不灵了,前10公里长的碳纤维可以,后10公里的性能就差一点。”

解决这一问题,使碳纤维的质量有稳定的保障,需要技术和管理两方面下功夫,通过改进技术和管理加强,精准把握技术关键节点。

用杨院士的话来说,不需要精细的地方精细,工人累、成本高;得知道哪个地方需要精细把握并把握好它。

在浙江绍兴科协的帮助下,杨院士和当地企业合作设立了院士工作站,其目标就是让碳纤维的性能更稳定、生产成本更低、应用更广。

此前,每生产15天左右,设备就会因为积炭等原因必须进行检修,影响了生产进度,不同批次的产品也容易有质量上的偏差。如今,在几方共同努力下,设备检修周期从15天延长到了3个月,有力助推了产品质量和产量的提升。

质量好坏咋判断

理论上讲,腈纶丝转化为碳纤维丝的转化率可以高达56%,假如做得好,一般能达到52%至53%的转化率,假如低于50%,那么碳纤维的强度就不够高。也就是说,一公斤腈纶至少需要做成半公斤的碳纤维丝。

目前,用腈纶丝制作碳丝有超过50%的成本在高温氧化碳化的电费上,研究人员正试图通过技术创新来降低成本,因为碳纤维的生产成本每降低10%,其应用市场就可以扩大20%!

从军用到民用,从航空航天、交通发电到生活日常,我国的碳纤维生产在质量上、新产品开发与应用上都有了较大的飞跃。

那万一现在手头还有质量略次的碳纤维丝怎么办?

没关系,可以用在这里:古建筑墙壁裂了、高架桥墩子裂了,旧房子开裂了,都可以用碳纤维包一层,就好比下图

这个高架的路墩子用碳纤维包了一层,再用水泥加固,将成为桥墩中的“大白”!

因为,大家熟悉的电影《超能陆战队》里的主人公——机器人“大白”,它原型的体内骨骼,就是用碳纤维打造的哟!


经济日报经点科学工作室出品

记者:陈莹莹

 


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