就在剛剛過去的2016年,北京中航公司欲引進(jìn)一套樹脂生產(chǎn)線設(shè)備,通過對投標(biāo)廠家公司的層層篩選,意凱很有幸的成為了中航公司的中標(biāo)公司,也很榮幸意凱的樹脂生產(chǎn)線設(shè)備能能夠助力中國的航天工業(yè)的發(fā)展,國產(chǎn)碳纖維技術(shù)已完全趕超了日本東麗公司,達(dá)到了世界最先進(jìn)的技術(shù)水平!下面一起來具體了解一下~

樹脂生產(chǎn)線設(shè)備

日本東麗為碳纖維行業(yè)標(biāo)桿

所謂 T300、T800、T1000 等稱謂,其實(shí)是日本東麗公司的碳纖維型號(hào),只是由于東麗公司在行業(yè)內(nèi)的地位,所以導(dǎo)致其型號(hào)在媒體的報(bào)道中,無形中演化成類似于某種強(qiáng)度的碳纖維標(biāo)桿。從中其實(shí)也能看出日本企業(yè)在碳纖維領(lǐng)域的行業(yè)地位。在集成電路領(lǐng)域中,三星的 14nm 制造工藝雖然和 Intel 的 14nm 制造工藝同屬于 14nm,但采用三星工藝加工出來的芯片在性能、功耗等方面與 Intel 的相比卻存在一定差距。

國產(chǎn) T800 可以替換東麗同類產(chǎn)品

那么,國產(chǎn)的 T800 和日本東麗的 T800 也存在類似同屬 T800,在產(chǎn)品性能上表現(xiàn)如何呢?

一篇由中航復(fù)合材料有限責(zé)任公司、北京航空材料研究院、先進(jìn)復(fù)合材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、核工業(yè)理化工程研究院、北京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院技術(shù)人員共同署名發(fā)表的論文對國產(chǎn) T800 碳纖維和日本東麗 T800 碳纖維做了非常詳細(xì)的測試。

在測試中,研究人員采用日本 Hitachi 公司生產(chǎn)的 S4800N 型冷場發(fā)射掃描電子顯微鏡,觀察碳纖維的表面形貌,并計(jì)算纖維直徑。采用美國 Veeco 公司生產(chǎn)的 D3000 型原子力顯微鏡,觀察碳纖維表面形貌,分析表面粗糙度。采用英國 Kratos 公司生產(chǎn)的 X 射線光電子能譜儀,分析碳纖維的表面成分。采用北京航空航天大學(xué)研制的微脫黏試驗(yàn)機(jī),測試?yán)w維與基體樹脂的界面剪切強(qiáng)度。采用美國 Instron 公司生產(chǎn)的 5982 型材料電子萬能試驗(yàn)機(jī)測試復(fù)合材料室溫干態(tài)力學(xué)性能。測試表明:

在表面物理態(tài)上,相對于東麗 T800H 碳纖維,國產(chǎn) T800 碳纖維的表面較為粗糙,沿纖維軸向分布著更密集的溝槽,且溝槽的深度也較深,這種形貌特征有利于提高國產(chǎn) T800 碳纖維與基體樹脂的機(jī)械嚙合作用,從而提高復(fù)合材料的界面性能。

平均表面粗糙度

AFM

  (T800H 碳纖維和國產(chǎn) T800 碳纖維的 AFM 照片)

  由于國產(chǎn) T800 碳纖維的氧碳原子比約為 T800 碳纖維約為 31.2%,約為東麗 T800H 碳纖維的 2 倍,因此,國產(chǎn) T800 碳纖維能夠通過化學(xué)鍵合或分子間作用力與基體樹脂形成相互作用,從而提高復(fù)合材料的界面性能。加上之前提到的在表面物理態(tài)上的差異,使得國產(chǎn) T800 碳纖維與 HT-280 樹脂能形成更好的界面黏結(jié)。

而測試也證明了這一點(diǎn),東麗 T800H 碳纖維與 HT-280 樹脂的界面剪切強(qiáng)度約為 92MPa,國產(chǎn) T800 碳纖維與 HT-280 樹脂的界面剪切強(qiáng)度約為 117MPa,后者較前者高約 27%。

在力學(xué)性能方面,國產(chǎn) T800/HT-280 復(fù)合材料的 0° 拉伸、90° 拉伸、彎曲、面內(nèi)剪切和層間剪切等力學(xué)性能均普遍高于東麗 T800/HT-280 復(fù)合材料。其中,90° 拉伸強(qiáng)度高約 25%,面內(nèi)剪切強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度高約 12%、層間剪切強(qiáng)度高約 7%。

拉伸試樣破壞 SEM 照片

  (T800H/HT-280 復(fù)合材料和國產(chǎn) T800/HT-280 復(fù)合材料 90° 拉伸試樣破壞 SEM 照片)

  一篇中國科學(xué)院大學(xué)的博士論文也證明:國產(chǎn) T800 碳纖維拉伸強(qiáng)度平均值 5.63GPa(東麗 T800 為 5.49GPa),彈性模量平均值 292GPa,斷裂伸長率平均值 1.9%,與東麗公司 T800 碳纖維產(chǎn)品一致,表明國產(chǎn)碳纖維力學(xué)性能完全達(dá)到了國外同類產(chǎn)品水平,且各項(xiàng)指標(biāo) Cv 值均較低,穩(wěn)定性較好。國產(chǎn) T800 碳纖維 12K 產(chǎn)品的元素成分和表面活性與東麗 T800 碳纖維 12K 產(chǎn)品比較一致。國產(chǎn) T800 碳纖維整體可媲美日本東麗 T800 產(chǎn)品,完全可以取代國外同類產(chǎn)品加以推廣應(yīng)用。

  結(jié)語

目前,日本是高檔碳纖維材料的主要生產(chǎn)國,日本東麗公司的 T800 系列碳纖維,是唯一被美國 FAA 批準(zhǔn)用于波音 777 關(guān)鍵飛行部件的碳纖維,航空工業(yè)中碳纖維的重要性不言而喻。

西方國家長期對中國施行 T800 系列碳纖維禁運(yùn),以阻止中國以此提高軍用飛機(jī)性能以及在國際航空航天材料中獲得競爭力。2013 年有中國商人在美國被控告非法采購 T800 系列碳纖維。

必須指出的是,過去國內(nèi)雖然能做出與國外媲美的產(chǎn)品,但在成本上往往高于國外同類產(chǎn)品。而據(jù)了解,中國已有多個(gè)廠家可以規(guī)?;a(chǎn), T800 級(jí)碳纖維的成本價(jià)格控制到了國際價(jià)格的三分之一,這實(shí)現(xiàn)在技術(shù)上能與國外同類產(chǎn)品爭鋒的同時(shí),在定價(jià)上也占據(jù)主動(dòng),這對國產(chǎn) T800 碳纖維的產(chǎn)業(yè)發(fā)展和商業(yè)化應(yīng)用就尤為關(guān)鍵了。

參考資料:

《國產(chǎn) T800 碳纖維/雙馬來酰亞胺復(fù)合材料的界面及力學(xué)性能》,李偉東,張金棟,劉剛,鐘翔嶼,張代軍,包建文,肇研;

《久攻難克的碳纖維技術(shù)》,李克健;

《國產(chǎn) T800 碳纖維表征分析及樹脂基復(fù)合材料性能研究》,顧紅星。

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