首页/文章/ 详情

技术追踪·美研究人员推突破性“拉伸断裂”碳纤维 开创航空航天用碳纤维材料先河

5月前浏览2097

本文摘要:(由ai生成)

美国蒙大拿州立大学开发了一种易于成型的“拉伸断裂”碳纤维,能简化飞机制造过程并降低成本。通过精确拉伸使纤维部分断裂提高可塑性,同时保持强度。新工具“山猫头”能精确控制纤维断裂,保持材料特性。该研究由美国陆军资助,已吸引航空航天公司关注,预计未来几年内可投入工业应用。

美国蒙大拿州立大学的一个项目正在迅速引起业界的关注,用于制造飞机的轻质和坚固的碳纤维材料可能很快就会得到重大改造。

在过去的四年里,一个由MSU科学家、学生和合作者组成的团队开创了一种制造 "拉伸断裂 "碳纤维的创新方法,这种纤维更容易形成飞机的复杂形状,并可以大大降低 制造成本。该项目由美国陆军提供的总额为2580万美元的合同资助。
"我们在这方面投入了很多,现在我们正在接近一个重要的里程碑,在将技术转移到工业界之前,我们将展示小规模的实际制造,"MSU项目的首席研究员Douglas Cairns说。"我们对潜在的影响感到非常兴奋"。
传统的碳纤维复合材料--通过将比钢更坚固的长纤维嵌入硬化树脂中制成--是航空工业的黄金标准,因为它对其重量来说特别坚固和耐用,凯恩斯解释说。但是,这种纤维非常坚硬,例如,将它们形成飞机机翼的紧密曲线,需要复杂而昂贵的机器。它通常还需要一个类似脚手架的金属下部结构,容易被腐蚀,每年花费美国军队数十亿美元的维护和修理费用。


相比之下,MSU的新碳纤维材料--通过精确拉伸材料,使一些纤维在天然的薄弱点处断裂--在强度大致相同的情况下,其可塑性提高了约8倍,据凯恩斯说。这意味着这种材料可以用更简单的设备进行成型,而且不需要金属下层结构。
"由于它更易于成型,我们保守地估计,我们可以将制造成本降低4倍,"MSU的Norm Asbjornson工程学院机械和工业工程系的Lysle A. Wood特聘教授Cairns说。"这是一个很大的买卖"。

道格·凯恩斯(Doug Cairns)在他的实验室。

MSU照片:科尔特·彼得森(Colter Peterson)摄
尽管破坏碳纤维以改善其成型性的概念已经存在了几十年,但以前的方法,如随机切割材料,被证明大大损害了强度,在航空航天材料领域工作了近30年的Cairns说。拉伸断裂的想法也不是新的,但直到现在,还没有人想出一种方法,以一种可以扩展到工业领域的方式,持续有效地做到这一点。"凯恩斯说:"这个概念很容易,但对它的控制却非常困难。
与蒙大拿州近二十家公司合作,帮助设计和加工,MSU团队开发了一种新的拉伸断裂工具,称为山猫头(Bobcat Head)。当含有数千根单独的碳纤维的扁股快速通过一系列的辊子时,精确的力量被施加到有缺口和其他缺陷的地方,以打破纤维。凯恩斯指出,在一个特定的区域内,只有大约2%的纤维被折断。
研究人员随后研究了所得材料的特性。机械和工业工程系副教授罗伯塔-阿门多拉(Roberta Amendola)带领一个由教师和学生组成的团队,测试拉伸断裂的纤维如何能够轻易地被弯曲成复杂的形状,并用树脂固定。
"这种材料不断给我们带来惊喜,"阿门多拉说。"我们已经确认的是,它的强度与用连续纤维制成的材料一样,但非常容易成型。这是一个了不起的结果"。
据凯恩斯说,下一步是扩大拉伸断裂机器的规模,以试验性地演示如何在实际生产中使用它,这将为向生产军用和民用飞机的航空航天公司授权该技术铺平道路。他说,这种材料有可能在未来几年内开始在工业上使用。
同时,这项工作正在对MSU产生教育影响,超过8名本科生和12名研究生为该项目做出了贡献,Cairns指出。其他参与该项目的MSU教师有Dilpreet Bajwa教授和Cecily Ryan副教授,他们都在机械和工业工程系。

凯恩斯实验室里的一股拉伸断裂的碳纤维。
MSU照片:Colter Peterson
蒙大拿州参议员Jon Tester和Steve Daines为该项目的2580万美元陆军合同提供了联邦拨款。
“蒙大拿州的科学家和工程师一直处于创新的前沿,我很自豪地看到蒙大拿州的一些最聪明的人通过与美国陆军的合作伙伴关系帮助我们的国家保持安全,”参议员Tester说。“作为参议院国防拨款小组委员会主席,我很高兴能为这一合作伙伴关系获得资金,并相信MSU的突破性碳纤维将为我们的军事服务提供帮助。”


凯恩斯表示,该项目已经引起了先进材料供应和航空航天公司的关注,这些公司已经来到波兹曼校区亲自查看材料,并渴望获得材料样本,MSU团队正在努力提供这些样本。“当我们与航空航天公司交谈时,他们的眼睛都亮了,”他说。“他们认识到这会对他们的设计和制造产生多大影响。”
来源:JEC,编译:赛奥碳纤维


特别声明:公众 号部分文章和图片来源于网络,发布的目的在于传递更多信息及分享,并不代表本公 众号赞同其观点和对其真实性负责,也不构成任何其他建议。版权归原作者所有,任何组织或个人对文章版权或内容的准确性存在疑议,请第一时间联系我们,我们会及时修改或删除。

广告免责声明:本公众 号会不定时承接行业广告、产品推广、会议培训推广等广告,展示方式有文章前/中/后以图片形式展示、软文展示、产品链接展示等。本公众 号只提供发布平台,对广告内容的真实性或有效性不做评价,请自行判别。所有广告内容及相关事项与本公众 号无关,特此声明。


来源:碳纤维生产技术
断裂复合材料航空航天UG材料创新方法控制试验
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-06-07
最近编辑:5月前
碳纤维生产技术
助力国内碳纤维行业发展
获赞 29粉丝 39文章 3760课程 0
点赞
收藏
作者推荐

企业聚焦·长盛科技:树立高性能碳纤维国产化的标杆

本文摘要:(由ai生成)长盛(廊坊)科技有限公司专注于碳纤维材料研发与生产,产品广泛应用于高端制造领域。公司拥有国内领先的碳纤维生产技术,已突破T1100产品技术,打破国际垄断。公司致力于技术创新和人才培养,已申请44项专利,目标是建设万吨生产线,成为国际一流的高性能碳纤维综合服务商,树立国产高性能碳纤维的行业标杆。河北新闻网讯(河北日报记者解丽达)重量是钢的五分之一,强度却是钢的5-10倍——这种新型材料叫“碳纤维”,材料领域皇冠上的明珠。11月4日上午,廊坊高新区凤翔路西侧,去年底新挂牌的长盛(廊坊)科技有限公司(以下简称“长盛科技”)面貌一新。聚丙烯腈原料通过聚合反应形成聚合液,之后再通过纺丝、碳化,成卷的黑色碳丝“走”下生产线……车间里满负荷生产,货品“供不应求”。在长盛科技碳化车间,工人在收丝卷装环节进行操作。(河北日报记者解丽达摄)11年前,大多数人还不知“碳纤维”为何物时,总投资50亿元的中安信科技有限公司碳纤维项目入驻廊坊高新区,建设1条5000吨原丝和1条1700吨碳丝生产线,并于2016年8月投产。凭借国内知名的专家技术团队和自主研发的高性能碳纤维原丝、碳丝等制品的尖端工艺,中安信曾被认定为“廊坊市企业技术中心”“河北省高新技术企业”,享誉业内。在长盛科技碳化车间,工人在原丝放丝环节进行操作。(河北日报记者 解丽达 摄)然而,好景不长。2019年,中安信因陷入债务危机破产重整。2021年,中安信公司以土地、厂房、设备、技术、人员等资产投资设立新公司——长盛科技,主营业务为碳纤维原丝、碳纤维、碳纤维复合材料及其制品的研发等。北京蓝天盛源资本管理有限公司、北京星电东方科技有限公司作为投资人通过股权转让方式取得长盛公司55%的股权,成为该公司实际控制人。工人在长盛科技纺丝车间进行操作。(河北日报记者解丽达摄)凤凰涅槃,王者归来。自2021年复产以来,长盛科技累计实现营业收入约2亿元,缴纳税款1280万元,产品平均良品率为98.2%。这些碳纤维材料被广泛应用于制造压力容器、体育用品以及其他高端领域部件。“目前,我们可稳定量产T800—T1000及M系列等碳纤维高端产品,T1100产品实现了技术突破,打破多年来的国际垄断,实现高性能碳纤维国产化,位列中国高性能碳纤维单线产能第一方阵。”公司总经理林玲介绍,他们的目标是建设万吨生产线,并进一步延展产业链,做国际一流的高性能碳纤维综合服务商。4日上午,长盛科技碳化车间里,一卷卷单体约4公斤重、2000多米长的“55T”碳丝自动打包装箱码垛,正待发货。“这是我们新研制的产品,用于制作刚性强的氢气瓶。这款碳丝的规格为‘24K’,即一束丝里含有24000根单丝,每根单丝比头发丝还要细很多。”公司副总经理常平介绍。人才是第一资源。包括常平在内的几位技术骨干,在中安信破产期间,近两年没有拿工资却依然坚守。“我们对碳纤维的发展前景始终有信心,我们在国内的技术基础、装备的精良程度、生产的控制管理能力在国内都屈指可数,复产后许多老客户都回流了!”常平说,公司停产期间,他们利用这段间隙整修设备、改进技术,复产后生产效率一路攀升,业绩大大提升。创新是第一动力。“过去,全球的碳纤维供给主要垄断在日美德等发达国家企业手里。长盛科技结合我国碳纤维的科研成果和生产经验,组织国内著名专家学者和工程技术人员,自主研发了高性能碳纤维及配套原丝的工艺包。目前,公司已申请专利44项,其中发明专利28项,实用新型16项。”林玲介绍,今年,他们将在不断优化现有生产环节的基础上,扩大单线产能、突破现有技术、引进高端人才,树立起高性能碳纤维国产化的行业标杆。来源:河北新闻网 特别声明:公众 号部分文章和图片来源于网络,发布的目的在于传递更多信息及分享,并不代表本公 众号赞同其观点和对其真实性负责,也不构成任何其他建议。版权归原作者所有,任何组织或个人对文章版权或内容的准确性存在疑议,请第一时间联系我们,我们会及时修改或删除。广告免责声明:本公众 号会不定时承接行业广告、产品推广、会议培训推广等广告,展示方式有文章前/中/后以图片形式展示、软文展示、产品链接展示等。本公众 号只提供发布平台,对广告内容的真实性或有效性不做评价,请自行判别。所有广告内容及相关事项与本公众 号无关,特此声明。来源:碳纤维生产技术

未登录
还没有评论
课程
培训
服务
行家
VIP会员 学习 福利任务 兑换礼品
下载APP
联系我们
帮助与反馈