关注ℱ中国碳纤维技术再获突破 助力建造陆海空天先进武器

近日，国内碳纤维生产又传来好消息，精功集团研发的有效幅宽1米碳纤维微波石墨化生产线取得重大突破，常规T300/T400碳丝经过该生产线微波石墨化处理后，模量和强度均可提升10%-15%，最终产品品质等级达T700/T800以上，可为用户提供差异化定制的碳纤维产品（如：中强高模、高强中模、高强高模等不同等级的特殊规格系列），产品可广泛应用于航空航天、建筑/风电、压力容器、汽车、燃料电池等对高性能碳纤维需求领域。本文根据国内外公开资料分析此生产线的重大意义。碳纤维质量比铝轻，强度却高于钢铁，耐腐蚀、耐高温、耐疲劳，耐冲击性能好，热膨胀系数小，拥有良好的导电导热性能及电磁屏蔽性，对保障国防安全等方面具有重要意义。

碳纤维作为国家战略性新材料，在航天航空、导弹火箭武器、坦克装甲材料等领域拥有广泛的应用，高性能碳纤维更是国产新一代固体洲际弹道导弹和中远程弹道导弹的核心壳体材料。但是，不是所有的碳纤维都能用于军用，一般来说，只有小丝束碳纤维才能用于国防领域。所谓丝束，是指碳纤维生产线跟纺线一样，每束织成的碳纤维丝是将数千至数万根这样的碳原子丝以绞线或麻绳的方式排列而成，碳纤维以K表示每束有多少根碳原丝：1K即1个丝束含1000根碳原子丝，3K为3000根，12K为12000根，依此类推。一般讲，24K以下的为小丝束，24K以上的为大丝束。

碳纤维丝束一般不能直接使用，而是树脂液体浸润后制成碳纤维树脂复合材料，再用缠绕机将单根丝束缠绕到模具上，再经过固化，脱模才能最终形成产品使用。由于树脂很难对大丝束碳纤维内部浸润透彻，造成单丝间容易产生孔隙等缺陷 ，从而使复合材料强度、刚度受影响，性能降低，材料一致性较差 ，不能满足飞机，导弹，卫星等材料苛刻的要求。据国内公开资料披露，早期欧洲国家认为大丝束碳纤维甚至无法用到航空航天工业上来， 因其“不能满足最低的性能要求”，在2004年前世界各国军用飞机结构用碳纤维，基本上只用3K的小丝束产品。随着技术的进步，24K以下的小丝束产品才在民用航空市场得到一定的初步应用。而小丝束碳纤维一直是日本东丽、东邦和三菱三家占据国际市场绝大部分份额，并对我国以极高的价格销售。

更高档的高模M系列小丝束碳纤维主要用于敏感的航天领域，美日等国一直严格禁止向我方出口产品和技术。大丝束由于生产成本较低，价格比小丝束低得多，强度则稍低于同级小丝束碳纤维，但刚度（材料受外力产生弹性变形的值，但撤去外力恢复原状）明显小于同级别小丝束碳纤维量（低15%至20%），只能用于基础设施、运动器材、能源（风机叶片），以及汽车等领域。国外基本不会对我国封锁。目前国内碳纤维已是一片突破的新闻报导，但是实际上基本处于试生产状态，日本等国为了剿灭国内竞争对手，将低等级的碳纤维报价大幅降低，对我方影响很大。

精功集团虽已研发成功今年即将发射的快舟二十一号火箭所用的，直径4.2米的碳纤维发射筒体，为我国的航天事业做出了卓越的贡献，但是如何与国外企业竞争也是他们努力的方向。据公开资料披露，为了满足国防军工超高性能和低成本化的紧迫需求，他们在与中国吉化合作开展了年产8000吨大丝束碳纤维项目，其第一期2000吨大丝束碳纤维项目已投入试生产。但是目前基本为T300/T400级，由于刚度（模量）性能不够，只能用于风电、汽车轻量化、压力容器、海洋工程。要想提高档次用于航空航天部门还要投入巨资和时间。而使用微波的高温石墨化技术，能迅速在低档次碳纤维基础上生产出大丝束中高模量的碳纤维，可用于航空部门，并且其流程能耗可减少70%，价格比同品级碳纤维低30%，且产品优良率高达90%。

如果技术成熟后用在2000吨大丝束碳纤维项目上，将有可能部分替代价格昂贵的航空用小丝束产品。

据公开资料报道，石墨化大丝束碳纤维具有优异的刚度（模量），48K产品的拉伸模量为295Gpa，已达到T800到T100碳纤维的模量水平。而普通的小丝束产品经微波石墨化后，能大批量的生产宇航级别的M40系列高模碳纤维产品，也就是说，以后我国军用航空碳纤维的价格很可能降低到民用航空碳纤维的水平，而宇航级碳纤维的价格很可能降低到军用航空碳纤维的水平。

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