“新材料之王”碳纤维为军事强国的必争之材

chinainfo

　　既坚如磐石，又韧如发丝，它是自古以来人类在材料领域孜孜以求的品质。5月底，在北京举行的第十届SAMPE国际先进材料展览会上，一卷卷如布匹般的黑色编织物引人驻足，原来这就是从新材料中一跃而起的“黑马”——碳纤维的真容，不仅兼顾柔中带刚的特性，还具有不怕强酸腐蚀、耐超高温、具有导电导热性和电磁屏蔽性等诸多闪光点。
　　它正在塑造“大明星”
　　碳纤维材料的质量较轻，密度只是普通纸张的1/3。因它的有力支撑，令最近冉冉升起的很多“明星”更加充满魅力、令人着迷。
　　今年3月，开启全球飞行之旅的、由瑞士制造的零耗油“阳光动力2号”太阳能飞机，整体结构的80%都采用了蜂窝状碳纤维材料做“保暖外衣”，使这个体型庞大、翼展达到72米、比波音747客机还要宽的大飞机，重量仅为2300公斤，与一辆家用汽车相当，由此在飞行过程中节约了更多的动力。与此同时，能够在飞行高度达8500米时，抵御零下30℃的严寒。
　　日前，外媒刊载的最新发明无动力机械外骨骼，由轻质的碳纤维材质制成，仅仅借助于巧妙的生物力学结构，能帮助人们在行走时减少7%的能量消耗，基本相当于减重4.5公斤，这对于有行走困难的残疾人和需要经常长途跋涉的特种士兵来说，无疑是个好消息。
　　就连第87届最佳奥斯卡动画长片《超能陆战队》中，萌入千万少男少女心坎的暖男医疗型机器人“大白”（Baymax），其体内碳纤维骨骼的构想都十分符合未来理想中机器人的设计，因此其在剧情中虽外型柔软得泡泡鼓鼓，却能经受极强的碾压摔打，“担当范儿”十足。
　　军事强国必争之材
　　实际上，被誉为“新材料之王”的碳纤维，特别是在军用上的高强度碳纤维原丝及其生产技术，是西方国家严格禁运的最重要技术。由于其可用于国防军工制造武器，一定强度以上的碳纤维需要获得批准才能出口，达到与核武器技术相提并论的禁运等级。
　　在冷战时期，碳纤维生产技术属于技术密集型和政治敏感材料，以美国为首的巴黎统筹委员会对当时的社会主义阵营实行禁运。战争结束后，由于碳纤维的高技术含量、高利润回报，西方国家仍然对发展中国家实施禁运，尤其是在聚丙烯腈（PAN）原丝生产技术进口方面，即使有的国家已加入了世界贸易组织，也没有多少改变。
　　上天纵地大显身手
　　碳纤维虽然轻，看似如同塑料，但实际上其抗冲击性比钢铁强，机械强度和抗冲击性更高，有较好的安全性。因此，当前不少国家都在积极布局，着力发展碳纤维产业，将其作为抢占下一轮工业和国防竞争制高点的重要支撑。
　　以汽车为例，碳纤维技术不仅可以使车身轻量化，同时还可以强化车身强度。采用碳纤维制造的车，重量仅相当于普通钢材汽车的20%到30%，硬度却在10倍以上。而车重每减10%，便可降低6%到8%的油耗，降低5%到6%的排放，在同样用油情况下，一辆车每小时可以多开50公里，有助于提升车的加速与制动性能。
　　在复合材料的配合下，碳纤维汽车俨然成为家用车中的装甲车。为此，日本计划未来5年投资20亿日元，支持碳纤维原材料企业和汽车主机厂的合作，而美国能源部今明两年将为同类项目提供2175万美元的资金支持。业内人士评价说，如果说福特创建流水线生产是汽车行业的首次革命，那么碳纤维+新能源可能预示着第二次汽车革命。
　　在航空制造方面，从1995年起，航空应用中对碳纤维的需求不断增多。美国波音公司推出新一代高速宽体客机——“音速巡洋舰”，约60%的结构部件都将采用强化碳纤维塑料复合材料制成，其中包括机翼。它比铝轻，但强度不相上下。碳纤维复合材料在民用飞机上的应用被特别看好，目前新增产能均以满足航空需要的高性能碳纤维及复合材料为主，未来5到10年内碳纤维复合材料在民用飞机上的应用也将高速增长。据预测，世界航空航天领域对碳纤维复合材料的总需求，2018年将达到2万吨。