中国突破特种碳纤维,专用于制造卫星,不能用于歼20

摘要: 根据官媒的报喜文章,航天科工集团公司二院二部主持的国产M40J碳纤维研制项目获得成功,并“达到国际领先水平”......

10-01 21:16 首页 碳纤维平台

根据官媒的报喜文章,航天科工集团公司二院二部主持的国产M40J碳纤维研制项目获得成功,并“达到国际领先水平”。

这则新闻从技术角度来解读可以分析出两个要点

一:国内先进卫星平台的碳纤维来源解决,摆脱对于非正常渠道的依赖

图片:碳纤维分为多种类型,设计制造上会有明显的性能取向区分

国内目前的自主碳纤维,命名上常常沿袭日本东丽公司的产品牌号;比如最广为认知的T300~800系列高强度碳纤维,以及相对知名度较低的M40J~60J系列高模量碳纤维——或者说石墨纤维(因其含碳量更高)。

Mx0J系的高模量碳纤维,最大的优势是制造尺寸极为轻薄、但特别不容易变形的部件——尤其是遭受极大温差变化的情况下,依靠0膨胀系数保持尺寸稳定,既不收缩也不膨胀。

图:制造先进飞机用的是高强度碳纤维而不是高模量碳纤维

由于性能取向和价格等问题,这种碳纤维通常不用于飞机制造,极少用于导弹,主要用于制造卫星结构、特别是天线的骨架。

高模量碳纤维,国际上一直对中国禁售,封锁很严厉。去年美国法院就起诉一名中国公民,声称他向中国走私M60J碳纤维。

图:高模量纤维用于制造卫星,比如主结构、太阳能电池板支架、天线支架

此次国内实现M40J纤维的国产,意味着国内先进卫星平台的制造材料来源已经实现独立自主,不再需要通过非正常渠道获得。

二:航天科工集团没有T800级碳纤维的原丝,只有T300-700级。

目前的主流高性能碳纤维制备方法,是由近藤昭男在大阪工业技术实验所发明的,用细旦化的聚丙烯腈纤维作为原丝,经过高温碳化而成。

而T系列的高强度纤维,和M系列的高模量纤维,是用同样的原丝经过不同取向的加工工艺做出来的差异定位产品。

图:碳纤维的关键,原丝

实际上M40J和T300就是东丽用同样的原丝,在同一年(1971年)批量生产成功,都属于第一代高性能碳纤维。1992年,东丽公司的高模量纤维已经推出M70J;而更早的M60J,强度性能比M40J提升了43%,拉伸模量性能比M40J提升了50%。

在成分上的重要差异,是T300-T800这样的高强度碳纤维的含碳量一般在93~96%,含氮量在4~7%。而M40J这样的高模量碳纤维/石墨纤维,含碳量达到99.7%以上。

而它们的关键性能差异在于,T300更不容易被拉断,其抗拉强度比M40J高出33%;但是M40J更不容易被拉变形,同样都是拉到断裂为止,T300会伸长1.2%,M40J只会伸长0.5%。

图:碳纤维炭化炉

在碳纤维的制造中——特别是国内的碳纤维发展,原丝是最要命的问题。在80年代,中国在拿到东丽的原丝以后,就能自行制造出性能相当的T300碳纤维成品;后来各主要高校和院所的实验室中,直到T800的试验也是如此,有原丝,就能拿出同级别的碳纤维成品。

然而从80年代的试验开始,直到30年后,中国才磕磕绊绊的完成了T300的国产化——期间一直没有解决原丝的性能和质量控制问题。

在碳纤维的原丝上,T300-T700、以及M40J使用的都是同一个级别的原丝。但T800、以及M55J以上,就必须使用细旦化程度更高的原丝。航天科工集团此次拿出M40J级别的产品,证明其原丝性能仅能支持T300-700级纤维。

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