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國(guó)產(chǎn)高分子碳纖維為冬奧冰雪健兒們“錦上添花”
2022年02月18日 11:17:29 來(lái)源：化工儀器網(wǎng) 作者：羊舌木 點(diǎn)擊量：6857

碳纖維不僅能用在制造航天航空等高科技材料，在這一次的北京冬奧會(huì)中，高分子碳纖維也同樣大放光彩。

　　【化工儀器網(wǎng) 時(shí)事熱點(diǎn)】碳纖維是一種高強(qiáng)度高模量的纖維，其含碳量達(dá)到90%以上，具有耐高溫、抗摩擦、導(dǎo)熱、導(dǎo)電以及耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，由于其石墨微晶結(jié)構(gòu)沿纖維軸擇優(yōu)取向，因此沿纖維軸方向有很高的強(qiáng)度和模量。碳纖維既具有碳材料的固有本性特征，同時(shí)又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工型，是新一代的增強(qiáng)纖維。
 
　　碳纖維是一種重要的戰(zhàn)略新材料，從“十一五”開(kāi)始，科技部持續(xù)支持，解決了尖端國(guó)防應(yīng)用原材料“卡脖子”的瓶頸。我國(guó)嫦娥五號(hào)探月、天問(wèn)一號(hào)火星探測(cè)以及空間站建造等重要任務(wù)使用新型火箭長(zhǎng)征五號(hào)、長(zhǎng)征七號(hào)，有不少部段就采用了中國(guó)航天研發(fā)的新型碳纖維復(fù)合材料，從而確?；鸺d荷更大、更安全可靠。
 
　　碳纖維不僅能用在制造航天航空等高科技材料，在這一次的北京冬奧會(huì)中，高分子碳纖維也同樣大放光彩。由于碳纖維質(zhì)量輕、強(qiáng)度高的特點(diǎn)，無(wú)疑是組成眾多冰雪競(jìng)賽裝備和冬奧村生活設(shè)施的重要材料之一。同時(shí)，不僅將碳纖維應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，讓碳纖維加入到我國(guó)自主生產(chǎn)的體育器材中，也是為碳纖維的多樣性提供了成功的案例。
 
　　我國(guó)首臺(tái)碳纖維雪車(chē)突破技術(shù)難題
  
　　如雪車(chē)等高端冰雪競(jìng)技的裝備的技術(shù)及工藝，在此之前都是被國(guó)外所壟斷。中國(guó)科技部的“科技冬奧”專(zhuān)項(xiàng)就此設(shè)立了“冬季項(xiàng)目碳纖維復(fù)合材料高性能器材關(guān)鍵技術(shù)項(xiàng)目”，項(xiàng)目組從2019年11月起，各個(gè)部門(mén)相互合作，共同克服了底子薄的弱點(diǎn)和新冠疫情的影響，于2021年1月研制出了第一臺(tái)國(guó)產(chǎn)碳纖維雪車(chē)。這第一輛國(guó)產(chǎn)碳纖維雪車(chē)，填補(bǔ)了我國(guó)碳纖維雪車(chē)的空白，并且現(xiàn)了從“0”到“1”的突破。
 
　　國(guó)產(chǎn)雪車(chē)結(jié)合航天的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，使得系統(tǒng)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了流線化舵面車(chē)身，其風(fēng)洞測(cè)試結(jié)果與國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品相比下，風(fēng)阻系數(shù)降低了8%。并且項(xiàng)目組采用了國(guó)產(chǎn)宇航機(jī)的T800碳纖維復(fù)合材料，這種材料的密度僅有鋼的1/5，而強(qiáng)度卻是鋼的2倍，能最大幅度地減輕雪車(chē)車(chē)身的重量，降低雪車(chē)重心，使雪車(chē)滑起來(lái)平穩(wěn)。
 
　　不僅如此，項(xiàng)目組為確保雪車(chē)的安全性，還采用了航天的熱壓罐技術(shù)，通過(guò)對(duì)車(chē)體加熱加壓，原本柔軟的復(fù)合材料中間體就會(huì)完全固化，成為堅(jiān)硬結(jié)實(shí)的車(chē)體。熱壓罐技術(shù)下的檢測(cè)結(jié)果是缺陷小于1%。
 
　　碳纖維復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)不僅在于質(zhì)量輕、設(shè)計(jì)自由度大，還在于疲勞強(qiáng)度大、破損安全性能好。碳纖維復(fù)合材料在百萬(wàn)次疲勞后，強(qiáng)度保留率仍達(dá)90%，遠(yuǎn)高于鋼材的40%，而且復(fù)合材料中纖維的斷裂不會(huì)引起連鎖反應(yīng)和災(zāi)難性急劇破壞，是對(duì)競(jìng)賽中運(yùn)動(dòng)員的絕佳保護(hù)。
 
　　速滑冰鞋采用國(guó)產(chǎn)3D打印碳纖維
  
　　以往速滑運(yùn)動(dòng)員定制冰鞋主要依靠采集運(yùn)動(dòng)員石膏腳模來(lái)實(shí)現(xiàn)，存在采集過(guò)程復(fù)雜、效率低、冰鞋制造時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題。而三維掃描技術(shù)和足底3D打印技術(shù)的結(jié)合，能夠很好的解決以上問(wèn)題。該項(xiàng)目通過(guò)大量采集速滑運(yùn)動(dòng)員的足底數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)反復(fù)進(jìn)行修整、對(duì)比和驗(yàn)證，最終得以實(shí)現(xiàn)足底數(shù)據(jù)與冰鞋制造的高度契合。
 
　　同時(shí)速滑冰鞋的定制還采用了高性能碳纖維復(fù)合材料，在提升冰鞋性能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了輕量化生產(chǎn)，有助于提高運(yùn)動(dòng)員的競(jìng)技表現(xiàn)。在與國(guó)內(nèi)高端速滑冰鞋相比較，碳纖維冰鞋重量減輕3%-4%，冰鞋剝離強(qiáng)度提升7%。
 
　　碳纖維和航天樹(shù)脂制成超輕碳纖維冰球桿
  
　　碳纖維球桿是通過(guò)制作碳纖維布時(shí)混入流體成型劑的工藝方法，并將流體成型劑的流動(dòng)性降到預(yù)設(shè)閾值以下，使得碳纖維布的誤差能夠控制在±1g/㎡到1.5g/㎡之間。隨后再將碳纖維布制作的碳纖維球桿基材放入球桿模具之中，模具的充氣壓力控制在18000Kpa至23000Ka，并對(duì)碳纖維球桿基加熱，以使冰球桿成型。
 
　　采用了航天樹(shù)脂和碳纖維的冰球桿由于流體成型劑附著在碳纖維布表面的原因，不僅保障了冰球桿的韌性，同時(shí)也提升了球桿整體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，使運(yùn)動(dòng)員在揮打時(shí)不易出現(xiàn)球桿開(kāi)裂或是折斷的情形。
（資料來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)、北京青年報(bào)）
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