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揭秘歼-20第五代战斗机的杀手锏：碳纤维加固材料

文章出处：悍马加固材料人气：0发表时间：2023-04-18 13:51:08【大中小】

中国航空制造技术研究院院长李志强做客CCTV《开讲啦》，分享“在飞机制造过程中，不仅是斤斤计较，更是克克计较！”在这里光从结构上减重是不够的，材料上我国科学家也花费了大量心血，其中帮歼-20机翼完成了“减重”的杀手锏，便是碳纤维复合材料。

要知道，几乎所有的高端制造业的技术大部分是脱胎于航空制造技术的创新和发展，而碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的，还广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学领域。

▋ 什么是碳纤维？

碳纤维是由含碳量较高，在热处理过程中不熔融的人造化学纤维，经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。其含碳量随种类不同而异，一般在90%以上。

碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的比强度。

△悍马碳纤维布

如上图所示，碳纤维布由多束碳纤维丝编织而成，每一根纤维的直径是五个微米左右，大约是头发的十分之一。虽然它非常细，但又非常强壮，由碳纤维制成的复合材料，强度可以达到铝合金的4倍以上，钛合金的两倍以上，以及钢铁的5倍。

所以，在制造歼-20第五代战斗机时，如果使用碳纤维复合材料来来替代铝合金，可以非常轻松的获得30%以上的减重。

▋碳纤维的应用场景

传统使用中碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。另外，碳纤维还可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。

随着尖端技术对新材料技术性能的要求日益苛刻，促使科技工作者不断努力，80年代初期，高性能及超高性能的碳纤维相继出现。

△歼-20第五代战斗机（图片来自网络）

由碳纤维和环氧树脂结合而成的复合材料，由于其比重小、刚性好和强度高而成为一种先进的航空航天材料。因为航天飞行器的重量每减少1公斤，就可使运载火箭减轻500公斤，所以，在航空航天工业中争相采用先进复合材料。有一种垂直起落战斗机，它所用的碳纤维复合材料已占全机重量的1/4，占机翼重量的1/3。

据报道，美国航天飞机上3只火箭推进器的关键部件以及先进的MX导弹发射管等，都是用先进的碳纤维复合材料制成的。2022年12月，中国成功发射快舟十一号固体运载火箭，全箭采用的也是碳纤维复合材料。

△碳纤维赛车（图片来自网络）

除了航空航天领域，F1（世界一级方程锦标赛）赛车，车身大部分结构也都用碳纤维材料。顶级跑车的一大卖点也是周身使用碳纤维，用以提高气动性和结构强度。去年结束的冬残奥会，大多数的雪具也都是用碳纤维复合材料制造的。

注

碳纤维复合材料的优势

1.高强度（是钢铁的5倍）

2.出色的耐热性(可以耐受2000℃以上的高温)

3.出色的抗热冲击性

4.低热膨胀系数(变形量小)

5.热容量小（节能）

6.比重小（钢的1/5）

7.优秀的抗腐蚀与辐射性能

▋碳纤维在建筑加固里的应用

碳纤维布加固系统，是世界上应用最广泛的结构加固技术之一，两个重要的材料就是碳纤维布和配套胶，利用树脂类胶结材料将碳纤维布粘贴于基材表面，与结构形成整体受力体系，增强结构的承载力。

碳纤维布加固的优势很明显，碳纤维布的质量很轻，几乎不会增加原结构的自重；此外，施工方便，可随意剪裁，适用范围广。

但目前市面上，碳纤维布品质良莠不齐，如果使用劣质的碳纤维布会导致在加固过程中会经常碰到一系列问题，给施工带来不便，增加成本，而且也会影响加固效果。像加固效果不达标，验收也是无法通过，因此选择高品质的碳纤维布尤为重要。

出于“制造最高品质的加固材料，消除混凝土结构安全隐患，挽救生命和建筑”的发心，悍马优选国际高品质航空级碳丝原材料，严格遵循规范要求，12K小丝束碳纤维、强度稳定离散性小，单丝强度5400Mpa，单丝长度5000米。同时，引进目前世界上最先进的碳纤维织造机--德国智能化多尼尔碳纤维织造机，并且自主研发了张力恒定系统，使用电脑控制，确保每束碳丝张力精度为50cN，确保碳丝紧绷，受力均匀，充分发挥每一根碳丝强度。