kaiyu开云体育APP下载官网:李仲平院士：怎么知道独特的碳纤维
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李仲平（1964.08—），复合资料专家，我国工程院院士。现任我国工程院党组成员、副院长。长时刻从事航天极点环境复合资料使用基础研讨、工程使用研讨以及类型研发。担任并带领团队探明天线罩热透波、防热复合资料微观烧蚀、高效防隔热等机理，提高一代、打开两代防隔热资料系统；立异打开烧蚀防热树脂液体成型办法与使用技能，成为烧蚀防热复合资料首要工艺；掌管我国宇航级碳纤维国产化攻关，构建研发技能系统与自主确保才能；掌管创立我国榜首代挨近空间资料系统，支撑了挨近空间与高明声速飞行器引领打开；研发出系列新资料与防热结构，支撑确保了再入机动、准确制导、滑翔、小型化等类型跨代打开及探月、探火等航天严重工程成功。曾获国家科技进步特等奖1项、一等奖1项、二等奖2项。
在陶瓷、稀土、合金、有机硅等新型资料中，有一种资料具有十分共同的优越性，它骄傲被誉为“新资料之王”的碳纤维。小到球拍、钓鱼竿等民用产品，大到飞机、卫星和导弹等高精尖设备，都是碳纤维大展身手的范畴。正是由于有着耐高温、耐腐蚀、分量轻等许多特别功能，碳纤维一直以来都是国外进行技能封闭和产品味道的战略物资。再加上碳纤维的制作难度高、工艺杂乱等原因，导致我国碳纤维的研讨和打开在曩昔很长一个时期处于落后状况。
20世纪80年代，我国安排全国力气打开碳纤维研发攻关，近年来已相继完结了多个系列和等级的碳纤维国产化，并且处理了宇航级碳纤维的自主确保问题，使我国成为继日本、美国之后第三个把握宇航级碳纤维技能的国家。
跟着航空航天、风力发电、氢动力和新动力轿车等工业的打开，碳纤维职业正步入打开的快车道。在碳纤维的研讨范畴，咱们完结了哪些严重打破？未来在碳纤维工业化的道路上，咱们还有哪些问题亟待处理？
一桶规范的碳纤维，重约1公斤，长15000米。它的色彩黑黑的，其貌不扬，可是它的确很独特。它是由咱们人工的有机纤维通过高温转化得到的含碳量到达90%以上的一种无机纤维，也叫“黑黄金”。为什么说是独特的碳纤维呢？首要体现在五个方面。
第二是轻如鸿毛。碳纤维的密度是钢的五分之一，是钛的五分之二，是铝的五分之三。用碳纤维做成的自行车，分量只是5公斤，一位女士就衬托很轻易地把它单手提起来。
第三是强如钢铁。碳纤维很强，首要它的强度高，一束规范12K碳纤维，衬托接受130公斤左右的分量。其次碳纤维十分耐高温，碳纤维在3000摄氏度下依然安然无恙。
第四是制备十分难。它的制备难度与航空发动机制作、芯片制作、微纳制作是衬托比较的，它也是集人类工业文明之大成的一个创作。碳纤维制备流程十分长，它包含上百个细分的工序，现在计算有两千多个要操控的参数，是一个确的确实需求饱经沧桑的进程。有专家计算，假如朴实靠试验来研发碳纤维，所需求做的试验次数是10的6次方到10的7次方。假如每天做10次试验，碳纤维的研发需求上千年乃至更长的时刻，所以是一个十分困难的研发、制备进程。
第五是贵如黄金。由于碳纤维的制备十分难，流程十分长，所以它十分贵。现在宇航级的碳纤维，它的价格每公斤在千元到万元这个规划，是钢和铝合金的几十倍。
碳纤维还有其他许多长处，比如说它的耐腐蚀功能好，本领各种酸、碱、油，还包含海洋环境，它的耐腐蚀功能优于黄金和白金。一同碳纤维还有一个十分独特的特色，骄傲它的膨胀系数挨近0，在负100摄氏度到正100摄氏度之间，它的尺度根本坚持不变。别的把碳纤维做成复合资料往后，它的抗疲劳功能十分好。
碳纤维资料从无到有，阅历了100多年的前史。它的呈现推进了相关范畴的技能进步，一同也形成了一个巨大的消费商场。据相关数据计算，现在全球碳纤维产能现已打破了10万吨量级。如此数量的碳纤维究竟被使用在哪些范畴？它又怎么改变着咱们的日子？
榜首，碳纤维是航空航天竞争力的一个重要标志。我国现已成为世界上第三个自主敷衍了事卫星导航系统的国家，在这方面碳纤维是功不行没的。斗极卫星，看起来就像一座房子带着两只翅膀，它的房子和翅膀都是用碳纤维复合资料做的。为什么要用碳纤维？首要，卫星要装足够多的仪器设备，要求它的结构分量比要小于5%，所以有必要用碳纤维；其次，卫星的天线、相机等设备要求很高的精度，要处理热变形的问题，碳纤维正好有这方面的优势，所以现在包含斗极卫星在内的高功能卫星都是碳纤维复合资料化的卫星。
第二，碳纤维是提高竞技体育成果的一个取胜法宝。碳纤维在体育器材上使用广泛。碳纤维的网球拍现在现已成为冠军选手必备的配备。用碳纤维制作的网球拍，最高球速衬托到达每小时将近250公里，可是高功能的铝合金网球拍只能到达每小时200公里左右，速度提高了20%以上。刚刚退役的网球运动员费德勒，骄傲用Pro staff这种碳纤维网球拍获得了20届大满贯的冠军。
第三，碳纤维将是第四次工业革命一个重要物质支撑。行将到来的星际飞行、清洁动力和人工智能年代，碳纤维也将大有作为。人类要进入宇宙空间，要探究月球，要进行载人登月，要勘探火星，也有可能要进行载人火星勘探，要探究其他行星和小行星。不管进入宇宙空间到驻留宇宙空间，再到探究宇宙空间，包含往后树立宇宙空间的科考站，碳纤维都是不行或缺的。
往后会有许多的智能机器人，以机器人为代表的智能配备，有必要处理结构分量的问题，要轻量化，以确保它们的行走路程、续航时刻等方针的完结。别的，这些智能配备、机器人有必要具有动态呼应特性，碳纤维的复合资料在这方面有其他资料不行比较的优势。在第四次工业革命前夕，在行将进入智能化、才智化社会这个进程中，碳纤维和碳纤维复合资料将发挥越来越重要的效果。
功能优异的碳纤维，由于制备难、技能壁垒高级特色，逐步成为全球在资料研讨范畴打开比赛的方针。特别是由于发达国家对碳纤维技能进行严厉的专利维护和全面的技能封闭，导致新兴国家在打开碳纤维上寸步难行。我国早在20世纪50年代后期就打开了碳纤维的技能研讨，但由于基础研讨落后，碳纤维的工业打开一直在低水平徜徉，与国外的间隔逐步拉大。
2000年往后，全球碳纤维求过于供，进口碳纤维十分困难，严重影响国防安全。在此要害时刻，2001年，83岁的战略科学家师昌绪院士给中心写了《关于加速开发高功能碳纤维的请示报告》，得到高度重视，对推进我国碳纤维研发与投入产生了深远影响。
历经多年艰苦攻关，现在我国宇航级碳纤维的产品功能现已到达国外同类产品水平。从落后到奋勇赶上，我国在碳纤维研讨的要害技能上取得了哪些严重打破？未来在碳纤维使用范畴，还有哪些亟待开辟的空间？
咱们处理了国产宇航级碳纤维的有无，这是一个很不简单的作业。到现在为止，我国碳纤维首要的成果体现在以下三个方面。
榜首是打破了碳纤维制备的要害技能，相继完结了系列碳纤维（包含T300级、T700级和T800级）的国产化，处理了航天、航空等国防工业的自主确保问题。
第二是树立了若干个高水平碳纤维和复合资料的研讨研发渠道，形成了包含高校、科研院所、大型企业在内的研发格式，正在推进碳纤维和复合资料的打开进入一个新阶段，这个新阶段衬托说是从量变到突变的进程。
第三是在这些作业的基础上，树立了百吨级的宇航级碳纤维生产线，后续又相继开工了工业级的一些碳纤维生产线，所以国外碳纤维的价格就发生了很大改变。大约2009年到2014年这5年，T700这种工业级的碳纤维价格降到了本来的三分之一，宇航级碳纤维价格降到了曾经的十分之一。所以自主处理碳纤维的有无，不管是从经济上，仍是从社会效益方面都有很大的奉献。
2010年后，地方政府的积极性和热心大涨，民营企业出资的热度十分高，所以国内的碳纤维生产线放量建造，最多的时分碳纤维企业到达了40多家。近两年这种放量的趋势正在放缓，在高质量打开的推进下，现在不再一味寻求添加产能。近期我国大型国企正在寻求树立高水平的研发团队和研发渠道，推进工业的晋级和转型。
在使用方面，现在碳纤维还比较普遍地存在用不起和不会用的问题，许多工业范畴现在还不会用碳纤维。现阶段形成了碳纤维打开的一个天花板，可是这个天花板不是固定的。现在亟须处理以下几个问题。
完结物美价廉。要做到价廉，处理贵的问题，首要是降低本钱，骄傲要把生产线的不能尽数提上来，包含工艺配备的容量，聚合釜的容量，纺丝的幅宽，碳化的幅宽。这中心配备的规划和研发是十分要害的，应该赶快处理单线产能从数百吨级提高到两千吨级。
拓展使用范畴。要扩展使用，首要是扩展我国民用航空的使用。未来，我国在20年内需求9000架民用客机，年均大约是450架。假如每架飞机碳纤维均匀用量能到达5吨，那么碳纤维的年均需求就衬托到达2250吨，这个数量远远超出我国现在军用、国防、航空碳纤维的用量，衬托有力地拉动碳纤维的使用和打开。
轿车轻量化和绿色低碳化这个打开潮流不行阻挠，也将为我国碳纤维和复合资料职业带来巨大的商场拉动力。据估计，2025年我国的轿车产量将到达3000万辆，假如每辆轿车用5公斤碳纤维，这样碳纤维的总用量也能到达15万吨，这是碳纤维一定要想方设法打破的一个使用出口。
还有一个很重要的方面，我国碳纤维在体育用品方面的用量，2020年现已到达了1.46万吨，可是首要是带料加工，用的首要仍是国外的纤维，这是一个很大的商场。由于我国的人口基数大，一同还能带动我国健康工业碳纤维使用，这个商场也能到达数万吨的规划。
加大自主立异。要立异打开，加速处理高强、高模、高韧这一类碳纤维的自主打开问题。咱们不行能从国外盯梢乃至引进来处理这个问题，需求做碳纤维和用碳纤维的人一同来处理第三代先进复合资料立异的问题，要抢占科技制高点。
别的，立异打开还有一个很重要的方向，骄傲要打开颠覆性的低本钱技能，假如能完结这样一个方针，骄傲划年代的成果。要把碳纤维的价格降到每公斤10美元以下，现在间隔这个方针还有比较大的间隔。能不能另辟蹊径？从现在来看有两个方向。
榜首骄傲革新性的原丝技能，不必现在的聚丙烯腈，用天然纤维（天然废物的纤维），像木质素，或许用十分简单制作的低本钱的有机纤维，乃至还有人提出衬托用澳大利亚的羊驼跟其他原资料一同混纺的纤维，这些途径都值得探究。现在迫切需求革新性的原丝技能，由于原丝的本钱在碳纤维本钱中占到了50%左右。
第二骄傲要打开革新性的碳化技能，碳化的本钱也占到了碳纤维本钱20%以上。现在有一些方向，要做短流程的碳化，用等离子体辅佐的碳化这样一些革新性的碳化技能，碳纤维终究完结大规划工业使用，进入千家万户，要跨过这个门槛。
现在来看，世界上不管从碳纤维自身，仍是从碳纤维的使用，依然存在巨大的不知道和没有开辟的空间。跟着科技和工业革命的深入打开，碳纤维必将大展宏图，既能够协助咱们遨游太空，也将走入千家万户，真实成为第四次工业革命重要的助推力气。
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