国产T800碳纤维 不止一代人的努力

所谓T300、T800、T1000等称谓,其实是日本东丽公司的碳纤维型号,只是由于东丽公司在行业内的地位,所以导致其型号在媒体的报道中,无形中演化成类似于某种强度的碳纤维标杆。从中其实也能看出日本企业在碳纤维领域的行业地位。 在集成电路领域中,三星的14nm制造工艺虽然和Intel的14nm制造工艺同属于14nm,但采用三星工艺加工出来的芯片在性能、功耗等方面与Intel的相比却存在一定差距。

国产T800碳纤维 不止一代人的努力的照片 - 1

国产T800可以替换东丽同类产品

那么,国产的T800和日本东丽的T800也存在类似同属T800,但产品性能却逊色不少的情况么?

一篇由中航复合材料有限责任公司、北京航空材料研究院、先进复合材料重点实验室、核工业理化工程研究院、北京航空航天大学材料科学与工程学院技术人员共同署名发表的论文对国产T800碳纤维和日本东丽T800碳纤维做了非常详细的测试。

在测试中,研究人员采用日本Hitachi公司生产的S4800N型冷场发射扫描电子显微镜,观察碳纤维的表面形貌,并计算纤维直径。采用美国Veeco公司生产的D3000型原子力显微镜,观察碳纤维表面形貌,分析表面粗糙度。采用英国Kratos公司生产的X射线光电子能谱仪,分析碳纤维的表面成分。采用北京航空航天大学研制的微脱黏试验机,测试纤维与基体树脂的界面剪切强度。采用美国Instron公司生产的5982型材料电子万能试验机测试复合材料室温干态力学性能。测试表明:

在表面物理态上,相对于东丽T800H碳纤维,国产T800碳纤维的表面较为粗糙,沿纤维轴向分布着更密集的沟槽,且沟槽的深度也较深,这种形貌特征有利于提高国产T800碳纤维与基体树脂的机械啮合作用,从而提高复合材料的界面性能。

国产T800碳纤维 不止一代人的努力的照片 - 2

国产T800碳纤维 不止一代人的努力的照片 - 3

(T800H碳纤维和国产T800碳纤维的AFM照片)

由于国产T800碳纤维的氧碳原子比约为T800碳纤维约为31.2%,约为东丽T800H碳纤维的2倍,因此,国产T800碳纤维能够通过化学键合或分子间作用力与基体树脂形成相互作用,从而提高复合材料的界面性能。加上之前提到的在表面物理态上的差异,使得国产T800碳纤维与HT-280树脂能形成更好的界面黏结。

而测试也证明了这一点,东丽T800H碳纤维与HT-280树脂的界面剪切强度约为92MPa,国产T800碳纤维与HT-280树脂的界面剪切强度约为117MPa,后者较前者高约27%。

在力学性能方面,国产T800/HT-280复合材料的0 拉伸、90 拉伸、弯曲、面内剪切和层间剪切等力学性能均普遍高于东丽T800/HT-280复合材料。其中,90 拉伸强度高约25%,面内剪切强度、弯曲强度高约12%、层间剪切强度高约7%。

国产T800碳纤维 不止一代人的努力的照片 - 4

(T800H/HT-280复合材料和国产T800/HT-280复合材料90 拉伸试样破坏SEM照片)

一篇中国科学院大学的博士论文也证明:国产T800碳纤维拉伸强度平均值5.63GPa(东丽T800为5.49GPa),弹性模量平均值292GPa,断裂伸长率平均值1.9%,与东丽公司T800碳纤维产品一致,表明国产碳纤维力学性能完全达到了国外同类产品水平,且各项指标Cv值均较低,稳定性较好。国产T800碳纤维12K产品的元素成分和表面活性与东丽T800碳纤维12K产品比较一致。国产T800碳纤维整体可媲美日本东丽T800产品,完全可以取代国外同类产品加以推广应用。

结语

目前,日本是高档碳纤维材料的主要生产国,日本东丽公司的T800系列碳纤维,是唯一被美国FAA批准用于波音777关键飞行部件的碳纤维,航空工业中碳纤维的重要性不言而喻。

西方国家长期对中国施行T800系列碳纤维禁运,以阻止中国以此提高军用飞机性能以及在国际航空航天材料中获得竞争力。2013年有中国商人在美国被控告非法采购T800系列碳纤维。

必须指出的是,过去国内虽然能做出与国外媲美的产品,但在成本上往往高于国外同类产品。而据哈尔滨人民政府网站1月16日报道,天顺化工将规模化生产的T800级碳纤维的成本,控制到国际价格的三分之一,仅为350元/公斤,这实现在技术上能与国外同类产品争锋的同时,在定价上也占据主动,这对国产T800碳纤维的产业发展和商业化应用就尤为关键了。

参考资料:

《国产T800碳纤维/双马来酰亚胺复合材料的界面及力学性能》,李伟东,张金栋,刘刚,钟翔屿,张代军,包建文,肇研;

《久攻难克的碳纤维技术》,李克健;

《国产 T800 碳纤维表征分析及树脂基复合材料性能研究》,顾红星。

发表评论

:?: :razz: :sad: :evil: :!: :smile: :oops: :grin: :eek: :shock: :???: :cool: :lol: :mad: :twisted: :roll: :wink: :idea: :arrow: :neutral: :cry: :mrgreen: