Product service
日前，中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所（簡(jiǎn)稱(chēng)蘇州納米所）正式與歐洲空客工程技術(shù)中心簽署合作協(xié)議，并宣布成立“航空納米材料聯(lián)合實(shí)驗室”。雙方將以市場(chǎng)化為方向，加快納米材料在大飛機上的應用，這也是空客在納米領(lǐng)域首次與我國方面簽署的戰略合作。本文根據國內外公開(kāi)資料，分析其技術(shù)背景。
碳納米管材料是繼碳纖維，芳綸纖維，超高分子量聚乙烯纖維材料之后，近20年來(lái)工程技術(shù)人員又一寄以厚望的新一代高性能人工材料。理論計算及實(shí)驗結果表明， 碳納米管具有極為優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)及熱學(xué)等性能。從理論上講，其拉伸強度可高達100GPa，超過(guò)目前日本東麗公司T1000級碳纖維拉伸強度的10倍以上，是鋼的100倍，而密度只有鋼的六分之一，讓日方高度關(guān)注，專(zhuān)家總結了一句話(huà)：“史無(wú)前例”，作為世界碳纖維第一大國，日本東麗公司壟斷了高強度碳纖維的70%世界市場(chǎng)，這是第一種超過(guò)T1000級碳纖維的新型碳納米管材料技術(shù)。
由于具有優(yōu)良的導電性，其電流強度比銅高出300倍以上，碳納米管是目前唯一有可能取代硅，并成為下一代微電子產(chǎn)業(yè)的基礎材料。在散熱性能方面， 碳納米管比目前室溫下最好的金剛石散熱片，導熱性能要高出3倍以上。由于碳在地球上廣泛存在于大氣、地殼和生物之中，其原料易得，因此高性能碳納米材料的制備與應用成為近20多年來(lái)國際科學(xué)界最熱點(diǎn)的前沿研究之一。蘇州納米所于2009年7月成立后，在碳納米管新材料研究及應用上取得了一系列重大成果而引起世人關(guān)注。在新一代戰斗機和大型運輸機上，以碳纖維復合材料取代金屬、玻璃纖維來(lái)減輕重量是目前普遍的發(fā)展趨勢，但在實(shí)際使用過(guò)程中卻發(fā)現，碳纖維也有自身局限性，比如韌性較低，而飛機的機翼等部件卻恰恰要求具有良好的的韌性。
常坐飛機的朋友可以發(fā)現，民航客機在遇到強氣流時(shí)機翼韌性極好，彎曲變形幅度很大也不會(huì )折斷。據公開(kāi)資料披露， 蘇州納米所研制的40微米厚（0.04毫米）的碳納米管薄膜嵌入到3.5毫米厚，140毫米長(cháng)的碳纖維復合材料層壓板后，其彎曲韌性提高了40-60%，完全能夠滿(mǎn)足飛機設計師的力學(xué)性能要求。目前，碳纖維必須在浸入液體樹(shù)脂材料固化成型制成碳纖維復合材料后才能真正投入產(chǎn)品應用，而一般固化工藝都是采用熱壓罐高溫成型。熱壓罐成型技術(shù)可以保證制品的質(zhì)量穩定，力學(xué)性能可靠。我國為了生產(chǎn)空警2000預警機雷達天線(xiàn)整流罩，曾經(jīng)研制出了當時(shí)亞洲最大的熱壓罐，確實(shí)投入了大量經(jīng)費支持。
然而，在實(shí)際使用過(guò)程中，以熱壓罐成型方式制備的復合材料存在許多問(wèn)題，例如：熱壓罐成型能耗非常大，能源利用率非常低；熱壓罐成型周期非常長(cháng)，設備利用率低；對于大型的熱壓罐，壓力和溫度控制較難，升溫速度緩慢。這些缺陷的存在都大大增加了復合材料構件的成本。同時(shí)，碳纖維在浸潤樹(shù)脂固化成型后與金屬材料相比，導電和導熱性能變差，因此不得不在碳纖維復合材料蒙皮中增加微型銅網(wǎng)，用以通電加熱除冰和疏散雷擊瞬時(shí)大電流，來(lái)應對冰雪和雷電等惡劣天氣。熱壓罐成型制品難以滿(mǎn)足這樣的需求，而且微型銅網(wǎng)的引入無(wú)疑還會(huì )增加飛機的重量，使其消耗更多的燃料。
蘇州納米所研制的多孔碳納米管薄膜鋪于碳纖維和液體樹(shù)脂中間后，不需昂貴的熱壓罐高溫成型，僅需簡(jiǎn)單的抽真空后通電自加熱就可成型，與傳統熱壓罐固化方式相比，碳納米管薄膜電加熱固化技術(shù)可將能耗和成型時(shí)間分別降低83.7%和28.9%，而與熱壓罐固化成型出來(lái)的復合材料具有相同的力學(xué)性能。而且固化完成后，碳納米管薄膜還可以作為碳纖維復合材料的組成部分使其具有優(yōu)異的導電發(fā)熱性能，用于除冰防雷，具有廣泛的應用前景?？梢哉f(shuō)，這是高性能碳纖維復合材料制造上一個(gè)里程碑的突破。
同時(shí)，碳納米管薄膜還具有優(yōu)秀的防彈性能，初步試驗表明，在高性能纖維防彈材料衣中嵌入蘇州納米所研制的碳納米管薄膜后，不僅防彈性能提高了10%左右，而且最重要的是其抗沖擊性能提高了21%。也就是說(shuō)，原先防彈頭盔可能防住了子彈射穿，但子彈帶來(lái)的沖擊后效應力很可能使頸椎折斷，對頭部造成非貫穿性損傷。而加入碳納米管薄膜的防彈頭盔則減少甚至避免了上述傷害。由于以上披露的碳納米管薄膜應用公開(kāi)資料性能表現十分理想，經(jīng)多次考察后，歐洲空客公司決定和蘇州納米所展開(kāi)通力合作，并迅速形成規?；?、產(chǎn)業(yè)化，來(lái)進(jìn)一步減輕飛機重量，提升飛機的安全性、舒適性。（來(lái)源：出鞘 作者：圖說(shuō)軍事）
浙公網(wǎng)安備33080002000104號
