碳纤维当属大国竞争的新材料之王

　　近期美国航空航天局与美国空军研究实验室联合研制出3D打印耐高温聚合物的新技术，未来有望应用于航空航天发动机，该技术使用的材料正是碳纤维。现代战争武器装备向着低能耗、大载荷、隐身化和高机动性快速发展，对制造武器的材料也提出了更高要求。被誉为“黑色黄金”的碳纤维复合材料，因其优异的材料特性而被广泛应用于国防军工等领域。借助碳纤维材料打造性能更优的武器装备，早已成为各军事强国比拼较量的新战场。
 

 

　　还记得动画电影《超能陆战队》里的机器人“大白”吗？这个感动了无数人的医疗机器人的原型，体内骨骼正是由碳纤维材料打造，这才让外形软绵绵的他能经受住碾压摔打。事实上，就连此前曾经为超重问题所困扰的F-35战斗机，终也是靠着使用多达35%的碳纤维复合材料才得以实现飞天梦想。被誉为“黑色黄金”的碳纤维，早已在国防军事领域得到广泛应用，是火箭、卫星、导弹、战斗机和舰船必不可少的基础材料。

 

　　碳纤维的起源早可追溯至1860年，英国人瑟夫·斯旺在制作电灯灯丝时发明了碳纤维并获得了。碳纤维真正迎来研究应用“井喷”阶段，还是20世纪50年代之后的事。1958年，美国研究人员次发现了高性能碳纤维，日本和英国研究人员紧随其后，对碳纤维的性能进行改进升级。

 

　　到20世纪70年代，碳纤维材料开始在战斗机结构件上崭露头角，F-15、B-1、F-16以及F-18等战斗机上都能看到碳纤维材料的身影。除美国空军的F-22和F-35战斗机大量采用碳纤维复合材料外，X-47B、“鹰”等装备更是借助碳纤维材料，实现了有效载荷、续航能力和生存能力的大幅度提升。
 

 

　　用“坚如磐石、韧如发丝”来形容碳纤维材料毫不为过。别看碳纤维材料像纺织纤维一样柔软可加工，却是一种强度比钢大，且耐腐蚀、耐高温、导电导热性好的新一代高性能材料。人们平时接触多的碳纤维材料自行车，就是借助了碳纤维材料没有塑性形变的特性，不但减轻了车身重量，更大大提升了自行车的使用寿命。

 

　　目前，碳纤维复合材料的特性还存在着巨大的提升空间。在碳纤维材料重点研究的树脂领域，碳纤维的应用将进一步提升武器装备各部件的使用寿命，并将显著改善武器装备抗冲击韧性、耐疲劳损伤性、工艺性和耐湿热性。美国航空航天局和美国空军研究实验室实现的3D打印，更将进一步提升加工大尺寸、复杂零部件的可靠性。
 

 

　　现代战争武器装备向着低能耗、大载荷、隐身化和高机动性快速发展，对制造武器装备的新材料技术提出了新的更高要求。回顾历史不难发现，碳纤维材料每次取得重大研究进展，都伴随着相关军事需求的有力牵引。20世纪50年代，为解决导弹喷管和弹头耐高温、耐腐蚀等关键技术难题，美国率先研制出了粘胶基碳纤维。此后，伴随着更高性能、更多品种碳纤维材料的出现，看似柔软的纤维也成了大国竞争的“新材料之王”。

 

　　碳纤维是含碳量在95%以上的新型高性能纤维，制造技术难度大，是衡量武器装备系统先进性能的重要标志。碳纤维材料的制造工艺十分复杂，涉及化工、纺织、材料、精密机械等领域，是一项集多学科、精细化、高尖端技术于一体的系统工程。由于整个生产过程事关湿度、浓度、粘度、流量等上千个参数的高精度控制，稍有不慎就会严重影响碳纤维材料的性能和质量稳定性。因此，目前只有极少数能稳定生产出高性能碳纤维材料。
 

 

　　事实上，碳纤维材料尤其是高强度碳纤维原丝，可用于高性能武器装备研制，因而在一些的出口清单上达到了与核武器技术相提并论的禁运等级。因此，研制新一代碳纤维材料以及更高性能的武器装备，就成了各军事强国比拼尖端实力的“重头戏”。

 

　　国内的碳纤维发展相对较晚，与国外存在一定的技术差距，不过随着国内碳纤维市场的不断扩大和完善，国内与国外的碳纤维技术差距也在不断缩小。