【科普知识】应用于军事装备中的碳纤维复合材料

来源：中国复合材料学会

  可用于军事装备中的碳纤维复合材料碳纤维“外柔内刚”，不仅具有碳材料的本质特性，又兼备纺织纤维的柔软和可加工性，是新一代高性能增强纤维。比头发丝还细几倍的碳纤维与树脂、碳、陶瓷、金属等基体，经过特殊复合成型工艺制造，即可获得性能优异的碳纤维复合材料，能够广泛应用于航空、航天、能源、交通、军用装备等众多领域，是国防军工和民用生产生活的重要材料。

据介绍，碳纤维看似简单，但其制造工艺十分复杂，是一项集多学科、精细化、高尖端技术于一体的系统工程，涉及化工、纺织、材料、精密机械等多学科领域，整个流程包含温湿度、浓度、粘度、流量等上千个参数高精度控制，稍有不慎就会严重影响碳纤维性能和质量稳定性，所以远非一般工艺技术所能媲美。

外媒报道称，傲视群雄的F-35战斗机首飞时间一推再推，其中一个很重要原因，就是超重。为破解这一难题，公司采取了很多办法，最终采用多达35%的碳纤维复合材料才大幅降低了机体重量。所以从某种意义上说，是碳纤维复合材料成就了F-35战机。

如今，碳纤维复合材料不仅成为实现高隐身性能不可或缺的基础性材料，更成为衡量武器装备系统先进性能的重要标志。比如，由于很多飞行器应用碳纤维复合材料比例更高，使得其有效载荷、续航能力和生存能力均实现了新突破。

现役F-22战斗机一个最大特点，就是隐身性能好，而这与其大量使用碳纤维复合材料休戚相关。此外，其他战斗机等也都采用了碳纤维吸波材料，包括瑞典巡逻舰舰体用的均为全复合材料，因而拥有了高隐身、高机动、长寿命等先进作战性能。

航天领域发展更是锱铢必较。如固体火箭发动机质量每减少1千克，射程就可增加16公里。所以，碳纤维复合材料被大量应用于美国导弹等发动机壳体，未来碳纤维更是发展小型化、高机动性、高精度、高突防能力先进战略性武器装备的重要基础。

新型高性能碳纤维复合材料，具有更好的稳定性和可靠性，目前在高超声速飞行器、国际空间站、先进卫星等装备系统中被大量应用。美国防部在“面向21世纪国防需求的材料研究”报告中强调，“到2020年，只有复合材料才有潜力使装备获得20-25%的性能提升”。

现代武器装备发展，隐身化、低能耗、高机动性、大载荷等趋势凸显，对碳纤维及复合材料性能要求越来越高。因此研制更高强度、更高模量的碳纤维和与之相匹配的高性能作战系统，已成为军事强国比拼尖端实力的重头戏。目前，发达国家正在碳纤维、先进树脂和制造技术三个方向上重点突进。

目前，碳纤维拉伸强度与模量在理论上和实验室中，存在着巨大的提升潜力和空间，因而激战正酣。

在树脂研究领域，重点发展高韧热固性树脂，能够提高武器装备部件的长效温度，并改善韧性、工艺性和耐湿热性能。而开发热塑性树脂，可显著提高武器装备抗冲击韧性和耐疲劳损伤性能。

现代先进的自动化制造技术，可实现构件三维模型到制造一体化集成，适于制造大尺寸和复杂结构件，可有效提高装备质量可靠性和降低成本，从而促进国防军工更好发展。

近年来，为适应我国国防建设发展需要，碳纤维及其复合材料已被列为国家重点支持的项目。专家认为，着眼未来建设完整自主的高水平产业链，努力把事关国家安全利益的核心技术真正掌握在自己手中，乃是实现兴国强军中国梦的必由之路。

文章来源：挪恩复材

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