是什么卡了咱们的脖子——环氧树脂耐性缺少 国产碳纤维缺股劲儿

  “碳纤维工业链中心环节许多，包含上游原丝出产、中游碳化环节、下流复合资料及其运用，通过十多年的研制和打破，现在我国碳纤维的‘卡脖子’问题首要在下流运用环节，即复合资料和制品方面。”我国化学纤维工业协会副会长贺燕丽说。

  碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度新式纤维资料，之所以其质量能比金属铝轻，但强度却高于钢铁，还能耐高温、耐腐蚀、耐疲惫、抗蠕变等特性，其间一个要害的复合辅材便是环氧树脂。环氧树脂具有优秀的物理机械和电绝缘功能，附着力强，能将碳纤维粘接在一同。但现在国内出产的高端碳纤维，所运用的环氧树脂全部都是进口的。

  碳纤维依照力学功能可分为高强型、超高强型、高模量型和超高模量型。在日本东丽公司产品代号中，T指横截面面积为1平方厘米单位数量的该类碳纤维可接受的拉力吨数，即T数越高，碳纤维质量越好；模量指受外拉力或压力后康复原形的拉伸模量。现在，我国已能出产T800等较高端的碳纤维了，但日本东丽把握这一技能的时刻是上世纪90年代。

  我国复合资料集团有限公司董事长张定金说，比较于碳纤维，我国高端环氧树脂工业落后于世界的状况更为严重。特别是运用在飞机、航空航天等范畴的高端碳纤维中。

  分子结构中含有环氧基团的高分子化合物统称为环氧树脂，除碳纤维外，还大规模的运用于机械、电子、家电和土建工程等范畴。高端环氧树脂依靠进口一方面与我国化学工业根底薄弱有关，另一方面与环氧树脂自身特性有关。一个分子链上有两个以上的多官能团分子，能够交联反响而构成不溶、不熔具有三向网状结构的高聚物。而航空结构件的运用环境极为苛刻，碳纤维复合资料有必要能长时刻耐得住上百摄氏度的高温文零下几十摄氏度的低温；一起，在湿热条件下玻璃化转变温度、弹性模量及紧缩强度不能明显下降，这就需求更高官能度、环氧值并且黏度适宜的相关产品。

  分子中能参加反响的官能团数被称作官能度，有业界的人表明，不是官能度越高越好。能度太高，复合资料会过于坚固无耐性。因而，有必要详细到在不同运用条件下，考虑强度、模量、耐性、高低温、疲惫等，从配方体系、分子结构去剖析，这是一个很杂乱的体系作业，并且科技含量高、研讨难度大。

  环氧树脂的耐候性与玻璃化转变温度有直接联系，复合资料在航空范畴运用时，遍及要求环氧树脂玻璃化转变温度不能低于180℃，而现在国产树脂范畴绝大多数企业还不具有相关技能。

  对接连碳纤维增强复合资料运用功能构成最大要挟的是复合资料的低速冲击分层损害，这也是高功能复合资料能否在飞机结构中推广运用的中心。构成复合资料对冲击分层损害灵敏的根本原因之一是环氧树脂自身耐性缺少。

  为满足要求，增韧后的复合资料冲击后紧缩强度（CAI值）至少需到达200—300兆帕水平。现在，世界上通行的树脂增韧办法有原位粒子增韧或离位插层增韧。“各分子间组合联系很杂乱，要终究到达刚韧统筹，没有长时刻的研讨根底和多年试验天然很难研制成功。”树脂协会环氧分会秘书长孔振武说。

  “环氧树脂的改性还与智能自动化设备休戚相关。”东华大学资料科学与工程学院教授余木火表明，我国碳纤维出产时刻短，缺少低成本的成套自动化出产设备，导致出产功率低、产品稳定性缺少等问题。

  环氧树脂状况特别，“不同用处，其结构和功能等都不同。”孔振武说，我国碳纤维资料出产与运用彼此脱节，运用对之牵引缺少，没有反应批改，环氧树脂等技能进步天然也就慢了。

  现在，高端碳纤维用得最多的是在飞机上，如在波音B787机型上，运用东丽公司出产的碳纤维复合资料已占总资料用量的50%。2016年，东丽公司的碳纤维产值约为4万吨；而我国碳纤维企业30多家，总产能2万吨左右，实践产值约7000吨。

  东丽碳纤维很多运用在波音上绝非是一朝一夕之功。从上世纪80年代开端，东丽公司就和波音进行全方位协作，东丽人乃至是住到了波音公司里，依据波音要求来规划、出产碳纤维。直到2011年—2012年，运用碳纤维的飞机才开端试飞，磨合时刻长达近30年，并依据波音的运用上的要求和反应，不断纠错、批改产品。

  此外，在一个职业中一旦构成抢先效应，逾越就很难。现在波音飞机、美国F-22和F-35战役机上运用的碳纤维环氧树脂都来自美国亨斯曼公司。余木火说，亨斯曼的产品早已通过了资料和工艺认证，假如要运用其他企业出产的环氧树脂，还需求一个绵长、繁复的证明进程，碳纤维出产企业天然乐意运用亨斯曼的。这也不利于国内高端环氧树脂产品迎头赶上。（记者 李禾）