蒙大拿州立大学采用“拉伸断裂”方法生产新型碳纤维
来源：看航空  2022-12-21 13:40:33
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原文：http://shenzhen.chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-288-12769.html       据复合材料世界网站12月5日报道，在过去的四年里，蒙大拿州立大学的科学家、学生和合作者组成的团队共同开发了一种采用“拉伸断裂”方式生产碳纤维的创新方法。这种碳纤维更容易应对飞行器复杂外形的成型问题，并可显著降低制造成本。该项目由美国陆军资助，总投资2580万美元。


       蒙大拿州立大学表示，研究人员已经在相关研究领域投入了大量资金，目前正在接近一个重要的里程碑。研究人员计划在将技术全面工业转化之前，验证小规模的实际制造能力。

       传统的碳纤维因其轻质高强耐用等特性而广泛应用于航空航天领域。但是这些纤维不易弯曲，所以将其制造成完全贴合飞机机翼的紧密曲线需要使用复杂且昂贵的生产工具，还经常需要一个容易被腐蚀的类似脚手架的金属结构作为辅助支撑，而维护和维修这些结构和零部件，每年则要花费美国军方数十亿美元。

       相比之下，蒙大拿州立大学开发的新型碳纤维材料——主要通过精确拉伸材料制成，在这一过程中，一些纤维在自然薄弱点已经断裂。研究表明，在强度大致相同的情况下，“拉伸断裂”碳纤维可成型性提高了大约8倍。这意味着可以使用更简单的设备对材料进行成型，而无需金属子结构辅助。研究人员表示，因为这种纤维更容易成型，保守预计可将制造成本降低四分之一。

       尽管通过破坏碳纤维部分结构来提高其可成型性的概念已经存在了几十年，但事实证明，过去采用的一些方法（例如随机切割材料等）会显著降低材料强度。拉伸断裂的想法也并不是最近的创新，但直到现在还没有一种有效的方法来以一种可以在扩展到工业生产中的方式持续有效地进行拉伸断裂。可以说，“拉伸断裂”碳纤维概念听上去容易，但控制起来非常困难。

       蒙大拿州立大学的研究团队与超过20家来自蒙大拿州的公司开展协作，联合设计和加工，开发了一种名为“山猫头”的新型拉伸断裂工具。当包含数千根单独碳纤维的扁平丝束快速通过一系列辊子时，会施加精确的力以破坏存在缺陷的纤维。研究人员指出，给定范围内大约只有约2%的纤维断裂。

       随后，研究人员研究了所得材料的特性，将经“拉伸断裂”后的纤维弯曲成复杂形状并用树脂固定，重点测试了其成型的难易程度。经过实验证实，这种纤维能够实现与采用连续纤维制成的材料相同的力学性能，但前者非常容易成型。

       下一步，研究人员计划扩大这种“拉伸断裂”制造设备的生产规模，开展试点示范应用，验证其用于实际制造的能力。这将为向生产军用和民用飞机的航空航天公司进行技术授权奠定基础。研究人员表示，相信这种材料有望在未来几年内开始应用于工业领域。

       目前，该项目已经吸引了先进材料供应商和航空航天制造商的注意，相关科研人员和工程师已经来到蒙大拿州立大学亲自查看材料，并渴望获得研究团队提供的材料样品。研究人员表示，航空航天制造商和材料供应商均对这项研究成果表示浓厚兴趣，并且认为一旦具备使用条件，将对航空航天装备制造带来显著影响。


文章来源：http://shenzhen.chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-288-12769.html