潜入深海6000米！中国颠覆性碳纤维创新技术，重塑深海力量格局
来源：荣格复材技术  2024-08-05 14:17:16
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原文：http://shenzhen.chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-246-14722.html       近日，香港知名国际媒体《南华早报》消息称，中国研究人员开发了一种适用于大规模生产高性能无人潜航器的超强度碳纤维船体，以其深海6000米的惊人下潜能力，引发了全球的广泛关注。

       中国超强度碳纤维潜艇的成功研发，可能将在维护我国在海峡和南海的区域和平稳定和国家利益方面发挥重要作用。

       海洋新贵：中国超强度碳纤维潜艇技术震撼全球

       碳纤维（CF）及其复合材料，以其高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀等一系列卓越性能，成为材料科学领域的明星。这种轻质高强的材料，不仅显著提升了军事装备的性能，还极大地优化了传统装备的设计和功能。在航空航天、汽车、体育器材等领域，碳纤维的应用已经得到了广泛的认可。

       然而，在潜航器这一特定领域中，碳纤维的应用却相对较少。尤其是去年泰坦潜水器发生悲剧性内爆之后，引发了人们对碳纤维在水下应用中使用的担忧。在2023年6月，美国私营公司OceanGate运营的世界首艘碳纤维载人潜水器“泰坦”号，在前往泰坦尼克号沉船残骸的过程中，因巨大的水压而遭到摧毁，导致艇上五人全部遇难。由此，引发了对碳纤维在潜航器中的应用持怀疑态度，认为其在深海环境下不堪重负。

       中国科学家的创新突破，填补了这一空白，开发出适用于潜航器的超强度碳纤维，具有重大的战略意义。

       报道中指出，中国独创的超强度碳纤维潜艇，能在6000米深海中轻松承受巨大压力。这一深度的下潜能力，远超现役任何核潜艇。新型潜艇的船体，壁厚仅3厘米，却能承受高达90兆帕的水压，是之前“泰坦”号潜水器的两倍多。这一技术的突破，得益于中国科学家在碳纤维复合材料的耐水压、耐低温等性能上的深入研究和创新。

       由哈尔滨玻璃钢研究所高级工程师郭玉奇（音译）领导的项目团队在最近的学术论文中指出，目前深海潜航器的抗压结构通常采用合金钢或钛合金，然而这些材料的高密度限制了潜航器的负载能力。

       相比之下，碳纤维材料由于其低密度、高强度和抗疲劳、抗腐蚀等优良特性，成为了深海潜航器抗压结构的理想选择。

       中国科学家通过创新和努力，成功开发出一种新型高强度碳纤维无人潜航器外壳，这个外壳舱壁厚度约为3厘米，仅为“泰坦”号舱壁厚度的四分之一。然而，在实验室测试中，它能轻易承受77兆帕（MPa）的水压。由碳纤维制成的船舱能够承受高达90兆帕的压力，相当于在海洋中深处达9000米处所承受的压力。然而，为了确保安全性，中国科学家将工作深度限制在6000米，即60兆帕的压力。

       此外，碳纤维压力船体的外层覆盖着一层仅有1毫米厚的防水涂层。研究人员认为，这种涂层在正常使用过程中可以提供一定程度的保护，不会出现泄漏、损坏、界面脱开、开裂等问题。碳纤维压力舱的前后两端采用了T4钛合金材料。由于它需要承受从0米到6000米的海水压力变化，设计人员考虑了疲劳问题，如碳纤维船体以及碳纤维和钛合金连接处的压力和温度变化。并且能够承受超过2000次的交替循环。

       研究团队还开发了适用于浅水域的碳纤维无人潜航器壳体，厚度仅3毫米，适用于200米以内的水深，成本低廉，适合大规模生产。

       郭玉奇团队在另一篇论文中指出，水下潜航器是维护国家海洋权益和资源安全的重要手段，其技术水平在一定程度上代表了国家的国防能力和科技实力。

       碳纤维潜艇：国防安全的新锐力量

       当前深海潜航器的耐压结构通常由合金钢或钛合金制成。然而，由于这些材料的密度较大，耐压结构占据了总重量的很大比例，限制了深海潜水器的载重能力。而碳纤维材料因其低密度、高强度、高模量、抗疲劳、耐腐蚀和设计灵活性等优越性能，一旦应用于潜航器，将展现出深潜能力和高负载的优势。

       目前，世界各大国都在积极发展无人潜航器，试图以此来打造新型水下作战体系，保持水下优势。中国新型碳纤维潜航器的出现，将极大地增强国家的海洋作战能力。

       轻质高强度的碳纤维可以降低潜航器的自重，提高其机动性和航程。这对于执行深海探测、海洋资源勘探等任务具有重要意义。而且，碳纤维具有优异的耐腐蚀性能，可以在恶劣的海洋环境下长时间稳定运行，延长潜航器的使用寿命。此外，碳纤维还具备较好的电磁屏蔽性能，可以减少潜航器在海底航行时受到电磁干扰的影响，提高潜航器的隐蔽性和安全性。在潜在的冲突中，这将为中国海军提供显著的战略优势。


       经济影响：全球领先的碳纤维产业

       中国在碳纤维生产上的全球领先地位，预示着这一高性能材料将在未来几年内价格大幅下降，从而推动其在航空航天、汽车制造、风力发电等领域的广泛应用。随着碳纤维生产成本的降低，中国不仅在军事领域，更将在经济领域获得深远影响。

       据统计，去年中国的工厂生产了全球近一半的碳纤维产品，并且随着新生产线的不断建设，预计未来几年中国的碳纤维生产能力将进一步提升。与此同时，国内碳纤维产业在技术突破和产能扩张方面取得了显著进展。近期，碳纤维国产化方面成果突出，尤其是在高性能碳纤维领域。随着国内技术的不断提升和产能的逐渐释放，国产碳纤维有望逐渐替代进口产品，提高市场认可度，降低对国外产品的依赖。

       中国在碳纤维潜艇技术上的突破，不仅是材料科学的一次飞跃，更是国家战略实力的一次显著提升。随着这一技术的不断发展和应用，我们有理由相信，中国将继续在水下无人潜航器领域引领全球，确保国家海洋权益和安全，更是中国科技实力和创新能力的生动展现。

       从战略角度来看，碳纤维技术的突破还将增强我国在国际竞争中的地位。随着中国在碳纤维生产和应用上的领先地位，我们将在更多高科技领域占据优势，为国家的发展和安全提供坚实保障。随着这一技术的不断发展，碳纤维复材将在维护国家利益和区域和平方面发挥更加重要的作用。
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