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國產(chǎn)T800可以替換東麗同類產(chǎn)品

所謂T300、T800、T1000等稱謂，其實(shí)是日本東麗公司的碳纖維型號，只是由于東麗公司在行業(yè)內(nèi)的地位，所以導(dǎo)致其型號在媒體的報(bào)道中，無形中演化成類似于某種強(qiáng)度的碳纖維標(biāo)桿。從中其實(shí)也能看出日本企業(yè)在碳纖維領(lǐng)域的行業(yè)地位。

在集成電路領(lǐng)域中，三星的14nm制造工藝雖然和Intel的14nm制造工藝同屬于14nm，但采用三星工藝加工出來的芯片在性能、功耗等方面與Intel的相比卻存在一定差距。那么，國產(chǎn)的T800和日本東麗的T800也存在類似同屬T800，但產(chǎn)品性能卻遜色不少的情況么？

一篇由中航復(fù)合材料有限責(zé)任公司、北京航空材料研究院、先進(jìn)復(fù)合材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、核工業(yè)理化工程研究院、北京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院技術(shù)人員共同署名發(fā)表的論文對國產(chǎn)T800碳纖維和日本東麗T800碳纖維做了非常詳細(xì)的測試。

在測試中，研究人員采用日本Hitachi公司生產(chǎn)的S4800N型冷場發(fā)射掃描電子顯微鏡，觀察碳纖維的表面形貌，并計(jì)算纖維直徑。采用美國Veeco公司生產(chǎn)的D3000型原子力顯微鏡，觀察碳纖維表面形貌，分析表面粗糙度。采用英國Kratos公司生產(chǎn)的X射線光電子能譜儀，分析碳纖維的表面成分。采用北京航空航天大學(xué)研制的微脫黏試驗(yàn)機(jī)，測試?yán)w維與基體樹脂的界面剪切強(qiáng)度。采用美國Instron公司生產(chǎn)的5982型材料電子萬能試驗(yàn)機(jī)測試復(fù)合材料室溫干態(tài)力學(xué)性能。測試表明：

在表面物理態(tài)上，相對于東麗T800H碳纖維，國產(chǎn)T800碳纖維的表面較為粗糙，沿纖維軸向分布著更密集的溝槽，且溝槽的深度也較深，這種形貌特征有利于提高國產(chǎn)T800碳纖維與基體樹脂的機(jī)械嚙合作用，從而提高復(fù)合材料的界面性能。

▲T800H碳纖維和國產(chǎn)T800碳纖維的AFM照片

由于國產(chǎn)T800碳纖維的氧碳原子比約為T800碳纖維約為31.2％，約為東麗T800H碳纖維的2倍，因此，國產(chǎn)T800碳纖維能夠通過化學(xué)鍵合或分子間作用力與基體樹脂形成相互作用，從而提高復(fù)合材料的界面性能。加上之前提到的在表面物理態(tài)上的差異，使得國產(chǎn)T800碳纖維與HT-280樹脂能形成更好的界面黏結(jié)。

而測試也證明了這一點(diǎn)，東麗T800H碳纖維與HT-280樹脂的界面剪切強(qiáng)度約為92MPa，國產(chǎn)T800碳纖維與HT-280樹脂的界面剪切強(qiáng)度約為117MPa，后者較前者高約27％。

在力學(xué)性能方面，國產(chǎn)T800／HT-280復(fù)合材料的0°拉伸、90°拉伸、彎曲、面內(nèi)剪切和層間剪切等力學(xué)性能均普遍高于東麗T800／HT-280復(fù)合材料。其中，90°拉伸強(qiáng)度高約25％，面內(nèi)剪切強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度高約12％、層間剪切強(qiáng)度高約7％。

▲T800H／HT-280復(fù)合材料和國產(chǎn)T800／HT-280復(fù)合材料90°拉伸試樣破壞SEM照片

一篇中國科學(xué)院大學(xué)的博士論文也證明：國產(chǎn)T800碳纖維拉伸強(qiáng)度平均值5.63GPa（東麗T800為5.49GPa），彈性模量平均值292GPa，斷裂伸長率平均值1.9%，與東麗公司T800碳纖維產(chǎn)品一致，表明國產(chǎn)碳纖維力學(xué)性能完全達(dá)到了國外同類產(chǎn)品水平，且各項(xiàng)指標(biāo)Cv值均較低，穩(wěn)定性較好。國產(chǎn)T800碳纖維12K產(chǎn)品的元素成分和表面活性與東麗T800碳纖維12K產(chǎn)品比較一致。國產(chǎn)T800碳纖維整體可媲美日本東麗T800產(chǎn)品，完全可以取代國外同類產(chǎn)品加以推廣應(yīng)用。

結(jié)語

目前，日本是高檔碳纖維材料的主要生產(chǎn)國，日本東麗公司的T800系列碳纖維，是唯一被美國FAA批準(zhǔn)用于波音777關(guān)鍵飛行部件的碳纖維，航空工業(yè)中碳纖維的重要性不言而喻。

西方國家長期對中國施行T800系列碳纖維禁運(yùn)，以阻止中國以此提高軍用飛機(jī)性能以及在國際航空航天材料中獲得競爭力。2013年有中國商人在美國被控告非法采購T800系列碳纖維。

必須指出的是，過去國內(nèi)雖然能做出與國外媲美的產(chǎn)品，但在成本上往往高于國外同類產(chǎn)品。而據(jù)哈爾濱人民政府網(wǎng)站1月16日報(bào)道，天順化工將規(guī)模化生產(chǎn)的T800級碳纖維的成本，控制到國際價(jià)格的三分之一，僅為350元/公斤，這實(shí)現(xiàn)在技術(shù)上能與國外同類產(chǎn)品爭鋒的同時(shí)，在定價(jià)上也占據(jù)主動(dòng)，這對國產(chǎn)T800碳纖維的產(chǎn)業(yè)發(fā)展和商業(yè)化應(yīng)用就尤為關(guān)鍵了。

參考資料：

《國產(chǎn)Ｔ800碳纖維／雙馬來酰亞胺復(fù)合材料的界面及力學(xué)性能》，李偉東，張金棟，劉剛，鐘翔嶼，張代軍，包建文，肇研；

《久攻難克的碳纖維技術(shù)》，李克健；

《國產(chǎn) T800 碳纖維表征分析及樹脂基復(fù)合材料性能研究》，顧紅星。

責(zé)任編輯：凌子