新材料产业亟需打破国外垄断

有一种被誉为“黑色黄金”的纤维材料，让无数材料科学家为之魂牵 梦绕。这种材料就是碳纳米管纤维，它是高性能纤维材料的新一代产品。

高性能纤维是国内外较多使用的新型材料，被我国列入国防航空科技 发展的重点研究对象。然而，现有制备关键技术被美国、日本等发达国家长期垄断，我国高性能纤维行业长期遭受技术封锁、产品禁运以及价格打压的待遇。


烯湾科技董事长、首席科学家邓飞介绍，高性能纤维是由有机固体高分子纤维在 1000℃至 3000℃的高温和惰性气体环境下，经高温分解、石 墨化而成的含碳量 90% 以上的纤维。因其力学、化学、电学等性能优异， 是国民经济与国防建设不可缺少的战略性新兴材料。碳纳米管是制造碳纳 米管纤维的基础材料，有完美的六边形结构和很多独特的性质：它的强度 比最高强度的钢还高 270 倍，单位重量却只有钢的 1/6；拥有良好的柔韧 性，可以拉伸。20 世纪 90 年代初，日本研究人员首先发现了碳纳米管这 种新型材料后，世界多个科研大国陆续开展针对碳纳米管的研究，形成一 股巨大的潮流。

简单地说，碳纳米管既是材料领域导电性、导热性和力学性最好的材 料，还是最轻的材料。碳纳米管纤维强化的先进纳米复合材料具有质量 轻、强度高、弹性模量高的特点。同等强度下碳纳米管纤维复合材料的重 量仅为铝合金的七分之一，性能超过目前航空航天领域的高性能纤维复合 材料，不仅在民用领域应用场景广泛，还可广泛用于制造航空器机体及发 动机、火箭外壳等领域。

以航空航天领域的复合材料为例，随着飞行器各项功能不断提高，航空飞机主要结构件上的高性能纤维强化复合材料的比重越来越大，对材料 的力学性能的要求也越来越高。 高端汽车领域中，高性能纤维复合材料的使用也形成趋势。高性能纤 维复合材料将轻量化与高强度、高安全性相结合，可以极大地提升驾驶体 验。如果将高性能纤维复合材料应用扩展到汽车领域，可以极大地降低能 源消耗，减少环境污染。


章胜华补充道：“除了 航空航天和汽车领域，高 性能纤维复合材料还可用 于 风 力 发 电、 燃 料 电 池、 超级电容器等新能源和民 用器械领域。随着下一代 能源需求不断拓宽，民用 高性能纤维的需求比重将 会越来越大。目前，国内 生产的高性能纤维无法保证产品性能均一、稳定，制造成本居高不下，导致在国产大飞机、战斗机、无人机等众多重大国防项 目上，以及工业器械制造 等领域中，先进复合材料 的使用率和合格率距离国际先进水平仍有不小差距。落后的材料加工技术 严重制约了我国高端制造的发展。”

截至目前，能够达到美国联邦航空局国际标准性能，可以在客机中 大量使用的高性能纤维生产技术，基本掌握在美国、日本的少数几家公 司手中，而达到航空飞机使用最高标准等级的 T800H、T800S，几乎被 日本东丽公司独家垄断。为此，我国航空工业将高性能纤维材料作为国 防科技发展的重点研究对象，并对高性能纤维材料的研发生产做出了战 略规划。

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