高温|碳纤维专家:冬奥火炬破解外壳在1000℃高温制备中的诸多难题

新京报快讯(采访人员 吴为)2月4日 , 在北京冬奥会倒计时一周年活动上 , 北京2022年冬奥会、冬残奥会火炬外观设计正式对外发布 。
【高温|碳纤维专家:冬奥火炬破解外壳在1000℃高温制备中的诸多难题】碳纤维专家、中国石化上海石化股份公司副总经理黄翔宇认为 , 北京冬奥会火炬外壳由碳纤维及其复合材料制造而成 , 呈现出了“轻、固、美”的特点 , 解决了碳纤维复合材料在极端条件下的应用瓶颈 , 实现了火炬外壳在高于800℃的氢气燃烧环境中正常使用 。 破解了火炬外壳在1000℃高温制备过程中起泡、开裂等难题 。
新京报:请你介绍一下碳纤维 , 它有什么特点?
黄翔宇:碳纤维 , 顾名思义就是含碳的纤维 。 它的碳的含量非常高 , 达到90%以上 。 说起来容易 , 但要把一个纤维做成骨架上都是碳 , 是非常复杂的过程 。
碳纤维它有什么特点?一是轻 , 它的密度只有钢的1/4 , 强度是钢的6到7倍 , 如果把强度除以密度的话 , 比强度就是20倍以上 。 所以达到同样一个力学性能 , 用量是非常少的 。 因此碳纤维轻而强是它的最大的特点 , 同时它又是耐腐蚀等各种环境 , 在特殊环境下很多都可以使用碳纤维这样一个高科技制品 。
新京报:为什么会想到把碳纤维用在冬奥火炬上?
黄翔宇:以往的冬奥火炬 , 包括奥运会的火炬都是金属材料 。 我们冬奥组委提出用新材料 。 我们认为碳纤维轻 , 刚度又好 , 能够替代传统金属材料 。
但是碳纤维又有自己的难度 。 因为碳纤维要跟树脂复合做成复合材料 , 才能做出火炬的形状 。 复合材料一般都不耐火不耐温 , 而实现这一目标 , 从技术上难度是非常高的 。 就在选用什么样的树脂、怎么样做在工艺上 , 提出很多新的要求 。 这都是我们研发火炬时 , 攻克的一个又一个难关 。
新京报:在制作火炬的过程中 , 运用新材料的过程会有哪些创新?
黄翔宇:第一个是它的编织 。 我们用的是三维编织的方法 。 三维编织到目前为止 , 是我们用过的最先进的技术 。 它能够编织出各种形状 , 满足设计师的尺寸要求 。 这是碳纤维成型当中的一个技术突破 。
第二是它的模具设计 。 成型模具的设计要用到组合型模具 , 以及各种特殊设计的模具 , 这是为了解决不同曲面成型的要求 。
第三 , 就是选用了一种非常特殊的树脂 , 可以耐高温 。 最后 , 树脂成型的技术也是专门开发的 , 有固化程序 。 传统的规划方法解决不了这个问题 , 要一步一步通过特殊手段 , 最后让这种树脂做成的火炬头能够耐火耐温 。
新京报采访人员 吴为
编辑 马瑾倩

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