據(jù)復(fù)合材料世界網(wǎng)站12月5日?qǐng)?bào)道，在過(guò)去的四年里，蒙大拿州立大學(xué)的科學(xué)家、學(xué)生和合作者組成的團(tuán)隊(duì)共同開(kāi)發(fā)了一種采用“拉伸斷裂”方式生產(chǎn)碳纖維的創(chuàng)新方法。這種碳纖維更容易應(yīng)對(duì)飛行器復(fù)雜外形的成型問(wèn)題，并可顯著降低制造成本。該項(xiàng)目由美國(guó)陸軍資助，總投資2580萬(wàn)美元。

蒙大拿州立大學(xué)表示，研究人員已經(jīng)在相關(guān)研究領(lǐng)域投入了大量資金，目前正在接近一個(gè)重要的里程碑。研究人員計(jì)劃在將技術(shù)全面工業(yè)轉(zhuǎn)化之前，驗(yàn)證小規(guī)模的實(shí)際制造能力。

傳統(tǒng)的碳纖維因其輕質(zhì)高強(qiáng)耐用等特性而廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。但是這些纖維不易彎曲，所以將其制造成完全貼合飛機(jī)機(jī)翼的緊密曲線需要使用復(fù)雜且昂貴的生產(chǎn)工具，還經(jīng)常需要一個(gè)容易被腐蝕的類似腳手架的金屬結(jié)構(gòu)作為輔助支撐，而維護(hù)和維修這些結(jié)構(gòu)和零部件，每年則要花費(fèi)美國(guó)軍方數(shù)十億美元。

相比之下，蒙大拿州立大學(xué)開(kāi)發(fā)的新型碳纖維材料——主要通過(guò)精確拉伸材料制成，在這一過(guò)程中，一些纖維在自然薄弱點(diǎn)已經(jīng)斷裂。研究表明，在強(qiáng)度大致相同的情況下，“拉伸斷裂”碳纖維可成型性提高了大約8倍。這意味著可以使用更簡(jiǎn)單的設(shè)備對(duì)材料進(jìn)行成型，而無(wú)需金屬子結(jié)構(gòu)輔助。研究人員表示，因?yàn)檫@種纖維更容易成型，保守預(yù)計(jì)可將制造成本降低四分之一。

盡管通過(guò)破壞碳纖維部分結(jié)構(gòu)來(lái)提高其可成型性的概念已經(jīng)存在了幾十年，但事實(shí)證明，過(guò)去采用的一些方法（例如隨機(jī)切割材料等）會(huì)顯著降低材料強(qiáng)度。拉伸斷裂的想法也并不是最近的創(chuàng)新，但直到現(xiàn)在還沒(méi)有一種有效的方法來(lái)以一種可以在擴(kuò)展到工業(yè)生產(chǎn)中的方式持續(xù)有效地進(jìn)行拉伸斷裂。可以說(shuō)，“拉伸斷裂”碳纖維概念聽(tīng)上去容易，但控制起來(lái)非常困難。

蒙大拿州立大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)與超過(guò)20家來(lái)自蒙大拿州的公司開(kāi)展協(xié)作，聯(lián)合設(shè)計(jì)和加工，開(kāi)發(fā)了一種名為“山貓頭”的新型拉伸斷裂工具。當(dāng)包含數(shù)千根單獨(dú)碳纖維的扁平絲束快速通過(guò)一系列輥?zhàn)訒r(shí)，會(huì)施加精確的力以破壞存在缺陷的纖維。研究人員指出，給定范圍內(nèi)大約只有約2%的纖維斷裂。

隨后，研究人員研究了所得材料的特性，將經(jīng)“拉伸斷裂”后的纖維彎曲成復(fù)雜形狀并用樹(shù)脂固定，重點(diǎn)測(cè)試了其成型的難易程度。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，這種纖維能夠?qū)崿F(xiàn)與采用連續(xù)纖維制成的材料相同的力學(xué)性能，但前者非常容易成型。

下一步，研究人員計(jì)劃擴(kuò)大這種“拉伸斷裂”制造設(shè)備的生產(chǎn)規(guī)模，開(kāi)展試點(diǎn)示范應(yīng)用，驗(yàn)證其用于實(shí)際制造的能力。這將為向生產(chǎn)軍用和民用飛機(jī)的航空航天公司進(jìn)行技術(shù)授權(quán)奠定基礎(chǔ)。研究人員表示，相信這種材料有望在未來(lái)幾年內(nèi)開(kāi)始應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。

目前，該項(xiàng)目已經(jīng)吸引了先進(jìn)材料供應(yīng)商和航空航天制造商的注意，相關(guān)科研人員和工程師已經(jīng)來(lái)到蒙大拿州立大學(xué)親自查看材料，并渴望獲得研究團(tuán)隊(duì)提供的材料樣品。研究人員表示，航空航天制造商和材料供應(yīng)商均對(duì)這項(xiàng)研究成果表示濃厚興趣，并且認(rèn)為一旦具備使用條件，將對(duì)航空航天裝備制造帶來(lái)顯著影響。