在过去的四年里,一个由MSU科学家、学生和合作者组成的团队开创了一种制造 '拉伸断裂 '碳纤维的创新方法,这种纤维更容易形成飞机的复杂形状,并可以大大降低制造成本。该项目由美国陆军提供的总额为2580万美元的合同资助。 '我们在这方面投入了很多,现在我们正在接近一个重要的里程碑,在将技术转移到工业界之前,我们将展示小规模的实际制造,'MSU项目的首席研究员Douglas Cairns说。'我们对潜在的影响感到非常兴奋'。 传统的碳纤维复合材料--通过将比钢更坚固的长纤维嵌入硬化树脂中制成--是航空工业的黄金标准,因为它对其重量来说特别坚固和耐用,凯恩斯解释说。但是,这种纤维非常坚硬,例如,将它们形成飞机机翼的紧密曲线,需要复杂而昂贵的机器。它通常还需要一个类似脚手架的金属下部结构,容易被腐蚀,每年花费美国军队数十亿美元的维护和修理费用。 相比之下,MSU的新碳纤维材料--通过精确拉伸材料,使一些纤维在天然的薄弱点处断裂--在强度大致相同的情况下,其可塑性提高了约8倍,据凯恩斯说。这意味着这种材料可以用更简单的设备进行成型,而且不需要金属下层结构。 '由于它更易于成型,我们保守地估计,我们可以将制造成本降低4倍,'MSU的Norm Asbjornson工程学院机械和工业工程系的Lysle A. Wood特聘教授Cairns说。'这是一个很大的买卖'。 道格·凯恩斯(Doug Cairns)在他的实验室。 MSU照片:科尔特·彼得森(Colter Peterson)摄 尽管破坏碳纤维以改善其成型性的概念已经存在了几十年,但以前的方法,如随机切割材料,被证明大大损害了强度,在航空航天材料领域工作了近30年的Cairns说。拉伸断裂的想法也不是新的,但直到现在,还没有人想出一种方法,以一种可以扩展到工业领域的方式,持续有效地做到这一点。'凯恩斯说:'这个概念很容易,但对它的控制却非常困难。 与蒙大拿州近二十家公司合作,帮助设计和加工,MSU团队开发了一种新的拉伸断裂工具,称为山猫头(Bobcat Head)。当含有数千根单独的碳纤维的扁股快速通过一系列的辊子时,精确的力量被施加到有缺口和其他缺陷的地方,以打破纤维。凯恩斯指出,在一个特定的区域内,只有大约2%的纤维被折断。 研究人员随后研究了所得材料的特性。机械和工业工程系副教授罗伯塔-阿门多拉(Roberta Amendola)带领一个由教师和学生组成的团队,测试拉伸断裂的纤维如何能够轻易地被弯曲成复杂的形状,并用树脂固定。 '这种材料不断给我们带来惊喜,'阿门多拉说。'我们已经确认的是,它的强度与用连续纤维制成的材料一样,但非常容易成型。这是一个了不起的结果'。 据凯恩斯说,下一步是扩大拉伸断裂机器的规模,以试验性地演示如何在实际生产中使用它,这将为向生产军用和民用飞机的航空航天公司授权该技术铺平道路。他说,这种材料有可能在未来几年内开始在工业上使用。 同时,这项工作正在对MSU产生教育影响,超过8名本科生和12名研究生为该项目做出了贡献,Cairns指出。其他参与该项目的MSU教师有Dilpreet Bajwa教授和Cecily Ryan副教授,他们都在机械和工业工程系。 凯恩斯实验室里的一股拉伸断裂的碳纤维。 MSU照片:Colter Peterson 来源:JEC 编译:赛奥碳纤维 翻译若有不当之处,欢迎指正! |
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