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CBF在军工及民用领域的主要应用

CBF在军工及民用领域的主要应用
   美国德州的CBF工业联盟指出:“CBF是碳纤维的低价替代品,具有一系列优异性能,尤为重要的是,由于它取自天然矿石而无任何添加剂,是目前为止唯一的无环境污染的不致癌的绿色健康玻璃质纤维产品。美国作为世界保护环境的倡导者,将全力发展无污染的绿色工业材料,所以CBF在复合材料的增强材料领域的应用,已引起广泛的重视并将快速发展”。
   高技术纤维是国防军工建设和支撑高科技产业发展的重要基础材料,它直接关系到国防科技工业的建设和国民经济支柱产业的升级。CBF就是继碳纤维、芳纶、超高相对分子质量聚乙烯纤维之后的第四大高技术纤维。它是21世纪在国防军工领域有着非常重要应用的一种高技术纤维,是体现国防科技战略布局的一种新材料。
   以CBF为增强体可制成各种性能优异的复合材料,在航空航天、火箭、导弹、战斗机、核潜艇等军舰、坦克等武器装备的国防军工领域有广泛的应用。它可以促进军队武器装备的升级换代,增强军队的战斗力;可在某些领域替代碳纤维,节约相关武器装备的制造成本;可形成新的军民两用技术。寓军于民,有力地推动我国未来这一重大高科技产业的形成。因此,开展CBF在国防军工领域的应用研究有着十分重要的战略意义和现实意义。
   CBF就是由前苏联国防部下令开发的。从1960年代开始,经过近30多年的努力,在前苏联解体前终于成功开发了CBF。并首先被应用于国防军工。其中一个著名的事实是:1975年7月17日与苏联“联盟-19”号宇宙飞船第一次完成对接的美国“阿波罗”号宇宙飞船的结构材料上,就应用了前苏联生产的CBF。前苏联的解体,客观上影响了CBF的推广应用,但是,由于CBF具有有别于碳纤维、芳纶、超高相对分子质量聚乙烯纤维的一系列优异性能,而且性价比好,近几年来引起了美国、欧盟等国防军工领域的高度重视。2003年美国军方甚至收购了其国内一个创办不久的CBF生产工厂,现在这个工厂就设立在美国南部阿拉巴马州的军事基地,产品100%用于国防军工,其CBF的具体应用至今对外秘而不宣!显然,这些年来,美国军方在CBF的应用研究中又发现了许多新的价值。

2.1 利用CBF的耐高温特性,可以在消防、环保及军工领域发挥重要的作用
   CBF用于防火服正处于起步阶段,由于其起本身的特殊性能,用于防火服领域有较大的优势。CBF是无机纤维,具有不燃性、耐温性(-269~650℃)、无有毒气体排出、绝热性好、无熔融或滴落、强度高、无热收缩现象等优点。缺点是密度较芳纶大,穿着的舒适感不如芳纶防火服。如果CBF与其它纤维混纺可制成阻燃面料,用于部队的相关装备显然是有明显优势的。
   超高相对分子质量聚乙烯纤维被用作柔性防弹材料的首选原材料,但是用它制成无纬布作柔性防弹材料时发现外表面几层明显有弹头击穿的熔灼现象,因为超高相对分子质量聚乙烯纤维的主要缺点是耐热性能低,熔点在144~152℃,强度和模量随温度升高而下降。抗蠕变性能也较差,达到70℃时性能急剧下降。于是许多防弹材料专家把关注的目光转向有耐高温特性的CBF,目前正在开展相关的比较检测和应用研究。可以预见,CBF用作坦克、装甲车、防爆车、防爆毯、炮弹箱、军事工事的坑道门等,有着较高的应用价值和广阔的发展前景。
   CBF的高温使用性能虽然低于氧化铝纤维和碳化硅纤维,但是高于所有的有机纤维,而且其超低温使用性能是比较好的。再从性价比看,CBF的价格是所有高性能纤维中最低的。国外一直将杜邦的Kavlar、Nomex、Teflon作为防火面料的首选,虽然具有抗高温和抗化学反应的性能,但是都会在370℃以上的高温下被碳化和分解。虽然CBF用于防火服正处于起步阶段,但如上所述由于其本身的特殊性能,用于防火服领域有较大的优势。显而易见,纤维直径较细(如7μm左右)的CBF,其良好的性价比和优异的抗高温性能,有可能成为替代杜邦Kavlar、Nomex、Teflon等防火面料的有力竞争产品,也是其它高性能纤维低成本、高性价比的替代品。
   CBF是可填补我国空白的优良的高温过滤材料,其性能可与耐高温的陶瓷纤维相媲美,具有结构强度高、耐高温(使用温度可超过500℃以上)、耐久性好、耐腐蚀(及耐酸又耐碱)、不吸水、过滤效率高等特点。它可主要用于高温(200~350℃)和超高温(500℃以上)的过滤材料。目前过滤材料主要有天然纤维、各种合成纤维、各种无机纤维和金属纤维。由于应用市场对材料的耐高温性能提出了更高的要求,目前使用的芳纶(如Nomex、Conex)、法国的Kermel纤维、聚苯硫醚纤维(PPS)、奥地利的聚酰亚胺P84纤维、聚四氟乙烯纤维(PTFE)等过滤材料,都不能解决过滤高温介质的问题,而CBF可以在-269~650℃的范围内长期使用,它的耐高温性能是其它材料所无法比拟的。加拿大亚伯力(Albarrie)公司是一家有30多年历史的环保工业用集尘滤料的专业公司。他们将CBF用作过滤针刺毡的支基布已经有10多年的历史了。目前该公司非常看好我国过滤环保领域的市场,欲占到一定的市场份额。这一长期的成功的应用案例和市场动态应该非常值得我国过滤环保领域的关注。
   因此,利用CBF的耐温特性,是用于高温过滤材料(如除尘袋、汽车消音器滤芯)、避火消防服阻燃隔热面料、防火卷帘、过冷防护服、防弹服、热防护服、军用帐篷、坦克发动机绝热隔音罩、核潜艇等军舰内装饰、火箭燃烧喉管等军工武器装备领域优选的新材料。美国、加拿大、日本、韩国和欧洲许多国家的业内人士十分看好CBF优异的耐温性能,许多应用领域正在不断拓宽。
CBF非织造材料在汽车内饰中的应用潜力巨大。汽车工业是纤维材料的一个巨大潜力的市场。现在在汽车中应用的基于非织造材料的零件已经超过40种,从空气、油过滤介质到内饰材料等,其中包括声、热绝缘材料,结构件以及装饰件。一辆轿车大约需要20m2的非织造材料(折合质量15~20㎏)。虽然现在汽车非织造材料主要使用聚酯纤维、聚丙烯纤维、玻璃纤维、碳纤维和天然纤维等,但是。CBF的绝热、隔音,尤其是其优良的过滤性能和阻燃性能是其它纤维所不能比拟的。

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