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产业用纺织品助力冬奥,国产碳纤维复合材料大放异彩

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第24届冬奥会日前在北京完美落幕,冬残奥会也将于3月4日拉开帷幕。在冬奥会、冬残奥会精彩的比赛瞬间背后,科技智慧故事纷纷上演。其中,产业用纺织品相关的科技元素异常突出,亮点颇多。诸多新材料在这两场国际盛会中贡献力量,助力中国绿色办奥、科技办奥。

  在国家高度关注以及高科技领域投资集中等多重因素刺激下,我国碳纤维复合材料技术与产业发展取得了可喜的成绩,在本届冬奥会、冬残奥会上大放异彩。这些明星产品,都将出现在CINTE22第十六届中国国际产业用纺织品及非织造布展览会上。

  火炬身披碳纤维“外衣”:

  燃烧温度>800℃氢气环境正常使用

  中国石化旗下的上海石化为北京2022冬奥会、冬残奥会火炬披上了碳纤维“外衣”,是全球首次实现以碳纤维复合材料制作奥运火炬外壳,解决了氢燃料燃烧时火炬需要耐高温的技术难题,使其具有“轻、固、美”等特点,实现在高于800摄氏度的氢气燃烧环境中正常使用。上海石化与核八所一起攻关,引入高性能树脂、与碳纤维一起做成碳纤维复合材料,最后通过工艺调整,把火炬上半段燃烧端在1000℃以上高温中进行陶瓷化,有效解决了在高温制备过程中火炬外壳起泡、开裂等难题,达到了既能够耐温又能够耐火的要求。相比冰冷的金属火炬外壳,“飞扬”更加让火炬手感到温暖,助力“绿色奥运”。

  冬奥会开幕式碳纤维发光杆:

  重量轻强度高操作性好

  根据冬奥会开幕式道具师介绍,用于开幕式的发光杆采用了碳纤维复合材料,长9.5米,首端直径3.8公分,末端直径1.8公份,重量3斤7两。这根看似普通的杆不仅科技感满满,其中还充满了刚柔并济的中国美学。原来发光杆采用的是不锈钢的道具杆,重量有6斤,虽然重量不大,但是长度太长,导致杆子晃动厉害,难以控制。最终道具组决定在鱼竿中广泛采用的碳纤维复合材料,不但重量轻、强度高,操控性也更好。

  国产3D打印碳纤维速滑冰鞋:

  重量减轻3%-4%

  河北经贸大学运动生物力学教授杨金田及其科研团队建立了速滑运动员脚型和足底的数据库、足底3D扫描与打印系统。历时1年多时间,成功研制出第一代高性能碳纤维复合材料速滑冰鞋。与中国高端速滑冰鞋相比,碳纤维冰鞋重量减轻3%-4%,冰鞋剥离强度提升7%。杨金田教授表示,团队将推进冰鞋的迭代,第二代国产冰鞋将能够与国外同类产品一较高下,实现对进口品牌的“弯道超车”,为我国冰雪运动发展增强“技力”。

  国产TG800碳纤维复合材料国产雪车:

  降低重心更加平稳

  为了能让有着“冰上F1”之称的国产雪车高速奔驰,雪车车身所用的材料质量轻、强度高。因此,制造雪车瞄准了碳纤维复合材料,采用了高强度等级国产TG800宇航级碳纤维复合材料。该材料由太钢钢科公司生产,可制作雪车和雪车头盔。采用碳纤维复合材料后,雪车能在保证运动员安全的前提下,最大程度减轻车身重量,降低重心,使雪车滑起来更平稳。据悉,碳纤维复合材料的双人雪车车身重量只有50公斤左右。

  滑雪头盔:

  防护性能比欧洲标准高出至少20%

  大连理工大学科研团队采用碳纤维、玻璃纤维、弹性体三种成分合成的新材料设计了一款滑雪头盔,使其刚度提高四倍,拉伸强度提高三倍。其外壳和火箭中常见的曲面壁板类似,能起到“四两拨千斤”的效果。这款头盔重量只有约700克,在没有大幅增加重量和厚度的前提下,其防护性能比欧洲标准高出至少20%。头盔还充分考虑到亚洲人的头型特征。团队采集了大量国家队运动员的头型数据,并研发了设计软件,实现了运动员头盔的定制化,有效改善了长时间佩戴的舒适性

  碳纤维发热电缆:

  直接转换降低热量损耗

  冬奥会、冬残奥会运动员居住的公寓房间内的地板下铺设碳纤维发热电缆,冬季采用电供热,将电能直接转化为热能,减少热量损耗,所使用的电能全部来自张家口的风能发电,清洁可再生,绿色环保。奥运村运营部工作人员表示,张家口冬奥村按照中国最高的绿建三星标准进行建设,通过采取一系列节地、节能、节材、节水措施,使冬奥村既符合绿色办奥的理念,又能充分满足冬奥会的需求。

  碳纤维冰球杆:

  结实耐用不易折断

  运动员使用的碳纤维冰球杆应用的流体成型剂后比普通材质冰球杆更结实耐用。据研发人员介绍,在碳纤维冰球杆表面涂覆流体成型剂,一方面增加碳纤维布的韧性,另一方面提升球杆整体的结构强度。通过提供低流动性的流体成型剂,且模具的充气压力一定时,可保证碳纤维球杆基材表面仍然有足够的流体成型剂附着,并参与后续的成型过程中,充足的流体成型剂可保障冰球杆的韧性,使得运动员在挥打冰球杆时不易出现球杆开裂或折断的情形,确保冰球杆结实耐用。

  事实上,除体育休闲、航空航天等传统产业对碳纤维复合材料的需求保持稳定增长外,以输电与风电为主的能源领域、以汽车与轨道运输为主的交通领域也为碳纤维产业发展注入了新的活力。低碳、绿色经济对碳纤维应用的拉动效益显著,也推动产业用纺织品行业进入工业应用新阶段。

  新春伊始,产业用纺织品及非织造领域又将迎来怎样的机遇?2022年9月6日-8日,CINTE22第十六届中国国际产业用纺织品及非织造布展览会上,将展示该领域内的最新产品及技术。

  汇聚全球业界翘楚,不妨让我们共同期待。

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