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《先進(jìn)高分子材料在國防相關(guān)領(lǐng)域的研發(fā)和應(yīng)用進(jìn)展》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、2016國防裝備高分子材料設(shè)計(jì)、加工與應(yīng)用過交流會(huì)先進(jìn)高分子材料在國防相關(guān)領(lǐng)域的研發(fā)和應(yīng)用進(jìn)展羅益鋒中國新材料技術(shù)協(xié)會(huì)會(huì)長中德新能源合作公司中方首席專家全國特種合成纖維信息中心主任《高科技纖維與應(yīng)用》雜志主編2016年元月22～23日江蘇無錫前言先進(jìn)高分子材料在國防裝備現(xiàn)代化中起到了舉足輕重的作用，要想打贏信息化條件下的現(xiàn)代戰(zhàn)爭和包圍我國的萬里海疆。必須通過不斷創(chuàng)新繼續(xù)更新和發(fā)展陸海空三軍的武器裝備，并從薄弱環(huán)節(jié)迎頭趕上和超過對手，方能確保我國自身的安全。以下僅介紹特種薄膜和纖維在某些國防裝備上的應(yīng)用。1.臨近空間飛艇所謂臨近空間即平流層是指距地球高度約20
2、～50Km的空間，一般的飛機(jī)是在15Km以下的空間飛行，而人造衛(wèi)星是在100Km以上的太空運(yùn)行，而平流層是在20～50Km之間。由于現(xiàn)代化戰(zhàn)爭中雙方要攻擊的對象之一是摧毀衛(wèi)星通訊指揮系統(tǒng)，我國已成功打掉自己的報(bào)廢衛(wèi)星，意味著有能力摧毀敵方的軍事和民用通訊衛(wèi)星，而美國已研發(fā)出能捕捉對方衛(wèi)星的飛行器，在這種情況下發(fā)展平流層飛艇是各發(fā)達(dá)國家的新戰(zhàn)略目標(biāo)。它可代替衛(wèi)星進(jìn)行信息和數(shù)據(jù)傳輸、GPS定位等，又可定點(diǎn)投放軍事物資或救災(zāi)物資、監(jiān)視對方的軍事活動(dòng)、在戰(zhàn)時(shí)攜帶武器實(shí)施高空打擊等。目前我國的研發(fā)單位不少，既有國有研究院所，也有民企或中外合作企業(yè)，代表性單位有電子科工
3、集團(tuán)14所、深圳光啟科技、上海華麗家族、航天科工集團(tuán)技術(shù)信息研究院和波恩項(xiàng)目投資有限公司等。國內(nèi)外所研發(fā)的飛艇種類和形狀各異，有橢圓形、球形、橄欖形和蓮藕形等，軍方要求至少能攜帶0.5～1t重物并駐空15天以上，通過地面遙控可以返回維修，輪流升空，成本只有衛(wèi)星的1/50，成功后不產(chǎn)生太空垃圾。要達(dá)到上述指標(biāo)難度極大，是一項(xiàng)綜合技術(shù)和先進(jìn)高分子材料的組合，既涉及到柔性高效太陽能背板和高效輕量的新型電池，又需要碳纖維復(fù)合材料（CFRP）的骨架和大小螺旋槳及超輕量膜結(jié)構(gòu)等。要想使飛艇穩(wěn)定駐留在平流層定點(diǎn)位置，其高分子膜結(jié)構(gòu)材料至關(guān)重要，膜材質(zhì)要求：①薄而輕，②氣體
4、屏蔽性好，防氦氣滲漏，③膨脹系數(shù)小，在+70℃～-70℃溫差范圍穩(wěn)定，④耐紫外光和宇宙射線，⑤耐熱、耐低溫性和熱穩(wěn)定性好。目前正試驗(yàn)的有高密度聚乙烯（HDPE）、PA-6、聚芳酯（LCP）、萘環(huán)聚酯和聚酰亞胺薄膜等。為了穩(wěn)定艇類的形態(tài)，其骨架采用熱膨脹系數(shù)極低的碳纖維復(fù)合材料拉擠成型條，其性能完全符合上述各條件。目前波恩項(xiàng)目投資有限公司和德國合作開發(fā)的“空中飛龍”，已完成過十幾次飛行試驗(yàn)，經(jīng)空氣動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)研究證明，采用如圖1所示的設(shè)計(jì)外形是最佳方案，計(jì)劃于2016年3月在西班牙的歐盟飛艇基地放飛。圖1.空中飛龍的試飛照片2.固體釩動(dòng)力電池（SVPB）波恩公司
5、與德國合作開發(fā)的固體釩動(dòng)力電池（SVPB），具有設(shè)計(jì)創(chuàng)新、無需充電、靠硼化釩（VB2）納米粉在催化劑存在下與空氣中的氧反應(yīng)產(chǎn)生電流，反應(yīng)產(chǎn)物可再生循環(huán)使用。主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于將傳統(tǒng)的平板式隔膜改成雙微管膜或中空纖維膜，以及兩絕緣膜之間的電解質(zhì)溶液和最內(nèi)外層膜表面的高導(dǎo)電層與催化劑層。VB2粉在多根膜間隙循環(huán)，如圖2所示。圖2.SVPB的關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)示意圖基于這種新穎的設(shè)計(jì)，導(dǎo)致微管或中空纖維膜直徑越小，單位體積能容納的膜越多，膜面積越大，反應(yīng)效率越高，加之1個(gè)VB2分子能產(chǎn)生11個(gè)電子，而一般電池只產(chǎn)生1或2個(gè)電子，因此能量密度極高。圖3微管直徑與電池能量密度的
6、關(guān)系。而且SVPB是由兩部分組成，反應(yīng)器和VB2粉體儲(chǔ)存器，靠小泵將VB2在兩者間循環(huán)，當(dāng)VB2全被氧化或V2O5和B2O3時(shí)，電動(dòng)汽車須到換粉站用特制設(shè)備將儲(chǔ)存器中的氧化物真空抽吸，并置入新VB2粉，時(shí)間只需3～5min，無需將電池卸下。電池的反應(yīng)溫度不超過60℃，而且微管膜是由耐高低溫、阻燃、耐腐蝕、絕緣等聚合物或陶瓷組成，因此不存在自燃、冒煙和偶爾爆炸等不安全問題。SVPB上述特點(diǎn)，極適合應(yīng)用于空中飛龍、飛艇、飛機(jī)、無人機(jī)、常規(guī)潛艇、備用電源、軍車和軍用通訊設(shè)施等，特別是在奪島戰(zhàn)爭等無充電設(shè)施的條件下，保持通訊暢通尤為重要。目前各種小樣品（方形、圓柱形
7、、塊狀等）已研制成功（見下圖），正開展中試連續(xù)化試驗(yàn)。圖4.各種電池帶動(dòng)膜型卡車和飛龍飛行圖3.航天用聚酰亞胺（PI）膜3.1航天飛行器的熱保護(hù)膜（MLI）為期30年的阿波羅登月計(jì)劃已經(jīng)終結(jié)，當(dāng)時(shí)登月的探測器是采用金色的聚酰亞胺KaptonH鍍鋁膜材料作為多層熱保護(hù)膜（MLI），是由5～10層厚度10～50μm的PI和PEI（聚醚酰亞胺）膜內(nèi)層或兩面蒸覆100nm的AL（鋁）或Au（金）膜。它要抵御宇宙飛行器內(nèi)部放出的熱并耐受外部-20℃～+50℃的運(yùn)行溫度，還要經(jīng)受地球周邊存在于低軌道并以8Km/S的高速度沖擊飛行器的原子氧（A·O）的襲擊，其濃度為101
8、2-13原子氧/m3。這種原子氧能使各種高分子材料迅
