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第85章 碳纖維複合材料

趙衛國之前列在清單上的所有裝置,現在都已經完成了安裝和除錯工作,隨時可以投入使用。

他開展研究工作所需要的各類材料,也已經全部準備齊全,並且送到了倉庫裡面。

甚至倉庫裡還配備了一整套用於進行化學實驗的器材。

這些化學實驗器材雖然不是全新的,但在平時得到了很好的保養,看起來依然十分完好,完全不會影響正常的使用。

趙衛國對倉庫裡的所有裝置以及所有材料,都逐一進行了細緻的檢查。

在確認所有裝置和材料都沒有任何問題之後,他便立刻投入到研究工作當中。

碳纖維複合材料,是一種碳元素含量超過百分之九十的纖維狀結構材料。

這種材料擁有極其出色的物理效能、化學效能以及熱學效能,綜合效能非常優異。

在眾多新型材料當中,碳纖維複合材料當之無愧地被稱為“新材料之王”。

在航空航天領域、汽車製造行業、軌道交通建設、體育器材生產以及高階醫療裝置研發等多個重要領域,碳纖維複合材料都已經得到了非常廣泛且良好的應用。

而趙衛國現在要做的事情,就是先從相關原料中,把這種效能卓越的碳纖維材料提取出來。

目前倉庫裡準備好的這些裝置,雖然算不上是最先進的,但也勉強能夠滿足提取碳纖維材料的基本需求。

趙衛國計劃先利用這些現有的裝置,把碳纖維製作出來。

要製作出能夠投入實際使用的碳纖維材料,需要完成三個關鍵的步驟。

不過,以目前倉庫裡現有的裝置條件來看,還存在一些不足之處,需要想辦法去克服。

為此,趙衛國專門申請調配了一臺封閉式的加熱爐。

這臺加熱爐最高能夠達到三千攝氏度的高溫,而這個溫度,正是碳纖維進行石墨化處理時所需要的最高溫度,剛好能夠滿足工藝方面的要求。

在正式開始製作碳纖維材料的時候,趙衛國首先開啟了掛在倉庫牆壁上的一臺攝像機。

這是一臺具備全自動功能的攝像機,而且在它上面還額外加裝了專業的錄音裝置,屬於非常高階的進口裝置。

這臺攝像機不僅能夠清晰地記錄下彩色的影像畫面,還能夠同步記錄下聲音資訊,功能十分完備。

這臺高階攝像機,也是趙衛國之前列在裝置清單上的重要物品之一。

他準備這臺攝像機的目的,就是為了在今後開展實驗的過程中,能夠完整地記錄下每一次實驗的具體過程。

並且在整個實驗進行的過程中,趙衛國還會全程詳細地講解實驗所涉及到的技術原理。

同時,他也會把製造過程中各個環節需要注意的各類問題,一一說明清楚。

一旦這次碳纖維材料的製作實驗取得成功,那麼這段完整記錄實驗過程的錄影,就會成為後續相關研究和生產工作中最好的教學資料。

第一次嘗試製作碳纖維材料的過程進行得非常順利,沒有出現任何意外情況。

趙衛國沒花費多少力氣,就成功製造出了碳纖維絲。

之後,他把製作好的碳纖維絲放進了之前準備好的加熱爐裡面。

在向加熱爐內部輸入惰性氣體進行保護的前提下,再將碳纖維原絲放入專門的密封裝置當中。

隨後,透過裝置不斷地對密封裝置內部施加壓力,使得碳纖維絲中的結晶碳逐漸向石墨晶體的形態轉變。

這個過程能夠讓結晶碳與碳纖維絲軸方向之間的夾角不斷縮小。

而這一步關鍵的處理過程,能夠有效地提高碳纖維材料最終的彈性模量,增強其物理效能。

沒過多久,第一片符合質量標準的碳纖維材料,就成功製作完成了。

有了第一次製作成功的經驗,趙衛國的心裡不由得感到十分興奮。

因為他是在最為原始的裝置條件下,採用相對簡單的製作手段,就成功製造出了這個時代的第一塊碳纖維材料。

趙衛國帶著些許激動的心情,用工具夾起了那片已經冷卻並固定成型的碳纖維材料。

他把這片碳纖維材料拿到錄影機鏡頭前,先看了一眼時間,然後激動地開口說道。

“現在記錄時間,具體時間是公元1960年6月15日早上九點四十五分。”

“在人類發展的歷史上,第一塊運用完整提取技術成功提取出來的碳纖維材料,就在此刻製作成功了。”

“這種新材料的誕生,意味著人類社會新一輪的工業技術革新和科技水平大躍進,很快就要正式到來了。”

說完這些話之後,趙衛國便關掉了錄影機。

他把手中的那片碳纖維材料放在一旁,讓它繼續冷卻一段時間。

緊接著,趙衛國就開始著手準備製造更多的碳纖維材料。

碳纖維材料一旦完成固化處理,就沒有辦法再對它的形狀進行改變了。

而趙衛國早就已經想好了自己要用這些碳纖維材料製作甚麼物品。

他計劃用碳纖維材料為自己製作一輛腳踏車,這輛腳踏車的車身將全部採用碳纖維材料來製作。

同時,他還打算再製作一輛同樣的碳纖維腳踏車,用來交給工業部作為成果彙報。

腳踏車的體積並不算大,製作過程中需要消耗的碳纖維材料數量也不會太多。

而且在設計腳踏車車架的時候,趙衛國還特意預留出了一部分空間,為將來可以在腳踏車上安裝電池做好了準備。

趙衛國從倉庫裡拿出了之前準備好的固定模具,開始進行腳踏車的製作。

整個早上的時間,趙衛國都在不停地製造碳纖維材料,一直專注地投入在工作當中。

隨著製作次數的增加,他的製作手法也變得越來越熟練,操作起來更加得心應手。

很快,大量已經冷卻並固定成型的碳纖維材料,就被陸續製作了出來。

而腳踏車的整個結構框架,也在他的不斷操作下逐漸組裝完成。

即便要製作兩輛腳踏車,所需要用到的碳纖維材料數量也不算多。

趙衛國一邊研發碳纖維材料、拼裝腳踏車,一邊持續修正此前操作環節中出現的各類細節偏差。

在不斷改進的過程中,他後續的製造進度逐漸加快,工作效率得到了極大提高。

當時間推移到中午十二點,腳踏車的整個車架架構已經全部組裝完成。

這臺腳踏車的外觀和現代山地腳踏車完全一樣,整體設計十分好看。

即便現在它僅僅只是一個車架的模樣。

但只要將車輪、座椅,還有腳踏、齒輪、軸承、鏈條這些零件安裝上去。

它就能變成一輛可以正常使用的完整腳踏車。

選用碳纖維這種材料,能在多個維度帶來明顯的好處。

第一個好處是實現了產品的輕量化。

普通腳踏車,尤其是當下這個時代的腳踏車,每一輛的重量至少有二三十斤。

可如果用碳纖維製作車身,其重量能直接減少一半。

之所以只能減少一半,是因為輪胎、齒輪、軸承這些零件,在如今這個時代暫時無法減輕重量。

要是換成現代的輕量化腳踏車,有些甚至只有一兩公斤重。

第二個好處是安全效能和穩定效能更出色。

碳纖維複合材料擁有非常優秀的能量吸收能力。

在發生碰撞時,它吸收能量的能力是鋼材的六到七倍,是鋁材的三到四倍。

這一特點進一步保障了碰撞發生時人員的安全。

第三個好處體現在騎行的舒適程度上。

碳纖維複合材料具有更強的震動阻尼特性。

輕合金材料需要九秒鐘才能讓震動停止,而碳纖維複合材料只需兩秒鐘就能讓震動消失。

第四個好處是具備更強的可靠性。

碳纖維複合材料擁有更高的疲勞強度。

鋼材和鋁材的疲勞強度僅為其抗拉強度的百分之五十。

而碳纖維複合材料的疲勞強度能達到其抗拉強度的百分之八十。

所以從使用角度來看,碳纖維材料的效能比鋼鐵和鋁合金更全面,適用的場景也更廣泛。

由於碳纖維複合材料在設計方面比金屬材料更具靈活性。

因此它更能滿足多個工業領域的需求,對產品開發過程中實現平臺化、模組化與整合化有幫助。

而且碳纖維主要由碳元素組成。

它具有耐高溫、抗摩擦、導熱性好以及耐腐蝕性強等多種特性。

它的外形呈纖維狀,質地柔軟,可以加工成各種不同的織物形態。

因為它內部的石墨微晶結構會優先沿著纖維軸的方向排列。

所以沿著纖維軸的方向,它擁有極高的強度和模量。

碳纖維的密度很小,這使得它的比強度和比模量都非常高。

碳纖維最主要的用途,是作為增強材料,與樹脂、金屬、陶瓷以及炭等材料複合。

進而製造出效能先進的複合材料。

值得一提的是,碳纖維的直徑只有五微米。

這個直徑相當於一根頭髮絲直徑的十到十二分之一,但它的強度卻能達到鋼材的四倍以上。

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