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冬奥火炬里的“黑科技”:“飞扬”披上碳纤维“外衣”

2021年2月4日,在北京冬奥会倒计时一周年活动上,奥运火炬“飞扬”揭开面纱。“飞扬”不仅外形极具动感和活力,它的外壳也蕴含着“黑科技”。“飞扬”的外壳不仅要耐火抗高温,还要能在极寒天气中使用。如何承受这“冰与火”的双重考验,奥秘就藏在一种新型材料里。03:54

元旦假期,上海石化厂区的工作人员正忙着组装北京冬奥会火炬“飞扬”。按计划,1200支火炬必须在1月中旬前运往北京。

由于北京即将成为奥运历史上首座“双奥之城”,因此“飞扬”的外观与北京2008年奥运会开幕式主火炬塔形态相呼应。它以祥云纹样“打底”,自下而上,从祥云纹逐渐过渡到雪花图案,最后在顶端化身为飞扬的火焰。

中国石化上海石化公司副总经理 黄翔宇:你看这把火炬,这个地方看上去就像飘带一样,我们研制的外壳,这里面就是点火系统,你现在看不见,全部包在里面。手感也不错,这个壳是非常非常轻的。

北京2008年奥运会火炬“祥云”采用的是铝合金材料,为了契合“绿色办奥”理念,体现艺术设计与科技创新的完美融合,这次研发团队将目光投向了“碳纤维”。

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中国石化上海石化创新研究院总经理 林生兵:它(碳纤维)的质量只有钢的1/4左右,但是强度是钢的7~9倍。

1860年,英国人在制作电灯灯丝时发明了碳纤维,它的力学性能十分优异,到了现代更被誉为“黑黄金”、21世纪“新材料之王”。这次,研发团队用碳纤维与树脂形成的复合材料来做奥运火炬,堪称世界首创。

中国石化上海石化公司副总经理 黄翔宇:冬奥组委给它的第一个评价就是轻,而且很牢固,随便怎么摔也摔不坏。另外一个就是,冬季火炬传递的时候天气很冷,传统金属材料的话手感不太好,复合材料可以解决这个问题,避免这种很冰凉的感觉。

由于北京冬奥会火炬接力将在低温环境中进行,“飞扬”采用氢做燃料,不仅环保,还因为氢燃料的特性保证了火炬能在极寒天气中使用。

但氢气作燃料,燃烧温度就会高于800℃。因此,“飞扬”火炬外壳的研制,就花了整整三个月时间,逐一攻克了多项技术难题。

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中国石化上海石化公司副总经理 黄翔宇:火炬的火是从里面烧出来的,一般的复合材料都不能在火里烧,要到500℃在火里面再一烧就没了。正好上海有一家小企业研发了一种树脂,这个树脂是耐火的,拿过来我们进行测试分析。最后通过工艺调整,它达到了既能够耐温又能够耐火的要求,800℃、900℃都可以。

生产车间里,由石油产品加工成的这一条条黑色丝束,每一束都包含着12000根碳纤维丝。再经过三维立体编织,最终织成的火炬外壳,看不出任何接缝与孔隙,整个造型浑然一体。

中国石化上海石化创新研究院总经理 林生兵:有点像我们织毛衣一样,只不过它是分了三个不同的经向来进行编织,下一步就是我们拿到下游厂家进行镭雕、上色、喷高温漆,最后才有这样一个亮丽的火炬外壳。

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在材料科技领域,碳纤维的应用前景无限广阔,但却有着森严的技术壁垒。此前,只被日本、美国等少数发达国家掌握,但经过长期研发攻关,上海石化成为国内首家、全球第四家掌握碳纤维大丝束产业化技术的企业。

中国石化上海石化公司副总经理 黄翔宇:大飞机将来都要用碳纤维复合材料了,光伏的热场材料、海上风电的风电叶片也是用碳纤维做的。如果以后车辆都是用清洁能源,它需要轻量化,车子的外壳都是用碳纤维来做,我们中国现在碳纤维和碳纤维复合材料的产业发展非常快,将来我们还在研究火炬之后,这个材料可以用在其他更有用的地方。


来源:国际在线 魏然 郭臻

 

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