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厉害了!国产碳纤维炸弹首次曝光:威力堪比核武器,一发断电一座城!

早在1999年4月,以美国为首的北约以“保护人权”之名,对南联盟发起狂轰滥炸,给南联盟人民带来深重灾难。在此次空袭中,北约从航空母舰和飞机等多种平台上向南联盟境内发射了大量“战斧‘’式巡航导弹。弹头爆炸后,抛撒出大量碳纤维,微小的碳纤维颗粒在空气中四处飘散,并散落在电厂的输电线上,使得南联盟供电系统发生大规模的电力供应中断、电气设备停止工作,军事设施也因此失去电力供应而瘫痪。
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美军空袭南联盟时使用的BLU-114/B石墨炸弹
如今,这种碳纤维导弹成为各国在战争中破坏敌方电力系统强有力的杀手锏。因为碳纤维可制成炮弹、炸弹以及导弹战斗部。在导弹体内填充有大量丝状或卷状的碳纤维。碳纤维弹爆炸后,播散在空气中的碳纤维附着在电力系统输电线的表面,当高压电流通过碳纤维时,电场强度明显增大,电流流动速率加速,并开始放电,形成电弧,致使电力设备熔化,使电路发生短路,若电流过强或过热会引起着火。电弧若生成极高的电能,则造成爆炸。由此会给发电厂及其供电系统造成毁灭性的破坏,且悬挂在电网上的碳纤维清除十分困难,除非另架电网。所以说碳纤维弹是一种对发电厂破坏性极大、技术含量较高、成本较低的软杀伤武器。
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国产碳纤维炸弹
碳纤维炸弹因其不以杀伤敌方兵员为目的而得名。碳纤维炸弹主要是由两部分组成,一个是发火机构,另一个就是内部含有大量裹着碳纤维丝的滚轴。在实战中,碳纤维子炸弹首先是被装载在航空布撒器或者子母弹内的,在载机投放之后,布撒器或者子母弹按照弹载制导设备的引导,飞到所要打击的供输电目标上空一定高度,然后就开始抛撒这些碳纤维子炸弹。此种炸弹充分利用了碳纤维的高导电、导热特性和轻质高强特性(其线密度为0.30~0. 32 g/m、拉伸强度高达200 Mpa以上,拉伸模量接近1000 Gpa),可在空气中形成碳纤维云团,缓慢下降,极容易覆盖和缠结到电网和供电系统中,形成极高强度的无规则纤维网络。石墨炸弹的破坏原理主要分为以下几个过程:
(1)激光制导的炸弹炸开、旋转并释放出100-200个小的罐体,每个约有可乐罐大小。
(2)每个小罐均带有一个小降落伞,打开后使得小罐减速并保持垂直。(3)小型的爆炸装置起爆,使小罐底部弹开,释放出石墨纤维线团。
(4)石墨纤维在空中展开,互相交织,形成网状。
(5)由于石墨纤维有强导电性,当其搭在供电线路上时即产生短路造成供电设施崩溃。
碳纤维炸弹要想发挥出最佳的打击效果,其实和发火机构有很大的关系,因为它控制着起爆高度,只有最佳的起爆高度才能让碳纤维丝抛撒面积最大,覆盖效果也最好。国内在相关方面做过很多的尝试,也研制过不同的发火机构,比如最早使用的是时间控制发火机构,其实也就是延时引信,子炸弹抛撒出去后一定时间自动起爆。但是这种方式其实比较麻烦,因为布撒器的抛撒高度不一定就是固定的,不同的高度抛撒,起爆的延时也就发生变化。目前像美军BLU-114/B石墨炸弹利用卫星定位测高引信,它们的起爆高度就具备较好的可控性,打击精度得到了大幅提升。
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碳纤维
为什么美军的叫石墨炸弹,我们的叫碳纤维炸弹?这俩不一样么?严格来说,的确不一样!主要是它们的含碳量和晶体结构具有显著的差异,碳纤维含碳量90 %以上,而石墨纤维含碳量则是99 %以上,另外石墨纤维是层状六方晶格结构,和碳纤维具有显著的差异。不过碳纤维和石墨纤维的性能具有相似性,都是极佳的导电体,还耐高温,用来攻击电力设施相当合适。而且这些纤维又细,瘫痪敌方电力设施之后,人员要清理起来也非常的麻烦,往往是一被攻击就会造成长时间的停电。
碳纤维目前有三种即人造丝、聚丙烯睛(PAN)和沥青基碳纤维,它们是通过单体聚合、溶解、纺丝、拉伸、稳定化、碳化、石墨化及表面处理等步骤制成。碳纤维弹所用的纤维属高导电、导热级碳纤维。众所周知,日本是最大的碳纤维原丝生产国,美国是最大的碳纤维使用国。美国的阿莫克公司是重点开发沥青基高导电导热级碳纤维的公司,其目标是达到热解石墨的性能水平,沥青基Thornel P-120导电性能比铜高1.6倍,新型的P-130导电性能是铜的3倍,更新的P-140导电性能是铜的3~6倍。阿莫克公司实验室内的碳纤维品级导电、导热性能比铜大6~8倍。若达到HOPG(单色四级定向热解石墨)的导电导热水平,碳纤维的导电、导热性能要比铜高出22倍。
众所周知,电力从发电厂输送到最终用户需要通过四通八达且十分复杂的传输和变电网络。电厂发电机输出的电力电压约为25 kV,然后通过变压器将电压升高至40 kV输入供电网,以提高电力输送效率,减少传输线路上的电力损耗。由于输电线的电压极高,均使用高架裸线传输。电力到达最终用户之前,再通过数级变电站和变压器,将传输高电压降至标准工业或民用电压,即接入我们千家万户电表箱的电压,如220 V或110 V。BLU-114/B石墨炸弹中施放出的碳素纤维较海湾战争中使用的同类武器更加纤细,纤维直径只有百分之几毫米。当石墨炸弹在开启、引爆后,无数碳素纤维线团使飘然展开,千丝万缕,如丝如絮,像一团团飘浮的白云。一旦搭落在裸露的高压电力传输线上或变电站变压器及其它电力传输设备上,就会使高压电极之间产生短路,由于强大的短路电流通过石墨纤维使其汽化,产生电弧,并使导电的石墨纤维涂复在电力设备上,加剧了短路的破坏效果。在电场极强的区域,将会发生放电现象,即由电子迅速地形成离子通道导电并产生电弧。由此产生的高温会使放电的两极局部熔化。电弧和因短路过载而过热的供电设备也会引起失火,造成破坏。使遭受攻击的供电网瘫痪,引起大范围停电。
新式碳纤维炸弹的实战用途,大体可以概括为以下几点。首先,在执行特种作战任务时,潜入敌军后方的特种渗透部队需要的不是灯火通明,而是黑暗与混乱、敌人的基地是越黑越好、越乱越好,这样才有助于任务的执行。如果找住时机精确投放碳纤维炸弹在敌人基地的供电线路上,便可以营造出这种极其有利于特种部队展开行动的渗透环境,短期内无法恢复供电、忙着抢修线路的敌军有很大可能不会注意到渗透进来的特种部队,任务的难度会降低很多。如果是换做正面战场,给敌军雷达站、防空导弹阵地、机场、前线指挥中心这样的战术战略要地投掷碳纤维炸弹,一样可以起到切断敌军供电,进而造成敌人装备失灵、指挥瘫痪、通讯不畅等多种负面效果。
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此次中国最新公开亮相的碳纤维炸弹,与美国制造的石墨炸弹可以说是大同小异,在功能上都是完全一样的。我们中国开始从事这方面的研究,还是在美国人于实战中首先使用了石墨炸弹之后,就像那个时代的很多武器装备一样,美国人都投入实战了,我们中国连研发立项都才刚开始,巨大的差距令我们中国不得不奋起直追。相信不久的将来,碳纤维导弹技术成为我们国家在国防和军事领域的一张王牌。
国内碳纤维龙头企业:
威海光威复合材料股份有限公司
国内碳纤维行业第一家A股上市公司(证券代码:300699),成立于1992年,是致力于高性能碳纤维及复合材料研发和生产的高新技术企业。 公司以高端装备设计制造技术为支撑,形成了从原丝开始的碳纤维、织物、树脂、高性能预浸材料、复合材料制品的完整产业链布局,是目前国内碳纤维行业生产品种最全、生产技术最先进、产业链最完整的龙头企业之一。
江苏恒神股份有限公司
恒神股份是国内唯一一家具有自原丝、碳纤维、预浸料、复合材料制品到设计应用服务完整产业链的企业。有HF10、HF20、HF30等多型号碳纤维。
中复神鹰碳纤维有限责任公司
中复神鹰在项目实施过程中相继攻破了生产设备和碳化工艺两大技术难关,获得了大量关键技术甚至世界级的独创技术,走出了一条自我设计、自我制造、自我安装、自我调试、投资省、建设快的创新之路,从设备到产品实现了百分之百国产化。项目实施以来,形成了年产3200吨原丝、1220吨碳丝前后配套的生产能力。该项目的成功实施,有望打破碳纤维生产由美、日两国垄断的局面,使碳纤维国际市场价大幅下跌。
中简科技发展有限公司
中科院T700碳纤维技术团队与常州三毛纺织集团有限公司、常州市东方化工有限公司、常州巨凝创业投资有限公司、成都和德盛创业投资管理有限公司以及云南光机电发展研究所有限公司等投资人共同组建,公司承担科技部“十一五”国家高技术研究发展计划(863计划)高性能碳纤维重点项目,注册资金1.44亿元,新建年产50吨高强中模高性能碳纤维项目,一期项目投资2.5亿元人民币(其中固定资产投资16719万元),落户于常州国家高新技术区(滨江工业园),公司研发团队拥有博士生导师2名,博士6名,硕士9名,目前已进入生产期。
目前我国的碳纤维市场到底处于什么阶段?
不得不提的是,我国碳纤维材料长期依赖国外进口,主要发展还是集中在近十年。“十一五”期间,我国将碳纤维材料列入重点发展材料名单,从2010年的1200吨到2016年的4600吨,我国的碳纤维自主供给率逐年提高。但近几年,却出现一些与发展大势不相符的现象。
有产能,无产量!据公开资料显示,2014年我国碳纤维制造企业就已经拥有1.5万吨的产能,而在2016年更是提升到了1.8万吨,但实际的产量却还不到实际产能的三分之一。究其原因,大体可以归为两个因素。一方面,虽然近年来我国在碳纤维制造领域突飞猛进,但受限于起步晚的客观原因,数十年的技术壁垒并非一朝一夕可以打破,诸多行业核心技术仍然掌握在日本东丽、美国赫克塞尔等少数国外企业手中,技术含量较低、质量较差成为了阻挡我国碳纤维销路的一大阻碍。另一方面,除一些航空航天、军工等必须采购国产碳纤维材料的订单,居高不下的生产成本也成为在与国外企业竞争中的一大劣势。不过,随着国内企业在研发上的不断投入,我国在碳纤维关键生产环节也取得了不小的突破。2017年,长期以来被国外封锁垄断的T800碳纤维宣告正式实现了低成本的国产化。而东丽公司的T800系列更是唯一被美国FAA批准用于波音777关键飞行部件的碳纤维材料,其在航空工业中的重要性不言而喻。
参考资料:
张玉龙. 电网"杀手"——碳纤维弹[J]. 国网技术学院学报, 2000, 3(1):75-75.
韩雅静, 赵乃勤, 刘永长. 石墨炸弹破坏机理及相关防护对策[J]. 兵器材料科学与工程, 2005(3): 57-60.
https://baike.baidu.com/
https://new.qq.com/rain/a/20200816A05FWG
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1675328353531382879&wfr=spider&for=pc
https://v.qq.com/x/page/r0538t1rnqp.html
https://haokan.baidu.com/v?vid=5370345562318631136&pd=bjh&fr=bjhauthor&type=video
https://www.sohu.com/a/238293522_100084119
来源:高分子科学前沿
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