中國復(fù)合材料原材料工業(yè)取得長足進(jìn)步躋身世界

 波音新一代客機(jī)787大量采用新型復(fù)合材料碳纖維，機(jī)身重量減輕、耗油量減少，整體機(jī)身的強(qiáng)度卻得到加強(qiáng)。全球首架波音787飛機(jī)方向舵是在中國一航成飛公司廠房內(nèi)完成生產(chǎn)的，該方向舵是近年來中國承接的最大的民用飛機(jī)復(fù)合材料部件之一，長約10.7米，寬3米。楊 杰  攝

     日前，在北京舉行的某次安防展上，一件神奇的避火服吸引了眾多觀眾。 本文來自123

    在火場(chǎng)溫度達(dá)到800℃的環(huán)境下，消防員穿著避火服進(jìn)入30分鐘后，其外表面溫度升高不超過15℃。該服裝可防1100℃的輻射高溫，能保護(hù)消防員在短時(shí)間內(nèi)穿越火焰區(qū)、進(jìn)入火焰區(qū)進(jìn)行滅火戰(zhàn)斗和搶險(xiǎn)救援作業(yè)。 copyright 123456

    據(jù)介紹，這件消防服表面主要采用了絕熱玻璃纖維、鋁化玻璃纖維和無鋁化玻璃纖維。這種復(fù)合材料制成的服裝以前一直依賴進(jìn)口，而近年來，中國復(fù)合材料工業(yè)取得了長足的進(jìn)步，一步步縮小了與世界先進(jìn)水平的差距。

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    在吸收中創(chuàng)新

    何為復(fù)合材料？“它是以一種材料為基體，另一種材料為增強(qiáng)體組合而成的材料。復(fù)合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。增強(qiáng)材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、金屬絲和硬質(zhì)細(xì)粒等。”中國復(fù)合材料工業(yè)協(xié)會(huì)人士說。 123,123

    業(yè)內(nèi)專家告訴記者，復(fù)合材料中以纖維增強(qiáng)材料應(yīng)用最廣、用量最大。其特點(diǎn)是比重小、比強(qiáng)度和比模量大。

    碳化硅纖維與陶瓷復(fù)合，使用溫度可達(dá)1500℃，比超合金渦輪葉片的使用溫度（1100℃）高得多。“對(duì)復(fù)合材料來說，1100度根本不算什么，碳纖維增強(qiáng)碳、石墨纖維增強(qiáng)碳或石墨纖維增強(qiáng)石墨，構(gòu)成耐燒蝕材料，已用于航天器、火箭導(dǎo)彈和原子能反應(yīng)堆中。”一位業(yè)內(nèi)人士說。

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    由于復(fù)合材料熱穩(wěn)定性好，比強(qiáng)度、比剛度高，可用于制造飛機(jī)機(jī)翼和前機(jī)身、衛(wèi)星天線及其支撐結(jié)構(gòu)、太陽能電池翼和外殼、大型運(yùn)載火箭的殼體、發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、航天飛機(jī)結(jié)構(gòu)件等。從全球范圍看，汽車工業(yè)還是復(fù)合材料最大的用戶。另外，復(fù)合材料在化工、紡織、醫(yī)學(xué)和機(jī)械制造等眾多領(lǐng)域，也得到廣泛應(yīng)用。

    作為新興的能源產(chǎn)業(yè)，風(fēng)能產(chǎn)業(yè)也越來越多地采用復(fù)合材料，應(yīng)用在轉(zhuǎn)子葉片、機(jī)艙罩和整流罩的制造。中國復(fù)合材料學(xué)會(huì)科技發(fā)展與咨詢委員會(huì)委員、中國不飽和聚酯樹脂行業(yè)協(xié)會(huì)副秘書長趙鴻漢告訴記者，采用復(fù)合材料葉片主要有以下優(yōu)點(diǎn)：輕質(zhì)高強(qiáng)、剛度好；復(fù)合材料缺口敏感性低，內(nèi)阻尼大，抗震性能好，疲勞強(qiáng)度高。“風(fēng)力機(jī)安裝在戶外，近年來又大力發(fā)展海上風(fēng)電場(chǎng)，要受到酸、堿、水汽等各種氣候環(huán)境的影響，復(fù)合材料葉片可滿足使用要求；復(fù)合材料葉片除了每隔若干年在葉片表面進(jìn)行涂漆等工作外，一般不需要大的維修。” 內(nèi)容來自123456

    巨大的市場(chǎng)需求，讓中國復(fù)合材料獲得了空前發(fā)展。中國玻璃鋼工業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的數(shù)據(jù)表明，目前全球復(fù)合材料產(chǎn)量約為820萬噸，其中中國占16%。2007年中國內(nèi)地復(fù)合材料玻璃纖維產(chǎn)量160萬噸，其中115.5萬噸用于玻璃鋼(FRP)工業(yè)；不飽和聚酯樹脂(UPR)產(chǎn)量135萬噸，其中68.8萬噸用于玻璃鋼領(lǐng)域、占51%；乙烯基樹脂產(chǎn)量12640噸，膠衣樹脂產(chǎn)量15870噸。 123456

    據(jù)了解，國內(nèi)部分企業(yè)在吸收國外先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)進(jìn)行了自主創(chuàng)新：在玄武巖連續(xù)纖維及其制品生產(chǎn)技術(shù)上，我國可連續(xù)生產(chǎn)5.7微米的連續(xù)玄武巖纖維，已居世界前列。浙江石金玄武巖纖維有限公司在浙江橫店建成了年產(chǎn)能2000噸的高端玄武巖纖維生產(chǎn)廠（迄今全世界玄武巖連續(xù)纖維產(chǎn)量不足4000噸），該生產(chǎn)線采用有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全電熔爐生產(chǎn)技術(shù)，已經(jīng)于2008年12月被國家發(fā)展和改革委員會(huì)列入新增的產(chǎn)業(yè)化投資計(jì)劃。此外，該公司還為加拿大提供了汽車制造用SMC無捻粗紗。
    我國巨石集團(tuán)有限公司已綜合多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，建立了世界上迄今最大的年產(chǎn)能10萬噸的玻纖池窯，采用了純氧助燃技術(shù)，通道純氧助燃為國際首創(chuàng)。巨石集團(tuán)有限公司在其生產(chǎn)線上采用電腦控制，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全線物流自動(dòng)化，整體達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

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    在追趕中突破 123,123

    采訪中，記者了解到，復(fù)合材料原材料的質(zhì)量差距，是造成我國復(fù)合材料產(chǎn)品特別是高端技術(shù)產(chǎn)品落后于發(fā)達(dá)國家和地區(qū)的主要原因之一。

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    來自臺(tái)灣強(qiáng)化塑膠協(xié)進(jìn)會(huì)的專家趙玨介紹，丹麥LM公司是全球風(fēng)力發(fā)電最大的集團(tuán)，具有25年的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，LM公司目前生產(chǎn)最長的葉片為61.5米，是全球最長的葉片，重量為17.7噸，材質(zhì)為環(huán)氧基玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料，葉端等處采用碳纖，已安裝在芬蘭REpower公司的5兆瓦海上風(fēng)機(jī)上。 內(nèi)容來自123456

    在6月２６日，世界上第一架設(shè)計(jì)為可晝夜飛行的太陽能環(huán)保飛機(jī)亮相瑞士，該飛機(jī)最特別之處就是由超輕碳纖維材料制成，翼展達(dá)63.4米，相當(dāng)于空客Ａ340型飛機(jī)，而重量卻僅相當(dāng)于一輛家用轎車。之前世界上還從未有過尺寸如此大而重量如此輕的飛機(jī)。 123456

    重慶通用工業(yè)(集團(tuán))有限公司專家鐘方國認(rèn)為，隨著發(fā)電機(jī)功率的增大，葉片長度不斷加長，因此必須使用先進(jìn)的材料來減輕重量，以達(dá)到輕質(zhì)高強(qiáng)和高剛性。這使得輕質(zhì)、高強(qiáng)的碳纖維在風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用上不斷擴(kuò)大。 123456

    在碳纖維方面，鐘方國透露，國外正在從原材料、工藝技術(shù)、質(zhì)量控制等各方面深入研究，以求盡快降低碳纖維的成本。

    而不容回避的是，我國的碳纖維總體水平還比較低，相當(dāng)于國外70年代中、末期水平，與國外差距達(dá)20年左右。國產(chǎn)碳纖維的主要問題是性能不太穩(wěn)定且離散系數(shù)大、高性能碳纖維太少、品種單一、規(guī)格不全、連續(xù)長度不夠、未經(jīng)表面處理、價(jià)格偏高等。 123456

    記者從中國復(fù)合材料工業(yè)協(xié)會(huì)了解到，為了打破國外對(duì)高性能碳纖維的壟斷，滿足國內(nèi)需求，中國航天四院利用現(xiàn)有技術(shù)，適時(shí)進(jìn)行了高性能碳纖維工程化項(xiàng)目開發(fā)。7月初，高性能碳纖維產(chǎn)品在航天四院康本公司成功實(shí)現(xiàn)碳化，碳纖維工程生產(chǎn)線全線貫通，在實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定化生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，該公司將投資2.1億元建設(shè)1000噸/年碳纖維產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目，預(yù)計(jì)2010年底建成投產(chǎn)。 123456

    在發(fā)展中完善 本文來自123

    一位業(yè)內(nèi)專家告訴記者，樹脂基復(fù)合材料采用的增強(qiáng)材料主要有玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等。目前用于高性能復(fù)合材料的玻璃纖維主要有高強(qiáng)度玻璃纖維、石英玻璃纖維和高硅氧玻璃纖維等。高強(qiáng)度玻璃纖維復(fù)合材料不僅應(yīng)用在軍用方面，近年來民用產(chǎn)品也有廣泛應(yīng)用，如防彈頭盔、防彈服、直升飛機(jī)機(jī)翼、預(yù)警機(jī)雷達(dá)罩、各種高壓壓力容器、民用飛機(jī)直板、體育用品、各類耐高溫制品以及性能優(yōu)異的輪胎簾子線等。“迄今為止，我國在碳纖維、芳綸纖維、高強(qiáng)度玻璃纖維三大增強(qiáng)纖維中，只有高強(qiáng)度玻璃纖維已達(dá)到國際先進(jìn)水平，且擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，形成了小規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)階段年產(chǎn)可達(dá)500噸。” 123456

    分析其中的原因，趙鴻漢認(rèn)為，我國FRP復(fù)合材料誕生５０年來，真正把玻璃纖維作為結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì)到玻璃鋼產(chǎn)品中，只是航空航天、軍工行業(yè)和FRP復(fù)合材料研究設(shè)計(jì)的科研院所、大型企業(yè)才集中一批材料力學(xué)、高分子化工，機(jī)械電子的專業(yè)人員從事玻璃鋼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)。“整個(gè)玻璃鋼復(fù)合材料設(shè)計(jì)，從認(rèn)識(shí)材料到用好材料的理論、實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)，沒有普及和走進(jìn)廣大中小玻璃鋼企業(yè)中。” copyright 123456

    趙鴻漢指出，國內(nèi)大多數(shù)民營企業(yè)缺乏技術(shù)平臺(tái)，其生產(chǎn)理念仍然是以常規(guī)材料的設(shè)計(jì)觀念來考慮，所以低端產(chǎn)品過剩是普遍存在的現(xiàn)象。迫于成本，一些企業(yè)在面臨市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，不是千方百計(jì)去提高生產(chǎn)工藝，而是偷工減料，去桃換李，導(dǎo)致產(chǎn)品被市場(chǎng)淘汰。他建議在FRP產(chǎn)業(yè)密集地區(qū)如山東德州地區(qū)、河北棗強(qiáng)地區(qū)、江蘇武進(jìn)地區(qū)和宜興地區(qū)、河南沁陽地區(qū)等，應(yīng)該設(shè)立面向市場(chǎng)、面向企業(yè)、面向產(chǎn)品的FRP研究所，去幫助這些企業(yè)用好材料，改進(jìn)生產(chǎn)工藝、提高模具水平，從而盡快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)?！吨袊|(zhì)量報(bào)》