國內(nèi)碳纖維技術(shù)現(xiàn)狀

我國嫦娥二號(hào)的成功升空，歷經(jīng)多重風(fēng)險(xiǎn)。然而，鮮為人知的是，由于使用了高性能的碳纖維復(fù)合材料，嫦娥二號(hào)的“體重”瘦下去300克，為奔月奠定了更好的條件。 可以說，這其中凝結(jié)了許多復(fù)合材料專家學(xué)者的智慧和汗水，也展示了我國復(fù)合材料工業(yè)在航空領(lǐng)域的不斷進(jìn)步。“衛(wèi)星的減重以克計(jì)算，如果衛(wèi)星自重可以減輕一些，那么衛(wèi)星可能多帶一個(gè)相機(jī)或望遠(yuǎn)鏡，也可以多完成一些使命。”國內(nèi)某復(fù)合材料研究院高級(jí)工程師匡總介紹說。

資料顯示，碳纖維具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、抗蠕變、導(dǎo)電、傳熱等特性，屬典型的高新技術(shù)產(chǎn)品。由碳纖維和樹脂結(jié)合而成的復(fù)合材料，由于其比重小、韌性好和強(qiáng)度高而成為一種先進(jìn)的航空航天材料。航天飛行器的重量每減少1公斤，就可使運(yùn)載火箭減輕500公斤。因此，在航空航天工業(yè)中普遍采用先進(jìn)的碳纖維復(fù)合材料。 

據(jù)介紹，嫦娥二號(hào)定向天線的重要支撐部分——定向天線展開臂，便是由國內(nèi)某知名復(fù)合材料研究院研發(fā)的，由碳纖維復(fù)合材料制成，總重量僅500余克，較使用鋁合金材質(zhì)減輕近300克，但承重能力毫不遜色于鋁合金材料構(gòu)件。事實(shí)上，除了在航天領(lǐng)域，在民用和軍用航空領(lǐng)域，我國碳纖維復(fù)合材料工業(yè)企業(yè)立足于從原料、技術(shù)、設(shè)備的全面國產(chǎn)化，大大提高了我國碳纖維領(lǐng)域的自主創(chuàng)新和技術(shù)集成能力。目前，國產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料已推廣至飛機(jī)機(jī)頭罩、方向舵等數(shù)個(gè)大部件。盡管近年來國產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料取得了長足的進(jìn)步，可是在業(yè)內(nèi)人士看來，要想追趕世界先進(jìn)水平，仍需付出努力。“國內(nèi)亟待加快開發(fā)碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用設(shè)計(jì)和技術(shù)解決方案，讓高端碳纖維上規(guī)模、提性能、降成本。”中國工程院院士杜善義在2010材料科學(xué)與防腐蝕技術(shù)國際論壇上呼吁。 現(xiàn)任中國復(fù)合材料學(xué)會(huì)理事長、中國商用飛機(jī)有限公司專家咨詢組成員的杜善義建議，集中科技優(yōu)勢(shì)力量組織攻關(guān)T800級(jí)碳纖，合理部署高端碳纖原材料的國內(nèi)布點(diǎn)，防止低水平碳纖廠一哄而上；鼓勵(lì)復(fù)合材料設(shè)計(jì)創(chuàng)新，做到合理高效設(shè)計(jì)；在部件制造方面，適當(dāng)購買國外先進(jìn)設(shè)備，攻克關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化，與下游單位合作，積極開發(fā)新工藝、新應(yīng)用。 

一位業(yè)內(nèi)專家告訴記者，目前，全世界碳纖維生產(chǎn)廠家中日本的東麗、東邦和三菱3家公司，代表著目前世界上最先進(jìn)水平。我國碳纖維的質(zhì)量、技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模與國外差距很大，其中高性能碳纖維技術(shù)更是被西方國家壟斷和封鎖。我國雖然經(jīng)過多年研究和試生產(chǎn)，但至今尚未掌握高性能碳纖維的核心技術(shù)。從技術(shù)研發(fā)到產(chǎn)業(yè)化難度更大，因此碳纖維要真正實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化需要一個(gè)漫長的過程。中國新型戰(zhàn)機(jī)陷瓶頸：碳纖維技術(shù)目前太落后。四代機(jī)的發(fā)展尤其需要碳纖維技術(shù)。 

杜善義分析說，我國復(fù)合材料在航空領(lǐng)域的應(yīng)用已有一定基礎(chǔ)，擁有原材料的優(yōu)勢(shì)。在樹脂基復(fù)合材料的兩大原材料樹脂和纖維中，樹脂方面我國與國外差距不大，而碳纖維研發(fā)尚存4大難題。第一，高端碳纖維產(chǎn)業(yè)落后。國產(chǎn)碳纖維目前規(guī)模雖達(dá)萬噸級(jí)，產(chǎn)量也有數(shù)千噸，但只能用在飛機(jī)非承力件和次承力件上，而飛機(jī)最關(guān)鍵的承力件所需T800級(jí)碳纖還停留在實(shí)驗(yàn)室數(shù)十千克的水平，大飛機(jī)應(yīng)用尚需依靠進(jìn)口。國內(nèi)碳纖維應(yīng)用技術(shù)和解決方案與國外相比差距較大，比如碳纖維設(shè)計(jì)載荷的合理取法落后，不能體現(xiàn)碳纖維特性。第二，碳纖維復(fù)合材料部件的一體化成型技術(shù)相對(duì)落后，難以制造大尺寸部件。第三，我國自動(dòng)化工藝如自動(dòng)鋪絲技術(shù)等更為落后。第四，國產(chǎn)高性能碳纖維因設(shè)備靠進(jìn)口、生產(chǎn)效率低而價(jià)格太高。他強(qiáng)調(diào)，國內(nèi)化工企業(yè)要以配套大飛機(jī)為突破口，合力解決這4大問題。 

杜善義告訴記者：“大型飛機(jī)突出強(qiáng)調(diào)安全性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性和環(huán)保性，這決定了對(duì)復(fù)合材料需求的迫切性和必然性。復(fù)合材料技術(shù)已躍升為大飛機(jī)項(xiàng)目3大關(guān)鍵技術(shù)之一。”杜善義認(rèn)為，復(fù)合材料的意義不僅體現(xiàn)在大飛機(jī)項(xiàng)目，而是通過復(fù)合材料在航空領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)其在汽車等其他領(lǐng)域應(yīng)用水平的全面提高。