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中国复合材料四大瓶颈  

2010-10-31 23:03:09|  分类: 科技 |  标签: |举报 |字号 订阅

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      10月1日18时59分57秒,嫦娥二号成功升空,历经多重风险,顺利进入轨道。然而,鲜为人知的是,由于使用了高性能的碳复合材料,嫦娥二号的“体重”瘦下去300克,为奔月奠定了更好的条件。
      可以说,这其中凝结了许多复合材料专家学者的智慧和汗水,也展示了我国复合材料工业在航空领域的不断进步。

      技术集成能力不断进步

      “卫星的减重以克计算,如果卫星自重可以减轻一些,那么卫星可能多带一个相机或望远镜,也可以多完成一些使命。”哈尔滨玻璃钢研究院高级工程师匡乃航介绍说。
      资料显示,碳纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热等特性,属典型的高新技术产品。由碳纤维和树脂结合而成的复合材料,由于其比重小、韧性好和强度高而成为一种先进的航空航天材料。航天飞行器的重量每减少1公斤,就可使运载火箭减轻500公斤。因此,在航空航天工业中普遍采用先进的碳纤维复合材料。
      据介绍,嫦娥二号定向天线的重要支撑部分——定向天线展开臂,便是由哈尔滨玻璃钢研究院研发的,由碳复合材料制成,总重量仅500余克,较使用铝合金材质减轻近300克,但承重能力毫不逊色于铝合金材料构件。
      事实上,除了在航天领域,在民用和军用航空领域,我国碳纤维复合材料工业企业立足于从原料、技术、设备的全面国产化,大大提高了我国碳纤维领域的自主创新和技术集成能力河南煤业化工集团拥有PAN基T300高性能碳纤维完整的知识产权体系,全面实现军用碳纤维的国产化,对于打破国外对高性能碳纤维的垄断和对我国的技术封锁具有重要的战略意义;哈尔滨天顺化工科技开发有限公司是一家典型的高新技术企业,它在不长的时间内就攻克了高性能碳纤维材料的关键技术,中试产品达到了世界同类产品的先进水平,具有十分广阔的市场空间和应用价值;而江西省国防科工办日前也宣布,由洪都航空工业集团公司研发的国产碳纤维复合材料近日实现首次装机件试制,即将装备猎鹰06高教机,这将大大节约猎鹰复合材料的制造成本。目前,国产碳纤维复合材料已推广至机头罩、方向舵等数个大部件,这些也是即将在猎鹰06上实现装机的部件。L-15“猎鹰”机头罩、方向舵等数个大部件已采用国产高性能复合材料。

       高端市场仍需突破

      尽管近年来国产碳纤维复合材料取得了长足的进步,可是在业内人士看来,要想追赶世界先进水平,仍需付出努力。
      “国内亟待加快开发碳纤维复合材料应用设计和技术解决方案,让高端碳纤维上规模、提性能、降成本。”中国工程院院士杜善义在2010材料科学与防腐蚀技术国际论坛上呼吁。
      现任中国复合材料学会理事长、中国商用飞机有限公司专家咨询组成员的杜善义建议,集中科技优势力量组织攻关T800级碳纤,合理部署高端碳纤原材料的国内布点,防止低水平碳纤厂一哄而上;鼓励复合材料设计创新,做到合理高效设计;在部件制造方面,适当购买国外先进设备,攻克关键设备国产化,与下游单位合作,积极开发新工艺、新应用。
      一位业内专家告诉记者,目前,全世界碳纤维生产厂家中日本的东丽、东邦和三菱3家公司,代表着目前世界上最先进水平。我国碳纤维的质量、技术和生产规模与国外差距很大,其中高性能碳纤维技术更是被西方国家垄断和封锁。我国虽然经过多年研究和试生产,但至今尚未掌握高性能碳纤维的核心技术。从技术研发到产业化难度更大,因此碳纤维要真正实现国产化需要一个漫长的过程。
      杜善义分析说,我国复合材料在航空领域的应用已有一定基础,拥有原材料的优势。在树脂基复合材料的两大原材料树脂和纤维中,树脂方面我国与国外差距不大,而碳纤维研发尚存4大难题。第一,高端碳纤维产业落后。国产碳纤维目前规模虽达万吨级,产量也有数千吨,但只能用在飞机非承力件和次承力件上,而飞机最关键的承力件所需T800级碳纤还停留在实验室数十千克的水平,大飞机应用尚需依靠进口。国内碳纤维应用技术和解决方案与国外相比差距较大,比如碳纤维设计载荷的合理取法落后,不能体现碳纤维特性。第二,碳纤维复合材料部件的一体化成型技术相对落后,难以制造大尺寸部件。第三,我国自动化工艺如自动铺丝技术等更为落后。第四,国产高性能碳纤维因设备靠进口、生产效率低而价格太高。他强调,国内化工企业要以配套大飞机为突破口,合力解决这4大问题。
      杜善义告诉记者:“大型飞机突出强调安全性、经济性、舒适性和环保性,这决定了对复合材料需求的迫切性和必然性。复合材料技术已跃升为大飞机项目3大关键技术之一。”杜善义认为,复合材料的意义不仅体现在大飞机项目,而是通过复合材料在航空领域的应用,推动其在汽车等其他领域应用水平的全面提高

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