中國復(fù)合材料原材料工業(yè)取得長足進步躋身世界

 波音新一代客機787大量采用新型復(fù)合材料碳纖維，機身重量減輕、耗油量減少，整體機身的強度卻得到加強。全球首架波音787飛機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

    在火場溫度達到800℃的環(huán)境下，消防員穿著避火服進入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，能保護消防員在短時間內(nèi)穿越火焰區(qū)、進入火焰區(qū)進行滅火戰(zhàn)斗和搶險救援作業(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口，而近年來，中國復(fù)合材料工業(yè)取得了長足的進步，一步步縮小了與世界先進水平的差距。

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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)細粒等。”中國復(fù)合材料工業(yè)協(xié)會人士說。 123,123

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

    碳化硅纖維與陶瓷復(fù)合，使用溫度可達1500℃，比超合金渦輪葉片的使用溫度（1100℃）高得多。“對復(fù)合材料來說，1100度根本不算什么，碳纖維增強碳、石墨纖維增強碳或石墨纖維增強石墨，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，比強度、比剛度高，可用于制造飛機機翼和前機身、衛(wèi)星天線及其支撐結(jié)構(gòu)、太陽能電池翼和外殼、大型運載火箭的殼體、發(fā)動機殼體、航天飛機結(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、機艙罩和整流罩的制造。中國復(fù)合材料學(xué)會科技發(fā)展與咨詢委員會委員、中國不飽和聚酯樹脂行業(yè)協(xié)會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：輕質(zhì)高強、剛度好；復(fù)合材料缺口敏感性低，內(nèi)阻尼大，抗震性能好，疲勞強度高。“風(fēng)力機安裝在戶外，近年來又大力發(fā)展海上風(fēng)電場，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)在吸收國外先進技術(shù)的同時進行了自主創(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)展和改革委員會列入新增的產(chǎn)業(yè)化投資計劃。此外，該公司還為加拿大提供了汽車制造用SMC無捻粗紗。
    我國巨石集團有限公司已綜合多項先進技術(shù)進行創(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)。巨石集團有限公司在其生產(chǎn)線上采用電腦控制，實現(xiàn)生產(chǎn)全線物流自動化，整體達到國際領(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)達國家和地區(qū)的主要原因之一。

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    來自臺灣強化塑膠協(xié)進會的專家趙玨介紹，丹麥LM公司是全球風(fēng)力發(fā)電最大的集團，具有25年的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，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)機上。 內(nèi)容來自123456

    在6月２６日，世界上第一架設(shè)計為可晝夜飛行的太陽能環(huán)保飛機亮相瑞士，該飛機最特別之處就是由超輕碳纖維材料制成，翼展達63.4米，相當(dāng)于空客Ａ340型飛機，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。 123456

    重慶通用工業(yè)(集團)有限公司專家鐘方國認為，隨著發(fā)電機功率的增大，葉片長度不斷加長，因此必須使用先進的材料來減輕重量，以達到輕質(zhì)高強和高剛性。這使得輕質(zhì)、高強的碳纖維在風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用上不斷擴大。 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、價格偏高等。 123456

    記者從中國復(fù)合材料工業(yè)協(xié)會了解到，為了打破國外對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)，適時進行了高性能碳纖維工程化項目開發(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現(xiàn)碳化，碳纖維工程生產(chǎn)線全線貫通，在實現(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)化項目，預(yù)計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度玻璃纖維、石英玻璃纖維和高硅氧玻璃纖維等。高強度玻璃纖維復(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、直升飛機機翼、預(yù)警機雷達罩、各種高壓壓力容器、民用飛機直板、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、高強度玻璃纖維三大增強纖維中，只有高強度玻璃纖維已達到國際先進水平，且擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，形成了小規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)階段年產(chǎn)可達500噸。” 123456

    分析其中的原因，趙鴻漢認為，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，機械電子的專業(yè)人員從事玻璃鋼的結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料設(shè)計、工藝設(shè)計。“整個玻璃鋼復(fù)合材料設(shè)計，從認識材料到用好材料的理論、實踐和經(jīng)驗，沒有普及和走進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，其生產(chǎn)理念仍然是以常規(guī)材料的設(shè)計觀念來考慮，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)在面臨市場競爭時，不是千方百計去提高生產(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)、河北棗強地區(qū)、江蘇武進地區(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、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，改進生產(chǎn)工藝、提高模具水平，從而盡快實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級。《中國質(zhì)量報》