高端市場仍需突破
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)勢力量組織攻關(guān)T800級碳纖，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。
據(jù)一位業(yè)內(nèi)專家透露，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。
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。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，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)相對落后，難以制造大尺寸部件。第三，我國自動化工藝如自動鋪絲技術(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。
杜善義說：“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，推動其在汽車等其他領(lǐng)域應(yīng)用水平的全面提高。
國產(chǎn)新一代軍用飛機(jī)，均開始采用部分復(fù)合材料，從而大大減少了飛機(jī)重量，但一些高強(qiáng)度部件的復(fù)合材料國產(chǎn)化仍無法實(shí)現(xiàn)。目前，西方最先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)和民用客機(jī)均大量使用復(fù)合材料，其中波音787達(dá)到50%的比例，中國國產(chǎn)戰(zhàn)機(jī)的復(fù)合材料比例仍較小。
2009年，中國西飛公司成功收購?qiáng)W地利未來先進(jìn)復(fù)合材料公司（FACC），后者為世界目前最強(qiáng)的復(fù)合材料生產(chǎn)企業(yè)。大飛機(jī)項(xiàng)目中，復(fù)合材料是一個(gè)核心內(nèi)容，例如波音-787的復(fù)合材料比率高達(dá)全重的50%。圖為中國國產(chǎn)C-919干線客機(jī)模型。目前，中國研制的ARJ-21和C-919客機(jī)國產(chǎn)化率都不高，T-800級高端復(fù)合材料的技術(shù)弱項(xiàng)是主要原因之一。2009年，中國西飛公司成功收購?qiáng)W地利FACC公司，后者是波音-787和空客A380最重要的復(fù)合材料部件生產(chǎn)企業(yè)。奧地利FACC公司制造的復(fù)合材料飛機(jī)部件，目前該公司被中國西飛收購。