轻如羽翼 坚若金石
中国(guo)复合材(cai)料(liao)原材(cai)料(liao)工业取得长足(zu)进步跻身世界先(xian)进水平
波(bo)音新(xin)一代客机787大量采用新(xin)型复合材料碳纤(xian)维，机身(shen)重量减(jian)轻、耗(hao)油量减(jian)少(shao)，整体机身(shen)的(de)强度却得到加强。全球(qiu)首架(jia)波(bo)音787飞机方(fang)向舵(duo)是在(zai)中(zhong)国一航成飞公司厂房内(nei)完(wan)成生产的(de)，该方(fang)向舵(duo)是近年来中(zhong)国承(cheng)接的(de)最大的(de)民用飞机复合材料部件之(zhi)一，长约10.7米(mi)，宽3米(mi)。杨 杰 摄
日前，在(zai)北京举行的(de)某次安防展上，一件神奇的(de)避火服吸(xi)引了众多观众。
在火(huo)场温度达到800℃的环境下(xia)，消防(fang)员穿(chuan)着避(bi)火(huo)服进入(ru)30分钟后，其外表(biao)面(mian)温度升高不超过15℃。该服装可防(fang)1100℃的辐射高温，能保护消防(fang)员在短时间内穿(chuan)越火(huo)焰区、进入(ru)火(huo)焰区进行灭火(huo)战(zhan)斗和抢(qiang)险救援作业。
据介绍，这(zhei)件消防服(fu)表面主要(yao)采用(yong)了绝热玻(bo)璃纤维(wei)、铝化(hua)玻(bo)璃纤维(wei)和无铝化(hua)玻(bo)璃纤维(wei)。这(zhei)种复合(he)(he)材料制成的(de)服(fu)装以前一直依赖进(jin)口，而(er)近年来，中国复合(he)(he)材料工业取(qu)得了长足的(de)进(jin)步(bu)(bu)，一步(bu)(bu)步(bu)(bu)缩(suo)小了与世界先(xian)进(jin)水平的(de)差距。
在(zai)吸收(shou)中创新
何为复合(he)材(cai)(cai)(cai)料？“它是以一种(zhong)材(cai)(cai)(cai)料为基体(ti)，另一种(zhong)材(cai)(cai)(cai)料为增(zeng)强(qiang)体(ti)组合(he)而(er)成的材(cai)(cai)(cai)料。复合(he)材(cai)(cai)(cai)料的基体(ti)材(cai)(cai)(cai)料分为金属和非金属两大类(lei)。增(zeng)强(qiang)材(cai)(cai)(cai)料主要有玻(bo)璃纤(xian)维、碳纤(xian)维、硼(peng)纤(xian)维、芳纶纤(xian)维、金属丝和硬质细粒等。”中(zhong)国复合(he)材(cai)(cai)(cai)料工业协(xie)会人士说。
业内专家告(gao)诉记者，复合材料中以纤维增强(qiang)材料应用最(zui)广、用量最(zui)大。其(qi)特(te)点是比重小、比强(qiang)度(du)和(he)比模量大。
碳(tan)化硅纤(xian)维与陶瓷(ci)复(fu)合(he)(he)，使用温度可达1500℃，比(bi)超合(he)(he)金涡轮叶片的使用温度（1100℃）高得多(duo)。“对复(fu)合(he)(he)材(cai)料来说(shuo)，1100度根本不算什么，碳(tan)纤(xian)维增强(qiang)碳(tan)、石墨纤(xian)维增强(qiang)碳(tan)或石墨纤(xian)维增强(qiang)石墨，构成耐烧蚀材(cai)料，已用于(yu)航天(tian)器、火箭导弹和原(yuan)子能反应堆中。”一位业内人士(shi)说(shuo)。
由(you)于(yu)复合(he)材(cai)料(liao)热稳(wen)定性好，比(bi)强度、比(bi)刚(gang)度高(gao)，可用(yong)于(yu)制造飞机(ji)(ji)机(ji)(ji)翼和(he)前机(ji)(ji)身、卫(wei)星天(tian)(tian)线及其支撑结构(gou)、太阳能电池翼和(he)外壳、大(da)型运载火箭的壳体、发动机(ji)(ji)壳体、航天(tian)(tian)飞机(ji)(ji)结构(gou)件(jian)等(deng)。从全球(qiu)范围看，汽车工(gong)业还是复合(he)材(cai)料(liao)最大(da)的用(yong)户(hu)。另外，复合(he)材(cai)料(liao)在化工(gong)、纺织(zhi)、医学和(he)机(ji)(ji)械制造等(deng)众多领域，也得(de)到广泛应(ying)用(yong)。
作为新(xin)兴(xing)的(de)能源产业(ye)，风(feng)能产业(ye)也越(yue)来越(yue)多地采用(yong)(yong)复合(he)材(cai)料(liao)，应用(yong)(yong)在(zai)转(zhuan)子叶(ye)(ye)片(pian)、机(ji)(ji)舱罩(zhao)和整流罩(zhao)的(de)制(zhi)造。中国(guo)复合(he)材(cai)料(liao)学(xue)会(hui)科技发展与咨(zi)询(xun)委员(yuan)会(hui)委员(yuan)、中国(guo)不饱和聚酯(zhi)树脂行(xing)业(ye)协会(hui)副(fu)秘书(shu)长赵鸿汉告诉记者(zhe)，采用(yong)(yong)复合(he)材(cai)料(liao)叶(ye)(ye)片(pian)主要有以下优点：轻(qing)质高(gao)强、刚度好(hao)；复合(he)材(cai)料(liao)缺(que)口敏感性低，内阻尼大(da)，抗震性能好(hao)，疲劳强度高(gao)。“风(feng)力(li)机(ji)(ji)安装在(zai)户外，近年来又大(da)力(li)发展海上(shang)风(feng)电场，要受到酸(suan)、碱(jian)、水汽等(deng)各种(zhong)气候环境的(de)影响，复合(he)材(cai)料(liao)叶(ye)(ye)片(pian)可满足使用(yong)(yong)要求；复合(he)材(cai)料(liao)叶(ye)(ye)片(pian)除了每隔若干年在(zai)叶(ye)(ye)片(pian)表面(mian)进行(xing)涂(tu)漆(qi)等(deng)工作外，一般不需要大(da)的(de)维修。”
巨大的市场需求，让中(zhong)(zhong)国(guo)复(fu)(fu)合材(cai)料获得了空前(qian)发展。中(zhong)(zhong)国(guo)玻(bo)(bo)璃钢工业(ye)协会发布的数据表明(ming)，目前(qian)全球复(fu)(fu)合材(cai)料产(chan)量(liang)(liang)约为(wei)820万(wan)(wan)(wan)吨，其中(zhong)(zhong)中(zhong)(zhong)国(guo)占16%。2007年(nian)中(zhong)(zhong)国(guo)内地复(fu)(fu)合材(cai)料玻(bo)(bo)璃纤维(wei)产(chan)量(liang)(liang)160万(wan)(wan)(wan)吨，其中(zhong)(zhong)115.5万(wan)(wan)(wan)吨用(yong)于玻(bo)(bo)璃钢(FRP)工业(ye)；不饱和(he)聚(ju)酯树(shu)(shu)脂(UPR)产(chan)量(liang)(liang)135万(wan)(wan)(wan)吨，其中(zhong)(zhong)68.8万(wan)(wan)(wan)吨用(yong)于玻(bo)(bo)璃钢领域、占51%；乙烯基树(shu)(shu)脂产(chan)量(liang)(liang)12640吨，胶衣(yi)树(shu)(shu)脂产(chan)量(liang)(liang)15870吨。
据了解，国内部分企业在吸收国外先进技术的同时进行了自主创新：在玄武岩连续纤维及其制品生产技术上，我国可连续生产5.7微米的连续玄武岩纤维，已居世界前列。浙江石金玄武岩纤维有限公司在浙江横店建成了年产能2000吨的高端玄武岩纤维生产厂（迄今全世界玄武岩连续纤维产量不足4000吨），该生产线采用有自主知识产权的全电熔炉生产技术，已经于2008年12月被国家发展和改革委员会列入新增的产业化投资计划。此外，该公司还为加拿大提供了汽车制造用SMC无捻粗纱。
我国巨石集团有(you)(you)限公司已综合多项先进技术进行创(chuang)新，建立了(le)世界上(shang)迄(qi)今最大的年产能10万吨的玻纤池窑(yao)，采(cai)用了(le)纯(chun)氧助(zhu)燃(ran)技术，通(tong)道纯(chun)氧助(zhu)燃(ran)为国际首创(chuang)。巨石集团有(you)(you)限公司在其生(sheng)产线上(shang)采(cai)用电(dian)脑控制，实(shi)现生(sheng)产全线物流(liu)自动(dong)化，整(zheng)体达到(dao)国际领(ling)先水平(ping)。
在追赶中突(tu)破
采访中(zhong)，记(ji)者了解到，复(fu)合(he)材料原材料的(de)(de)质量差距，是(shi)(shi)造成(cheng)我国(guo)(guo)复(fu)合(he)材料产品特别是(shi)(shi)高端技术(shu)产品落(luo)后(hou)于(yu)发达国(guo)(guo)家和(he)地(di)区的(de)(de)主要原因之一。
来自台湾强化(hua)塑胶协进(jin)会的(de)专家(jia)赵珏介绍，丹麦LM公(gong)(gong)司是全球(qiu)风力发电最(zui)大的(de)集团，具有25年的(de)生(sheng)产实践(jian)经验，LM公(gong)(gong)司目前生(sheng)产最(zui)长的(de)叶(ye)(ye)片为(wei)61.5米(mi)，是全球(qiu)最(zui)长的(de)叶(ye)(ye)片，重量为(wei)17.7吨，材质为(wei)环(huan)氧基(ji)玻(bo)纤(xian)增(zeng)强复合材料，叶(ye)(ye)端等处采(cai)用碳纤(xian)，已(yi)安装在芬兰REpower公(gong)(gong)司的(de)5兆瓦海上(shang)风机(ji)上(shang)。
在6月２６日，世(shi)界上第一(yi)架设(she)计为可昼(zhou)夜飞(fei)行的(de)太阳(yang)能(neng)环(huan)保飞(fei)机(ji)(ji)亮相(xiang)瑞士，该(gai)飞(fei)机(ji)(ji)最特(te)别之处就是(shi)由超轻碳(tan)纤维材料(liao)制(zhi)成(cheng)，翼展(zhan)达(da)63.4米，相(xiang)当于(yu)空客Ａ340型飞(fei)机(ji)(ji)，而重(zhong)量(liang)却(que)仅相(xiang)当于(yu)一(yi)辆(liang)家用轿车。之前世(shi)界上还从未有(you)过尺寸如此大而重(zhong)量(liang)如此轻的(de)飞(fei)机(ji)(ji)。
重庆通用工业(集团)有限公司专家钟方国认为，随着发(fa)电(dian)机功率的增大，叶片(pian)长度不(bu)断加长，因(yin)此必须使用先进的材(cai)料来减轻重量，以(yi)达到轻质高强(qiang)和高刚性。这(zhei)使得轻质、高强(qiang)的碳纤维在风力发(fa)电(dian)应用上(shang)不(bu)断扩大。
在(zai)碳纤维方面，钟方国(guo)(guo)透露，国(guo)(guo)外正在(zai)从原材料、工(gong)艺技(ji)术、质量控制(zhi)等各方面深入研究，以(yi)求尽快降低(di)碳纤维的成本(ben)。
而不容回避(bi)的(de)是，我(wo)国(guo)(guo)(guo)的(de)碳纤(xian)(xian)维(wei)总体水平(ping)还比较低，相当于国(guo)(guo)(guo)外70年(nian)代中、末期水平(ping)，与(yu)国(guo)(guo)(guo)外差距(ju)达20年(nian)左右。国(guo)(guo)(guo)产碳纤(xian)(xian)维(wei)的(de)主(zhu)要问题是性(xing)能(neng)不太稳定且离散系数大、高性(xing)能(neng)碳纤(xian)(xian)维(wei)太少(shao)、品种(zhong)单(dan)一、规格不全(quan)、连续(xu)长度不够、未经表(biao)面处理(li)、价格偏高等。
记者从中国复合(he)材料工(gong)(gong)业协会了(le)(le)解到，为了(le)(le)打破国外(wai)对高性能碳(tan)纤(xian)维(wei)(wei)的垄断，满足国内(nei)需(xu)求，中国航(hang)天(tian)四院利用(yong)现有技术，适时进(jin)行(xing)了(le)(le)高性能碳(tan)纤(xian)维(wei)(wei)工(gong)(gong)程(cheng)化(hua)项目开发。7月初，高性能碳(tan)纤(xian)维(wei)(wei)产品(pin)在(zai)航(hang)天(tian)四院康本公司(si)成(cheng)功实现碳(tan)化(hua)，碳(tan)纤(xian)维(wei)(wei)工(gong)(gong)程(cheng)生(sheng)产线(xian)全线(xian)贯(guan)通，在(zai)实现稳定化(hua)生(sheng)产的基(ji)础上，该公司(si)将(jiang)投资2.1亿(yi)元建设1000吨/年碳(tan)纤(xian)维(wei)(wei)产业化(hua)项目，预计2010年底建成(cheng)投产。
在(zai)发展中完善(shan)
一位业内专家(jia)告诉记(ji)者，树脂(zhi)基(ji)复合材(cai)料(liao)采用的(de)增(zeng)强(qiang)材(cai)料(liao)主要有(you)玻(bo)璃(li)(li)纤(xian)(xian)(xian)维(wei)(wei)(wei)(wei)、碳(tan)纤(xian)(xian)(xian)维(wei)(wei)(wei)(wei)、芳纶纤(xian)(xian)(xian)维(wei)(wei)(wei)(wei)、超高(gao)(gao)分子量聚乙(yi)烯纤(xian)(xian)(xian)维(wei)(wei)(wei)(wei)等。目(mu)前(qian)用于(yu)高(gao)(gao)性能复合材(cai)料(liao)的(de)玻(bo)璃(li)(li)纤(xian)(xian)(xian)维(wei)(wei)(wei)(wei)主要有(you)高(gao)(gao)强(qiang)度(du)玻(bo)璃(li)(li)纤(xian)(xian)(xian)维(wei)(wei)(wei)(wei)、石英玻(bo)璃(li)(li)纤(xian)(xian)(xian)维(wei)(wei)(wei)(wei)和(he)高(gao)(gao)硅(gui)氧(yang)玻(bo)璃(li)(li)纤(xian)(xian)(xian)维(wei)(wei)(wei)(wei)等。高(gao)(gao)强(qiang)度(du)玻(bo)璃(li)(li)纤(xian)(xian)(xian)维(wei)(wei)(wei)(wei)复合材(cai)料(liao)不仅应用在(zai)军用方面(mian)，近(jin)年(nian)来民(min)用产(chan)品也有(you)广泛应用，如防(fang)弹头盔、防(fang)弹服、直(zhi)升(sheng)飞机(ji)机(ji)翼、预警机(ji)雷达罩、各种高(gao)(gao)压压力(li)容器(qi)、民(min)用飞机(ji)直(zhi)板、体育用品、各类(lei)耐(nai)高(gao)(gao)温制品以(yi)及(ji)性能优异的(de)轮(lun)胎(tai)帘(lian)子线等。“迄(qi)今为止(zhi)，我(wo)国在(zai)碳(tan)纤(xian)(xian)(xian)维(wei)(wei)(wei)(wei)、芳纶纤(xian)(xian)(xian)维(wei)(wei)(wei)(wei)、高(gao)(gao)强(qiang)度(du)玻(bo)璃(li)(li)纤(xian)(xian)(xian)维(wei)(wei)(wei)(wei)三大增(zeng)强(qiang)纤(xian)(xian)(xian)维(wei)(wei)(wei)(wei)中，只有(you)高(gao)(gao)强(qiang)度(du)玻(bo)璃(li)(li)纤(xian)(xian)(xian)维(wei)(wei)(wei)(wei)已(yi)达到国际(ji)先进水平，且拥有(you)自主知识产(chan)权(quan)，形成了小规(gui)模的(de)产(chan)业，现(xian)阶段年(nian)产(chan)可(ke)达500吨。”
分(fen)析其中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)原(yuan)因，赵鸿汉认(ren)为(wei)，我国FRP复合(he)材(cai)料(liao)(liao)(liao)诞生(sheng)５０年来(lai)，真(zhen)正(zheng)把玻(bo)(bo)(bo)璃(li)纤维作(zuo)为(wei)结构(gou)材(cai)料(liao)(liao)(liao)设(she)(she)(she)(she)计到(dao)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)钢(gang)产品(pin)中(zhong)(zhong)，只是航(hang)空航(hang)天、军工行业(ye)(ye)和(he)FRP复合(he)材(cai)料(liao)(liao)(liao)研究设(she)(she)(she)(she)计的(de)(de)(de)科研院(yuan)所(suo)、大(da)(da)型企业(ye)(ye)才集中(zhong)(zhong)一批(pi)材(cai)料(liao)(liao)(liao)力学、高分(fen)子(zi)化工，机械(xie)电子(zi)的(de)(de)(de)专业(ye)(ye)人员从(cong)事玻(bo)(bo)(bo)璃(li)钢(gang)的(de)(de)(de)结构(gou)设(she)(she)(she)(she)计、材(cai)料(liao)(liao)(liao)设(she)(she)(she)(she)计、工艺设(she)(she)(she)(she)计。“整个玻(bo)(bo)(bo)璃(li)钢(gang)复合(he)材(cai)料(liao)(liao)(liao)设(she)(she)(she)(she)计，从(cong)认(ren)识材(cai)料(liao)(liao)(liao)到(dao)用好材(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)理(li)论、实践和(he)经验，没(mei)有普及和(he)走(zou)进(jin)广(guang)大(da)(da)中(zhong)(zhong)小玻(bo)(bo)(bo)璃(li)钢(gang)企业(ye)(ye)中(zhong)(zhong)。”
赵鸿(hong)汉指出，国(guo)内(nei)大多(duo)数民营企(qi)业(ye)缺乏技术平(ping)台(tai)，其生产(chan)(chan)理(li)念(nian)仍(reng)然是以(yi)常规材料的设计(ji)观念(nian)来考(kao)虑，所(suo)以(yi)低端(duan)产(chan)(chan)品过剩是普遍存在的现(xian)象。迫于成本，一些企(qi)业(ye)在面(mian)(mian)临市场(chang)竞争时(shi)，不是千方(fang)百计(ji)去(qu)(qu)提(ti)高生产(chan)(chan)工(gong)艺，而是偷工(gong)减料，去(qu)(qu)桃(tao)换李(li)，导致(zhi)产(chan)(chan)品被市场(chang)淘汰。他建议在FRP产(chan)(chan)业(ye)密(mi)集地(di)(di)区(qu)如山东德州地(di)(di)区(qu)、河北枣强地(di)(di)区(qu)、江苏武进(jin)地(di)(di)区(qu)和宜兴(xing)地(di)(di)区(qu)、河南(nan)沁阳地(di)(di)区(qu)等(deng)，应该设立面(mian)(mian)向市场(chang)、面(mian)(mian)向企(qi)业(ye)、面(mian)(mian)向产(chan)(chan)品的FRP研究所(suo)，去(qu)(qu)帮(bang)助这些企(qi)业(ye)用(yong)好材料，改进(jin)生产(chan)(chan)工(gong)艺、提(ti)高模(mo)具水平(ping)，从而尽快实(shi)现(xian)产(chan)(chan)业(ye)升级。《中国(guo)质量报(bao)》
