碳材料一碳纖維

關(guān)鍵詞 | 碳纖復(fù)材國(guó)產(chǎn)化   關(guān)鍵因素

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會(huì)議現(xiàn)場(chǎng)

通過(guò)一代碳纖維人的不懈努力，我國(guó)碳纖維行業(yè)不斷壯大，技術(shù)水平突飛猛進(jìn)，但在產(chǎn)量與質(zhì)量上與世界強(qiáng)國(guó)仍有差距，碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用也尚有許多問(wèn)題待解決。怎樣推動(dòng)碳纖維復(fù)合材料在航空、汽車、風(fēng)電等領(lǐng)域更好更多地應(yīng)用？12月20日在浙江嘉興召開(kāi)的2020（第九屆）全國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會(huì)上，材料界大咖們各抒己見(jiàn)。

下游應(yīng)用：風(fēng)電迎機(jī)遇，航空存短板

中國(guó)化工信息中心主任 揭玉斌

中國(guó)化工信息中心主任揭玉斌在致辭中表示，風(fēng)電和航空航天對(duì)碳纖維復(fù)合材料的需求分別占總需求量的25%和23%，是其排名前位的應(yīng)用領(lǐng)域。而我國(guó)碳纖維需求近兩年來(lái)的超高增長(zhǎng)也得益于風(fēng)電葉片市場(chǎng)的快速成長(zhǎng)，2019年我國(guó)碳纖維的總需求量為3.78萬(wàn)噸，其中風(fēng)電消耗1.38萬(wàn)噸，較上一年大幅增長(zhǎng)72.5%。

值得一提的是，2019年我國(guó)國(guó)產(chǎn)碳纖維用于風(fēng)電的大約有1000噸，而2018年全部依賴進(jìn)口獲得。碳纖維在風(fēng)電葉片領(lǐng)域應(yīng)用的日趨成熟為國(guó)內(nèi)碳纖維企業(yè)帶來(lái)了難得的發(fā)展機(jī)遇。而航空航天領(lǐng)域國(guó)產(chǎn)碳纖維的應(yīng)用，當(dāng)前仍然是我國(guó)的短板，2019年，我國(guó)碳纖維復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的用量?jī)H為2154噸，僅占國(guó)內(nèi)總用量的4%，與國(guó)際平均水平還有很大的一段距離。

中國(guó)科學(xué)院院士、北京航空材料研究員曹春曉介紹了航空發(fā)動(dòng)機(jī)材料的發(fā)展趨勢(shì)

中國(guó)工程院院士、中國(guó)商用飛機(jī)公司原副總經(jīng)理 吳光輝

中國(guó)工程院院士、中國(guó)商用飛機(jī)公司原副總經(jīng)理吳光輝指出，從飛機(jī)的角度看，包括碳纖維復(fù)材在內(nèi)的復(fù)合材料要實(shí)現(xiàn)量體裁衣，還有一段路要走。一代材料支撐一代飛機(jī)，同時(shí)，一代飛機(jī)也牽引著材料向前走，兩者相輔相成。真正的碳纖維復(fù)材實(shí)現(xiàn)減重，僅從力學(xué)角度來(lái)講可以到30%，但如果加上飛機(jī)材料的其他要求，比如防雷電等，減重效果就大打折扣了。衡量一架飛機(jī)的先進(jìn)性，不是看用了多少?gòu)?fù)材，選材要對(duì)成本、重量和可行性綜合考慮，做到“因材施用”。

亞太材料科學(xué)院院士、國(guó)際先進(jìn)材料與工藝技術(shù)學(xué)會(huì)（SAMPE）全球倫值主席、寧波諾丁漢大學(xué)教授 益小蘇

亞太材料科學(xué)院院士、國(guó)際先進(jìn)材料與工藝技術(shù)學(xué)會(huì)（SAMPE）全球倫值主席、寧波諾丁漢大學(xué)教授益小蘇介紹了航空復(fù)合材料技術(shù)的挑戰(zhàn)與創(chuàng)新。益小蘇認(rèn)為，復(fù)合材料的使用要關(guān)注性能，關(guān)注成本。復(fù)合材料制造中的鋪層、裝配和緊固件成本幾乎占一半的成本，材料本身成本占比僅有10%左右，因此整體化技術(shù)必然是低成本技術(shù)的主流。未來(lái)航空復(fù)合材料的發(fā)展趨勢(shì)主要有：

交通運(yùn)輸領(lǐng)域是國(guó)產(chǎn)化的關(guān)鍵

俄羅斯工程院外籍院士，浙江清華長(zhǎng)三角軍民協(xié)同創(chuàng)新研究院院長(zhǎng) 榮毅超

俄羅斯工程院外籍院士，浙江清華長(zhǎng)三角軍民協(xié)同創(chuàng)新研究院院長(zhǎng)榮毅超指出，航空航天用量小，新材料要用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)才能規(guī)模化推廣。交通運(yùn)載工具輕量化是節(jié)能減排的重要手段，汽車每減重10%，節(jié)油6%；大力發(fā)展汽車輕量化技術(shù)，是保障國(guó)家能源戰(zhàn)略安全、減輕環(huán)境壓力、實(shí)現(xiàn)新能源汽車產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。

每年10萬(wàn)輛的訂單為新材料應(yīng)用提供巨大的市場(chǎng)空間。真正國(guó)產(chǎn)碳纖維的產(chǎn)業(yè)化，必須得在交通運(yùn)輸領(lǐng)域推廣，難題是降成本。這包括材料低成本（碳纖維低成本以及碳纖/玻纖混編）、設(shè)計(jì)低成本（計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)計(jì)制造、多部件一體化設(shè)計(jì)）和工藝低成本（改型RTM工藝、常溫快速固化工藝）

航空應(yīng)用未來(lái)關(guān)注四大方向

中航復(fù)合材料有限責(zé)任公司副總經(jīng)理 李宏運(yùn)

中航復(fù)合材料有限責(zé)任公司副總經(jīng)理李宏運(yùn)指出，先進(jìn)樹(shù)脂基復(fù)合材料在航空裝備中得到廣泛應(yīng)用，成為衡量航空裝備先進(jìn)性的重要標(biāo)志。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的技術(shù)積累，國(guó)內(nèi)航空復(fù)合材料進(jìn)入擴(kuò)大應(yīng)用階段，殲擊機(jī)復(fù)合材料用量達(dá)到了30%左右。持續(xù)大規(guī)模應(yīng)用研究和集成綜合驗(yàn)證，是推動(dòng)碳纖維復(fù)合材料規(guī)?；瘧?yīng)用的必經(jīng)之路。

李宏運(yùn)提出了后T800級(jí)航空結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的問(wèn)題與挑戰(zhàn)：

中國(guó)商用飛機(jī)公司專家、復(fù)合材料工藝總師、上海飛機(jī)制造有限公司副總工程師劉衛(wèi)平介紹了民用飛機(jī)復(fù)合材料應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

廈門(mén)金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司工程研究院院長(zhǎng)蘇亮介紹了復(fù)合材料在新能源大客車中的應(yīng)用研究

讓碳纖維復(fù)合材料用得起

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，濕噴濕紡T300級(jí)、T700級(jí)、T800級(jí)，干噴濕紡T700級(jí)與T800級(jí)已基本實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，T1000級(jí)、M40J級(jí)已研發(fā)成功，開(kāi)始批量化生產(chǎn)，大絲束碳纖維已研發(fā)成功。但國(guó)產(chǎn)碳纖維材料在應(yīng)用方面仍有較大提升空間。

江蘇恒神股份有限公司材料開(kāi)發(fā)部負(fù)責(zé)人 郭聰聰

江蘇恒神股份有限公司材料開(kāi)發(fā)部負(fù)責(zé)人郭聰聰認(rèn)為，在復(fù)合材料快速發(fā)展之際，發(fā)展低成本化技術(shù)至關(guān)重要，可能會(huì)直接影響復(fù)合材料是否能夠在更廣泛的領(lǐng)域應(yīng)用。

長(zhǎng)三角先進(jìn)材料研究院碳纖維復(fù)合材料事業(yè)部首席專家 沈真

長(zhǎng)三角先進(jìn)材料研究院碳纖維復(fù)合材料事業(yè)部首席專家沈真表示，降低成本是先進(jìn)復(fù)合材料擴(kuò)大應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)力。

1996年由美國(guó)先進(jìn)民用飛機(jī)新材料專業(yè)委員會(huì)編制的《下一代民用運(yùn)輸機(jī)用的新材料》中指出：“雖然復(fù)合材料的市場(chǎng)銷量增長(zhǎng)緩慢往往歸因?yàn)樵牧系母叱杀荆?span style="margin: 0px; padding: 0px; max-width: 100%; color: rgb(255, 0, 0); box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;">但材料成本實(shí)際上僅占復(fù)合材料構(gòu)件總成本的8%~10%。事實(shí)上工藝制造成本是總成本中高的單項(xiàng)成本。過(guò)去性能因素推動(dòng)著復(fù)合材料在航空航天中的應(yīng)用研究，但近年來(lái)成本則起到了更大的作用。這樣，開(kāi)發(fā)下一代民用運(yùn)輸機(jī)工藝的一個(gè)基本準(zhǔn)則是低成本制造的可能性?！?/span>

風(fēng)電葉片制造成本中，主材成本占72%。可以通過(guò)以下途徑降低碳纖維復(fù)合材料的成本：

沈真表示，除航空航天行業(yè)外，多數(shù)碳纖維復(fù)合材料制造廠商產(chǎn)品屬于來(lái)料加工，設(shè)計(jì)與制造工藝多數(shù)來(lái)源于國(guó)外，缺少?gòu)?fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造工藝獨(dú)立自主開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)。

無(wú)論是高端用戶的等同替換或是可產(chǎn)業(yè)化新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，都需要一支緊密配合經(jīng)驗(yàn)豐富的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)團(tuán)隊(duì)。

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