从复合材料看浙江省商机
复合材料在大型飞机上的用量及应用部位已成为衡量各国航空业先进水平的主要标志之一。
高分子复合材料领域的新材料与先进制造技术研发,将能够极大提升浙江省现有高分子材料产业技术水平,并带动和培育出一个具有国际先进水准的复合材料区域产业。
复合材料在大型飞机上的用量及应用部位已成为衡量各国航空业先进水平的主要标志之一。商用飞机公司组织的材料咨询组的召集人、工程院院士杜善义建议,开发中的大飞机的复合材料使用量应为25%~30%,主承力部件机翼将要采用碳纤维增强树脂基复合材料。要成功研制我国的商用大飞机并通过适航认证,拥有碳纤维增强树脂基复合材料及技术是必不可少的。
我国复合材料制造技术经过30多年的研究和发展,已形成一定规模,达到了一定的水平,从设计、材料到工艺都有长足发展。但是与国外相比,还存在应用规模和水平、材料基础、制造工艺、设计方法与手段严重落后等问题,且差距有进一步拉大的趋势。
复合材料用量不高。发达波音、空客等新机型已大规模采用复合材料,我国目前仅掌握金属飞机的研制能力,复合材料只能少量用在飞机次承力结构件上,而国产客机、运输机主、次承力结构件没有使用复合材料的相关报道。而美国波音公司787客机复合材料用量已达到50%,法国空客A350也预计达到创纪录的52%。
高性能碳纤维严重依赖进口,国产化程度低。我国自上世纪60年代开始碳纤维研发,至今已有近40年的历史,但进展缓慢,无论军民用碳纤维均不能自给,同时由于发达长期对我国的技术封锁,至今未能实现大规模工业化生产,仅有的几个生产厂家由于产能、规模、质量的问题始终面临发达的竞争和挤压。尤其像T800级别的高性能航空制造用碳纤维我国还不能生产。
国产树脂性能较低规模较小。复合材料的韧性在航空结构件中至关重要,所以人们一直不断努力改善复合材料的韧性。近波音公司推出第三代高韧性环氧体系(180℃固化),并已直接用于商业飞机的主结构件中。该种材料具有优异的损伤容限,尤其是在高能量冲击后,其冲击后压缩强度(CAI)仍可保持在较高的水平上,能够有效传递纤维载荷,在中高温条件下仍表现出优良的耐湿热性能,同时具有较低的放热峰值,使部件一次固化厚度达到几十毫米。另一方面,由于传统复合材料制造主要通过预浸料的方式实现,虽然工艺成熟稳定,但是效率较低,成本较高,为了解决这个问题,RTM树脂传递模塑成形工艺越来越多地被采用制造航空部件。但是RTM工艺仍然受原材料性能的约束,特别是高性能树脂在性能和工艺方面的约束。
复合材料制造装备水平落后、尺寸小且多数依赖进口。国内用于复合材料生产的主要关键设备与我国要开展的大飞机结构尺寸相比仍显太小,且多数依赖进口。美国波音公司为生产复合材料机身所使用的热压罐系统直径已超过9米,长度超过23米。而国内生产的热压罐系统无论从尺寸大小还是控制水平上都与国外先进水平相差甚远。
复合材料工艺落后,自动化和数字化水平低。我国复合材料生产仍旧以传统工艺为主,其缺点是手工下料、手工铺放、能耗高、生产成本高、质量不易控制、不环保。在复合材料零件的修整过程中打磨和切割裁边时产生固体粉末,胶接过程产生化学气体排放等。
国产复合材料无损检测技术及设备配套仍处于近乎空白阶段。国外复合材料无损检测技术已经非常成熟,设备种类繁多,已小型化,检测手段多样化。
我国与欧美在复合材料制造技术各方面存在较大差距,主要原因是我国科技转化为生产力的水平较低。为此,相关产业应抓住发展大飞机的战略契机,有组织、有规划地进行研究和创新。同时,应加大对复合材料产业主体(企业)的投入,完善以产业化为目的的研发机制,实行设计制造一体化的管理思路,建立科技转化生产力机制的航空工业佳模式。通过积极争取大飞机相关配套项目在浙江省落户,尤其是在高分子复合材料领域的新材料与先进制造技术研发,将能够极大提升浙江省现有高分子材料产业技术水平,并带动和培育出一个具有国际先进水准的复合材料区域产业。
浙江省地处我国东南沿海发达地区,与商用飞机有限责任公司所在地上海市毗邻,所以在浙江省开展大飞机复合材料项目不仅具有地理和交通上的优势,更具有以高分子材料和纤维材料为主的新材料的产业基础,以及一批以中科院宁波材料技术与工程研究所为代表的实力雄厚的研发基础力量。但是目前浙江省高分子复合材料产业总体技术水平相对落后,产品种类单一,仍旧属于劳动密集型产业,与国际先进水平存在较大差距,暂时不能满足大飞机项目对复合材料及制造技术的战略需求,亟待产业升级。
高分子复合材料领域的新材料与先进制造技术研发,将能够极大提升浙江省现有高分子材料产业技术水平,并带动和培育出一个具有国际先进水准的复合材料区域产业。
复合材料在大型飞机上的用量及应用部位已成为衡量各国航空业先进水平的主要标志之一。商用飞机公司组织的材料咨询组的召集人、工程院院士杜善义建议,开发中的大飞机的复合材料使用量应为25%~30%,主承力部件机翼将要采用碳纤维增强树脂基复合材料。要成功研制我国的商用大飞机并通过适航认证,拥有碳纤维增强树脂基复合材料及技术是必不可少的。
我国复合材料制造技术经过30多年的研究和发展,已形成一定规模,达到了一定的水平,从设计、材料到工艺都有长足发展。但是与国外相比,还存在应用规模和水平、材料基础、制造工艺、设计方法与手段严重落后等问题,且差距有进一步拉大的趋势。
复合材料用量不高。发达波音、空客等新机型已大规模采用复合材料,我国目前仅掌握金属飞机的研制能力,复合材料只能少量用在飞机次承力结构件上,而国产客机、运输机主、次承力结构件没有使用复合材料的相关报道。而美国波音公司787客机复合材料用量已达到50%,法国空客A350也预计达到创纪录的52%。
高性能碳纤维严重依赖进口,国产化程度低。我国自上世纪60年代开始碳纤维研发,至今已有近40年的历史,但进展缓慢,无论军民用碳纤维均不能自给,同时由于发达长期对我国的技术封锁,至今未能实现大规模工业化生产,仅有的几个生产厂家由于产能、规模、质量的问题始终面临发达的竞争和挤压。尤其像T800级别的高性能航空制造用碳纤维我国还不能生产。
国产树脂性能较低规模较小。复合材料的韧性在航空结构件中至关重要,所以人们一直不断努力改善复合材料的韧性。近波音公司推出第三代高韧性环氧体系(180℃固化),并已直接用于商业飞机的主结构件中。该种材料具有优异的损伤容限,尤其是在高能量冲击后,其冲击后压缩强度(CAI)仍可保持在较高的水平上,能够有效传递纤维载荷,在中高温条件下仍表现出优良的耐湿热性能,同时具有较低的放热峰值,使部件一次固化厚度达到几十毫米。另一方面,由于传统复合材料制造主要通过预浸料的方式实现,虽然工艺成熟稳定,但是效率较低,成本较高,为了解决这个问题,RTM树脂传递模塑成形工艺越来越多地被采用制造航空部件。但是RTM工艺仍然受原材料性能的约束,特别是高性能树脂在性能和工艺方面的约束。
复合材料制造装备水平落后、尺寸小且多数依赖进口。国内用于复合材料生产的主要关键设备与我国要开展的大飞机结构尺寸相比仍显太小,且多数依赖进口。美国波音公司为生产复合材料机身所使用的热压罐系统直径已超过9米,长度超过23米。而国内生产的热压罐系统无论从尺寸大小还是控制水平上都与国外先进水平相差甚远。
复合材料工艺落后,自动化和数字化水平低。我国复合材料生产仍旧以传统工艺为主,其缺点是手工下料、手工铺放、能耗高、生产成本高、质量不易控制、不环保。在复合材料零件的修整过程中打磨和切割裁边时产生固体粉末,胶接过程产生化学气体排放等。
国产复合材料无损检测技术及设备配套仍处于近乎空白阶段。国外复合材料无损检测技术已经非常成熟,设备种类繁多,已小型化,检测手段多样化。
我国与欧美在复合材料制造技术各方面存在较大差距,主要原因是我国科技转化为生产力的水平较低。为此,相关产业应抓住发展大飞机的战略契机,有组织、有规划地进行研究和创新。同时,应加大对复合材料产业主体(企业)的投入,完善以产业化为目的的研发机制,实行设计制造一体化的管理思路,建立科技转化生产力机制的航空工业佳模式。通过积极争取大飞机相关配套项目在浙江省落户,尤其是在高分子复合材料领域的新材料与先进制造技术研发,将能够极大提升浙江省现有高分子材料产业技术水平,并带动和培育出一个具有国际先进水准的复合材料区域产业。
浙江省地处我国东南沿海发达地区,与商用飞机有限责任公司所在地上海市毗邻,所以在浙江省开展大飞机复合材料项目不仅具有地理和交通上的优势,更具有以高分子材料和纤维材料为主的新材料的产业基础,以及一批以中科院宁波材料技术与工程研究所为代表的实力雄厚的研发基础力量。但是目前浙江省高分子复合材料产业总体技术水平相对落后,产品种类单一,仍旧属于劳动密集型产业,与国际先进水平存在较大差距,暂时不能满足大飞机项目对复合材料及制造技术的战略需求,亟待产业升级。








































