轻如羽翼 坚若金石
中国复合材料原材料工业取得长足进步跻身世界先进水平
波音新一代客机787大量采用新型复合材料碳纤维，机身重量减轻、耗油量减少，整体机身的强度却得到加强。全球首架波音787飞机方向舵是在中国一航成飞公司厂房内完成生产的，该方向舵是近年来中国承接的最大的民用飞机复合材料部件之一，长约10.7米，宽3米。杨 杰 摄
日前，在北京举行的某次安防展上，一件神奇的避火服吸引了众多观众。
在火场温度达到800℃的环境下，消防员穿着避火服进入30分钟后，其外表面温度升高不超过15℃。该服装可防1100℃的辐射高温，能保护消防员在短时间内穿越火焰区、进入火焰区进行灭火战斗和抢险救援作业。
据介绍，这件消防服表面主要采用了绝热玻璃纤维、铝化玻璃纤维和无铝化玻璃纤维。这种复合材料制成的服装以前一直依赖进口，而近年来，中国复合材料工业取得了长足的进步，一步步缩小了与世界先进水平的差距。
在吸收中创新
何为复合材料？“它是以一种材料为基体，另一种材料为增强体组合而成的材料。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、金属丝和硬质细粒等。”中国复合材料工业协会人士说。
业内专家告诉记者，复合材料中以纤维增强材料应用最广、用量最大。其特点是比重小、比强度和比模量大。
碳化硅纤维与陶瓷复合，使用温度可达1500℃，比超合金涡轮叶片的使用温度（1100℃）高得多。“对复合材料来说，1100度根本不算什么，碳纤维增强碳、石墨纤维增强碳或石墨纤维增强石墨，构成耐烧蚀材料，已用于航天器、火箭导弹和原子能反应堆中。”一位业内人士说。
由于复合材料热稳定性好，比强度、比刚度高，可用于制造飞机机翼和前机身、卫星天线及其支撑结构、太阳能电池翼和外壳、大型运载火箭的壳体、发动机壳体、航天飞机结构件等。从全球范围看，汽车工业还是复合材料最大的用户。另外，复合材料在化工、纺织、医学和机械制造等众多领域，也得到广泛应用。
作为新兴的能源产业，风能产业也越来越多地采用复合材料，应用在转子叶片、机舱罩和整流罩的制造。中国复合材料学会科技发展与咨询委员会委员、中国不饱和聚酯树脂行业协会副秘书长赵鸿汉告诉记者，采用复合材料叶片主要有以下优点：轻质高强、刚度好；复合材料缺口敏感性低，内阻尼大，抗震性能好，疲劳强度高。“风力机安装在户外，近年来又大力发展海上风电场，要受到酸、碱、水汽等各种气候环境的影响，复合材料叶片可满足使用要求；复合材料叶片除了每隔若干年在叶片表面进行涂漆等工作外，一般不需要大的维修。”
巨大的市场需求，让中国复合材料获得了空前发展。中国玻璃钢工业协会发布的数据表明，目前全球复合材料产量约为820万吨，其中中国占16%。2007年中国内地复合材料玻璃纤维产量160万吨，其中115.5万吨用于玻璃钢(FRP)工业；不饱和聚酯树脂(UPR)产量135万吨，其中68.8万吨用于玻璃钢领域、占51%；乙烯基树脂产量12640吨，胶衣树脂产量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。
我国巨石集团有限公司已综合多项先进技术进行创新，建立了世界上迄今最大的年产能10万吨的玻纤池窑，采用了纯氧助燃技术，通道纯氧助燃为国际首创。巨石集团有限公司在其生产线上采用电脑控制，实现生产全线物流自动化，整体达到国际领先水平。
在追赶中突破
采访中，记者了解到，复合材料原材料的质量差距，是造成我国复合材料产品特别是高端技术产品落后于发达国家和地区的主要原因之一。
来自台湾强化塑胶协进会的专家赵珏介绍，丹麦LM公司是全球风力发电最大的集团，具有25年的生产实践经验，LM公司目前生产最长的叶片为61.5米，是全球最长的叶片，重量为17.7吨，材质为环氧基玻纤增强复合材料，叶端等处采用碳纤，已安装在芬兰REpower公司的5兆瓦海上风机上。
在6月２６日，世界上第一架设计为可昼夜飞行的太阳能环保飞机亮相瑞士，该飞机最特别之处就是由超轻碳纤维材料制成，翼展达63.4米，相当于空客Ａ340型飞机，而重量却仅相当于一辆家用轿车。之前世界上还从未有过尺寸如此大而重量如此轻的飞机。
重庆通用工业(集团)有限公司专家钟方国认为，随着发电机功率的增大，叶片长度不断加长，因此必须使用先进的材料来减轻重量，以达到轻质高强和高刚性。这使得轻质、高强的碳纤维在风力发电应用上不断扩大。
在碳纤维方面，钟方国透露，国外正在从原材料、工艺技术、质量控制等各方面深入研究，以求尽快降低碳纤维的成本。
而不容回避的是，我国的碳纤维总体水平还比较低，相当于国外70年代中、末期水平，与国外差距达20年左右。国产碳纤维的主要问题是性能不太稳定且离散系数大、高性能碳纤维太少、品种单一、规格不全、连续长度不够、未经表面处理、价格偏高等。
记者从中国复合材料工业协会了解到，为了打破国外对高性能碳纤维的垄断，满足国内需求，中国航天四院利用现有技术，适时进行了高性能碳纤维工程化项目开发。7月初，高性能碳纤维产品在航天四院康本公司成功实现碳化，碳纤维工程生产线全线贯通，在实现稳定化生产的基础上，该公司将投资2.1亿元建设1000吨/年碳纤维产业化项目，预计2010年底建成投产。
在发展中完善
一位业内专家告诉记者，树脂基复合材料采用的增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。目前用于高性能复合材料的玻璃纤维主要有高强度玻璃纤维、石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维等。高强度玻璃纤维复合材料不仅应用在军用方面，近年来民用产品也有广泛应用，如防弹头盔、防弹服、直升飞机机翼、预警机雷达罩、各种高压压力容器、民用飞机直板、体育用品、各类耐高温制品以及性能优异的轮胎帘子线等。“迄今为止，我国在碳纤维、芳纶纤维、高强度玻璃纤维三大增强纤维中，只有高强度玻璃纤维已达到国际先进水平，且拥有自主知识产权，形成了小规模的产业，现阶段年产可达500吨。”
分析其中的原因，赵鸿汉认为，我国FRP复合材料诞生５０年来，真正把玻璃纤维作为结构材料设计到玻璃钢产品中，只是航空航天、军工行业和FRP复合材料研究设计的科研院所、大型企业才集中一批材料力学、高分子化工，机械电子的专业人员从事玻璃钢的结构设计、材料设计、工艺设计。“整个玻璃钢复合材料设计，从认识材料到用好材料的理论、实践和经验，没有普及和走进广大中小玻璃钢企业中。”
赵鸿汉指出，国内大多数民营企业缺乏技术平台，其生产理念仍然是以常规材料的设计观念来考虑，所以低端产品过剩是普遍存在的现象。迫于成本，一些企业在面临市场竞争时，不是千方百计去提高生产工艺，而是偷工减料，去桃换李，导致产品被市场淘汰。他建议在FRP产业密集地区如山东德州地区、河北枣强地区、江苏武进地区和宜兴地区、河南沁阳地区等，应该设立面向市场、面向企业、面向产品的FRP研究所，去帮助这些企业用好材料，改进生产工艺、提高模具水平，从而尽快实现产业升级。《中国质量报》
