T系列如T800和T700的生产,从十五计划开始到今天,从原料、设备、工艺、规模上都有实质性的进展。未来需要的是大规模生产、稳定质量和降低成本,并对更高端的产品持续跟踪研发。说“跟踪”有点难听,但。我们在T800打拼的时候,人家在强攻T1100,要承认现实,对吧。何况,国内T800的“高强中模”和“基本高模”工程化还是空白呢。兵器迷看到国内媒体报道说“中国T800性能超过日本” 这样的大标题,恨不能个地缝钻下去——落后不丢人,可明明是落后,却要摆出已经超越的姿势,那才丢人呢。
此外,MJ“高模高强”碳纤维的产业化技术也是基本空白。空白到什么程度呢?兵器迷搜集到的公开资料甚至都不能肯定MJ的核心工艺是干喷湿纺还是湿法纺丝,只是猜测可能是湿纺。而且这些资料中,对MJ系列的微观结构鲜有深论。而众所周知,CFRP的宏观力学性能正是由于其微观结构决定的。虽然日方的M60J系列依然因为一些问题尚未完全成熟,但此物在航天级应用绝对是潜力股(卫星、航天器承力结构)。中方如果不加大预研力度,未来将如今天的T系列一般跟着别人后面亦步亦趋,成为又一个潜在的严重短板。
三、复材生产领域部分关键设备获得突破性进展,但对先进技术路线的跟进仍需加强
从中航复材的报道看,过去的自动铺叠设备和热压罐关键设备获得了较大的突破,30米铺带机和30米热压罐都已经投入试生产和型号工艺验证,过去的大量核心设备空白在急速被填补。而且中航复材的第三代树脂基材料也保持了很好的发展势头。所有这些进步都使得复材生产领域获得了相当的能力提升。但是在降低成本和工艺复杂度上,比如美帝的真空辅助树脂转注成模VaRTM工艺为代表的低温整体成型方面,还需要盯紧对手的发展动态,加大技术储备和研发力度。
四、表征技术方兴未艾,但依然是中国复材生产的短板
在历经多年的生产质量和成本难关之后,中国终于开始逐步发展自己的碳纤维表征技术和生产数据库。各大学材料专业、复材研究机构、生产厂家和最终用户,正在走到一起去研究碳纤维微观结构与宏观性能的种种奥秘。中航复材在生产设备之外,配备了色谱仪、红外光谱仪、DSC和DMA、透射电镜、扫描电镜、光学显微镜等仪器分析设备,掌握了红外热成像、蜂窝激光剪切干涉检测、超声三轴无损检测、超声机械手检测等仪器监测技术,并建立了大型超声C扫描无损检测设备研制及检测标准,拥有20个检测通道,单次检测范围7.5米X6米。
趋势是好的,但需要指出,我们的自主表征技术研发工作大多建立在观测分析上,但精密观测仪器却又大多来自国外。比如碳纤维内部结构表征探测的关键设备X射线衍射仪,用的是日本产品(如日本理学公司的D/max-rA),扫描电镜用的也是日本产品(如日本HITACHI的S-3400/4700)。而碳纤维表面结构表征探测的关键设备光谱仪,用的是英国产品(如Renishaw的RM1000)和法国产品(如法国的HR800)。
这就是我们今天的局面:产品和设备这两块看得见的短板正在被强力弥补,而检测分析手段和工艺数据积累这两个更加隐性的领域却依然在起步阶段。
个人认为,碳纤维领域的最大问题不是生产原理,而是工艺细节。而工艺细节的保障,正是来自于表征技术的发达:没有设备就别想出产品——没有工艺参数和产品数据积累就是有了设备也无法保证质量和成本——而没有先进的检测与分析手段当然也就没有办法积累参数和数据。碳纤维就是这么个细活儿,想凑合凑合对付着来,那是门儿都没有。
正如中航工业复合材料首席专家专家蒲永伟所言:“当前国内的复合材料制造业是一个以经验和主观判断为主要生产手段的粗糙型产业,未来的发展趋势必然是以理论代替经验,以客观计算代替主观判断,辅以表征测试手段的发展,最终成为理论预测先行、过程规范操作、实时可视监控的现代化产业。”
对照一下我们的进步和不足,看看美国和日本的碳纤维产业实力。什么是深度垄断,什么是全产业链,什么是市场生态,什么是真正的工业强国,列位看官,不妨细细想来。
队伍和技术谈完,就轮到应用了,我们这就回顾一下近年来碳纤维复材在国内的应用,特别是军用,特别是航空军用。
第三部分
小结之五、材料研究急进,而应用领域滞后的现象凸显
相比上述原丝和复材等材料方面进展,中国碳纤维应用领域的滞后反而更加凸显了,这是一个非常尴尬的现象——进步会凸显落后。
估计很多网友吃了前两篇的墙皮,就为了等这一口儿呢,呵呵。
1 非承力结构
比如雷达罩、各种口盖,很早就用复材了,不赘述。(参见《原文》)。
2 次承力结构
1985年,沈飞112和洪都320分别研发的在垂直尾翼上应用复合材料的飞机领先试用成功,但没有批产。
1990年,洪都320在飞机前机身段上应用复合材料,领先试用成功,但没有批产。
1993年,沈飞112歼8-3在垂直尾翼和前机身上应用CFRP复材,达到飞机结构重量的2%,实现了在批量生产飞机次承力结构上的突破。此后飞豹的垂尾开始批量用CFRP,猎鹰也是这样(参见《原文》)。
2007年以后,军方广泛使用CFRP做次承力结构,歼10的后续批次等后续机型,在雷达罩、前机身、鸭翼、副襟翼、垂尾、平尾、和机尾短舱、起落架舱门等各种次承力结构都批量使用了CFRP。
有朋友问:1985年试飞成功,到1993开始少量批产,再到2007年大批量使用,为什么隔了这么久?
一个原因就是,直到2007年以后,国内T300才比较成熟。此前的2005年,3K小丝束的T300曾经从800元/公斤暴涨到8000元/公斤。现在呢?才不到200元,为啥?T系列和很多产品一样,只要中国会做了,就能做到烂了为止。国内以吉化为首,T300现在国内产能万吨以上,国外快没得做了(参见《原文》)。随着国内攻克关键技术,T700国外价格也开始大幅跳水,压制中国本土产品的大规模应用。T800迟早也是这条路,咱们等着瞧。
3 主承力结构
直升机应用环境不一样,走的比较快,直10、直19 、直20和AC313已经直接用CFRP做机身结构框架、直升机旋翼和桨页(见《上篇》介绍)。机翼蒙皮和直升机尾翼部件也都用了碳纤维。
固定翼战机用复材,可就慢多了。
