以型号为中心——以政府为中心——以政府引导的市场为中心,中国军工材料的研发之路,有坎坷曲折,有苦难辉煌,也有远大期望,大家见仁见智,各抒己见吧。
军用如此,民用呢?应用的步子也嫌慢。
首先是应用结构失衡:2013年,以占碳纤维产量90%以上的PAN丙烯腈基碳纤维为例,在世界范围内,工业应用和体育休闲的比例分别为75.7%和24.3%,而在中国,这个比例却分别是20%和80%。2013年,我国进口的碳纤维及其制品中有5931.6吨用于体育休闲,占比达47.89%,CD关于碳纤维自行车争论的网友,可以看看这个数字意味着什么。而对于关注碳纤维航空航天应用的同学来说,以目前这种工业应用比例严重不足的市场结构,是无法打开中国庞大的碳纤维潜在市场大门的。
再有就是技术转化缓慢,产品和技术研发出来之后,还不知道能应用到哪方面,到底怎么用,用在什么部件上。举个例子:本文上篇发表后,CD有朋友提出,“碳纤维延伸性差,所以难以作为战机主承力结构”,这是比较中肯内行的评论。CFRP的材料延伸性,或者说韧性,确实是个问题。
其实,复材业界在这个复材增韧方向的努力,至少持续了十多年。当今,国内外大多数研究者的基本思路,集中在一个方向:即让碳纤维决定复合材料的刚度和强度,让树脂决定复材的环境适应性如韧性。因此基体树脂材料的增韧,就成为解决问题的关键。比如美国赫氏集团推出一种著名的液体成型环氧树脂,对中国禁运。而中国研发的ESTM织物增强的RTM6复合材料,经过国际权威机构检测,抗冲击韧性指标,已经达到了液体成型树脂基复合材料的国际领先水平。但是在国内,这样关键的突破性技术,相关应用延迟了很久。
解决的根本办法还是市场化。因为民用市场超过军用市场的规模也是一个数量级;在民用碳纤维复材市场中,非航空应用又超过航空领域的50%。中国T700刚刚出来的时候,是商飞先用吗?还是非航空打头阵。中航复材的热压罐出来,先压大运机体吗?据说运输业的整体油罐车是第一单。其实,海洋工程、风力发电、电力输送、油气开采、汽车、压力容器,无一不是碳纤维复材的潜在大户。因此,航空高端技术向非航空低端产品扩散,民用产品为军用技术提供商业化土壤,是碳纤维复材的重要规律。以民养军,以军带民,在这方面,日本老师从来就没有停止过以身作则的“教导”。而我们要向对手学习的,又何止是技术啊。
用益小苏的话说:“中国复合材料落后国际10到15年,但整体落后并不意味着每个细节都落后。中国的材料技术是领先的,却受限于落后的应用“, “我们曾经遇到过这样的事情,在国内七年没有转化的成果,专利转让到国外,马上就获得成功”。从技术上看,中国正在向着CFRP领域的第三名冲击;而我们如果在商业应用上不能拔得头筹,我们的技术冲击将后继乏力,遑论赶超前面遥遥领先的美日。
当然,我们也在努力,好消息也是有的。比如中航复材的“层间结构化”新概念制备的新型增强织物,应用在空警200预警机,减重效果优异,随后产品在航空、航天以及船舶上都有大量应用,新增产值超过5亿多元人民币,获得多项国防科技奖励。这就是一个很好的商业化范例。
再有中航工业通飞具有自主知识产权的5座全复合材料单发全复合材料涡桨公务机“领世(Leadair)AG300”飞机2014年7月5日在珠海金湾机场首飞成功,最高飞行时速可达600公里,最大航程可达2500公里,也是复合材料商业化应用的努力之一。
小结之六、碳纤维性能先进,但环保问题依然严峻
在金属工艺中,如果钢、钛、铝合金部件加工过程中,环保几乎不是问题。但碳纤维复材的环保问题相对突出:
生产过程:碳纤维和树脂类本身无毒性,但促使液态树脂变成固体结构的固化剂,以及生产复材过程中的各种有机溶剂、助剂,毒性和污染一直无法有效解决。
废物处理:废弃的CFRP材料无法处理。目前的主要方式燃烧,将产生大量高毒、高致癌污染物,而溶解掉树脂基体,回收碳纤维则又遇到高能耗、有机溶剂高毒高污染的问题,相关技术如果不成熟,碳纤维大规模推广应用就未必是国人的福音。日本东丽正在进行报废复材循环再利用的技术,获得了初步成效。而中国人将CFRP改进成环境友好型材料,依然任重道远。
碳纤维复合材料的应用续篇,到这里就结束了——真心写不动了。
回看中国的航空航天级碳纤维复材行业:
在国际上,从封锁打压的坎坷境遇中一路走来。早在中美蜜月的1984年,上海碳素厂就试图引进美国特科公司碳化设备,最终被美国国防部否决;1990年,吉化经过反复谈判、考察,最终引进了一些碳化设备及相应测试仪器,但对方只给设备却封锁所有生产技术甚至设备调试技术。最后经多次试车,连碳化炉都开不起来。就是到了2015年5月26日的今时今日,日本仍然逮捕了向中国出口高性能碳纤维的相关人士(事发于2010年)。
在国内:碳纤维复材行业的发展很不平衡,力量博弈与利益纷争交错纠葛;行动迟缓与急功冒进此起彼伏,好大喜功与攻坚克难交相辉映。然而,新的希望依然摆脱各种阻力,渐渐清晰的浮现在我们面前。
十年前的昨天,中国大飞机战略的启动,成为航空航天复材的发展契机。如同发动机打开了加力,行业发展从此加速急进:2006年中复神鹰成立;2006年中航工业制造开始复合材料自动化铺放的工程化应用;2007年开始中航工业大范围布局“6飞”复材生产和研发基地;2008年T300工业化生产;2010年江苏航科与中航复材先后成立;2012年T700开始工业化生产;2014年T800工业化生产线奠基。
十年后的今天,2014年国家973计划项目“大型航空复合材料承力构件制造技术基础研究”在2015年正式启动了。基础研究,基础研究啊!在复材行业的浪花飞溅中,我们终于看到了久已期盼的静水深流。其实这方面的工作已经进行了多年,但能够提升到如此层次,就不仅仅是一个项目,一届政府的事儿了。它和大飞机列入国家重大专项一样,清晰表明了将复材作为航天航空技术基础的国家意志,也必将为这一事业未来十年的基础打下牢牢的定锚。
