碳纖維復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用分析

一、碳纖維的生產(chǎn)

碳纖維根據(jù)基本材料不同，可分為PAN基、瀝青基、酚醛基、纖維素基…..等不同的生產(chǎn)工藝。本文只涉及軍用高性能聚丙烯腈PAN碳纖維的生產(chǎn)工藝。雖然PAN基碳纖維生產(chǎn)細(xì)節(jié)的保密度比較高，但是大致的原理是公開的，先概要的介紹一下其生產(chǎn)過(guò)程。


碳纖維生產(chǎn)工藝全流程圖

如下圖1所示，PAN基碳纖維的生產(chǎn)，從原料單體到原絲、再到碳纖維成品加工，各道工藝的緊密相連，可以在一個(gè)車間內(nèi)連續(xù)的完成全套工藝流程。


圖1：碳纖維主要生產(chǎn)工藝流程圖

國(guó)內(nèi)有部分廠家，既沒有上游的PAN原絲生產(chǎn)能力，又沒有下游的碳纖維復(fù)材生產(chǎn)能力，只能直接購(gòu)買國(guó)外原絲，再進(jìn)行預(yù)氧化和碳化的后續(xù)處理生產(chǎn)碳纖維。好比吃魚，頭尾嫌刺多,不舍得下功夫，于是就吃個(gè)中段兒，居然也號(hào)稱自己能做碳纖維，游說(shuō)國(guó)家投入巨資。

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目前國(guó)際碳纖維的生產(chǎn)，在國(guó)際上一直由美、日兩國(guó)主導(dǎo)。目前能夠進(jìn)入批量工業(yè)化生產(chǎn)的最高級(jí)碳纖維是T800，T1000等更高品級(jí)仍在實(shí)驗(yàn)室階段。航空主承力級(jí)和航天級(jí)的碳纖維工藝技術(shù)，國(guó)外對(duì)華一直封鎖。就連高性能PAN原絲，如T800原絲, 以及部分碳纖維成品，也都對(duì)華禁運(yùn)——日本曾經(jīng)對(duì)賣高級(jí)碳纖維給中國(guó)的人員判刑嚴(yán)懲。

所以軍用高性能碳纖維的生產(chǎn)，自“六五”以來(lái)一直是國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)和實(shí)施科技產(chǎn)業(yè)化的攻關(guān)項(xiàng)目。十五期間，在國(guó)家863項(xiàng)目的推動(dòng)下，形成了北京化工大學(xué)、中科院山西煤化所和山東大學(xué)為主的三個(gè)研發(fā)基地，和江蘇、吉林、山西、山東為主的四大生產(chǎn)基地。經(jīng)過(guò)近30年的努力，取得的成績(jī)應(yīng)當(dāng)說(shuō)是可圈可點(diǎn)：

T300的生產(chǎn)

根據(jù)中國(guó)玻璃纖維復(fù)合材料信息網(wǎng) 2008年的報(bào)道，中復(fù)神鷹碳纖維有限公司萬(wàn)噸碳纖維一期工程，2008年底在江蘇連云港正式投產(chǎn)，目前形成1000噸規(guī)模碳絲生產(chǎn)能力。該公司曾于2007年5月實(shí)現(xiàn)了碳化生產(chǎn)線投產(chǎn)，當(dāng)時(shí)碳纖維產(chǎn)量只有20噸左右。此后新建了2500噸PAN碳纖維原絲和1000噸碳化生產(chǎn)線。以45%股份成為神鷹第一大股東的中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)董事長(zhǎng)張定金強(qiáng)調(diào)，T300從設(shè)備到產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)百分之百國(guó)產(chǎn)化。而且在技術(shù)研發(fā)上，河南煤業(yè)化工集團(tuán)已經(jīng)擁有PAN基T300碳纖維完整的知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系。軍工部門評(píng)價(jià)說(shuō)：“T300的完全國(guó)產(chǎn)化，使得軍用次承力結(jié)構(gòu)碳纖維獲得了完全自主權(quán)。”

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至此，可以說(shuō)，通過(guò)T300級(jí)軍用碳纖維的國(guó)產(chǎn)化，走出了中國(guó)打破國(guó)外壟斷和技術(shù)封鎖的第一步。產(chǎn)品批量生產(chǎn)當(dāng)年，T300進(jìn)口價(jià)應(yīng)激性的跌了一半，呵呵。（兩年后因?yàn)樾枨罅看髢r(jià)格又上去了，這是后話）

T700的生產(chǎn)

據(jù)2012年中國(guó)航空?qǐng)?bào)報(bào)道，中航工業(yè)董事長(zhǎng)林左鳴率隊(duì)赴位于江蘇常州國(guó)家高新技術(shù)區(qū)的中簡(jiǎn)科技發(fā)展有限公司考察調(diào)研。中簡(jiǎn)科技成立于2008年，承擔(dān)國(guó)家“863”計(jì)劃高性能碳纖維項(xiàng)目，依托中科院山西煤炭化學(xué)研究院的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過(guò)4年時(shí)間，建立了T700碳纖維產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)線，年產(chǎn)量可達(dá)300噸。主要設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化率達(dá)98%，是國(guó)內(nèi)第一條T700高性能碳纖維生產(chǎn)線。林左鳴明確提出，中航工業(yè)對(duì)國(guó)產(chǎn)碳纖維產(chǎn)品進(jìn)行支持，規(guī)定成員單位必須使用已達(dá)標(biāo)的國(guó)產(chǎn)碳纖維產(chǎn)品。

T800的生產(chǎn)

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據(jù)江蘇經(jīng)濟(jì)報(bào)2012年7月消息，江蘇航科復(fù)合材料科技有限公司建成我國(guó)首條T800碳纖維產(chǎn)業(yè)化線。該項(xiàng)目2009年底啟動(dòng)，航科投入2.5億元，從原絲到成品技術(shù)均為自主研發(fā)，生產(chǎn)線的開工負(fù)荷已提升到90%，5個(gè)月來(lái)累計(jì)產(chǎn)出成品500千克，合格率達(dá)到90%以上。拉伸強(qiáng)度、拉伸模量、斷裂延伸三大主要性能指標(biāo)以及線密度、導(dǎo)熱率等其他各指標(biāo)，都與東麗公司的T800產(chǎn)品相當(dāng)。目前，江蘇航科已申請(qǐng)專利85項(xiàng)，其中24項(xiàng)獲授權(quán)。

從原絲開始做出來(lái)，與東麗指標(biāo)相當(dāng)，且有自己的專利技術(shù)，這是可喜的事情，希望早日看到國(guó)家級(jí)鑒定。

可以看出，中國(guó)軍用小絲束高性能碳纖維的生產(chǎn)，從下游煤化工入手，通過(guò)產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合攻關(guān)的模式，已經(jīng)取得了可觀的進(jìn)展。T300已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了年千噸以上的規(guī)?；a(chǎn)，T700達(dá)到了年百噸規(guī)模的批產(chǎn)規(guī)模，T800也看到了曙光。

首先是橫向比較，差距巨大。對(duì)于最高端的T800，江蘇航科5個(gè)月的產(chǎn)量只有500公斤，即每個(gè)月100公斤的規(guī)模，可以說(shuō)仍然在試生產(chǎn)階段，距離真正的工業(yè)化生產(chǎn)和商業(yè)化盈利，還有很長(zhǎng)一段路要走。而且，T700未實(shí)現(xiàn)100%國(guó)產(chǎn)化，T800國(guó)產(chǎn)化就差得更遠(yuǎn)。而美國(guó)波音公司，1985年T800就出來(lái)了——看到了吧，差距30年啊，呵呵。

第二就是質(zhì)量不穩(wěn)，廢品率高。即便是正品，各批次生產(chǎn)的碳纖維的性質(zhì)也有差異，影響了后續(xù)復(fù)合材料的生產(chǎn)效果。而且難以搞清其中的原因——同樣的生產(chǎn)線和生產(chǎn)工藝，這一批合格，下一批不合格；這一批模量高，下一批模量低，究竟是為什么呢？

主要還是因?yàn)?，高性能碳纖維的生產(chǎn)工藝繁復(fù)，可以說(shuō)到了苛刻的地步。這里給出很少幾個(gè)例子，來(lái)說(shuō)明一下其工藝難度：

例1：很多工藝需要加入不同種類的的穩(wěn)定劑、催化劑。比如預(yù)氧化過(guò)程中，紡絲液就需要加入路易斯酸、脛胺、有機(jī)金屬絡(luò)合物鹽、鋁、硼、鈦的金屬有機(jī)化合物以及十二烷基苯磺酸鈉類的金屬鹽等等穩(wěn)定劑，重量必須在原料的0.1-0.2%左右。 內(nèi)容來(lái)自123456

例2：各工序的溫度和速度的控制精密。比如紡絲的多段凝固工藝中，第一段的溫度為35-80℃，結(jié)束后1秒中內(nèi)，就要迅速進(jìn)入第二階段。預(yù)氧絲在70毫克/袋的張力下，于惰性氣體中加溫，必須以每分鐘30℃升到600℃。再以每分鐘1000℃升到1300℃，同時(shí)保持20秒。絲毫不能馬虎。

例3：設(shè)備運(yùn)作要求高。比如：預(yù)氧化過(guò)程中，4組導(dǎo)輥的直徑有嚴(yán)格要求，而且表面溫度必須分別為285℃，285℃，285℃和315℃,且絲束通過(guò)導(dǎo)輥的速度要求為毫米級(jí)/秒精度。

例4：物理處理手段同樣精密。比如，為防止碳化后碳絲強(qiáng)度降低，在碳化前對(duì)預(yù)氧化爐出口處對(duì)絲束施加0.005-0.1克/袋的張力，并對(duì)絲束噴熱氣流，將單絲吹開，改善絲束強(qiáng)度。

碳纖維的生產(chǎn)工藝參數(shù)和運(yùn)行控制，是一個(gè)龐大的體系。其中無(wú)論哪個(gè)因素，操作時(shí)稍有不慎，就會(huì)前功盡棄，僵絲、斷絲、排焦、起毛、纏結(jié)….各種問題層出不窮。所謂“差之毫厘，謬以千里”，就是這個(gè)意思。

中國(guó)碳纖維行業(yè)生產(chǎn)長(zhǎng)期徘徊在“能做出來(lái)，就是做不好；能做好，就是貴”的尷尬局面中。

二、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）的生產(chǎn)

CFRP，根據(jù)基體材料和增強(qiáng)工藝的不同（比如陶瓷基、金屬基復(fù)合）本來(lái)是一個(gè)龐大的家族。我們這里只談基本CFRP生產(chǎn)工藝。大體上有兩種，即預(yù)浸料-熱壓罐固化成型工藝，和液體成型工藝。由于前者是航空結(jié)構(gòu)構(gòu)件的主要復(fù)材工藝，今兒就重點(diǎn)聊聊它。

1、預(yù)浸料

預(yù)浸料——熱壓罐固化成型工藝的第一步，就是把碳纖維放入熱固性高韌性樹脂預(yù)浸料進(jìn)行預(yù)浸、吸膠，并加溫進(jìn)行固化。

近年來(lái)，航空復(fù)材構(gòu)件已經(jīng)日趨大型化和整體化，以減少?gòu)?fù)材之間的機(jī)械裝配和緊固環(huán)節(jié)，達(dá)到提高性能、降低成本、減輕重量的目的。但由此也帶來(lái)了麻煩——部件越大，其在熱壓罐內(nèi)固化過(guò)程中的溫度控制就越難保證均勻持續(xù)，從而導(dǎo)致質(zhì)量下降。美國(guó)在預(yù)浸料-熱壓罐工藝的材料成本中，預(yù)浸料廢棄率平均為40%。因此，“零吸膠”、“常溫加壓”的先進(jìn)預(yù)浸料，就成為業(yè)內(nèi)的發(fā)展方向。 123456

碳纖維的生產(chǎn)，上面聊過(guò)，國(guó)內(nèi)與國(guó)外相比是有很大差距的。但樹脂預(yù)浸料，我們的差距相對(duì)小一些。根據(jù)航空制造網(wǎng)的消息，國(guó)內(nèi)開發(fā)的環(huán)氧樹脂預(yù)浸料碳Ⅷ /BA9918 預(yù)浸料、碳Ⅶ /BA9916-II 預(yù)浸料、CCF300/BA9916-II 預(yù)浸料和雙馬樹脂預(yù)浸料CCF300/QY9511、碳Ⅶ /QY9611，都可做到“零吸膠”、“常溫加壓”，部分預(yù)浸料已用于多個(gè)型號(hào)產(chǎn)品的生產(chǎn)，與美國(guó)波音公司的材料有著類似的性能。如下表1：


表1：國(guó)內(nèi)外部分雙馬樹脂基韌性復(fù)合材料性能（第一列碳Ⅶ /QY9611為國(guó)產(chǎn)）


表2：國(guó)內(nèi)外部分環(huán)氧基韌性復(fù)合材料性能（第一列碳Ⅶ /QY9611為國(guó)產(chǎn)）

2、預(yù)浸料——熱壓罐整體成型工藝 本文來(lái)自123

用預(yù)浸料——熱壓罐工藝生產(chǎn)碳纖維制造復(fù)合材料，要先將碳纖維浸溶在樹脂溶劑里，進(jìn)行鋪疊成型。接著經(jīng)過(guò)模具工裝進(jìn)行表面組裝固定，在部件接觸面貼膠。其后進(jìn)熱壓罐100——130度固化，并通過(guò)緊固成為成品構(gòu)件。

美國(guó)采用預(yù)浸料-熱壓罐固化成型工藝制造航空制造復(fù)合材料的成本中，材料占15%，預(yù)浸料鋪疊占25%，裝配占45%，固化占10%，緊固工藝占5%，

早期復(fù)合材料制造的大型構(gòu)件，通常是由各自成形好的部件，通過(guò)機(jī)械連接組裝而成。這樣的方式增加了結(jié)構(gòu)的自重，不能很好地發(fā)揮復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)。隨著技術(shù)的發(fā)展，大型復(fù)材結(jié)構(gòu)逐漸實(shí)現(xiàn)了預(yù)浸料——熱壓罐整體化制造，其工藝可分為三種：

共固化：不同部件分別鋪疊，整體進(jìn)熱壓罐固化。

共膠接：先完成一個(gè)部件的固化，再鋪疊其他部件，整體進(jìn)熱壓罐共膠接。

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后膠接：各部件分別鋪疊、分別進(jìn)熱壓罐固化，然后整體再次進(jìn)熱壓罐膠接。

例1：壁板類工藝

對(duì)于飛機(jī)尾翼、機(jī)翼和非筒體成型的機(jī)身，需要壁板類的大型復(fù)材，這類結(jié)構(gòu)主要由蒙皮和長(zhǎng)桁組成，其成型工藝有以下幾種方式。

共固化：分別鋪疊蒙皮和長(zhǎng)桁，通過(guò)模具工裝將其組合在一起，接觸面鋪膠膜（或不鋪膠膜）；之后整體進(jìn)熱壓罐完成共固化。

膠接：蒙皮先固化，再鋪疊長(zhǎng)桁，通過(guò)模具工裝將其固定在已固化好的蒙皮上，接觸面鋪膠膜，之后進(jìn)罐完成共膠接。或者反過(guò)來(lái)，長(zhǎng)桁先固化，再與蒙皮共膠接。

后膠接：分別固化蒙皮和長(zhǎng)桁；將長(zhǎng)桁進(jìn)行必要的加工；通過(guò)模具工裝將蒙皮與長(zhǎng)桁組裝，接觸面鋪膠膜，之后進(jìn)熱壓罐完成膠接。

在實(shí)際生產(chǎn)中，上述三種工藝可以混合使用。

例2：盒段整體工藝

對(duì)于飛機(jī)翼面，需要上、下蒙皮與骨架一體成型的整體盒段，按照用途，主要有三種工藝：

一是基于“π”形接頭的盒段結(jié)構(gòu)膠接成型工藝。主要用于飛機(jī)平尾、垂尾。

二是基于T 形接頭的骨架與上、下蒙皮共固化/膠接一體成型工藝，通常用于飛機(jī)平尾、垂尾部分，如目前波音787 的平尾即采用了這類成型工藝。

三是基于T 形接頭的骨架與下蒙皮一體共固化/膠接成型工藝，通常主要用于戰(zhàn)斗機(jī)的機(jī)翼主承力結(jié)構(gòu)。如歐洲EF2000 機(jī)翼、日本F2 機(jī)翼。

例3：筒體成型工藝

對(duì)于航空器的機(jī)體，其復(fù)材結(jié)構(gòu)方案有兩類，一類是將機(jī)身的每段筒體分為四塊壁板分別成型后，再用機(jī)械連接方式對(duì)接，空客A350XWB 即為這種工藝方案；另一類則是將機(jī)身每段筒體整體共固化工藝成型，其代表機(jī)型是波音787。 123456

壁板、盒段、筒形制件，涉及飛機(jī)翼面、機(jī)身的主要組成部分，近年來(lái)一直是國(guó)內(nèi)外復(fù)材應(yīng)用的核心領(lǐng)域。對(duì)此感興趣的朋友，請(qǐng)記住預(yù)浸料-熱壓罐這個(gè)晦澀拗口，但是意義重大的術(shù)語(yǔ)吧。

在預(yù)浸料——熱壓罐工藝中，預(yù)浸料的手工鋪疊是人工成本和人工時(shí)間消耗最大的一個(gè)環(huán)節(jié)，這種工藝的速度慢、質(zhì)量低、時(shí)間長(zhǎng)、人工成本高。因此，鋪疊自動(dòng)化，就成為這個(gè)工藝中最講究的部分。如果說(shuō)，預(yù)浸料-熱壓罐是航空復(fù)材生產(chǎn)工藝的皇冠，那么鋪疊環(huán)節(jié)的自動(dòng)化工藝，就是這個(gè)皇冠上最耀眼的那顆鉆石。

3、預(yù)浸料鋪疊自動(dòng)化技術(shù)

目前，業(yè)界對(duì)手工鋪疊改進(jìn)的方式主要有手工自動(dòng)鋪疊、自動(dòng)鋪絲、自動(dòng)鋪帶三種：

3.1手工鋪疊的自動(dòng)化/ 數(shù)字化技術(shù)

即采用預(yù)浸料自動(dòng)剪裁下料系統(tǒng)和鋪層激光投影定位系統(tǒng)等。采用專門的數(shù)控切割設(shè)備來(lái)進(jìn)行預(yù)浸料和輔助材料的平面切割，從而將依賴于樣板的制造過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)榭筛鶕?jù)復(fù)合材料設(shè)計(jì)軟件產(chǎn)生的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行全面運(yùn)作的制造過(guò)程，大大提高了手工鋪疊的工作效率和鋪疊質(zhì)量。

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3.2自動(dòng)鋪帶技術(shù)

分為平面式自動(dòng)鋪帶機(jī)（FTLM）和曲面自動(dòng)鋪帶機(jī)（CTLM）2種，主要用于鋪放小曲率的大型復(fù)合材料構(gòu)件，如翼面類構(gòu)件的蒙皮，可成型超大尺寸和形狀復(fù)雜的復(fù)合材料制件，且質(zhì)量穩(wěn)定，縮短了鋪層及裝配工時(shí)。與手工相比，先進(jìn)鋪帶技術(shù)可降低制造成本的30%~50％。

第一臺(tái)計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）自動(dòng)鋪帶機(jī)是在美國(guó)空軍材料實(shí)驗(yàn)計(jì)劃下由General Dynamics公司和Conrac公司合作開發(fā)的，于80年代正式用于航空復(fù)合材料構(gòu)件制造。90年代后，西歐開始研制生產(chǎn)自動(dòng)鋪帶機(jī)。制造自動(dòng)鋪帶機(jī)的技術(shù)主要被歐美掌控，如美國(guó)American GFM Corporation、Cincinnati Machine、CityMachine Tool&Die Company、ITW Workholding、Ingersoll和歐洲的M.TORRES（西班牙）、FOREST-LINE（法國(guó)）等。

3.3自動(dòng)鋪絲技術(shù)

自動(dòng)鋪絲，實(shí)際上是在自動(dòng)鋪絲+自動(dòng)纏繞技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，專為曲率較大的雙曲面蒙皮構(gòu)件的鋪疊而開發(fā)的技術(shù)，適用于大曲率機(jī)身和復(fù)雜曲面的成型，如軍用和民用飛機(jī)雙曲面翼身融合體、S形進(jìn)氣道。自動(dòng)鋪絲可以按構(gòu)件型面增減紗束根數(shù)，可根據(jù)構(gòu)件形狀自動(dòng)切紗適應(yīng)邊界，因此廢料率很低（3%～8%），可完成局部加厚、加筋、鋪層遞減、開口補(bǔ)強(qiáng)等操作，鋪放軌跡自由度更大，可變角度鋪放，能適應(yīng)大曲率復(fù)雜構(gòu)件成型。

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美國(guó)諾斯羅普•格魯門公司1995年購(gòu)進(jìn)第一臺(tái)自動(dòng)絲束鋪放機(jī)，將其用于F/A-18E/F的進(jìn)氣道、機(jī)身蒙皮、平尾蒙皮的制造。2010年將有40～50臺(tái)機(jī)器投入使用。目前自動(dòng)鋪絲技術(shù)的代表是美國(guó)辛辛那提機(jī)床公司Viper 纖維鋪放機(jī)系統(tǒng)，有Viper1200、Viper3000，Viper6000系列鋪絲機(jī)。

國(guó)內(nèi)情況：

手工鋪疊自動(dòng)化：目前我國(guó)在研和批量生產(chǎn)的航空用先進(jìn)復(fù)合材料構(gòu)件大部分仍在使用手工鋪疊，雖然也通過(guò)預(yù)浸料自動(dòng)下料機(jī)和激光投影儀，大幅度提高了復(fù)合材料構(gòu)件的鋪疊效率，但這兩種設(shè)備大多需要進(jìn)口，而且對(duì)于大型構(gòu)件，依然難以保證鋪疊質(zhì)量和速度。

國(guó)內(nèi)自動(dòng)鋪帶機(jī)：中國(guó)正在起步研究的階段。根據(jù)航空制造網(wǎng)的公開報(bào)道，北京航空制造工程研究所研制的6m×20m 大型自動(dòng)鋪帶機(jī)（如圖2），開始在新型飛機(jī)的復(fù)材構(gòu)件研制中得到實(shí)驗(yàn)性的應(yīng)用。但就整個(gè)行業(yè)來(lái)說(shuō)，遠(yuǎn)未達(dá)到規(guī)?；瘧?yīng)用的程度。 123456

國(guó)內(nèi)自動(dòng)鋪絲機(jī)：至于更上一層樓的自動(dòng)鋪絲機(jī)，尚未見到有國(guó)產(chǎn)化設(shè)備投入應(yīng)用的報(bào)道。


圖2：北航工程研究所研制的6m×20m 大型自動(dòng)鋪帶機(jī)

4、纖維纏繞設(shè)備

關(guān)于碳纖維復(fù)材的成型設(shè)備，還需要提一下數(shù)控纖維纏繞機(jī)。它主要用于強(qiáng)韌性碳纖維通過(guò)纏繞，成型為圓筒、圓錐、球、雙曲面回轉(zhuǎn)體、組合體回轉(zhuǎn)體等構(gòu)件，也可以進(jìn)行矩形截面、多項(xiàng)式等多維復(fù)雜曲面和組合體形狀結(jié)構(gòu)件纏繞，如火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、各種彈體、衛(wèi)星結(jié)構(gòu)件、水處理設(shè)備、天然氣儲(chǔ)罐、醫(yī)療防火用壓力容器等等。也是國(guó)外一直對(duì)華禁運(yùn)的東東。

根據(jù)《機(jī)床工具報(bào)》報(bào)道，2007年11月，國(guó)產(chǎn)大型數(shù)控纖維纏繞機(jī)在齊齊哈爾第二機(jī)床廠問世，其SKCR165/1200型數(shù)控纖維纏繞機(jī)，為五坐標(biāo)控制、四坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，是樹脂基復(fù)合材料纏繞成型構(gòu)件的大型數(shù)控專機(jī)。該機(jī)包括五坐標(biāo)控制四坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的纏繞軌跡控制系統(tǒng)、張力自動(dòng)控制系統(tǒng)、溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)和質(zhì)量保證系統(tǒng)，為中國(guó)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)CFRP殼體的制造奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。


表3：自動(dòng)化鋪疊和纏繞設(shè)備表

最后，中國(guó)商務(wù)部網(wǎng)站2012年發(fā)布消息，隸屬於中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司的西安飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，收購(gòu)了奧地利最大的波音飛機(jī)配件公司FACC 91.25%的股份。FACC的主要產(chǎn)品，包括復(fù)合材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)件、復(fù)合材料發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)件、飛機(jī)復(fù)合材料內(nèi)飾。希望他山之石，可以攻玉，為提高國(guó)內(nèi)航空復(fù)材的生產(chǎn)工藝水平，再添一把力。


圖3 FACC公司生產(chǎn)航空復(fù)合材料

小評(píng)：

無(wú)論碳纖維還是碳纖維復(fù)材的生產(chǎn)，都有一個(gè)重要特征，就是生產(chǎn)的連續(xù)化程度非常高，工藝開端是原料，工藝末端是成品，中間幾乎沒有半成品的概念。這種高度集成的連續(xù)化生產(chǎn)，帶來(lái)了正反兩方面的影響：

反面：在金屬加工行業(yè)，工藝落后往往意味著性能降低，但很多時(shí)候也能通過(guò)鈑金加工、鉚接、配重、甚至手工打磨修挫做出來(lái)。而做出來(lái)了，也就能湊合使。但碳纖維領(lǐng)域，工藝落后往往更意味著廢品，不僅是性能壽命下降的問題，而是根本就無(wú)法使用。因此，碳纖維復(fù)材的生產(chǎn)，是“行百里者半九十”的概念——只是在實(shí)驗(yàn)室做出復(fù)材樣品，只和完成了一個(gè)概念設(shè)計(jì)差不多，后面的工藝關(guān)，那才是重頭戲。設(shè)計(jì)定型和生產(chǎn)定型因此緊密耦合——幾公斤樣品，距離用成熟工藝批量生產(chǎn)復(fù)材，可差了十萬(wàn)八千里啊。出于同樣的原因，復(fù)材制件的日常維護(hù)、測(cè)試、修復(fù)的經(jīng)驗(yàn)、流程與方法，與金屬構(gòu)件相比，也會(huì)發(fā)生顛覆性改變。

正面：在金屬加工行業(yè)，工藝創(chuàng)新往往帶來(lái)性能提高；而在碳纖維領(lǐng)域，工藝創(chuàng)新除了提高性能，往往更能夠直接帶來(lái)產(chǎn)品創(chuàng)新。一種新工藝，甚至可以帶來(lái)CFRP的一個(gè)變種產(chǎn)品分類。比如，增強(qiáng)熱縮性塑料工藝，形成CFRTP；增強(qiáng)C工藝形成CFRC（也稱C/C,就是碳/碳復(fù)合材料），增強(qiáng)金屬工藝形成CFRM，增強(qiáng)橡膠工藝形成CFRR,等等。又如，整體成型工藝，形成了前所未有的超大壁板和整體段件航空制件。倒過(guò)來(lái)說(shuō)，沒有對(duì)復(fù)材工藝的理解和創(chuàng)新，就沒有對(duì)復(fù)材產(chǎn)品的理解和創(chuàng)新。 copyright 123456

目前，CF的先進(jìn)工藝，主要把持在日本手里；CFRP的先進(jìn)工藝，主要掌握在美國(guó)人手里。而且其更新和推廣的速度之快，令人驚心。而國(guó)內(nèi)在這個(gè)領(lǐng)域，如上文所述，依然存在著大片的空白。這些空白直接導(dǎo)致先進(jìn)復(fù)材產(chǎn)品系列的缺失。比如在美國(guó)航天航空領(lǐng)域開始規(guī)?；捎玫慕饘倩吞沾苫祭w維復(fù)合材料，甚至沒有進(jìn)入2010版的《中國(guó)航空材料手冊(cè)》。換句話說(shuō)，如果我們不在工藝基礎(chǔ)上下功夫，指望著山寨外援、避重就輕、零敲碎打、投機(jī)取巧，是無(wú)法在航空航天復(fù)材上獲得全面突破的。

金屬工藝與復(fù)材工藝，完全是兩個(gè)世界。國(guó)內(nèi)航空業(yè)能在金屬工藝領(lǐng)域駕輕就熟的同時(shí)，在復(fù)材工藝相對(duì)陌生的廣大空間轉(zhuǎn)換思路、刻苦耕耘、大膽求新，無(wú)疑是一個(gè)很大的考驗(yàn)。