国内碳纤维技术现状

我国嫦娥二号的成功升空，历经多重风险。然而，鲜为人知的是，由于使用了高性能的碳纤维复合材料，嫦娥二号的“体重”瘦下去300克，为奔月奠定了更好的条件。 可以说，这其中凝结了许多复合材料专家学者的智慧和汗水，也展示了我国复合材料工业在航空领域的不断进步。“卫星的减重以克计算，如果卫星自重可以减轻一些，那么卫星可能多带一个相机或望远镜，也可以多完成一些使命。”国内某复合材料研究院高级工程师匡总介绍说。

资料显示，碳纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热等特性，属典型的高新技术产品。由碳纤维和树脂结合而成的复合材料，由于其比重小、韧性好和强度高而成为一种先进的航空航天材料。航天飞行器的重量每减少1公斤，就可使运载火箭减轻500公斤。因此，在航空航天工业中普遍采用先进的碳纤维复合材料。 

据介绍，嫦娥二号定向天线的重要支撑部分——定向天线展开臂，便是由国内某知名复合材料研究院研发的，由碳纤维复合材料制成，总重量仅500余克，较使用铝合金材质减轻近300克，但承重能力毫不逊色于铝合金材料构件。事实上，除了在航天领域，在民用和军用航空领域，我国碳纤维复合材料工业企业立足于从原料、技术、设备的全面国产化，大大提高了我国碳纤维领域的自主创新和技术集成能力。目前，国产碳纤维复合材料已推广至飞机机头罩、方向舵等数个大部件。尽管近年来国产碳纤维复合材料取得了长足的进步，可是在业内人士看来，要想追赶世界先进水平，仍需付出努力。“国内亟待加快开发碳纤维复合材料应用设计和技术解决方案，让高端碳纤维上规模、提性能、降成本。”中国工程院院士杜善义在2010材料科学与防腐蚀技术国际论坛上呼吁。 现任中国复合材料学会理事长、中国商用飞机有限公司专家咨询组成员的杜善义建议，集中科技优势力量组织攻关T800级碳纤，合理部署高端碳纤原材料的国内布点，防止低水平碳纤厂一哄而上；鼓励复合材料设计创新，做到合理高效设计；在部件制造方面，适当购买国外先进设备，攻克关键设备国产化，与下游单位合作，积极开发新工艺、新应用。 

一位业内专家告诉记者，目前，全世界碳纤维生产厂家中日本的东丽、东邦和三菱3家公司，代表着目前世界上最先进水平。我国碳纤维的质量、技术和生产规模与国外差距很大，其中高性能碳纤维技术更是被西方国家垄断和封锁。我国虽然经过多年研究和试生产，但至今尚未掌握高性能碳纤维的核心技术。从技术研发到产业化难度更大，因此碳纤维要真正实现国产化需要一个漫长的过程。中国新型战机陷瓶颈：碳纤维技术目前太落后。四代机的发展尤其需要碳纤维技术。 

杜善义分析说，我国复合材料在航空领域的应用已有一定基础，拥有原材料的优势。在树脂基复合材料的两大原材料树脂和纤维中，树脂方面我国与国外差距不大，而碳纤维研发尚存4大难题。第一，高端碳纤维产业落后。国产碳纤维目前规模虽达万吨级，产量也有数千吨，但只能用在飞机非承力件和次承力件上，而飞机最关键的承力件所需T800级碳纤还停留在实验室数十千克的水平，大飞机应用尚需依靠进口。国内碳纤维应用技术和解决方案与国外相比差距较大，比如碳纤维设计载荷的合理取法落后，不能体现碳纤维特性。第二，碳纤维复合材料部件的一体化成型技术相对落后，难以制造大尺寸部件。第三，我国自动化工艺如自动铺丝技术等更为落后。第四，国产高性能碳纤维因设备靠进口、生产效率低而价格太高。他强调，国内化工企业要以配套大飞机为突破口，合力解决这4大问题。 

杜善义告诉记者：“大型飞机突出强调安全性、经济性、舒适性和环保性，这决定了对复合材料需求的迫切性和必然性。复合材料技术已跃升为大飞机项目3大关键技术之一。”杜善义认为，复合材料的意义不仅体现在大飞机项目，而是通过复合材料在航空领域的应用，推动其在汽车等其他领域应用水平的全面提高。