可以這樣形容，對于仍處于“成長(cháng)期”的我國高性能纖維及其復合材料行業(yè)來(lái)說(shuō)，在“十三五”期間要想獲得突破性發(fā)展，縮短“與發(fā)達國家之間仍存在的15年左右的差距（中國化學(xué)纖維工業(yè)協(xié)會(huì )會(huì )長(cháng)端小平語(yǔ)）”，就必須打勝“陸地戰役”和“空中戰役”這兩場(chǎng)“硬仗”。

所謂“陸地戰役”，是指在高鐵、汽車(chē)等交通領(lǐng)域的輕量化技術(shù)和應用必須突破；所謂“空中戰役”，是指在大飛機等領(lǐng)域的輕量化技術(shù)和應用必須突破。

眾所周知，高性能纖維是航空、航天、國防建設、經(jīng)濟建設、科技進(jìn)步等領(lǐng)域不可或缺的重要戰略物資，也是低碳經(jīng)濟和先進(jìn)制造業(yè)中輕量化的核心技術(shù)之一。

中國工程院院士蔣士成指出：“建立中國自己的高性能纖維與復合材料產(chǎn)業(yè)，對國家安全和社會(huì )發(fā)展具有重要意義。目前，我國碳纖維、芳綸等高性能纖維已經(jīng)走過(guò)了‘從無(wú)到有’的發(fā)展階段，但是，產(chǎn)品的應用開(kāi)發(fā)研究滯后于產(chǎn)能的發(fā)展，這已經(jīng)成為制約高性能纖維與復合材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。”

因此，在查找我國高性能纖維及其復合材料在下游領(lǐng)域應用方面與發(fā)達國家存在差距的基礎上，如何結合我國新能源汽車(chē)、高鐵等行業(yè)快速發(fā)展的實(shí)際狀況，尋找到下一步發(fā)展的突破口和著(zhù)力點(diǎn)至關(guān)重要。

“汽車(chē)戰”：

配合新能源汽車(chē)技術(shù)開(kāi)發(fā)成突破口

高性能纖維具有眾多的應用領(lǐng)域和市場(chǎng)，汽車(chē)輕量化是其潛在的最大應用領(lǐng)域，也是碳纖維市場(chǎng)的主要推動(dòng)力。汽車(chē)輕量化碳纖維復合材料應用技術(shù)將可能成為汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)，成為汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的核心競爭力之一。

相關(guān)實(shí)驗證明，如果汽車(chē)整車(chē)重量降低10%，燃油效率可提高6%~8%；若汽車(chē)整備質(zhì)量每減少100千克，百公里油耗可降低0.3升~0.6升，汽車(chē)重量降低1%，油耗可降低0.7%。

由于環(huán)保和節能的需要，汽車(chē)輕量化已經(jīng)成為世界汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的潮流。而且，在輕量化的同時(shí)，復合材料的運用也可提升汽車(chē)外觀(guān)和內飾設計的時(shí)尚度。

對此，蔣士成指出，我國是汽車(chē)生產(chǎn)大國，如果能加大研發(fā)投入，突破掌握碳纖維在汽車(chē)輕量化方面的關(guān)鍵應用技術(shù)，對我國汽車(chē)產(chǎn)業(yè)提高核心競爭力和建立具有中國特色的高性能纖維與復合材料產(chǎn)業(yè)具有重要意義。

而談汽車(chē)的輕量化，必須談一個(gè)標志性事件。德國寶馬公司于2014年實(shí)現了全碳纖維汽車(chē)的批量生產(chǎn)，而且價(jià)格與金屬材料的汽車(chē)相當。BMWi3采用全碳纖維車(chē)身，車(chē)身由30多個(gè)零部件膠結而成，便于維修--整個(gè)模塊由標準件替換。

東華大學(xué)纖維材料改性國家重點(diǎn)實(shí)驗室副主任余木火指出：“輕量化是低碳經(jīng)濟和先進(jìn)制造業(yè)的核心技術(shù)之一，是國家競爭力的核心技術(shù)之一。BMWi3碳纖維電動(dòng)車(chē)的成功商業(yè)化表明，技術(shù)進(jìn)步和用量的擴大，碳纖維復合材料的成本可以大幅度下降，復合材料可以部分代替鋼，將極大提高制造業(yè)的水平和競爭力，甚至有可能顛覆汽車(chē)生產(chǎn)核心技術(shù)。”

數據顯示，當前全球汽車(chē)產(chǎn)量6400萬(wàn)輛，碳纖維龍頭企業(yè)日本東麗公司預測，將用碳纖維65萬(wàn)噸。而到2020年，碳纖維在汽車(chē)上的需求將由2013年的2600噸猛增到23000噸，將與航空航天應用持平。這充分表明了碳纖維產(chǎn)業(yè)在汽車(chē)輕量化方面將大有可為。

目前，我國也有一些企業(yè)開(kāi)始探索碳纖維及其復合材料在汽車(chē)方面的應用。澳新汽車(chē)史j踐總經(jīng)理介紹，該公司研發(fā)了多款碳纖維電動(dòng)車(chē)車(chē)身，正在建立2萬(wàn)輛生產(chǎn)線(xiàn)。長(cháng)城華冠汽車(chē)公司研發(fā)成功了K50碳纖維超級跑車(chē)。威海光威復合材料股份有限公司董事長(cháng)李書(shū)鄉介紹，近幾年公司與哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）進(jìn)行校企合作，摸索碳纖維無(wú)模塊成型技術(shù)（板條法）在大學(xué)生方程式賽車(chē)方面的應用。但整體看，在這方面仍剛剛起步。

廣州汽車(chē)集團乘用車(chē)有限公司專(zhuān)家委員會(huì )主任陳建偉指出，高性能纖維及其復合材料在汽車(chē)上的應用推廣，可以分為3個(gè)階段：第一階段是解決“用不用”的問(wèn)題，第二階段是解決“如何用”的問(wèn)題，第三階段是解決“值得用”的問(wèn)題。國際上目前仍處于第二階段的中后期，部分先行企業(yè)剛步入第三階段，而我國目前正處于第一階段末期和第二階段初期。

陳建偉認為，我國要實(shí)現高性能纖維及其復合材料在汽車(chē)上的應用并形成社會(huì )效益，還存在“基礎技術(shù)應用”和“經(jīng)濟型”兩大瓶頸。他建議，分兩步進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)：

第一步，是以配合新能源汽車(chē)技術(shù)開(kāi)發(fā)為突破口，以汽車(chē)主要總成（承載式車(chē)身、非承載式車(chē)身、底盤(pán)副車(chē)架等）為紐帶，建設全產(chǎn)業(yè)鏈（包括典型件的設計、制造、試驗、回收的技術(shù)和手段）的國家示范工程，形成開(kāi)放的、可以進(jìn)行復制推廣的應用技術(shù)基礎。

第二步，發(fā)揮示范工程的示范作用，向全產(chǎn)業(yè)鏈普及推廣高性能纖維及其復合材料汽車(chē)新技術(shù)應用，吸引、鼓勵社會(huì )資本、企業(yè)、機構參與新技術(shù)應用、二次開(kāi)發(fā)和再創(chuàng )新，從而開(kāi)發(fā)出更多和更經(jīng)濟的典型應用，應用成本預期可出現大幅下降，從而進(jìn)一步推動(dòng)新技術(shù)的應用普及，達到運用市場(chǎng)的力量，形成良性循環(huán)。

陳建偉還指出，以目前國內該產(chǎn)業(yè)鏈的資金能力，難以支撐第一步技術(shù)開(kāi)發(fā)的資金需求，因此，“建議國家從全產(chǎn)業(yè)鏈的戰略角度考慮，對國家示范工程項目給予資金扶持，用5年左右的時(shí)間，形成開(kāi)放的全行業(yè)共享的共性技術(shù)。而且，在第二步的開(kāi)始階段，國家應提供適度的扶持資金，激發(fā)行業(yè)對這一新應用技術(shù)進(jìn)行推廣普及，起到‘催化劑’作用。

而為推進(jìn)該項工作，中國工程院已專(zhuān)門(mén)成立了2015年度咨詢(xún)研究項目“高性能纖維與汽車(chē)輕量化技術(shù)創(chuàng )新發(fā)展戰略研究”項目，項目于今年3月20日在東華大學(xué)召開(kāi)了啟動(dòng)會(huì )。據項目秘書(shū)長(cháng)余木火介紹，該項目將通過(guò)考察調研、研討會(huì )等形式對國內外高性能纖維與復合材料的現狀和發(fā)展趨勢進(jìn)行研究，形成給政府的咨詢(xún)建議報告。本次論壇也成為該項目的一個(gè)主要交流平臺。

軌道交通：

抓住動(dòng)車(chē)、高鐵大發(fā)展機遇

高鐵和城市軌道交通、海上交通運輸裝備也迫切需要高性能纖維與復合材料。而碳纖維復合材料、對位芳綸復合材料是高鐵輕量化的關(guān)鍵材料，廣泛用在車(chē)廂及其內飾、車(chē)門(mén)等部件。

據煙臺泰和新材料股份有限公司副總經(jīng)理馬千里介紹，意大利ETR500高速機車(chē)頭部前突部分采用芳綸復合材料，我國長(cháng)春客車(chē)CRH5也全部采用環(huán)保、輕量化的芳綸紙蜂窩芯材作內裝材料。

據測算，以CRH5型高速列車(chē)推算，采用芳綸蜂窩的一節車(chē)要比采用鋁蜂窩的節約1775公斤，八節編組共計減重14200公斤。按照時(shí)速200公里、每牽引一噸重量大約需要消耗12千瓦電力計算，一組列車(chē)將降耗170千瓦。按照時(shí)速300公里、每牽引一噸重量大約需要消耗16千瓦~17千瓦電力計算，一組列車(chē)將降耗227千瓦~241千瓦。而且，這種減重也減少了對輪軌的摩擦和壓力，減少了維護工作。

此外，芳綸復合材料也是制造防彈車(chē)的關(guān)鍵材料，如奔馳S600防彈車(chē)、寶馬X5防彈車(chē)便應用了高強度的芳綸復合材料襯層保護車(chē)輛底部安全性，汽車(chē)地板也用芳綸裝甲。

目前，全球范圍內芳綸蜂窩板已應用在包括高速列車(chē)、雙層列車(chē)、地鐵、輕軌和城市軌道列車(chē)等5000多樑列車(chē)上。國際知名的客車(chē)制造商如ALSTOM 、breda和中國長(cháng)春客車(chē)制造廠(chǎng)都普遍采用芳綸蜂窩板作為列車(chē)的天棚、窗框、行李架、隔板、地板和櫥柜燈內飾部件。“簡(jiǎn)單地說(shuō)，在國內北方地區，當你坐上CRH5的時(shí)候，車(chē)上能看到的所有內部東西都是使用芳綸蜂窩夾層制造的。”衛平這樣說(shuō)道。

上海特一新材料公司技術(shù)經(jīng)理衛平表示，軌道交通行業(yè)目前蒸蒸日上，節能、輕量化的理念已經(jīng)深入人心，新興的動(dòng)車(chē)、高鐵、城軌等列車(chē)都將全面使用“質(zhì)輕高強”的芳綸蜂窩夾層材料，國內高性能纖維企業(yè)應緊緊抓住這一機遇，盡快提高產(chǎn)品的質(zhì)量和穩定性，降低材料成本，擴大在軌道交通領(lǐng)域的市場(chǎng)空間。

“空中戰”：

借適航認證提升質(zhì)量

事實(shí)上，輕質(zhì)高強的復合材料一直是航空航天領(lǐng)域的核心技術(shù)之一，商用飛機的輕量化目前在國際已經(jīng)比較成熟，其發(fā)展步伐遠快于汽車(chē)的輕量化。

上世紀70年代伊朗出現了石油危機，降低油耗成為航空公司對飛機制造商提出的迫切需求，而飛機結構輕量化是降低油耗的首選。以此為推動(dòng)，飛機生產(chǎn)廠(chǎng)商，特別是波音和空客之間的競爭加快了飛機輕量化技術(shù)的升級換代。歷經(jīng)40年，國際市場(chǎng)從技術(shù)上解決了復合材料結構技術(shù)的工程化應用難題。

據介紹，大型客機起飛重量重機體的結構質(zhì)量約為30%，結構質(zhì)量的輕量化直接影響燃料的減少，也影響發(fā)動(dòng)機和機翼、著(zhù)陸架的小型化。所以，降低一公斤結構重量，起飛質(zhì)量可減少2公斤~5公斤。

而這種減重，就需要依靠復合材料。復合材料具有高比強度、高比模量的力學(xué)性能，同時(shí)，具有耐沖性好、比防護性能高、可設計性強等優(yōu)異的綜合性能，在飛機上大量應用。除了碳纖維復合材料，芳綸復合材料也是大型客機重要材料。如中國商飛C919大飛機上，芳綸紙蜂窩應用于襟翼、副翼，擾流板、小翼，機翼、平尾、垂尾前、后緣，整流罩面板，升降舵、方向舵等艙內壁板材料，有效減重。據測算，碳纖維/環(huán)氧/NOMEX蜂窩芯復合材料用于機身尾部整流罩，減重約27%，用于副翼，減重約19%，用于阻流片，減重約25%。

典型的案例是，空客A310使用了2000公斤的復合材料結構，使飛機減輕了391公斤。若以短距離運行情況看，每年以飛行3000小時(shí)計算，20年時(shí)間節約燃料600噸以上。而波音和空客客機約25%的外部材料和95%的內飾都采用更輕的芳綸蜂窩復合材料。

有機構預測，2012年~2020年，碳纖維在航空航天和國防領(lǐng)域的需求將由8000噸增至23000噸。

從國外發(fā)展的模式看，波音與全球高性能碳纖維領(lǐng)軍企業(yè)日本東麗達成了戰略聯(lián)盟，空客與另一家領(lǐng)軍企業(yè)美國赫氏達成了戰略聯(lián)盟，通過(guò)這種高性能碳纖維生產(chǎn)企業(yè)與下游應用企業(yè)的合作開(kāi)發(fā)，以及兩家下游企業(yè)之間的激烈競爭帶動(dòng)，加快了輕量化技術(shù)的突破和應用。

上海飛機制造有限公司副總工程師劉衛平指出，輕量化在我國飛機制造行業(yè)也已經(jīng)大量運用，但是，所運用的高性能纖維及其復合材料基本都還依賴(lài)進(jìn)口，國產(chǎn)的材料質(zhì)量不穩定，

不過(guò)，也有一些國內企業(yè)努力開(kāi)拓市場(chǎng)。上海特一新材料公司技術(shù)經(jīng)理衛平介紹，特一的芳綸紙蜂窩已成功用于空客A350上，于7月通過(guò)了中國商飛C919大飛機適航認證，將成為中國商飛首家非金屬材料合格供應商。“芳綸蜂窩材料已經(jīng)在飛機行業(yè)成熟運用了30多年，逐步大量運用芳綸蜂窩材料及相關(guān)復合材料對于飛機行業(yè)的發(fā)展起到了非常重要的作用。“

對于我國在這方面接下來(lái)的發(fā)展思路，蔣士成指出，目前我國的大飛機項目迫切需要高性能纖維及其復合材料的技術(shù)。通過(guò)大型飛機對高端復合材料的需求，可以借助適航論證體系，建立我國高性能纖維及其復合材料的質(zhì)量控制和評價(jià)體系，提高我國高性能纖維的質(zhì)量。記者 同黎娜

來(lái)源： 紡織中國在線(xiàn)

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