碳材料一碳纖維

關鍵詞 | 碳纖復材國產化   關鍵因素

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會議現場

通過一代碳纖維人的不懈努力，我國碳纖維行業不斷壯大，技術水平突飛猛進，但在產量與質量上與世界強國仍有差距，碳纖維復合材料應用也尚有許多問題待解決。怎樣推動碳纖維復合材料在航空、汽車、風電等領域更好更多地應用？12月20日在浙江嘉興召開的2020（第九屆）全國碳纖維產業發展大會上，材料界大咖們各抒己見。

下游應用：風電迎機遇，航空存短板

中國化工信息中心主任 揭玉斌

中國化工信息中心主任揭玉斌在致辭中表示，風電和航空航天對碳纖維復合材料的需求分別占總需求量的25%和23%，是其排名前位的應用領域。而我國碳纖維需求近兩年來的超高增長也得益于風電葉片市場的快速成長，2019年我國碳纖維的總需求量為3.78萬噸，其中風電消耗1.38萬噸，較上一年大幅增長72.5%。

值得一提的是，2019年我國國產碳纖維用于風電的大約有1000噸，而2018年全部依賴進口獲得。碳纖維在風電葉片領域應用的日趨成熟為國內碳纖維企業帶來了難得的發展機遇。而航空航天領域國產碳纖維的應用，當前仍然是我國的短板，2019年，我國碳纖維復合材料在航空航天領域的用量僅為2154噸，僅占國內總用量的4%，與國際平均水平還有很大的一段距離。

中國科學院院士、北京航空材料研究員曹春曉介紹了航空發動機材料的發展趨勢

中國工程院院士、中國商用飛機公司原副總經理 吳光輝

中國工程院院士、中國商用飛機公司原副總經理吳光輝指出，從飛機的角度看，包括碳纖維復材在內的復合材料要實現量體裁衣，還有一段路要走。一代材料支撐一代飛機，同時，一代飛機也牽引著材料向前走，兩者相輔相成。真正的碳纖維復材實現減重，僅從力學角度來講可以到30%，但如果加上飛機材料的其他要求，比如防雷電等，減重效果就大打折扣了。衡量一架飛機的先進性，不是看用了多少復材，選材要對成本、重量和可行性綜合考慮，做到“因材施用”。

亞太材料科學院院士、國際先進材料與工藝技術學會（SAMPE）全球倫值主席、寧波諾丁漢大學教授 益小蘇

亞太材料科學院院士、國際先進材料與工藝技術學會（SAMPE）全球倫值主席、寧波諾丁漢大學教授益小蘇介紹了航空復合材料技術的挑戰與創新。益小蘇認為，復合材料的使用要關注性能，關注成本。復合材料制造中的鋪層、裝配和緊固件成本幾乎占一半的成本，材料本身成本占比僅有10%左右，因此整體化技術必然是低成本技術的主流。未來航空復合材料的發展趨勢主要有：

交通運輸領域是國產化的關鍵

俄羅斯工程院外籍院士，浙江清華長三角軍民協同創新研究院院長 榮毅超

俄羅斯工程院外籍院士，浙江清華長三角軍民協同創新研究院院長榮毅超指出，航空航天用量小，新材料要用于國民經濟主戰場才能規模化推廣。交通運載工具輕量化是節能減排的重要手段，汽車每減重10%，節油6%；大力發展汽車輕量化技術，是保障國家能源戰略安全、減輕環境壓力、實現新能源汽車產業高質量發展的關鍵技術。

每年10萬輛的訂單為新材料應用提供巨大的市場空間。真正國產碳纖維的產業化，必須得在交通運輸領域推廣，難題是降成本。這包括材料低成本（碳纖維低成本以及碳纖/玻纖混編）、設計低成本（計算機優化設計、虛擬設計制造、多部件一體化設計）和工藝低成本（改型RTM工藝、常溫快速固化工藝）

航空應用未來關注四大方向

中航復合材料有限責任公司副總經理 李宏運

中航復合材料有限責任公司副總經理李宏運指出，先進樹脂基復合材料在航空裝備中得到廣泛應用，成為衡量航空裝備先進性的重要標志。經過長期的技術積累，國內航空復合材料進入擴大應用階段，殲擊機復合材料用量達到了30%左右。持續大規模應用研究和集成綜合驗證，是推動碳纖維復合材料規模化應用的必經之路。

李宏運提出了后T800級航空結構復合材料的問題與挑戰：

中國商用飛機公司專家、復合材料工藝總師、上海飛機制造有限公司副總工程師劉衛平介紹了民用飛機復合材料應用現狀及發展趨勢

廈門金龍聯合汽車工業有限公司工程研究院院長蘇亮介紹了復合材料在新能源大客車中的應用研究

讓碳纖維復合材料用得起

當前，國內碳纖維產業發展迅速，濕噴濕紡T300級、T700級、T800級，干噴濕紡T700級與T800級已基本實現產業化大規模生產，T1000級、M40J級已研發成功，開始批量化生產，大絲束碳纖維已研發成功。但國產碳纖維材料在應用方面仍有較大提升空間。

江蘇恒神股份有限公司材料開發部負責人 郭聰聰

江蘇恒神股份有限公司材料開發部負責人郭聰聰認為，在復合材料快速發展之際，發展低成本化技術至關重要，可能會直接影響復合材料是否能夠在更廣泛的領域應用。

長三角先進材料研究院碳纖維復合材料事業部首席專家 沈真

長三角先進材料研究院碳纖維復合材料事業部首席專家沈真表示，降低成本是先進復合材料擴大應用的驅動力。

1996年由美國先進民用飛機新材料專業委員會編制的《下一代民用運輸機用的新材料》中指出：“雖然復合材料的市場銷量增長緩慢往往歸因為原材料的高成本，但材料成本實際上僅占復合材料構件總成本的8%~10%。事實上工藝制造成本是總成本中高的單項成本。過去性能因素推動著復合材料在航空航天中的應用研究，但近年來成本則起到了更大的作用。這樣，開發下一代民用運輸機工藝的一個基本準則是低成本制造的可能性。”

風電葉片制造成本中，主材成本占72%。可以通過以下途徑降低碳纖維復合材料的成本：

沈真表示，除航空航天行業外，多數碳纖維復合材料制造廠商產品屬于來料加工，設計與制造工藝多數來源于國外，缺少復合材料結構設計與制造工藝獨立自主開發團隊。

無論是高端用戶的等同替換或是可產業化新產品的開發，都需要一支緊密配合經驗豐富的復合材料結構設計與制造技術團隊。

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