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　近日，空军之翼网站转载了拙文《碳纤维复合材料在航空航天领域的应用浅析》系列文章（以下简称“《原文》”）。兵器迷既为更多网友能够了解这些材料科技信息而高兴，同时也产生了一个顾虑。

　　这位说了，兵器迷多虑了吧，文章有人转载也有问题吗？

　　是这样，此文初次发帖于2013年4月，时间过去两年多了，这个行业又发生了一些新的变化，与原文描述已经有所差异，有些朋友已经要求对这些信息做更多解读。而且，上一次因为篇幅有限，有些技术只是蜻蜓点水，未能详述。因此，续篇将这些补充信息整理后分享出来，供大家参考。这个行业技术发展很快，咱们怎么也要有点与时俱进不是？

　　当然，材料科学信息，逃不了技术名词堆砌，读者（包括咱自己）很容易消化不良。要不是《原文》的读者比较多，而且私下咨询的朋友也不断，还真拿不准是不是该写续篇，呵呵。

　　不闲扯了——开聊。

第一部分

一 中国碳纤维原丝生产的进展

《原文》：中国T300级材料已经相对成熟，而T700以上级别的复材仍在研发和小规模试生产中。

进展：

1 T700：

　　近5年来，中国T700级军用碳纤维材料生产技术逐渐成熟。网载，中复神鹰公司投产的T700生产线是目前世界上第三个采用干喷湿纺工艺体系的商业化生产线，2014年获得中国建筑材料集团有限公司科学技术奖进步类一等奖，具有重要的战略意义。国产T700已经成功应用于风力叶片、电缆复合芯、压力容器和交通运输等新兴工业领域，并初步用于某航空机型和某航天设备。

2 T800：

　　从多个渠道获得的信息都表明，继2012年25吨级T800生产线竣工投运后，中国首条千吨级T800生产线于2014年3月在江苏镇江新区奠基。江苏航科投资6亿元，预计2016年投入生产。截至2014年底，航科先后申请国家发明和实用新型专利80余个，制定碳纤维生产流程测试规范42项，环保节能措施使产品成本降低30%，产品性能离散型低于5%。江苏航科T800级材料已具备系列化高性能碳纤维制备技术和低成本化能力，碳纤维生产原材料和主要设备几乎100%来自国内。

3 T1000和更高：

　　江苏航科预计在2020年，将建成千吨级T1000碳纤维生产线和百吨级MJ系列高强度高模量碳纤维生产线。并开展T1200和M70J等更高性能纤维以及专用复合材料的研制及产业化工作。

点评：

　　先说上文中谈到的T700。

　　其实就是国内中复神鹰的产品代号SYT45，是按照国标GQ45生产的聚丙烯腈基碳纤维PAN。公开材料上说，SYT45抗拉强度达到4.5GPa以上，模量达240GPa。与日本东丽的产品相比（抗拉强度4.9GPa）有10%左右的差距。2014年中复神鹰已经有了SYT49/SYT50，抗拉强度分别达到4.9GPa/5.0GPa。算是能和东丽一拼，但时间上的差距可就大了。






图1 中复神鹰T300级SYT-45 PAN原丝

　　与成品相比，其实更值得我们关注的是报道中“干喷湿纺“这四个字。因为过去国内碳纤维生产常用的是湿法纺丝。而干喷湿纺（又称干湿法纺丝），意思是，纺丝液经过喷丝孔喷出后，先经过一段空气层，专业术语叫”干段”（所以这种方法才叫“干喷”），再进入凝固浴进行扩散、相分离和形成丝条的纺丝方法。

　　与湿法纺丝相比，干湿法纺丝的优点在于：

　　1 可以进行高倍的喷丝头拉伸，因此纺丝速度高；

　　2 可在空气层中形成一层致密的薄层，阻止碳纤维大孔洞的形成。这样得到的纤维，结构均匀，皮芯层差异小，强度和弹性好，截面结构近似圆形，纤维表面光滑。纺出的纤维致密性好，体密度较高，纤维内部缺陷少。

　　因此，干喷湿纺是高性能PAN碳纤维原丝生产的国际先进技术。该技术此前一直被日方东丽和东邦垄断。国内一直到2013年11月才初步试运行成功，所以报道中说是世界“第三家”。

　　中复神鹰的这套湿纺法系统，包括适用于干喷湿纺的均质化聚合系统、低扰度空气层纤维成型系统以及高速高倍蒸汽牵伸系统。项目自主开发设计了快速换热的全混式60立方米聚合釜、干喷湿纺纤维成型装备、蒸汽牵伸装备、全套碳化关键装备以及高效溶剂回收和废气处理系统。全系统2008年开始研发，2012年投入试生产，2013年11月通过国家级鉴定。后面就要看产品质量稳定度和工程应用的情况了，咱们拭目以待。

　　再说T800。

　　中国技术主导的T800生产线终于开工了。不过需要指出，这个项目已经拖延数次，后来计划2015年投产，现在看来也有一定困难。难是正常的，有实质性进展就好。需要再次强调，2012年航科的25吨级的实验室小规模生产不代表完全掌握碳纤维核心技术，大规模生产的原料、辅料、工艺、设备都能国产化，且质量稳定可靠，成本市场接受，才是T800真正的成功标志。

　　最后说一下T1000和MJ系列更高级别的产品。

　　中国在高性能PAN碳纤维原丝上，目前仍然处于“跟踪研发”的状态。从航科这些年的迭代研发步骤看：2012年出25吨T800，2016年（预计）出1000吨级T800，2020年千吨级T1000的目标能否实现，要看2017年前后是否能出25-100吨级的T1000小规模生产线。基本技术和产品性能确定了，后面的目标就会更加明确。个人以为，最晚到2018年如果都达不到预生产目标，2020年T1000大规模投产就不靠谱了。

　　从总体形势看，手拿把掐的倒是T800。再有三五年，T800满大街都是的局面估计是跑不了的。但从外界的横向对比情况看，形势依然不容乐观。

　　首先，日本东丽在T1100碳纤维生产上已经获得进展：东丽利用碳化技术，在纳米尺度上精确控制纤维结构，与其现有的应用于航空航天中的碳纤维产品如TORAYCA T1000G 和T800S相比，新型的TORAYCA T1100G性能得到了显著提高。利用纳米技术，东丽还开发出基体树脂技术，该技术可以提高预浸料的抗拉强度和抗冲击性。这项技术将被纳入TORAYCA T1100G碳纤维中。

　　看到没？在我们T800接近成熟的时刻，对方T1100G也正在逐步成熟，这中间可差着2代啊。

　　再有，就是MJ碳纤维。

　　T系列碳纤维有一个特点，就是强度高，而模量相对不足，这一点就是T1200也是一样。实际上，1970年代开始，东丽公司的PAN碳纤维就有高强度系列产品（即我们熟悉的T系列），和高模量系列产品（即M系列，国内也有）两个序列。行业内曾长期认为，同时实现碳纤维的高强度和高模量在技术上是难以实现的，好比鱼与熊掌、不可兼得的意思。

　　但是，MJ系列碳纤维的出现，让这个禁锢松动了。

　　这次又是日本东丽，创新研发出兼具高强型和高模型的MJ系列碳纤维，使其兼备高强度和高模量，综合性能提升较大。MJ系列产品包括M40J,M55J,M60J。中科院山西煤化所和中科院研究生院的研究表明，MJ产品最大特点就是纤维表面都有沟槽，这与上面谈到的干喷湿纺产品的平滑表面形成鲜明对比。

我们在进步，人家也没闲着。

　　因此，中国碳纤维原丝行业保持航向，目标东丽，不变！


二中国碳纤维复材生产技术的进展

自动铺叠技术

《原文》：

　　手工铺叠自动化：航空用先进复合材料构件大部分仍在使用手工铺叠，预浸料自动下料机和激光投影仪两种关键设备大多需要进口。而且对于大型构件，依然难以保证铺叠质量和速度。自动铺带机：中国正在起步研究的阶段。北京航空制造工程研究所研制的6m×20m 大型自动铺带机，开始在新型飞机的复材构件研制中得到实验性的应用。

　　国内自动铺丝机：尚未见到有国产化设备投入应用的报道。

进展：

　　中航工业制造所于2006年组建技术团队，致力于复合材料自动化铺放的工程化应用，通过近十年来的扎实研究，已经获得较大进展。国内成飞也在相关技术研发和工程化应用方面获得扎实成绩。

1自动铺带机：

　　中航复材完成了国产预浸带制备、铺带工艺等系列研究与相关工程化应用验证，已将自动铺带用于新型飞机的机翼复合材料壁板；针对民机尾翼、机翼等课题需求，完成了尾翼平尾蒙皮、机翼蒙皮的系列研究与验证试验。在中航复材的厂区高跨净化间内，国内最先进的大型自动铺带设备——1台30米×6.5米铺带机，具备了32丝束铺放能力，可实现大型复合材料构件的铺放。

　　中国航空新闻网报道，成飞“大型复合材料整体壁板精确制造技术研究”科技成果与2014年一次性通过了成果鉴定。

　　一、首次在装配飞机机翼壁板上采用复合材料自动铺带技术，解决了大型复合材料整体壁板精确制造的技术关键，制定了自动铺带的工艺规范标准；

　　二、开发了基于激光投影技术的自动铺带在线检测技术，实现了自动铺带尺寸、角度、轮廓快速精确检测，申请了发明专利；

　　三是提出了基于数字化技术的帽形加筋壁板R区精确填充方法，研制了专用转角R区填充物成型工装，实现了帽型结构的一步成型制造；

　　四、建立了复合材料加筋壁板变形控制理论模型和筋条漂移模型，实现了对帽形加筋壁板的变形和漂移的有效控制。

　　成飞项目已申请4项发明专利，并已成功应用于机翼复合材料大型整体壁板的制造中，产品质量稳定、可靠。四川省科学技术鉴定委员会认为：该项目总体技术国内领先，达到国际先进水平。

2自动铺丝机：

　　与自动铺带机类似，国内最先进的1台30米×6.5米铺丝机也装备了中航复材，正结合某民机（推测为ARJ21/C919）课题，开展自动铺丝技术的研究和工程验证。

点评：

　　从消息看，国内自动铺叠技术取得了重大进展，说明这一短板正在被迅速弥补当中。要知道，即使有激光投影仪，人工铺放的精度一般也就是3mm左右。而自动铺放使用自动铺层技术，铺放、滚压等制造工艺过程都是由程序自动控制，重复性与一致性好，质量稳定。其铺放精度一般可达1.2～1.5mm之内，最高精度甚至可以达到可达0.76mm以内，是人工铺放的4倍。现在铺带机完成了工程化应用验证，铺丝机也开始了这一进程，非常令人欣喜。这是其一。

　　从设备上看，中航工业在国内的碳纤维复材自动铺放铺叠领域，绝对是第一把交椅。两台30米大机就不说了，就是那三个手工铺叠、功能结构铺叠和液体成型纤维预形体制备三个独立净化间里的下料机、激光投影仪、大型缝合机、纤维预形体制备机等高大上制造设备，也足以让其他同行眼馋啊。这是其二。

整体成型技术

　　在碳纤维复材的整体成型技术方面，中航复材依然处于国内同行业的领先地位。针对梁、壁板结构，开发了梁成型技术、长桁成型技术、加筋（单向、纵横向）壁板成型技术；针对盒段整体化结构，开发了基于π接头的整体成型技术、纵墙与下蒙皮整体成型技术、纵墙与上下蒙皮整体制造技术；针对舵面结构，开发了全高度蜂窝整体成型技术和U单元壁板成型技术；针对透波结构，开发了透波夹芯结构整体成型技术；针对发动机外涵道结构，开发了聚酰亚胺高温复合材料成型技术；针对复合材料结构的装配需求，开发了舵面、垂尾、平尾、舱门、机翼和中央翼等复合材料部件的装配技术。

　　在成型设备方面，中航复材厂房内容的热压罐区，拥有9台先进热压罐设备。其中那台直径7米长30米超大热压罐，具备30米长筒型和壁板型、盒段型构件的整体成型制造能力。在技术储备上，中航复材已配合设计研制了多个型号的翼面/机身加筋壁板、多墙整体化壁板/盒段、全高度蜂窝整体舵面，实现了小批或批量生产，在部分相关关键技术上已经达到世界先进水平。






图2：中航复材的复合材料机体（中国航空报）




图3：中航复材的C系列复合材料尾椎壁板（中国航空报）






图4：中航复材的复合材料桨叶压力机（中国航空报）






图5：中航复材的直8机复合材料桨叶（中国航空报）

点评：

　　中航复材在大型热压罐设备上的成绩和其他整体成型技术的进展，标志着预浸料-热压罐为核心的碳纤维复材生产关键技术获得了重大突破。那台7X30米的大罐，已经可以分段实现中小型运输机的机体整体成型，和美帝的12米直径罐有差距，但也已属难能可贵的进步。全部9台大罐小罐，形成了系列化的热压罐工艺设备，为复材整体成型的核心工艺打下了良好的硬件基础。

　　但是…..呵呵，兵器迷就是这样，但是后面做文章。

　　我们也应该看到，预浸料-热压罐技术有着一个固有的缺点。

　　这个缺陷就是成本高昂。

　　不但制造成本高，使用和维护成本更是高得惊人。比如美国NASA为固化一个直径10米的太空发射载具桶形复合材料结构，曾建造了一座直径12米，长24米的热压罐，直接制造成本就是4000万美元。安装及后续操作、维持经费则高达6000万美元。




图6： 美国NASA的热压罐

　　这样的开销，就是美帝也头疼。况且，航空构件的尺寸多种多样，而热压罐的大小，对构件尺寸是一种制约。

　　为此，美国发展了真空辅助树脂转注成模工艺（Vacuum-assisted Resin Transfer Molding，以下简称VaRTM）。

　　其实，严格来说，VaRTM工艺并不是新玩意，多年来被广泛用于大型游艇制造上，就是把干燥的复合材料纤维布叠放在模具内，通过略低于大气压的真空压力，把液态树脂灌入复合材料纤维叠层间，再低温固化的一种工艺。由于不需要热压炉，零件尺寸也不会被热压炉的大小所限制，而且不必使用热压罐中所需的耐高温材料。

　　有朋友问，这么好的技术，既然早就有了，为啥不早早用在航空复材生产中呢？

　　这是因为，VaRTM的真空压力不到1.05kg/cm2，小于热压罐7.03kg/cm2，因此无法充分挤压复合材料纤维布，导致多余的树脂残留在叠层间。因此产品制件一般会较厚。航空工业也用VaRTM，但基本都用在次要结构上。在美国空军研究实验室下属的复合材料可负担性倡议（Composites Affordability Initiative-CAI），1990年代中期曾经研制出不需热压罐固化的LTM系列预浸布，但固化后的机械强度不符航空工业界的要求。此事随后延宕下来，长期没有进展。

　　但CAI一直没有停止努力，到2005年推出MTM-45和CYCOM-5215复材，固化后质量终于可以与热压罐媲美。并制造了类似F-35的一体式前机身、机翼、垂直尾翼；类似X-45A的油箱及机翼贯穿结构；类似X-45C的机翼；C-17运输机的加劲蒙皮主轮舱门，以验证该工艺做出的结构零件，并最终成功用于洛马的先进复合材料运输机，从而为VaRTM工艺的工程化应用打开了大门。

　　因此，中航工业目前在热压罐领域的进步，并不意味着可以停止追赶。我们既然能够做得更好，下一步就是想办法做得更便宜。而低温整体成型技术，将是这个目标的又一道艰难关口。

树脂基预浸料技术

《原文》：

　　中国在树脂基预浸料技术上具有国际先进水平。

进展：

　　中航复材的树脂预浸料专用生产厂房1.5万平方米，装备4套具有国际先进水平大型热熔预浸机。在技术上，基本掌握第三代高性能复合材料关键技术，5228E、9918和AC531等高韧性树脂复合材料的韧性CAI已达到310MPa以上，达到1990年波音公司制定的高韧性碳纤维环氧预浸料标准(BMS8-276)。

　　在第三代国产树脂基材料达标的基础上，中航复材系统开展了国产碳纤维树脂基复合材料的工程应用验证，如：

　　T300：国产T300级碳纤维增强高韧性环氧树脂基复合材料，已经成功应用于飞机的垂尾、平尾和机身尾段等结构。

　　T700：国产T700碳纤维增强双马树脂基复合材料、高韧性环氧树脂，已成功应用于飞机机翼、机身等主结构。

　　T800：国产T800级高韧性碳纤维复合材料已经开始了全面性能和制造工艺考核验证。

　　此外，《原文》虽然提到碳纤维本身耐热，但是将其粘结成型的树脂基体却很难耐受高温；比如波音787上普遍使用的环氧树脂类产品，一般最大工作温度不高于150摄氏度。F22由于存在超声速巡航需求，飞机外表会长时间与空气高速摩擦；因此在机翼复合材料上不惜使用韧性更差、更不耐冲击的双马来酰亚胺树脂基体以获得260摄氏度的最大工作温度。

　　中航复材具备使用温度从280℃到420℃的多种高温树脂基复材制件的制造能力，并已在某国产先进发动机上，实现了高温复合材料结构的定型生产。

点评：

　　树脂基材料在碳纤维复材的生产体系中，是我们相对较强的一环。无论是低温固化（低于80°的固化温度），还是高温应用（260°的应用环境），都不含糊。从进度看，已经超前于整体成型技术和自动铺叠技术的发展，不会给大运、四代等关键项目拖后腿。嗯，真让人放心啊。

　　以上是《原文》中谈到的碳纤维原丝和碳纤维复材技术的发展近况解读。兵器迷后面要说的，是《原文》中稍做提点，却未曾仔细描述的另一种关键技术。

　　这是什么技术呢？


这又是一个技术性很强的话题，兵器迷啃资料的时候，只觉得乏味、干涩、噎人。

　　咋说呢……基本上就是吃墙皮的感觉。

　　这位说了，你自己噎着就罢了，现在又来噎我们，真实良心大大的坏了！

　　其实，就是因为专业性太强，文字过于晦涩，国内进展情况未有公开等诸多因素，兵器迷在《原文》中，对这部分技术未做描述。但这类技术的意义其实对于碳纤维行业非常重大。因此，这一次我们就试着介绍一下。嗓子眼儿小的同学，请飘过直接看小结。

一、碳纤维复材的缺陷与碳纤维表征技术的意义

　　　《原文》中，对碳纤维复材的优点做了比较多的介绍，其实碳纤维也有很多固有的缺陷，这一次就结合表征技术来谈谈这些问题。

　　首先，由于碳纤维复合材料是以层结构为基础的，而其层间的结合力相对薄弱，所以一旦出现分层的情况，就会对其整体性能造成严重破坏。麻烦的是，航空承力级复合材料部件的损伤，大多数发生在维护时的各种碰撞、拆卸过程中。而因此产生的分层缺陷往往出现在复材内部，一开始从外表面是很难发现的。而制件的结构强度却可能因此最大下降接近一半，对安全运营所造成的潜在风险可想而知。

　　再有，即使碳纤维原料没问题，加工成碳纤维复合材料时也会遇到难题。因为CFRP是典型的难加工材料。特别是钻削加工时，在钻孔出口处，很容易产生分层、毛刺和撕裂等缺陷，对碳纤维复材的成品质量构成潜在威胁。而孔出口缺陷中，撕裂往往比毛边的尺寸更大。随着钻头的进给速度、进给量、钻头直径和轴向力等因素的增大,撕裂缺陷将变得越发严重。

　　最后，用于粘结碳纤维和形成复合材料整体的树脂基体的韧性比较差。即便碳纤维复材本身没有问题，其制件之间的粘合也可能因为树脂基性能下降而导致制件解体。

　　上面种种问题，都导致复材制件质量下降，成本上升，使用安全性受到严重挑战。所以在《原文》中谈到碳纤维复材制件不但生产上独具特征，在日常维护、测试、修复的经验、流程与方法，与金属构件相比，都会发生颠覆性改变。为此，人们需要完全不同于金属探伤的专门技术，来探测碳纤维复材的内部和表面结构，从而在原料生产-产品成型-设备运营的材料全生命过程中，精确把握其材料特征和力学性能。因此诞生了碳纤维表征技术，即对碳纤维材料的表面结构表征和内部结构表征进行探测、研究和分析的技术。

　　举个例子。上面谈到的复材加工钻削出口工艺难题，一直困扰着复材加工行业，导致产品加工后质量达标率偏低。国内某企业正是通过复材表征技术设备的检测，再结合加工刀具运动的记录数据，综合分析最终发现了一个特点：就是复材加工时，随着钻头转速的增大，将使出口撕裂值变小，产品质量得到提升。结合进给速度增大导致撕裂值变大、钻头转速增大导致撕裂值变小这两个特点，企业经过反复试验，最终将切削速度与进给速度比值控制在3000-4000以下，有效地减小了撕裂值，保证了复材产品加工质量。

　　既然表征技术这么重要，那么它都包括哪些具体的技术手段呢？

二、碳纤维表征技术概述

内部结构表征技术：

　　以X-射线衍射、电子衍射、隧道扫描显微镜等设备为基础。

　　其中，X-射线（广角、小角）衍射研究，可以获得碳纤维的取向度、微晶尺寸、石墨化度等重要信息。其数据统计意义上的，对研究材料基本性能具有很高的价值，但难以确切反映碳纤维内部结构的局部特征。

　　电子衍射，是通过透射电子显微镜获得碳纤维材料的取向角、层间距、微晶尺寸，发现其内部各种缺陷。其数据是微米级别的，对碳纤维无损探伤具有重要意义。

　　隧道扫描显微镜、原子力显微镜则可以获得纳米级或原子级的信息，使得人们对碳纤维复材的微观结构认识达到了一个更深入的层次。

表面结构表征技术：


　主要依靠X光电子能谱。它可以定性、定量分析碳纤维表面元素和其存在状态。因为物理学发现，当固定激发源能量时，X光形成的光电子的能量仅与物质表面元素的种类和所电离激发的原子规定有关。因此，就可以根据冠电子的结合能定型分析碳纤维表面的元素种类。X光电子能谱就可以定性、定量分析碳纤维表面存在的元素和状态。

三、碳纤维复材表征技术的应用

　　碳纤维复合材料的表征技术，主要应用在三个方面：

　　1 生产环节的表征测量，用于监控生产质量和优化生产工艺

　　2 检测环节的表征测量，用于检验产品质量和分析产品性能

　　3 使用环节的表征测量，用于监控设备寿命和确保安全运行

　　国内方面的应用进展如下：

　　中航复材：材料表征技术方面先进技术主要有：复合材料成分微结构及理化表征技术、复合材料使用性能测试表征技术、复合材料无损检测与评估技术、复合材料服役环境结构模拟分析技术。自行开发了7.5米X6米多通道检测仪，其FJ系列窄脉冲换能器以其优异的声学性能，解决了复合材料无盲区检测的需求，达到了同类产品世界领先水平。

　　中航复材：自行开发了多型号便携式超声设备，满足复合材料结构外场服务的需求。

　　在十五期间国产T300级碳纤维成熟产品。哈工大复合材料及结构研究所，就在2007年使用电子扫描显微镜、X射线衍射仪、显微光谱仪、光电子能谱仪等设备，对国产T300级碳纤维GCF，与日本、美国同级产品进行了结构表征与性能比对分析。综合测量分析的结果，肯定了GCF的微观结构规整，与T300具有相当的弹性模量，且可与树脂基提形成较强的界面作用。同时指出缺点是表面微晶尺寸较大，不利于纤维强度的提高。

　　沈飞公司：建立复合材料构件制造单元技术数据库，尝试多元化分析手段，采用数字影像技术监控制造全过程用以建立并追溯构件的全程制造历程。沈飞公司与大连理工大学等六家单位对复合材料承力结构件制造进行研究，内容囊括了复合材料从原材料到成形、固化、检测，再到装配的整个制造过程的基础研究工作，可以对复合材料结构件的设计形成反馈。

小结

　　说起中国碳纤维复材近年来的发展，真可谓可圈可点。

一、碳纤维行业第一梯队已经隐约可见

　　当前国内的碳纤维企业林林总总，一哄而起全面开花的局面仍然存在。但随着近年产业推进大浪淘沙，似乎正在发生悄然改变。

原丝领域：

　　资料显示，2013年底为止中国的PAN原丝生产厂家竟然有30多家，建成总产能已经突破2万吨。中国人一哄而起、跟风赶潮的架势，真是惊人。然而大部分产品质量低劣，成本高于国际价格，因此市场需求度不高。2013年国内生产碳纤维不足3000吨，仅发挥了生产能力的1/10，导致大量设备闲置，全行业总体亏损。而同期，我国进口碳纤维及其制品12386.2吨，同比增长了34.5%；进口额达3.83亿美元。相当于国内产量的4倍。

　　反观国际上规模化的PAN原丝生产厂商，一共才7家，其中仅东丽一家的产能就接近中国的总和。

　　不过，在市场的洗礼之下，近年来中国已经开始出现行业洗牌，龙头企业初步显现。江苏航科的T800、中复神鹰的T700都是大热。2015年6月，中复神鹰开建年产3500吨碳纤维生产线三条，计划在3年内完成建设并进入投产，项目总投资达10亿元。项目建成后，将形成原丝15000吨/年及碳纤维6000吨/年生产力，是我国最大的碳纤维生产基地。

　　有趣的是，江苏航科与西光所合作，是中科院背景；中复神鹰隶属中国复合材料集团有限公司。有趣的是两家一个在镇江，一个在连云港，使得江苏成为中国碳纤维原丝的最大基地。

　　北方的吉化也不弱，当年“高性能T300级碳纤维及原丝制备成套技术”是吉化的镇宅之宝，凭这个获得中国石油2009年度科技进步特等奖。现在碳纤维原丝产能达到5400吨/年，碳纤维产能达到818吨/年。特别是，碳纤维产品规格涵盖1K至48K不同级别。看过《原文》的同学，应该明白吉化是以小丝束为主的生产结构，以及这意味着什么。点到为止，呵呵。

航空复材领域：

　　这与原丝领域科研 地方的合作模式不同，一水儿的国家队。中航工业一口气在哈飞、沈飞、西飞、成飞、昌飞、洪都等多家企业建立了航空复材中心。同属于中航工业背景的中航复材，落户北京，颇有后来居上之势。450人的小单位，一半硕士博士，先进设备眼花缭乱，拥有具完全自主知识产权的复合材料数据库，和国内最多的复合材料树脂牌号/预浸料牌号。

　　中心领导誓“为我国的新型军机和大型民机的研制和定型生产提供坚实保障” 军民通吃，好大的口气。复材收入初创时1亿多元/年4年翻三番达到2014年的9亿多元，成为碳纤维复材生产的大户——林左鸣也真是护犊子，国字特别是军字的大订单基本上被中航复材尽入囊中，当真是肥水不流外人田啊，呵呵。





图1 中航复材的官方和军方背景可见一斑

二、原丝领域部分技术工艺获得突破性进展，但仍有部分产品线空白

　　T系列如T800和T700的生产，从十五计划开始到今天，从原料、设备、工艺、规模上都有实质性的进展。未来需要的是大规模生产、稳定质量和降低成本，并对更高端的产品持续跟踪研发。说“跟踪”有点难听，但。我们在T800打拼的时候，人家在强攻T1100，要承认现实，对吧。何况，国内T800的“高强中模”和“基本高模”工程化还是空白呢。兵器迷看到国内媒体报道说“中国T800性能超过日本” 这样的大标题，恨不能个地缝钻下去——落后不丢人，可明明是落后，却要摆出已经超越的姿势，那才丢人呢。

　　此外，MJ“高模高强”碳纤维的产业化技术也是基本空白。空白到什么程度呢？兵器迷搜集到的公开资料甚至都不能肯定MJ的核心工艺是干喷湿纺还是湿法纺丝，只是猜测可能是湿纺。而且这些资料中，对MJ系列的微观结构鲜有深论。而众所周知，CFRP的宏观力学性能正是由于其微观结构决定的。虽然日方的M60J系列依然因为一些问题尚未完全成熟，但此物在航天级应用绝对是潜力股（卫星、航天器承力结构）。中方如果不加大预研力度，未来将如今天的T系列一般跟着别人后面亦步亦趋，成为又一个潜在的严重短板。

三、复材生产领域部分关键设备获得突破性进展，但对先进技术路线的跟进仍需加强

　　从中航复材的报道看，过去的自动铺叠设备和热压罐关键设备获得了较大的突破，30米铺带机和30米热压罐都已经投入试生产和型号工艺验证，过去的大量核心设备空白在急速被填补。而且中航复材的第三代树脂基材料也保持了很好的发展势头。所有这些进步都使得复材生产领域获得了相当的能力提升。但是在降低成本和工艺复杂度上，比如美帝的真空辅助树脂转注成模VaRTM工艺为代表的低温整体成型方面，还需要盯紧对手的发展动态，加大技术储备和研发力度。






图2：美国VaRTM工艺

四、表征技术方兴未艾，但依然是中国复材生产的短板

　　在历经多年的生产质量和成本难关之后，中国终于开始逐步发展自己的碳纤维表征技术和生产数据库。各大学材料专业、复材研究机构、生产厂家和最终用户，正在走到一起去研究碳纤维微观结构与宏观性能的种种奥秘。中航复材在生产设备之外，配备了色谱仪、红外光谱仪、DSC和DMA、透射电镜、扫描电镜、光学显微镜等仪器分析设备，掌握了红外热成像、蜂窝激光剪切干涉检测、超声三轴无损检测、超声机械手检测等仪器监测技术，并建立了大型超声C扫描无损检测设备研制及检测标准，拥有20个检测通道，单次检测范围7.5米X6米。

　　趋势是好的，但需要指出，我们的自主表征技术研发工作大多建立在观测分析上，但精密观测仪器却又大多来自国外。比如碳纤维内部结构表征探测的关键设备X射线衍射仪，用的是日本产品（如日本理学公司的D/max-rA），扫描电镜用的也是日本产品（如日本HITACHI的S-3400/4700）。而碳纤维表面结构表征探测的关键设备光谱仪，用的是英国产品（如Renishaw的RM1000）和法国产品（如法国的HR800）。






图3 日本理学公司的D/max-rA的X射线衍射仪





图4：日本HITACHI扫描电子显微镜





图5 ：英国Renishaw光谱仪

　　这就是我们今天的局面：产品和设备这两块看得见的短板正在被强力弥补，而检测分析手段和工艺数据积累这两个更加隐性的领域却依然在起步阶段。

　　个人认为，碳纤维领域的最大问题不是生产原理，而是工艺细节。而工艺细节的保障，正是来自于表征技术的发达：没有设备就别想出产品——没有工艺参数和产品数据积累就是有了设备也无法保证质量和成本——而没有先进的检测与分析手段当然也就没有办法积累参数和数据。碳纤维就是这么个细活儿，想凑合凑合对付着来，那是门儿都没有。

　　正如中航工业复合材料首席专家专家蒲永伟所言：“当前国内的复合材料制造业是一个以经验和主观判断为主要生产手段的粗糙型产业，未来的发展趋势必然是以理论代替经验，以客观计算代替主观判断，辅以表征测试手段的发展，最终成为理论预测先行、过程规范操作、实时可视监控的现代化产业。”

　　对照一下我们的进步和不足，看看美国和日本的碳纤维产业实力。什么是深度垄断，什么是全产业链，什么是市场生态，什么是真正的工业强国，列位看官，不妨细细想来。

　　队伍和技术谈完，就轮到应用了，我们这就回顾一下近年来碳纤维复材在国内的应用，特别是军用，特别是航空军用。

小结之五、材料研究急进，而应用领域滞后的现象凸显

　　相比上述原丝和复材等材料方面进展，中国碳纤维应用领域的滞后反而更加凸显了，这是一个非常尴尬的现象——进步会凸显落后。

一、军用航空领域的应用

　　估计很多网友吃了前两篇的墙皮，就为了等这一口儿呢，呵呵。

1 非承力结构

　　比如雷达罩、各种口盖，很早就用复材了，不赘述。（参见《原文》）。

2 次承力结构

　　1985年，沈飞112和洪都320分别研发的在垂直尾翼上应用复合材料的飞机领先试用成功，但没有批产。

　　1990年，洪都320在飞机前机身段上应用复合材料，领先试用成功，但没有批产。



　　2007年以后，军方广泛使用CFRP做次承力结构，歼10的后续批次等后续机型，在雷达罩、前机身、鸭翼、副襟翼、垂尾、平尾、和机尾短舱、起落架舱门等各种次承力结构都批量使用了CFRP。

　　有朋友问：1985年试飞成功，到1993开始少量批产，再到2007年大批量使用，为什么隔了这么久？

　　一个原因就是，直到2007年以后，国内T300才比较成熟。此前的2005年，3K小丝束的T300曾经从800元/公斤暴涨到8000元/公斤。现在呢？才不到200元，为啥？T系列和很多产品一样，只要中国会做了，就能做到烂了为止。国内以吉化为首，T300现在国内产能万吨以上，国外快没得做了（参见《原文》）。随着国内攻克关键技术，T700国外价格也开始大幅跳水，压制中国本土产品的大规模应用。T800迟早也是这条路，咱们等着瞧。

3 主承力结构

　　直升机应用环境不一样，走的比较快，直10、直19 、直20和AC313已经直接用CFRP做机身结构框架、直升机旋翼和桨页（见《上篇》介绍）。机翼蒙皮和直升机尾翼部件也都用了碳纤维。

　　固定翼战机用复材，可就慢多了。

J8-2

　　1995年9月28日，首次将CFRP应用在主承力结构机翼上。

　　1999年，该项目被授予国家科技进步二等奖。

　　有朋友高兴了，问，这么重要的机翼复材，还是国家级二等奖，实际减重有多少呢？

　　只有40公斤。估计只是在机翼上用了部分复材，而不是全复合机翼。

J11B

　　中国军机真正的大动作复材减重，是从歼11B开始的。在上篇发表后，CD的网友就热烈讨论中国军机试用碳纤维的情况。有些同学认为J11B等三代机已经有CFRP全复材机翼。那么，本文就以歼11B为一个缩影，稍微展开，谈谈我军用航空领域的碳纤维复材应用进展。兵器迷的了解也有限，就着公开信息抛砖，肯定有争议，大家讨论吧：

　　21世纪初，J11B的复材全面使用计划开始启动。

　　2002年，中国一航制造所在型号没有正式立项之前，提前组建了材料和标准件研制队伍，用四年时间完成了与三代机相关的500多项机体材料，包括CFRP材料。

　　2006年，J11B碳纤维复材的研制和应用验证基本完成，CFRP使用量高达555公斤，占飞机总重量的9％，减重效率达到17％。

　　2008年8月，国产CFRP全尺寸部件通过静力试验考核，

　　2008年12月，通过了装机评审，转入装机应用阶段。

点评：

　　第一个问题： CD有朋友问，什么叫“大规模、大比例”使用复材？

　　官媒所称11B的大规模，是自己和自己比，从原来的J8-2的2%左右，提高到J11B的9%，这就是大规模。但和国外比，低于20%，已经很难说是大规模了——F22的22%，鱼鹰的42%，阿帕奇的50%，X-45验证机的90%...（参加《原文》）。

　　第二个问题：这个减重计划是否包含了全复材机翼呢？

　　个人的研判没有这样乐观——大家看完再批斗。

1） 从复材机翼的工艺上看：

　　要实现全复材机翼，必须要掌握全复材翼面盒段工艺。CFRP翼面盒段结构的成型工艺主要有三种。嗯，墙皮很厚，大概聊几句吧，不具体展开。

　　1： π形接头盒段结构成型工艺。国内的应用似乎仅限于垂尾。

　　2 T 形接头骨架与上、下蒙皮一体成型工艺。主要应用限于垂尾和平尾。

　　3 T 形接头骨架与下蒙皮一体成型工艺。这才是真正可以用于战斗机机翼主承力结构的工艺。如EF2000和F-2 。国内对于该类结构的成型工艺只是近年来才完成了相关的工程验证，并得到试验应用，但尚未看到批产的报道。目前TG主力军机在机翼长桁、翼梁等关键承力制件上，还是用的钛合金。因此，2008年的J11B，复合材料用量只有结构重量的9%，而钛合金用量为15％的原因。

2） 从复材使用重量来看：

　　从美帝数据看，如果真正全复材机翼，使用量应该是比较大的，比如：

　　F/A-18的复材机翼，CFRP使用量就已经达到744公斤。

　　小身材的AV-8B的复材机翼，使用量430公斤。

　　即便仅仅是次承力结构使用复材，也要有一定的使用量：

　　F-14仅仅是复材平尾，使用量也有374公斤。

　　F-5的复材垂尾，使用量38公斤。

　　F-15的复材减速板，使用量40公斤。

　　F-16的复材起落架舱门，使用量20公斤。

　　从这些数字看，555公斤的复材对于J11B来说，真心不算多。因为雷达罩、尾椎、平尾、垂尾、盖口、舱门……这些已经在其他机型适用的复材部件加起来，重量已经不少了（想想J11B的双大垂尾）。还别忘了，官泄J11B可是第一个使用复合材料进气道的机型——那个关于复合材料进气道故障引发的网上争论，曾给沈飞的互联网名声增添了些许麻烦。那么，将使用复材的次承力结构和非承力件用量减去，剩下给机翼做复材的结构重量，还能有多少。您自己算算，J11B能是全复材机翼？

　　插一句，大量报道中有J11B“广泛利用复合材料，全机减重达700公斤”一说，似乎有断章取义之嫌。按照美军使用航空复材的记录和中国官方的披露，CFRP部件的减重效果，从12-44%不等，大多数在20-30%之间。J11B仅靠555公斤复材就能减重700公斤是难以想象的。即便700公斤减重这个数不假，也是所有500多项新复材与新工艺（如钛合金近净成型）共同达到的效果。

3） 从复材使用率来看：

　　两个经验数据——10%和7%。

10%

　　中航工业益总2014年的公开谈话表明“中国战机复合材料的最大使用量不到结构重量的10%”，侧面验证了其他渠道报道J11B的9%的正确性。如果能够使用全复合材料机翼，这个占比不会这么低。因为国外军机用了全复材机翼的，复材用量一般会超过结构重量的10%。比如：1976年世界第一款复材机翼F/A-18，复材结构重量占比就超过了13%。

7%

　　从好的方面看，如果完全没有主承力结构用CFRP，复材结构重量占比高于7%也不大可能。因此，J11B的9%表明一定在主承力结构使用了复材,只是用了多少、用在哪里的问题。

　　用在哪里呢？

　　机翼的复材化，根据技术难度的由浅入深，大致分为四个层次。

　　1指副翼、襟翼：是次承力结构，在当时是已实现技术，应该不在话下。

　　2指翼面蒙皮材料：是次承力结构，也是比较有把握的。

　　3指外翼翼盒：全复合材料外翼翼盒已经是主承力结构，冲着官媒“国产CFRP全尺寸部件通过静力试验考核”这一句，也是有可能的。





图1 ARJ21外翼翼盒

　　4指中央翼翼盒：涉及中央翼盒段梁、上下壁板及长桁，与中机身一样，是主承力中的主承力，难度很高。时间上看J11B在2008年进入装机应用，中央翼盒复材技术彼时应该尚未成熟；从复材555公斤的重量上看，再加一倍也很难有足够余量满足复材中央翼翼盒了，可能性甚微。





图2：空客A400M的中央翼盒

　　因此，兵器迷的结论是：J11B最多使用了复材外翼。而中央翼（特别是主承力C型翼梁）估计是钛合金。

4）从官媒披露看：

　　2014年，中国复材大师，北京航空材料研究院科技委主任益小苏说：“世界军机的机翼自上世纪80年代后就已复合材料化了，我国至今尚无批量生产的复合材料机翼问世”。

　　果真如此，你说我们的差距有多大？仅仅从全复材机翼这一点看，怕20年不止啊。

　　当然，J11B是2008年的情况。7年过去，国内中央翼复材化的技术也已在路上。2015年4月，上海某项目已经对复材中央翼和外翼进行招标，有兴趣的朋友，可以关注一下，谁是投标方，谁是中标方。

　　话说回来，从另一个方面看，航空级碳纤维复材的主承力应用，也确实需要一个过程。比如美国垂尾应用CFREP历时10年，而机翼和机身的应用过程则长达30多年，而且还有反复。比如，F22设计时计划如同三代机一样也采用全CFRP机翼，后来试验证明在超音速巡航、过失速机动、抗机炮破坏等环境下的能力远未达标。最终又换回了钛合金。后来的批次，能够做到的，也是钛合金的主翼梁搭配复合材料的非主翼梁。

　　还有一个问题：钛合金制件坏了，可以做金工修补；CFRP复材要是坏了，特别是层移了，那基本上就等着整体换件了。对于民用、军用运输机、无人机或者一次性军用品（如导弹），这也许是可接受的。但载人战斗机如果遇到主承力结构（如机翼）局部损伤就必须全部更换，在外场那是相当麻烦。F2的全复材机翼用上以后，曾经多少年连大过载都不敢随便做，就是因为复材质量难以控制。

　　下面再简要谈谈最近比较热的“太行复合材料外涵道机匣”的报道。




图3：网上流传的太行复材外涵机匣

　　太行能用上复材机匣，本来是好事。可是报道中一句：“是国外第四代发动机技术”让很多网友产生了两种看法。一种是以为这是第四代战斗机动力的技术，另一种认为这是目前最先进的发动机复材应用技术。因此稍微澄清一下。

　　对于第一种看法：

　　树脂基复合材料在航空发动机低压段的风扇和压气机等冷端部件上，早已大量采用。见下表：

表1：复材外涵机匣的动力型号列表（举例）



　因此，不只是四代机，三代半、三代改型，军机、民机都大量采用了该技术。

　　对于第二种看法：

　　不只是外涵机匣，难度更大的风扇静子叶片也大量采用了复材。比如普惠的PW4084和PW4168,F119。德国MTU的PW8000从1996年就开始试用复材静子叶片。甚至不止是定件，连转子叶片这样的动件比如GE90、GENX用的也是复材。所以太行用复材机匣，只是起点，不是高峰，大家沉住气，后面一定会有更多的精彩。







图4：GE90系列发动机复合材料风扇转子叶片

　　原文中的所谓“第四代”……估计是指发动机材料的钢-铝合金-钛合金-复材吧，瞎猜。

　　总之，过分炒作某一种材料的发展其实意思不大，因为再先进的材料都有自己的短板。军机材料的使用是一个体系化工程，目标是开发满足战术需求的作战平台。在材料选用上的原则是权衡取舍，系统最优，而不是简单粗暴，刚度替代。

　　相比较喧嚣的媒体，本文前两篇发表之后，种花首版ZIBAO一口气做了3000多字的长评，确实高屋建瓴，极有见地，兵器迷心有戚戚，帖在本篇后面的回复里，欢迎大家细赏。

　　兵器迷觉得，中国军事装备技术的发展，大体经过了两个阶段，正在走向第三个阶段。

　　第一个阶段，就是以型号为中心。一个型号任务下来，就赶快去发展针对性的配套。于是型号平台等动力、等电装、等弹药、等材料，比比皆是，怎一个等字了得。

　　为什么呢？为了钱。TG家底薄，1970年代末外汇储备最低才2亿美元。很多军品技术研发经费只能是跟着型号下来。当然，没型号就做的预研也有，但僧多粥少，除了战略项目基本上是撒芝麻了，故此再慢也是无奈。所谓预研一代，生产一代，装备一代的说法，这个“代”指的也是型号，而不是技术。技术等型号，等来等去，要么型号等不及技术了，才有和平鸽裸机抢先飞，旅大级无弹护巨浪的事情。就是到了歼10早期动力，整体涡轮盘不是也推迟了？要么就是型号迟迟无法定型，比如红旗61，LY60，等技术材料都等出来定了型，也已经过时了。

　　所以那时候就是个急就章，赶上型号这班车的就上了。赶不上的，技术储备等下一个型号吧，一等十几年也有。空军战机投资巨大，咱就说小点的直升机。1980年代初，型号匮乏导致的科研迟缓到什么程度？直升机所里的年轻技术人员甚至组成乐队在夜市上卖艺赚生活费。很多直升机老人，一辈子的工作就是设计了一个零件。武直10一出来，白发苍苍的他们没有一个不是抱头痛哭的，为了武直，也为了自己。难怪总师吴希明现在一做报告就像祥林嫂一样唠叨自己十年间参加了两个重要型号的设计，多么多么幸运。

　　第二个阶段，就是以政府为中心。1990年代默契以后，拜台海局势紧张美国空袭中国使馆所赐，加上TG变成土豪金了，真心不差钱，基础设施与预研项目大行其道。这些项目大多以政府为中心，别说碳纤维、电推、激光、北斗、拖曳声呐、反导、超算这些有应用的，看看近年来的人工智能、量子通信、超材料、石墨烯……哪一个不是超前工程应用若干年？国防科研部门就不说了，各大科研院所，各大厂企，甚至各大学相关专业都进入了军科预研。只要你有合格的立项，资金根本就不是问题。这就是进步，大幅度投入上二十年，就会有大量技术和材料等着平台选。装备研究能不进步吗？进步的能不快吗？所以马晓天司令对媒体放言：“（在装备上）我们还会有更多的进步，你们就拭目以待吧”。这是第二个阶段。

　　可是政府能这样投入，那是因为政府手里有大量的资源和权力。这也未必都是好事，容易导致一窝蜂的要钱上马，高效率但是低效益，而且还是腐败的好机会。腐败大发了那就连效率都没了。况且预研领域的技术分支浩如烟海，政府提纲挈领可以，面面俱到难行。真是没钱事麻烦，有钱麻烦事，而且，富人的问题通常比穷人的问题更复杂。所以，期待的第三个阶段，就是国家投资能再结合市场化运作。

　　市场化运作的方式由三种，一是国家前期投资，出了技术有条件的推向市场；二是市场风险投资，出了技术国家选择性的加以补偿和军用；三是前两种方式运作之后，市场规模反哺技术升级，技术升级扩大市场规模。市场化有两个特点，一个是科研成果转化成应用快。私人风险投资也有风险，但也更讲市场应用效果（这个下面谈民用碳纤维的时候详谈）。中国的资源矿产勘探都是国家主导的，可美国全是石化或者矿业公司投资，风险大但是收益更大。市场化的另一个特点就是，一旦一个产品有效益，就会形成虹吸效应，吸引周围的资本、科技和配套资源快速涌入，形成一个以核心技术应用为中心的产业生态，进而用市场力量压制其他哪怕更先进的技术进场。微软压制竞争对手最大的优势就是其软件生态环境，超级市场收益反过来帮助微软的技术走向进一步强大。最成功的技术不一定最先进（比如死去的美国铱星项目），但一定是市场化最彻底的技术（比如WIFI）。

　　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。


二、民用领域的应用

　　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。





图5：领世(Leadair)AG300公务机

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。

　　在过去十年里，我们不断的遇到问题，也不断的获得发展。在今后的十年里，我们仍将在问题中发展，在发展中解决问题。这是碳纤维复材行业发展的真实写照，也是这个国家想要走出各种困境就必须作出的坚定抉择。

　　愿未来的十年，我们可以忍受所有的艰难和困苦，汇聚所有的信心与坚强，为中国航空航天工业的发展，织就一条如碳纤维复材般层叠致密、增韧超强的通天大路。

　　十年复材织天路，万里长空竞飞鸿

注：所有资料来自于互联网公开报道和公开出版物，如：
《碳纤维原丝生产工艺》
《日本碳纤维的生产和性能》
侯知健先生的文章《正确认识碳纤维的缺陷》
空军之翼魏楞杰先生的文章《先进复合材料飞机发展探秘》
本文还引用了航空制造网的信息和图片，在此一并致谢！
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