中国碳纤维水平落后发达国家30年?
最近几年,国内与碳纤维相关的项目逐渐变多,多个碳纤维基地落成,多个碳纤维计划实施,原因是什么?当然是对碳纤维材料巨大的需求。可能很多人不相信,我国的碳纤维水平较日美等发达国家相差30年之久。为什么会这样呢?
中国碳纤维水平真的落后至少30年么?
中国材料大师师昌绪老先生在2010年的评论里说到,目前中国的CFRT应用,大约处于西方发达国家1980年代的水平。经过了10年的发展,国内碳纤维原料的生产规模已经突破了万吨级别,但是在高强高模碳纤维上的进展还有待提高。
目前国内能够批量生产T800品级的碳纤维原丝,T1000品级已经突破。高强高模量碳纤维是航空航天领域里非常关键的材料之一,在外太空恶劣的环境中可以发挥出巨大的实用价值。不过国内的碳纤维材料,不仅在先进程度上落后,同时价格也具备优势。为什么会这样?
国产碳纤维水平落后的真实原因
1、政策层面因素:大得益于国家的重视,T300小丝束碳纤维国产化顺利,次承力军用构件的发展迅速。但民用大丝束的扶持相对滞后,这是因为国家资源有限,只能先发展紧要的部分。从长远来看,大丝束碳纤维在通用、民用方面的市场空间更大,发展更持久。
现如今,大小丝束碳纤维均有合适的应用场景和行业,国家资源充足,同时发展的难度下降很多。在军品已经打开突破口,经济发展、国力增强的今天,不要说大丝束,即便是小丝束产品,也应当更多的从市场和民用角度,拓宽其行业基础,以军带民、以民养军、分苗嫁接、开枝散叶,形成军用技术和民用产业的良性互动。
2、碳纤维原丝技术因素:碳纤维材料的发现出于与欧洲,最开始只是用作灯泡的灯丝,谁曾想它竟然对现代工业的发展起到如此巨大的作用。常用的PAN基碳纤维原丝生产的技术一直掌握在日本、美国等几个发达国家手里,并严禁出口到我们国家。这就导致了国内碳纤维发展受到了极大的限制。
别看国内有几十家碳纤维相关的工厂,其实掌握核心技术的很少。通过进口日本东丽的碳纤维原丝,进行分析研究,依葫芦画瓢可没有这么简单,其中涉及到的设备、技术和人员,我们都很缺乏。国内多数厂家生产的碳纤维丝束质量的稳定性起伏较大,缠结、断丝时有发生,每年合格的碳纤维原丝只有几百吨,远远达不到市场的需求量。
3、碳纤维复合材料技术因素:碳纤维原丝并不能单独使用,需要先制成碳纤维复合材料预浸料。在日本和美国,碳纤维预浸料的生产技术,自动铺叠技术和整体成型工艺已经非常成熟。在国内,仅仅预浸料自动铺叠就已经难倒了一大片厂家。引进了国外的一些设备,并不能完全解决当下的问题。
我们对复材的物理性质,力学性能研究不透,对加工参数掌握不足,知其然不知其所以然,直接用国外的软件设计复材方案,导致CFRP复材的产量低、价格高、质量不稳定和创新能力低下。
4、设计思想层面的因素:我们做一个假设,假设国家资源充足,政策扶持力度很大,假设碳纤维原丝及复合材料的制备技术也都比较成熟了,那就能设计和生产出性能较好且稳定的碳纤维构件了么?不一定。拿航空航天领域来说,设备先进、硬件条件满足,技术到位,软件条件也满足,但设计却存在较大的问题。
碳纤维材料的应用如何保持与其他材料构件的稳固?航天器整体配种如何平衡?设计并制造的航天器是否能够达到预期的效果?这些都是后续需要面对的问题。设计思想跟不上,那航天飞机的上限就提不上去,最后还是只能落后。
所幸我国对于碳纤维,对于航空航天,对于工业的重视程度非比寻常,全球最完善的工业体系国家并不是浪得虚名。硬件不够可以买,可以研发,软件不够可以学习,可以深造,但是一颗赤诚的心,一个坚定的信念,才是促成国内碳纤维水平发展的核心,所幸,这个我们一直都有。
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