文/ 本刊記者 李利軍

江蘇恒神技術(shù)顧問(wèn)沈真表示，我國(guó)碳纖維的航空應(yīng)用應(yīng)借鑒國(guó)外巨頭經(jīng)驗(yàn)

美國(guó)波音公司近日宣布獲得380 億美元中國(guó)訂單。據(jù)媒體報(bào)道，這些訂單主要包括737、777 和787 等系列飛機(jī)。此消息備受碳纖維行業(yè)關(guān)注，原因是這些機(jī)型已經(jīng)開(kāi)始大面積采用碳纖維復(fù)合材料，對(duì)于提振全球碳纖維市場(chǎng)有重要意義。以波音787 為例，該型號(hào)的飛機(jī)所使用的材料中，復(fù)合材料占比有很大提升，達(dá)到50%，其中主要以碳纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料（CFRP）為主。而波音777 中復(fù)合材料也達(dá)到了12%。

在航空領(lǐng)域，用碳纖維開(kāi)發(fā)一個(gè)新品非常難，主要是因?yàn)樵喜馁|(zhì)的研發(fā)要與應(yīng)用結(jié)合。國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)想要突破當(dāng)前局面的壓力很大。江蘇恒神技術(shù)顧問(wèn)沈真表示，全球其他航空材料業(yè)的發(fā)展路徑為我國(guó)該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了啟示和經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)企業(yè)可以結(jié)合本土實(shí)際，確定發(fā)展思路。

啟示一:找到一個(gè)應(yīng)用商捆綁式發(fā)展

碳纖維復(fù)材要想應(yīng)用在飛機(jī)上，從一開(kāi)始，設(shè)計(jì)、工藝、材料和應(yīng)用就要緊密配合

在波音宣布獲得訂單的一個(gè)月前，日本東麗從美國(guó)波音獲得了規(guī)模達(dá)到1 萬(wàn)億日元的飛機(jī)用碳纖維訂單。雙方合同顯示，在今后10 多年里，東麗除向現(xiàn)有的787 機(jī)型供貨之外，還將向最早于2020 年投入使用的777X 供應(yīng)主機(jī)翼用碳纖維復(fù)合材料，并實(shí)現(xiàn)獨(dú)家供貨。

為什么波音會(huì)從東麗采購(gòu)相關(guān)材料？一方面是因?yàn)樘祭w維復(fù)材的技術(shù)相對(duì)前沿，全球能達(dá)標(biāo)的企業(yè)并不多。另一方面，業(yè)內(nèi)人士表示，美國(guó)波音與日本東麗長(zhǎng)期合作緊密，至少在碳纖維復(fù)材領(lǐng)域，這種合作早已將兩者捆綁在一起。

事實(shí)上，綜觀全球，另一個(gè)飛機(jī)制造巨頭歐洲空客也與碳纖維強(qiáng)企法國(guó)赫氏合作密切。這種兩兩捆綁式的發(fā)展模式，在碳纖維產(chǎn)業(yè)的研發(fā)與應(yīng)用中并非巧合。沈真表示，碳纖維復(fù)材要想應(yīng)用在飛機(jī)上，從一開(kāi)始，設(shè)計(jì)、工藝、材料和應(yīng)用就要緊密配合。

目前，中國(guó)商用飛機(jī)是波音與空客的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。在碳纖維復(fù)合材料成為飛機(jī)制造不可或缺的材料后，商飛要想突破競(jìng)爭(zhēng)局面，就必須有合作緊密且具備實(shí)力的碳纖維復(fù)材提供商。然而，就目前形勢(shì)看，商飛的飛機(jī)進(jìn)入批量生產(chǎn)后，東麗和赫氏不會(huì)保證材料供應(yīng)，其他國(guó)外碳纖維廠家目前又不具備航空級(jí)碳纖維原材料供應(yīng)能力。因此，我國(guó)飛機(jī)碳纖維原材料供應(yīng)必須立足于國(guó)內(nèi)，這對(duì)于國(guó)內(nèi)碳纖維企業(yè)提出了期許。

有預(yù)測(cè)表明，未來(lái)20 年，中國(guó)將需要價(jià)值近萬(wàn)億美元的6000 多架民用飛機(jī)。市場(chǎng)潛力巨大。目前商飛與波音的差距不小，還處于成長(zhǎng)階段，想要與之捆綁式發(fā)展的碳纖維及碳纖維復(fù)材企業(yè)也應(yīng)抓住機(jī)遇，迅速跟上。

啟示二:低成本路線要以高性能為前提

其實(shí)，早在上個(gè)世紀(jì)70 年代就已經(jīng)做出復(fù)合材料的機(jī)身和機(jī)翼。但是當(dāng)時(shí)成本太高，航空領(lǐng)域根本接受不了。為了讓市場(chǎng)接受，相關(guān)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)40 多年的努力。世界主要的幾個(gè)碳纖維提供商和下游企業(yè)一起科研攻關(guān)，最終達(dá)到了工業(yè)化應(yīng)用水平，實(shí)現(xiàn)了突破。

總結(jié)幾十年的發(fā)展歷程看，在實(shí)際應(yīng)用中，碳纖維可以分為兩種：高性能前提下的低成本碳纖維和低成本前提下的高性能碳纖維。

沈真認(rèn)為，航空航天用的碳纖維屬于前者，不能以低成本為最終目標(biāo)，而要以發(fā)揮碳纖維復(fù)合材料優(yōu)勢(shì)為前提，尋找低成本的解決途徑。這種改進(jìn)主要在三個(gè)方面。

第一是設(shè)計(jì)。碳纖維復(fù)材結(jié)構(gòu)與金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最大差別是增加了鋪層設(shè)計(jì)，鋪層設(shè)計(jì)就是將碳纖維的方向按結(jié)構(gòu)的變形要求進(jìn)行鋪設(shè)。在這個(gè)過(guò)程中，要盡可能發(fā)揮其高模量的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到減重的要求。復(fù)合材料的另一優(yōu)勢(shì)是可以將復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)通過(guò)共固化、共膠接或二次膠接一次成型實(shí)現(xiàn)，獲得無(wú)緊固件的整體化結(jié)構(gòu)，從而大大減少緊固件和裝配的成本，因此整體化結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)和成型工藝是保證發(fā)揮碳纖維優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵?？傊祭w維復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)是通過(guò)設(shè)計(jì)得到的。

第二是穩(wěn)定性。高穩(wěn)定性可通過(guò)原材料和制造工藝二者的穩(wěn)定性來(lái)實(shí)現(xiàn)。飛機(jī)結(jié)構(gòu)用的碳纖維復(fù)合材料均須采用經(jīng)鑒定的產(chǎn)品，并通過(guò)用戶的材料規(guī)范來(lái)控制所購(gòu)原料的質(zhì)量，按相應(yīng)的工藝規(guī)范制造產(chǎn)品，材料和工藝一經(jīng)鑒定，后續(xù)任何重要的材料/工藝變化必須通過(guò)適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)/分析評(píng)定，并獲得相關(guān)部門批準(zhǔn)后才能執(zhí)行。

第三是制造技術(shù)。碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的高性能必須采用適合它的工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)。長(zhǎng)期以來(lái)，飛機(jī)結(jié)構(gòu)采用熱壓罐工藝，這種工藝能保證高纖維體積含量、低孔隙率和質(zhì)量均勻一致，從而獲得高性能的復(fù)合材料。目前為追求低成本，衍生出很多新的工藝，但其技術(shù)基礎(chǔ)主要是熱壓罐工藝，質(zhì)量要求沒(méi)有變化。

啟示三:打造全產(chǎn)業(yè)鏈開(kāi)發(fā)生產(chǎn)與服務(wù)的模式

碳纖維應(yīng)用不只是要盯著下游市場(chǎng)需求看，沈真表示，碳纖維企業(yè)還要看是否能整合各方資源，在發(fā)揮碳纖維的特長(zhǎng)的同時(shí)，改性周邊配套產(chǎn)品。

例如，市場(chǎng)需求的是碳纖維復(fù)合材料形式出現(xiàn)的制品，碳纖維必須與相匹配的上漿劑、樹(shù)脂組合才能體現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)。為滿足市場(chǎng)的特殊需求，除研發(fā)碳纖維外，還須研制市場(chǎng)上無(wú)法得到的專用樹(shù)脂與上漿劑。

沈真表示，碳纖維及其復(fù)合材料的關(guān)鍵技術(shù)被國(guó)外封鎖，甚至獲取了相關(guān)技術(shù)在國(guó)內(nèi)也不能拿來(lái)就用，碳纖維及其復(fù)材要與國(guó)內(nèi)周邊產(chǎn)業(yè)相配合才行。另外，在航空領(lǐng)域的鑒定時(shí)間和流程都比較長(zhǎng)。因此，沈真認(rèn)為，我國(guó)碳纖維及其復(fù)合材料要發(fā)展自己的相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈。又因?yàn)閼?yīng)用領(lǐng)域的特殊性，再加上產(chǎn)品以碳纖維為主，因此整合和改造周邊配套產(chǎn)品的任務(wù)只能由碳纖維企業(yè)來(lái)完成。

沈真介紹，目前，江蘇恒神已經(jīng)確立了要建成碳纖維及復(fù)合材料生產(chǎn)、技術(shù)、應(yīng)用、服務(wù)為一體的集成供應(yīng)商的發(fā)展思路。在這個(gè)目標(biāo)下，企業(yè)要完成兩個(gè)具體任務(wù)：一是建立“碳纖維—織物—預(yù)浸料—樹(shù)脂—設(shè)計(jì)與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)服務(wù)”的完整產(chǎn)業(yè)鏈；二是成為世界領(lǐng)先的碳纖維及復(fù)合材料集成供應(yīng)商。