本刊記者 陳金燦

碳纖維多軸向經(jīng)編復(fù)合材料已成為生產(chǎn)大型風(fēng)力發(fā)電葉片的首選。

寶馬i8車頂部分及乘員艙結(jié)構(gòu)采用了高強(qiáng)度且輕量化的CFRP碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。

對于碳纖維多軸向經(jīng)編復(fù)合材料可能很多人還覺得陌生，但是一提到前不久寶馬推出的首款新能源跑車i8時卻是眾所周知。其最大的亮點就是i8的整個乘員艙的結(jié)構(gòu)由多層碳纖維復(fù)合材料拼合而成。輕量化和高強(qiáng)度是它最大的特點，使用這種材料可以大幅降低車身的重量，有效提升車輛的續(xù)航能力。

用于加工該類織物的碳纖維多軸向經(jīng)編機(jī)是紡織織造設(shè)備領(lǐng)域前沿科技的代表，雖然市場潛力巨大，但是碳纖維多軸向經(jīng)編機(jī)為國際尖端技術(shù)，此前一直被德國企業(yè)壟斷，并且價格高昂，單機(jī)臺價格不低于1600萬人民幣。據(jù)江南大學(xué)教育部針織技術(shù)工程研究中心蔣高明教授介紹，在我國桐鄉(xiāng)地區(qū)針對該類機(jī)型與卡爾邁耶利巴簽訂了將近1個億的訂單，足見其存在巨大的市場需求量。

自主創(chuàng)新 打破國際壟斷

德國卡爾邁耶集團(tuán)生產(chǎn)的碳纖維多軸向經(jīng)編機(jī)在世界市場上一直處于領(lǐng)導(dǎo)地位。由于碳纖維多軸向經(jīng)編機(jī)的制造難度大，產(chǎn)品附加值高等特點，國外設(shè)備制造商一直對我國進(jìn)行技術(shù)封鎖，并且價格高昂。

為打破國際壟斷，提升本國設(shè)備的市場競爭力。去年江蘇省常州市第八紡織機(jī)械有限公司聯(lián)合常州市宏發(fā)縱橫新材料科技股份有限公司、北京航空航天大學(xué)、北京航空制造工程研究所，歷時5年，成功研發(fā)出擁有多項自主知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新技術(shù)，制造出中國第一臺碳纖維多軸向經(jīng)編機(jī)，并獲得授權(quán)專利34項，整機(jī)性能達(dá)到國際先進(jìn)水平，降低了碳纖維生產(chǎn)成本近七成。

“該機(jī)的核心技術(shù)之一為‘展纖技術(shù)’，這是加工輕薄型碳纖維織物的關(guān)鍵技術(shù)?！睋?jù)蔣高明介紹，展纖技術(shù)即通過加熱、牽拉、擠壓等方式使碳纖維絲束展開、展平，形成紗片，可將12K的碳纖維絲束展寬至10mm以上，超過了國外機(jī)型平均8mm的展纖寬度，可生產(chǎn)面密度在100-300g/m2的多層無屈曲輕質(zhì)高強(qiáng)復(fù)合材料增強(qiáng)體。常州八紡機(jī)研發(fā)的碳纖維多軸向經(jīng)編機(jī)性能達(dá)到國際先進(jìn)水平，而價格僅為進(jìn)口同類機(jī)型的一半，大幅降低了高性能碳纖維預(yù)制體的加工成本。

繼常州八紡機(jī)之后，大有“青出于藍(lán)”的江蘇潤源控股集團(tuán)有限公司也推出了自主設(shè)計研發(fā)的碳纖維多軸向經(jīng)編機(jī)，并對展纖機(jī)構(gòu)實行了深入改進(jìn)，每個帶寬的紗線采用雙組加熱展纖機(jī)構(gòu)，進(jìn)一步鞏固了展纖效果；同時，還對整個帶寬的紗線進(jìn)行張力調(diào)節(jié)，使紗線張力更為均勻。另外，全新的小車鋪紗裝置，可將紗線損耗降至2%以下，實現(xiàn)精準(zhǔn)、平行、無彎曲地鋪紗，這些都為確?？椢锏钠秸群洼p薄度提供了有力保障。

碳纖維多軸多向經(jīng)編復(fù)合材料以其綜合性能受到業(yè)界廣泛關(guān)注。

國產(chǎn)碳纖維多軸向經(jīng)編機(jī)的成功研發(fā)，打破國外技術(shù)壟斷，填補(bǔ)國內(nèi)紡織機(jī)械空白，也為民族工業(yè)的發(fā)展注入了新的活力。

高精尖領(lǐng)域市場潛力巨大

碳纖維多軸向經(jīng)編復(fù)合材料因其具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、高模、耐高溫、耐腐蝕和抗分層、抗蠕變、抗沖擊等優(yōu)良性能，成為高端應(yīng)用領(lǐng)域的優(yōu)選材料，在航空、航天裝備的輕量化、小型化和高性能化上起到了重要的積極作用，并越來越廣泛地應(yīng)用到航空航天、風(fēng)力發(fā)電、清潔能源汽車、交通輕量化等領(lǐng)域。

據(jù)蔣高明介紹，如果將碳纖維多軸向經(jīng)編復(fù)合材料用于戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)身、主翼、垂尾翼、平尾翼等部位的話，與金屬結(jié)構(gòu)材料相比可使重量減輕31.5%左右，并可減少61.5%左右的零件，減少61.3%左右的緊固件。民用航空領(lǐng)域中，在波音787型客機(jī)上，該材料的比例更是達(dá)到50%以上，我國C919飛機(jī)上也使用大量該類材料以保證在不損失材料強(qiáng)度和剛度，確保飛行安全的前提下，減輕機(jī)身重量，可節(jié)省20%的燃料。

另外，在強(qiáng)調(diào)綠色能源和可持續(xù)發(fā)展的背景下，世界各國都對風(fēng)能的開發(fā)利用表現(xiàn)出了高度重視，碳纖維多軸向經(jīng)編復(fù)合材料已成為大型風(fēng)力發(fā)電葉片材料的首選。

韓國南方電力公司(SSP)和三星重工聯(lián)合開發(fā)了7兆瓦，單只葉片長度為83.5m的海上風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。其整體結(jié)構(gòu)選擇碳纖玻纖混編材料制造，并且在梁帽、翼緣和葉片根部等對材料強(qiáng)度和剛度要求較高的部位采用碳纖維多軸向經(jīng)編復(fù)合材料進(jìn)行加固，以保證葉片運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性和耐久性。我國的連云港中復(fù)集團(tuán)也生產(chǎn)出6兆瓦、75m的葉片，東方汽輪機(jī)有限公司也生產(chǎn)出5兆瓦、60m的葉片，在這些產(chǎn)品中，均大量采用碳纖維多軸向經(jīng)編復(fù)合材料，其輕質(zhì)高強(qiáng)和腐蝕耐候性強(qiáng)等特點將使其在未來的大型、超長風(fēng)電葉片產(chǎn)業(yè)中占據(jù)主導(dǎo)地位。

電動汽車，作為新興的清潔能源交通工具，逐漸成為各大汽車廠商研發(fā)的重點，而其動力來源和動力系統(tǒng)決定了輕質(zhì)高強(qiáng)的汽車骨架和殼體是一款高性能電動汽車的必要前提。寶馬公司最新推出的i8新能源跑車就是一個典型的代表。其強(qiáng)度要求最高的A柱和B柱等部位都是由碳纖維增強(qiáng)塑料制成。據(jù)了解，碳纖維多軸向經(jīng)編復(fù)合材料的質(zhì)量是鋼鐵材料的25%，但強(qiáng)度卻是鋼材的10倍，碰撞吸能性能比鋼或鋁高出45倍，其優(yōu)良的綜合性能受到業(yè)界的廣泛關(guān)注。

對于碳纖維及復(fù)合材料未來的市場前景，國內(nèi)知名證券公司申銀萬國相關(guān)負(fù)責(zé)人表示非?？春?，他認(rèn)為，目前，中國碳纖維及復(fù)合材料的應(yīng)用分布仍與世界存在較大差距，工業(yè)用碳纖維及復(fù)合材料發(fā)展?jié)摿薮?。中國目前碳纖維及復(fù)合材料市場需求量為1.65萬噸以上，現(xiàn)只能生產(chǎn)T300級和以下級別產(chǎn)品約0.2萬噸。未來伴隨著世界碳纖維電動汽車帶動的市場應(yīng)用，預(yù)計2018年全球碳纖維及復(fù)合材料的需求將達(dá)到8萬噸，按目前產(chǎn)能計算缺口達(dá)60%，世界各主要廠家均在計劃增加相應(yīng)產(chǎn)能。