張承雙，張光喜，張啟偉，徐 雨

(1.西安航天復(fù)合材料研究所，西安 710025；2.陜西省航天復(fù)合材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710025)

聚焦空天動(dòng)力復(fù)合材料，共同探討如何推動(dòng)復(fù)合材料先進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展和實(shí)現(xiàn)更高水平、更高成熟度的空天動(dòng)力領(lǐng)域復(fù)合材料應(yīng)用，這是2022年8月在遼寧大連召開(kāi)的“空天動(dòng)力復(fù)合材料及應(yīng)用專(zhuān)業(yè)委員會(huì)2022年度學(xué)術(shù)會(huì)議”包括中國(guó)科學(xué)院、工程院院士在內(nèi)的近200名專(zhuān)家學(xué)者研討的主題。

1 行業(yè)專(zhuān)家縱談復(fù)合材料技術(shù)前沿

復(fù)合材料技術(shù)前沿方面，特邀主旨報(bào)告反映了我國(guó)在纖維、基體和涂料等方面的研究成果，值得關(guān)注。

烯碳纖維作為國(guó)家戰(zhàn)略新興材料，在導(dǎo)電塑料、輕質(zhì)高強(qiáng)復(fù)合材料、寬頻段輕質(zhì)電磁屏蔽、沖擊防護(hù)、智能材料、電子器件等方面具有廣泛的應(yīng)用。北京大學(xué)張錦院士作了“烯碳纖維的控制制備與應(yīng)用探索”的特邀報(bào)告，詳細(xì)介紹了烯碳材料(主要包括碳納米管和石墨烯)的可控制備思想，重點(diǎn)面向航空航天、國(guó)防軍事、能源、生物等領(lǐng)域?qū)p質(zhì)高強(qiáng)高性能纖維提出的特殊結(jié)構(gòu)和功能需求，提出了高力學(xué)性能及結(jié)構(gòu)功能一體化烯碳纖維的制備方法，揭示了烯碳纖維中烯碳材料結(jié)構(gòu)單元的組裝結(jié)構(gòu)調(diào)控及性能傳遞規(guī)律，探索了其在防彈、防護(hù)和人工肌肉中的應(yīng)用前景。

航空、航天等諸多高科技領(lǐng)域輕質(zhì)高強(qiáng)耐高溫的高性能工程塑料需求迫切，但是由于國(guó)產(chǎn)傳統(tǒng)塑料耐高溫性差的缺陷，導(dǎo)致其無(wú)法滿足應(yīng)用要求。因此，迫切需要?jiǎng)?chuàng)新研發(fā)綜合性能優(yōu)異的新型耐高溫高分子材料，并開(kāi)展相應(yīng)的加工、應(yīng)用研究。大連理工大學(xué)蹇錫高院士團(tuán)隊(duì)在高性能工程塑料、高性能樹(shù)脂基復(fù)合材料、耐高溫特種絕緣材料等領(lǐng)域取得了諸多創(chuàng)新型成果，蹇院士會(huì)上詳細(xì)介紹了新型雜環(huán)高性能工程塑料及其加工應(yīng)用研發(fā)方面的系列成果。該團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次提出了全芳環(huán)非共平面扭曲的分子鏈結(jié)構(gòu)可賦予聚合物既耐高溫又可溶解的優(yōu)異綜合性能的學(xué)術(shù)思想，成功研制了含二氮雜萘酮聯(lián)苯結(jié)構(gòu)二酐、二胺、二酸等系列聚合物新單體，開(kāi)發(fā)出新型聚芳酰胺、聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚芳酯等系列高性能樹(shù)脂，形成了獨(dú)具特色的高性能聚合物體系，研究成果在航空、航天、核工業(yè)、船舶、交通、石油化工等高技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，有力推動(dòng)了我國(guó)高性能復(fù)合材料技術(shù)發(fā)展與進(jìn)步。

西安電子科技大學(xué)周益春教授作了“脆性陶瓷涂層的鐵彈增韌機(jī)制”的學(xué)術(shù)報(bào)告，重點(diǎn)介紹了其團(tuán)隊(duì)對(duì)于疇及其與韌性關(guān)聯(lián)的認(rèn)識(shí)、鐵彈疇及疇變行為的精細(xì)表征、變形與裂紋尖端疇變的理論分析以及鐵彈疇增韌機(jī)制，提出了鐵彈疇是脆性陶瓷韌性設(shè)計(jì)與調(diào)控的重要方向，闡明了鐵彈疇形核與翻轉(zhuǎn)都可誘導(dǎo)涂層增韌的機(jī)理，揭示了增韌的本質(zhì)源于納米尺度疇的應(yīng)變梯度效應(yīng)，明確了疇的尺寸是調(diào)控宏觀韌性的關(guān)鍵參數(shù)等結(jié)論，這些成果對(duì)于促進(jìn)陶瓷涂層技術(shù)發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。

2 學(xué)術(shù)會(huì)議交流航天動(dòng)力應(yīng)用進(jìn)展

航空、航天是當(dāng)今世界最具挑戰(zhàn)性和廣泛帶動(dòng)性的高技術(shù)領(lǐng)域，空天飛行器等高端裝備的快速發(fā)展對(duì)先進(jìn)復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)提出了日益迫切的技術(shù)要求。

作為需求方，北京跟蹤與通信技術(shù)研究所楊燦總師詳細(xì)介紹了空間飛行器的應(yīng)用類(lèi)型及趨勢(shì)、空間飛行器對(duì)復(fù)合材料的應(yīng)用需求及應(yīng)用路徑，提出未來(lái)空間飛行器用先進(jìn)復(fù)合材料發(fā)展方向是更低成本、更長(zhǎng)壽命和更多功能。楊燦總師在“先進(jìn)復(fù)合材料在空間飛行器中的應(yīng)用需求”特邀報(bào)告最后，建議面向未來(lái)空間飛行器的結(jié)構(gòu)和功能需求，研發(fā)耐磨性更高、空間適應(yīng)性更好的潤(rùn)滑材料和密封材料，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度更高、疲勞性更好的結(jié)構(gòu)材料，能量密度更高、服役壽命更長(zhǎng)的儲(chǔ)能材料，更好的抗空間或熱輻射/熱吸收/隔熱材料等新材料。

作為應(yīng)用方，張承雙研究員代表西安航天復(fù)合材料研究所作了“高性能熱塑性復(fù)合材料原位成型關(guān)鍵技術(shù)”的學(xué)術(shù)報(bào)告，重點(diǎn)面向新一代大型運(yùn)載火箭對(duì)固體發(fā)動(dòng)機(jī)殼體和液體火箭貯箱提出的結(jié)構(gòu)/防熱一體化、抗損傷以及快速高精度制造等技術(shù)需求，詳細(xì)介紹了高性能熱塑性復(fù)合材料原位成型技術(shù)原理及國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)，提出了面向工程應(yīng)用的原位成型鋪放單元設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、熱塑性復(fù)合材料原位成型過(guò)程建模與仿真、熱塑性復(fù)合材料原位成型過(guò)程在線監(jiān)測(cè)等技術(shù)發(fā)展建議，該項(xiàng)研究工作對(duì)于加快推進(jìn)國(guó)內(nèi)先進(jìn)復(fù)合材料制造技術(shù)在高端裝備領(lǐng)域的示范應(yīng)用具有重要影響。

從參會(huì)作者交流論文可見(jiàn)，我國(guó)復(fù)合材料應(yīng)用方面近年取得長(zhǎng)足進(jìn)步，特別表現(xiàn)在如下幾方面：

(1)數(shù)字化建模與仿真技術(shù)應(yīng)用日益廣泛

通過(guò)建立聚合物分子結(jié)構(gòu)模型，對(duì)復(fù)合材料成型工藝過(guò)程進(jìn)行數(shù)字化仿真分析，不斷完善復(fù)合材料性能數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠更加準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料原材料篩選、工藝設(shè)計(jì)、質(zhì)量控制及性能檢測(cè)，使復(fù)合材料研發(fā)成本不斷降低。

(2)智能材料與結(jié)構(gòu)發(fā)展迅速

采用新型磁性纖維作為傳感元件，研究熱塑性聚合物的分子鏈運(yùn)動(dòng)行為和具有自修復(fù)功能的Vitrimers等樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)變化，分析材料的固化過(guò)程及失效行為，揭示材料的應(yīng)變、電阻和熱物理性能等參數(shù)隨溫度的變化規(guī)律，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)的自診斷及自修復(fù)。

(3)極端環(huán)境材料引發(fā)廣泛關(guān)注

針對(duì)超高溫、極低溫、強(qiáng)輻射等極端環(huán)境服役要求，開(kāi)展耐低溫空間復(fù)合材料、耐超高溫硅基外防熱涂料以及含苯撐結(jié)構(gòu)的抗輻射聚合物材料研究，引發(fā)廣泛關(guān)注。

此次會(huì)議還設(shè)置了5個(gè)分會(huì)場(chǎng)，共有56篇學(xué)術(shù)報(bào)告進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)交流。其中，空天復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真分會(huì)場(chǎng)11篇、復(fù)合材料基礎(chǔ)原材料分會(huì)場(chǎng)12篇、復(fù)合材料加工與裝配分會(huì)場(chǎng)11篇、復(fù)合材料性能表征與測(cè)試分會(huì)場(chǎng)11篇、先進(jìn)復(fù)合材料成型工藝與裝備分會(huì)場(chǎng)11篇。這些學(xué)術(shù)報(bào)告分別從不同維度集中展示了近年來(lái)我國(guó)航天、航空等領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者和工程技術(shù)人員在先進(jìn)復(fù)合材料設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用等方面取得的最新成果，對(duì)于推動(dòng)我國(guó)空天動(dòng)力復(fù)合材料基礎(chǔ)研究和工程應(yīng)用技術(shù)發(fā)展都具有十分重大的意義。