高性能纖維及其復(fù)合材料發(fā)展戰(zhàn)略研究

劉海馨

（遼寧省國家新型原材料基地建設(shè)工程中心 遼寧 沈陽 110000）

1 引言

高端纖維和復(fù)合材料之間有不同程度的代差，其自主能力需要不斷被強(qiáng)化，當(dāng)前國外一些航空領(lǐng)域通常都是選擇用T800級碳纖維作為增強(qiáng)體的第二代復(fù)合材料，但是我們國家和國外相比仍然處于傳統(tǒng)的發(fā)展階段，在技術(shù)上缺乏創(chuàng)新，因此和國外相比無論是生產(chǎn)技術(shù)亦或是生產(chǎn)質(zhì)量都較為薄弱[1]。

2 我國高性能纖維及其復(fù)合材料發(fā)展存在的問題

生產(chǎn)技術(shù)相對欠缺，因此無法和國外一樣實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)與使用，纖維產(chǎn)品質(zhì)量不能夠滿足使用要求，而購買的成本相對較高，使用效果不理想。通過對我國碳纖維生產(chǎn)進(jìn)行分析可以看出當(dāng)前碳纖維進(jìn)行生產(chǎn)所選擇的主要是12K或者不足12K的一種小絲束的生產(chǎn)模式，我國當(dāng)前并沒有進(jìn)行大絲束生產(chǎn)的技術(shù)，即便能夠進(jìn)行大絲束的生產(chǎn)其所需要付出的成本也無法完成批量生產(chǎn)，而且當(dāng)前有很多國外企業(yè)已經(jīng)開始進(jìn)行大絲束的生產(chǎn)并且其在生產(chǎn)成本上相對低廉。除此之外，國外研究的重點(diǎn)已經(jīng)轉(zhuǎn)移到了提升質(zhì)量和降低施工成本上。由此可以看出我們國家在這方面不管是產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量還是在生產(chǎn)效率，亦或是在生產(chǎn)成本上都無法和國外媲美，在投資所需要的成本和能耗較高時，規(guī)模化和效果都普遍不高，因此批量生產(chǎn)仍然無法達(dá)成[2]。

2.1 大多數(shù)行業(yè)復(fù)合材料的技術(shù)能力相對較低

當(dāng)前，我們國家僅在航空航天領(lǐng)域具備一個相對完善的復(fù)合材料技術(shù)能力，基礎(chǔ)設(shè)施在建設(shè)過程中滯后情況較為嚴(yán)重，其經(jīng)常習(xí)慣跟蹤國外的應(yīng)用技術(shù)以及應(yīng)用領(lǐng)域，這樣的情況使得國產(chǎn)纖維與復(fù)合材料無法滿足大規(guī)模出口的要求。近年來已有文獻(xiàn)報(bào)道了一種使用部分溶解的方法制備全纖維素復(fù)合材料的有關(guān)研究，這樣一種復(fù)合材料其母體屬于溶解之后析出的一種纖維素，強(qiáng)化纖維屬于部分溶解以及非溶解的一種纖維素。因?yàn)槟阁w以及填料全部都是通過纖維素構(gòu)成，因此這一復(fù)合材料本身具有非常好的界面相容性，同時還具備非常高的力學(xué)性能以及生物降解性。

2.2 基礎(chǔ)投入較為欠缺

當(dāng)前有一些核心科學(xué)問題并沒有得到有效的確認(rèn)，我國在產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn)和創(chuàng)新上存在一定的滯后性，在發(fā)展中主要是依賴于國外企業(yè)對我國企業(yè)提供的技術(shù)引導(dǎo)，也就是說我國在進(jìn)行高性能纖維以及復(fù)合材料生產(chǎn)的過程中主要是通過對國外技術(shù)的模仿進(jìn)行二次創(chuàng)新的，并且將產(chǎn)品研制作為核心，致力于解決當(dāng)前需求。高校以及相關(guān)的科研機(jī)構(gòu)在對纖維進(jìn)行研究生產(chǎn)的時候，主要是把型號產(chǎn)品當(dāng)成是當(dāng)前研究的依托，其并未注重深層次上具備的內(nèi)涵，這樣的情況下，就需要有更加深化的科學(xué)機(jī)理對其發(fā)展作為輔助并且對其給予適當(dāng)?shù)慕沂尽２牧涎兄粕闲枰哂谐暗陌l(fā)展意識，只有這樣才有可能在進(jìn)行技術(shù)生產(chǎn)發(fā)展上掌握更新的科技，才能夠使我國的科技生產(chǎn)領(lǐng)先于國外企業(yè)[3]。

3 我國高性能纖維及其復(fù)合材料的發(fā)展思路

（1）需要保障核心品種。需要對纖維材料的保障能力給予適當(dāng)?shù)奶嵘?，只有這樣才能夠填補(bǔ)高端品種在產(chǎn)生過程中存在的空缺，使我國纖維材料在核心產(chǎn)品上保持技術(shù)的安全。

（2）在產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)上需要注重自主控制。對于基礎(chǔ)原材料以及所使用到的裝備和機(jī)電產(chǎn)品等必備的產(chǎn)業(yè)鏈潛存的隱患與技術(shù)上存在的短板進(jìn)行排查，保障產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)發(fā)展和再造。

（3）需要注重體系自主發(fā)展的一個基礎(chǔ)原則。需要建立一個符合企業(yè)和項(xiàng)目建設(shè)要求的發(fā)展體系，除此之外還需要注重國內(nèi)戰(zhàn)略性的產(chǎn)業(yè)市場發(fā)展，使其能夠成為一個具有發(fā)展特點(diǎn)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展優(yōu)勢的競爭市場，建立協(xié)同發(fā)展的研究體系，只有這樣才能夠使高性能纖維與其復(fù)合材料技術(shù)之間能夠?qū)崿F(xiàn)本土的創(chuàng)新發(fā)展并對其給予適當(dāng)?shù)闹巍?/p>

4 我國高性能纖維及其復(fù)合材料的重點(diǎn)發(fā)展任務(wù)

4.1 碳纖維及其復(fù)合材料

改變進(jìn)行工業(yè)級碳纖維成套生產(chǎn)的工藝裝備和產(chǎn)業(yè)化制備的有關(guān)技術(shù)，對于國產(chǎn)大絲束碳纖維以往使用的基礎(chǔ)進(jìn)行適當(dāng)?shù)膭?chuàng)新；除此之外還需要對紡絲以及預(yù)氧化碳化等制備技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，只有這樣才能夠使我們國家生產(chǎn)的碳纖維無論是在生產(chǎn)成本上還是生產(chǎn)的穩(wěn)定性上都能夠得到保障，使我國國產(chǎn)碳纖維生產(chǎn)朝著大規(guī)模的方向演變。

4.2 有機(jī)纖維及其復(fù)合材料

突破芳綸、PI、UHMWPE、PBO等性能較高的有機(jī)纖維在產(chǎn)業(yè)化制備和復(fù)合材料生產(chǎn)上的所使用的技術(shù)局限，使其可以在我國的一些重大裝備上進(jìn)行通用。開發(fā)系列化以及功能化的對位芳綸，只有基于差異化的發(fā)展角度去完成材料生產(chǎn)，才能夠使間位芳綸的生產(chǎn)效率/生產(chǎn)新工藝以及生產(chǎn)技術(shù)得到有效的創(chuàng)新。盡可量的開發(fā)出具有耐溫以及抗蠕變的UHMWPE纖維，能夠完成對中高強(qiáng)度UHMWPE工程化制備技術(shù)上的完善，并且對生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的能耗大以及成本高等問題給予合理的處置。只有這樣才能夠使PBO纖維聚合紡絲在工藝上得到適當(dāng)?shù)膬?yōu)化，通過采取這樣的一種方式實(shí)現(xiàn)對高品質(zhì)產(chǎn)品的有效的供應(yīng)。盡可能地開發(fā)出成本較低、性能較高的PI纖維技術(shù)，針對PI纖維當(dāng)前出現(xiàn)的環(huán)化以及牽伸一體化等主要工藝和集成的相關(guān)設(shè)備技術(shù)，持續(xù)進(jìn)行PI纖維以及復(fù)合材料在多個領(lǐng)域的合理應(yīng)用。

4.3 陶瓷纖維及其復(fù)合材料

不斷提升傳統(tǒng)技術(shù)，改變以往工程尺寸復(fù)合材料制備存在的工藝和裝備等出現(xiàn)的問題，積極進(jìn)行陶瓷基復(fù)合材料的開發(fā)。在制造技術(shù)上需要有效控制成本，使其能夠形成陶瓷纖維和其復(fù)合材料產(chǎn)品的型譜，最終使用在大型設(shè)備上。

5 措施和相關(guān)建議

全面提高復(fù)合材料在設(shè)計(jì)和應(yīng)用上的能力，盡可能多地使用高質(zhì)量和高性能纖維復(fù)合材料，使得國產(chǎn)高性能纖維在使用上存在的阻礙得到良好的解決，最終將其使用到多個不同的生產(chǎn)和建設(shè)領(lǐng)域中，依照當(dāng)前行業(yè)在發(fā)展過程中具備的優(yōu)勢，對于復(fù)合材料在設(shè)計(jì)以及制造等多個方面技術(shù)水平給予提升，適當(dāng)?shù)靥嵘I(yè)領(lǐng)域復(fù)合材料在設(shè)計(jì)以及應(yīng)用上的能力；并且健全復(fù)合材料專業(yè)在設(shè)計(jì)人才上的有效培養(yǎng)，側(cè)重復(fù)合材料所使用的設(shè)計(jì)軟件能夠趨于國產(chǎn)化，盡可能多地使用質(zhì)量較高的高性能纖維復(fù)合材料，使我國生產(chǎn)的高性能纖維能夠遠(yuǎn)銷海內(nèi)外，并且使其應(yīng)用的通道能夠保持順暢，最后推進(jìn)國產(chǎn)高性能纖維與其復(fù)合材料能夠朝著規(guī)模化的方向發(fā)展[4]。

5.1 解決關(guān)鍵裝備生產(chǎn)國產(chǎn)化存在的不足問題

對于高性能纖維以及其復(fù)合材料生產(chǎn)制造過程中所需要的配套裝備和配套技術(shù)，不斷提升企業(yè)生產(chǎn)上的實(shí)力，匯集技術(shù)力量，處置生產(chǎn)裝備產(chǎn)生的問題，致力于提升纖維生產(chǎn)的設(shè)備與技術(shù)，建設(shè)一個三位一體的促進(jìn)模式。

5.2 由科研院所和企業(yè)共同牽頭建立一個產(chǎn)品創(chuàng)新平臺

在創(chuàng)新平臺上激勵企業(yè)和相關(guān)單位完成創(chuàng)新技術(shù)和新機(jī)制的創(chuàng)新，通過這樣的方式建立一個生產(chǎn)、研發(fā)融合為一體的發(fā)展態(tài)勢，在高性能纖維與復(fù)合材料領(lǐng)域也可以建立這樣一種由國家牽頭的創(chuàng)新平臺，為人才提供一個可以了解并學(xué)習(xí)新技術(shù)的環(huán)境，推進(jìn)我國材料研發(fā)和生產(chǎn)的良性循環(huán)體系。