中国复合材料产业停滞不前 战斗机用量不足10%

飞羽

复合材料产业化的技术之惑
基础研究不足、关键技术未能实现突破，是复合材料产业发展停滞不前的根本原因
       “我国复合材料在应用与产业化方面，与国外相比至少落后10年以上。”在日前召开的中国国际先进复合材料与工艺技术论坛上，中国工程院院士刘连元表示，国内的复合材料很多产品不过关，技术与性能的稳定性都不达标。
       作为国务院《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》中重点发展的三大新材料之一，复合材料的产业化备受瞩目。
       然而，多位专家在接受《中国科学报》采访时表示，复合材料产业的发展必须以基础研究的发展作为先导，产业的发展不能完全靠需求牵引来推动。
复合材料产业：有产能，无产量
       和很多技术的推广路线一样，复合材料最先开始应用在航空航天与军事领域，然后转向民用领域。
       与发达国家相比，复合材料在我国航空航天与军事领域的使用量并不高。据悉，发达国家复合材料在部分军机上的用量早已超过50％，而我国军用战斗机上的最大用量尚不足10％；在民用方面，美国大型客机波音787上的复合材料用量也超过了50％，而我国首架拥有自主知识产权的支线客机ARJ21使用的复合材料仅占飞机结构重量的2%。
       即便是如此少的用量，我国复合材料产业仍不能满足国内需求。
       “我国的产能是有了，但产量还不能满足需求，高品质、高性能的纤维还是没有过关的。”中国工程院院士、中国复合材料学会副理事长杜善义表示。
       基础研究不足、关键技术未能实现突破，是复合材料产业发展停滞不前的根本原因。“我国基础研究的水平整体上与国外差距较大，高水平的研究成果鲜有出现，制约了产业的发展。”刘连元表示。
       “我们需求的牵引往往大于科学推动，科学还没有成熟，技术度还没有达到一定的程度，就着急进入应用领域，容易引起一系列问题。”杜善义表示。
结构效率与可靠性的技术矛盾
       在复合材料研究领域的科学与技术难题中，材料结构效率与可靠性的矛盾是最难解决的。
       “和很多材料一样，复合材料结构的高效率与高可靠性很难兼顾，是一对矛盾体。”杜善义表示，复合材料的性能分散性和服役环境的不确定性是制约复合材料及结构工程化应用最大的问题，也是复合材料的“软肋”。
       据了解，美国于2011年研制的“猎鹰”级超音速技术飞行器2号机（HTV-2）试验失败，根本原因就是在设计过程中对飞行环境载荷和材料使用性能的不稳定性认识不足。
       我国从上世纪80年代便开展了复合材料项目，后来由于稳定性差被迫“下马”。“复合材料的应用之所以停滞不前，就是因为稳定性太差、离散性比较大。”刘连元无奈地说，“这批产品性能达到了，下批又不行了。”
       稳定性的控制是复合材料界的世界性难题。英国诺丁汉大学教授李曙光致力于复合材料在海洋平台与海底输油管道中的应用，“一个海洋平台的碳纤维用量就相当于20架波音787的用量，海底输油管道上的用量更大”。然而，由于高昂的费用与可靠性问题，复合材料在海洋平台建设领域仍未能占领“高地”。
解决难题应重返基础研究
       从复合材料的基础研究入手，根本上解决产业发展的技术难题，这是受访专家的一致心声。
       “我国复合材料的基础研究底子薄，产业发展有点急于求成。”中科院化学研究所研究员徐坚认为，产业的发展应该重视基础研究。
       杜善义认为，科学界需要发展力学的新理论、新方法，来提供解决复合材料的离散性和服役条件下的不确定性难题。
       基础研究固有的投入高、风险高、研究周期长的特点，是造成我国复合材料基础研究薄弱、缺乏原创性技术的根本原因。
       “ZF应该布局复合材料产业的发展，用政策来推动基础研究。”刘连元表示，ZF对行业的规划是制约复合材料产业化的重要因素，“必须坚持科研、生产和应用的结合不断线”。
       “科学研究要超前发展，等需要什么材料做装备的时候才开始作研究就来不及了。”杜善义说。