先进复合材料的近期发展趋势

第 29卷 第 1期 2004年02月 高斜 擅纤 维 与 应 月) Hi-Tech Fiber＆ Application VOI．29．No．1 Feb．，2004 先进复合材料的近期发展趋势 陈绍杰 ，申屠年 (1．沈阳飞机设计研究所，辽宁 沈阳 ll0035；2．富阳特种纤维应用研究所，浙江 富阳 3ll400) 摘 要：本文介绍了先进复合材料技术近期的发展趋势和动态，包括应用的多元化、低成本化、国际化、规范 化等方面的情况。 关键词：复合材料；应用；发展；趋势 中图分类号：TB33 文献标识码：A 文章编号：100％9815(2004)01．0001—07 刖 昌 新材料的研究、发展与应用一直是当代高新 技术的重要内容之 。其【}I复合材料，特别是先 进复合材料在新材料技术领域占有重要的地位 ， 对促进世界各国军用和 民用领域的高科技现代 化，起到了至关重要的作用，因此近年来倍受重 视。 处于世纪之交的复合材料技术，近期又会有 较新、较大的发展。我们综合 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 研究后可见， 其近期发展趋势和特点可有应用发展的多元化、 技术发展的低成本化、竞争发展的国际化和设计 验证的规范化几个方面，下面分别予以评述。 1 应用发展的多元化 以碳纤维增强树脂基复合材料为代表的先进 复合材料自上世纪 60年代一}I期问世之初，主要用 于航空航天领域，可占70％一80％ 的份额。但近 年来迅速扩展成航空航天、体育休闲用品和工业 应用等 3大领域。目前航空航天等军用领域只占 20‘％一25％ 的应用份额，体育休闲用品大约占有 30％ 左右的份额，近年来发展较快的是各种工业 应用领域，大约占有近 50％左右的份额。先进复 合材料技术是典型的军民两用技术 ，高技术 向民 用转移已是世界普遍的潮流，各种工业领域应用 的迅速 发展 正体现 了其多元 化 发展 的趋势和特 点。 1．1 航空航天领域的应用 以航空航天领域为代表的军用领域历来是先 进复合材料重要 的和传统 的应用领 域。由于复合 材料具有比强度、比刚度高，耐腐蚀、耐疲劳性 能好，可设计性强等⋯ 系列独特的优点，其在各 种武器装备的轻量化、小犁化和高性能化上起 到 了无可代替的作用，使之成为飞机 、导弹、火 箭、人造卫星、舰船、兵__『 武器等结构上不可或 缺的战略材料和技术。 先进复合材料由于其 已被 30多 a应用历史证 明了的优异的使用性能，其在并种飞机上的应用 日渐增长和扩火 。各种 机和直升机上 的 用 已 多有叙述，目前两个突出的亮点是在大 民机和 无人机上的应用 。 欧洲的空客集团正在研制超人型客机 A380， 该机的机翼，包括中央翼和部分外翼，垂直尾翼 和水平尾翼、地板梁和后承压框、各种整流罩等 多由碳纤维复合材料制成，特别是机身壁板计划 人舰模采用名为 Glare的超混杂复合材料层板。 据说仪碳纤维复合材料就用了 3O多 t，复合材料 用量占结构总质量的 16％ 左右，远远超过美国 B777的应用水平，开创了人型民机上大规模应用 复合材料 的先河。为此欧洲 已全面启动 了发展应 用的预研工作，2002年已开始了复合材料的生产 收稿日期：2004-01—18；修定日期：2004-02—02 作者简介：陈绍杰 (1942-)，男，吉林长春人，研究员，长期从事飞机结构设计及先进复合材料发展的研究 碳纤碳布芳纶芳纶布混杂布蜂窝芯 富阳特纤所 ⋯05-．7 6 3 3732 3 6 1一 瓣 ～落黪～ 维普资讯 http://www.cqvip.com ． 2。 高斜磕纤维与应用 第29卷 和制造，预计 2004年首飞，2006年将交付航线 使用。 美国波音飞机公司正在研制 B7E7“梦想飞 机” (Dreamliner)，现已宣布该机结构的 50％ 将由复合材料制成，包括机翼、机身等主结构， 这将是世界上第一个采用复合材料机翼、机身的 大型商用喷气客机。波音原拟研制 “音速巡航 者” (Sonic Cruiser)，后经论证关键是要效率 而非速度，所以转而研制 B7E7，又称超效率飞 机，要大幅度减轻结构质量，提高 20％ 的燃油效 率，所以决定大量采用先进复合材料。在其所上 的复合材料新技术中还有两点要提出的是，机翼 上还会用到一种超混杂复合材料 TiGr，即碳纤维 增强钛合金层板，另一点则是将采用机体结构适 时在线的结构健康监控技术，有利于结构的修理 和维护。波音如此大幅度地提高复合材料在大型 民机上的用量，是30多 a来使用复合材料 经验 班主任工作经验交流宣传工作经验交流材料优秀班主任经验交流小学课改经验典型材料房地产总经理管理经验 总 结的产物，特别是 ACEE (Advanced composite Energy Efficiency)计划执行的结果。波音强调 人类飞行进入第二个世纪，其如此的选材决定将 使其在采用先进材料技术方面占据世界的优势地 位 !该机计划 2007年首飞，2008年投入航线使 用。先进复合材料在大型民机上应用的如此大踏 步前进的局面是我们始料不及的。 无人飞机 (UAV)，包括无人作战飞机 ( UCAV)是当今世界上军用武器发展的一个热 点，同时其在民用领域亦有广阔的应用前景。由 于无人机具有的低成本、轻结构、高隐身、长航 时等特点，决定了其对复合材料有特殊的需求。 在各种无人机上几乎无例外的大量使用了复合材 料，如美国的 “捕食者”除机身大梁外全机由复 合材料制成，著名的高空长航时无人侦察机 “全 球鹰”，除机身主结构外，其余均由复合材料制 成，包括机翼、尾翼、大雷达罩等部件。美国波 音 飞机 公 司研制 的 UCAV先 进技 术验 证机 X45A，除内部骨架为铝合金外，外部结构均为复 合材料制成，到生产型时将全部采用复合材料结 构，该机已于 2002年 6月首飞。美国诺斯罗谱 · 格鲁门飞机公司的无人攻击机 X一47A，号称 “飞 马”，全机 由复合材料制成，可称全复合材料飞 机，该机已于 2002年完成首飞。 碳 纤 维 加 固 新 材 料 ⋯ “ 一 ⋯ ⋯ 一 ⋯ ⋯ 美 国 NASA 主 持研 制 的太 阳 能无 人 机 Helios，几乎为全复合材料飞机，其实质为一个 飞翼，展长 75m，超过 B747的展长，主结构全 由碳／环氧复合材料制成 ，计划留空飞行时间 96h。 随通用航空技术的发展，复合材料在各种轻 型飞机上应用亦会有明显的增长。在该领域，特 别是在各种轻型飞机的拥有数量和使用上国内与 国外有较大的差距，因而也存在着较大的发展空 间，预计这将会给复合材料的应用提供一个新的 机遇。 1．2 体育休闲领域的应用 体育休闲用品领域复合材料的应用历史上开 发较早，目前仍有稳定的市场和需求，大约占有 30％ 以上的市场份额。其中高尔夫球杆、网球拍 和钓鱼竿是其 3大支柱产品，约占该领域产品的 80％ 以上。其次则有复合材料 自行车、赛艇、赛 车、弓箭、滑雪板、撑杆以及乐器外壳等。在我 国，先进复合材料结构赛艇、皮划艇制造业的崛 起堪称这一应用领域的⋯朵奇葩，如 2004年雅典 奥运会用的赛船和联合国援伊重建项 目的赛艇均 为 “中国制造 ”而直接提供。我国的台湾号称 “复合材料体育用品王国”，曾在该领域处于领 先地位，不过近期已有逐步向大陆转移的趋势。 转移过来的企业多分布在我国东南沿海一带，经 几 a的发展均已有了一定的规模。该应用领域近 期亦会有所发展，如不久前在美国拉斯维加斯举 办的世界 自行车展会上，有许多 自行车零件由复 合材料制成 。但该领域的产品质量要求越来越 高，制作要求越来越精细 ，市场竞争亦 日趋激 烈 。 1．3 工业领域的应用 除上述两大领域外，复合材料的应用均可纳 入本范畴，因此本应用领域覆盖甚广 ，内容较 多，也是 目前复合材料发展最快、前景最好的一 个领域，下面摘其要者予以简述： 1．3．1 基础设施领域 基础设施主要指房屋、桥梁、隧道及其相关 的混凝土工程等，复合材料可以多种形式用于该 领域中，目前应用最广的是以包缠料、层压板等 形式用于基础设施的修复、更新和加固上。该领 杭 州 索 奇 先 进 复 材 公 司 0571-63331 338 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 1期 陈绍杰，等：先进复合材料的近期发展趋势 一3一 域的应用已构成世界的共性行为。国内该方面的 工作开展得亦较好，冶金部建筑研究总院工程结 构研究所等单位最早进行了该项技术的研究和推 广应用，从材料、工艺到规范国内均已解决了应 用的问题，据知现已修复、加固了几百个工程项 目，仅此一项国内碳纤维耗量已达 200多t／a。台 湾、香港亦不同程度地开发了此项技术，并均有 不同程度的应用，特别是台湾 “9．21”大地震后 的修复工作使得该项技术更是有了用武之地。 1．3．2 汽车领域 复合材料用于汽车代替钢件有 40％ 或以上的 减重潜力，以前限于复合材料成本较高，应用进 展一直不如人意。但近年来随大丝束纤维出现、 RTM等低成本工艺发展，汽车上复合材料的应用 旱良好发展势头，预计近期会有较大发展。 赛车上已开始大量应用复合材料，电动汽车 的主体结构 以及储能飞轮等亦必须用到复合材 料。环保汽车的压缩天然气瓶为减重起见亦多用 先进复合材料制成，有前景的是铝内胆加上碳纤 维缠绕制成，北京航空制造工程研究所等单位已 开发出此种产品。应该指出的是汽车不同于飞 机，是典型的量大面广的产品，单车上只要用到 少量的复合材料制件 ，总起来的用量就非常可 观，因此汽车领域的应用必将是复合材料潜在的 应用火户之⋯。 1．3．3 以风力发电为主的能源领域 风力是清洁环保的可再生能源，因此风力发 电是世界上能源增长最快的领域之一，大约每年 以25％ 左右的速度递增。在风力发电中复合材料 主要用在风机叶片上，此外还有机舱罩、导流罩 以及塔架结构等。目前风力发电的趋势是单机发 电容量越来越大，可达 4—5Mw 左右，此时塔高 可达 70m，叶片长达近 50m。叶片是风力发电机 最关键的部件之一，以前多由玻璃钢制成，现在 越来越长，自重越来越大，强度刚度要求越来越 高，必须转向以先进复合材料制造为主，于是这 形成 了先进复合材料应用的又一个世界性的热 点。风力发电发达的地区是欧洲，德国领先，总 装机容量可达 8 750MW；其次是美国，亚洲领先 的是 印度 、 日本等 国。我 国的装机容量仪为 450MW 左右，尚有较大的发展空间，开发研制 大型的碳纤复合材料 叶片此其 时也。 1．3．4 沿海油气田的应用 树脂基复合材料实质上是一种增强塑料，其 耐腐蚀的独特优点越来越受到人们的青睐，在岸 基 (On．shore)和沿海 (Off-shore)油气田领域 获得了日益广泛的应用。先进复合材料在该领域 主要用在沿海油田的钻井平台上，如护栏、扶 手、通道、竖井等部位，油田的抽油杆以及各种 管道系统、油箱和油罐等。设备的不腐蚀减少了 修理、维护和更换程序，降低了使用周期成本。 此外减重、改进安全性、便于现场安装等优点也 带来了一定的经济效益，形成了复合材料另一个 较有前途的应用市场。 1．3．5 其他工业领域 防弹产品方面，包括防弹头盔、防弹服、防 弹运钞车和防弹汽车等：电子 r业方面，包括各 种反射面天线、印刷电路板、壳架等；生物工程 和人体医学方面，包括人造关节、骨骼、CT扫 瞄床板等；地铁车辆、高速列车箱体：发热材料 和电热用品以及机械制造工业等复合材料产品多 种多样，层出不穷，充分体现了其应用多元化的 趋势和特点。 碳纤维是先进复合材料的重要增强体。随应 用趋势 的发展，近来，特别是进入 2003年下半年 后，其供应紧张，价格趋涨。据有关资料统计分 析 ，目前世界上碳纤维的总产能大约在 3．2×10 t 左右，2003年的总需求晕大约在 (1．7—1．8)×10 ’t 之间，应该说产人于销而导致前段时期的激烈竞 争和价格下降。如在 内 T700—12K的价格 200 元／kg，美国卓尔泰克 (Zoltek)48K大丝束的价 格 150元／kg，而 国际市场上还要便宦。进入 2003年下半年后情况有了变化。不久前，台湾 SAMPE协会理事长蔡科然先生访 问人陆时告诉 笔者，去年初 T700—12K售价仪 l3—14美元／k2， 年底涨到 22美元／kg左右，涨了近 50％。台塑的 产品近来每月平均涨 50元 (新 台币)，而且供应 紧张。蔡先生曾代表台湾的业界和台塑商谈，希 望其碳纤维产量从 1 O00t／a提高到今年的 l 500t／a， 以缓解供需紧张情况。世界上对此曾有一种说法 “反复无常的碳纤维价格对 你的应 用是个 威 胁”。国内耗碳纤维 l 500—2 O00t／a左右，无论 碳 纤 碳 布 芳纶 芳 纶 布 混 杂 布 蜂 窝芯 富 阳特 纤 所 057 1-63373236 维普资讯 http://www.cqvip.com ． 4． 高斛丝钎谁与应用 第29卷 军用民用尚远不能实现 自给，仅有的几个碳纤维 生产厂家面临国际市场的严重竞争，举步维艰。 关键是要国家大力投资碳纤维攻关项目，尽速解 决相关的技术问题，在力学性能、分散性和工艺 性能上有切实稳定的提高，解决这一重要战略物 资的国产化问题，并进一步参与国际竞争，其功 莫大焉 。 2 技术发展的低成本化 复合材料技术是一门应用性很强的新技术， 但应用的实践中也发现复合材料的成本较高，特 别是制造成本较高，形成了其进一步发展应用的 主要障碍。有鉴于此，该问题引起 了世界各国的 普遍重视 ，以美国为首 的西方发达 国家纷纷制 订 了低成本的复合材料发展研究计划 ，并认真执 行，现已取得了明显效果。复合材料技术发展的 低成本化乃是当今世界复合材料技术发展的核心 问题 。 美国国防部 (DOD)联合 NASA FAA和工 业 界 共 同 发 起 并 制 订 了 CAI (Compasites Affordability Initiative)计划，即低成本复合材 料计划。该计划 自 1996年至 2007年分 4个阶段 执行 lOa，其 目标是降低成本 50％，其核心是要 共同努力创造一个设计／$U造上的示范性的转变， 最终降低复合材料的单位成本数。该计划已在执 行中期集中在 F35(JSF)战斗机上作了验证，并 已按计划取得了相应的成功。欧洲则以空客集团 为首联合 多国共 34个 部 门联合发起制 订 了 TANGO (Technology Application to the Near- Term goals and Objectives)计划 ，为期 4a， 目 标是减重20％，降低成本 20％。其共选用 4个大 的验证平台：中央翼、外翼、两个机身段，分别 采用不同的技术途径设计制造，进行竞争性的验 证 ，其成果将会用到 A380超大型客机的制造 上 。 低成本复合材料技术包括了以下几个主要方 面： 2．1 低成本设计技术 发展 以 DFM (Design for Manufacture)为 核心的设计制造一体化技术，其实质是随计算机 和制造技术的进步，采用全新的设计理念和手 段，发展数字化、自动化的设计技术，将设计和 制造进一步融为一体，从而加快产品研发进度， 提高质量、降低成本。大量的设计软件的开发和 集成，加上 自动化的制造技术，在设计阶段就考 虑制造与装配上的问题，减少样件和协调，易于 模具生产，降低了成本，使复合材料的应用更具 有了竞争性。 据笔者所知，国外各大飞机公司在进行飞机 复合材料结构件设计时，对不同的 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 均要进行 成本计算和比较分析，从而综合性能和成本，实 现低成本的设计，对此他们有一套供计算用的统 计资料，有一套计算方法。国内于该方面差距在 于设计时并不进行成本计算分析，也不知道如何 进行计算，制造部门亦无相应的统计资料提供， 迄今各种复合材料制件单位成本到底应是多少难 以定论。另一个重要的差距是缺少专用于复合材 料的先进 的设计分析软件，更谈不上综合集成 了。建议国内应注意发展或引进该类软件。 2．2 低成本的制造技术 制造成本大约占复合材料制件总成本的 80％ 左右，所以低成本复合材料技术的核心是低成本 制造技术，其主要方面可有： (1)自动化制造技术 ：发展 以自动铺带 ( ATL)和纤维自动铺放 (AFP)为核心的自动化 制造技术。该技术可节省时间、劳力，速度较手 工铺层提高 l0倍，且节省原材料，提高制件精 度、质量，有效的降低了成本。 (2)以共固化／共胶接为核心的大面积整体成 型技术：大面积整体成型可大大减少零件数目， 减少紧固件数目，减轻结构质量，降低连接和装 配成本，从而有效的降低了总成本。 (3)以RTM，即树脂传递模塑成型技术为核 心的低成本制造技术的研究和发展 ，该项技术可 不用预浸料、热压罐，有效地降低设备成本、成 型成本。该项技术近年来发展很快 ，在飞机工 业、汽车工业 、舰船工业等领域应用 日广，并研 究发展出 RFl、VARTM、SCRIMP、SPRINT等 多种分支，满足不同领域的应用需求。 (4)罐外成型技术：热压罐法成型是目前航空 航天制件最主要的成型工艺方法，但其设备成本 碳 纤 维 加 固 新 材 料 杭 州 索 奇 先 进 复 材 公 司 0571-63331 338 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 1期 陈绍杰，等：先进复合材料的近期发展趋势 一5一 高、生产周期长、能源消耗大，故其生产成本 高。为降低制造成本，人们在努力寻求热压罐外 成型 方 法 。如 采 用 电子 束 (Electronbeam)固 化，其固化时间短、能耗少、模具简单、成本 低，但尚有层剪强度低、压缩强度低、断裂韧性 差等特点，故应用尚有问题。此外尚有缠绕、拉 挤等制造工艺的应用和推广。其中拉挤是成本最 低的罐外成型 自动化 方法 之一，最近 日本 的 JAMCO 公 司 发 展 了 一 种 ADP (Advanced Pultrusion)技术，是一种创新的低成本的自动化 技术，其不同于常规的拉挤，拉进去的不是纤维 束，而是航空级的预浸料，中间有停顿进行固化 和后固化。现该技术已用于生产 A380上舱地板 横梁，该梁长 5．92m， I型截面，两端固支横穿 整个机身，受载很大。 2．3 低成本的材料技术 该项技术可包括大丝束碳纤维的应用、低温 快速固化树脂体系的开发、低成本预浸料技术、 各种 RTM 用树脂体系的配套研发、热塑性复合 材料的合理使用，以及混杂复合材料的合理应用 等项诸多技术。 其中值得重视的是大丝束碳纤维的评价与应 用问题。从大丝束碳纤维的发展趋势看，其优势 在于价格将会明显较低，可能仅为小丝束的1／3— 1／4，但因束丝粗，不易展开，单层厚度增加，不 利设计等应用评价时一直有不同观点。近期 T700— 12K 已用于通用航空，A380甚至已采用了 24K 的纤维，这些虽属小丝束范畴，但已显示出了一 种向大丝束方向发展的趋势。我们对美国 Zoltek 48K纤维作过较系统评定，基本力学性能尚好， 建议可在民用上推广应用，在航空领域的无人机 及通用航空中亦可试用。 复合材料的成本问题是一个复杂的、综合的 技术问题，目前已形成复合材料发展研究的核心技 术领域。在低成本复合材料技术中设计是先导、材 料是基础、制造是关键，对此国内亦有共识。 3 竞争发展的国际化 复合材料技术是世界各国，特别是西方发达 国家极为重视的一门军民两用技术，发展中有竞 争亦有合作，发展的国际化趋势亦十分明显。如 空客的超大型客机上大量采用了复合材料，其在 全球选用最好的技术和厂商，德国、日本、荷 兰、西班牙、美国均在其列，并不局限于空客集 团内部。更为典型的是美国波音公司的B7E7，公 开宣称制造绝不仅限于美国，要在全球选择子承 包商，获取世界级的最新技术，多国合作生产最 优的产品，为此波音向全球派出考查团，选择制 造商。据知 l0多人的技术团队亦专门来过中国， 实地考察了我们多个生产厂和研究所，估计我们 对此认识不够，准备不足，难于入选。最近瑞士 的著名复合材料制造商 ITACH公司亦来中国考 察，寻求零件制造商和原材料供应商，寻求合 作。他们认为在复合材料技术上要采取全球的发 展战略，达到风险共担，成果共享。在全球多极 化的发展竞争中，有很多精彩的事例：新西兰获 取了2002年 SAMPE秋季年会的最佳论文奖；澳 大利亚革新了固化技术；西班牙成为了空客复合 材料领先的制造地；我国的台湾与美国联合主办 了2003年的世界 SAMPE年会，在大会作了题为 “From M ade in Taiwan to Designed in Taiwan” 的 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 ，从报告中可见台湾从制造到自行设计， 创新开发新产品，有了质的变化。台湾当局一直 把复合材料产业作为其 24项支柱产业之一发展， 因此复合材料产业在台湾倍受支持和重视。 2003年在法国巴黎举办的欧洲 SAMPE年会 和 JEC复合材料展会，吸引全球展商880多家， 参加人数突破 2×10 的空前盛况。美国的第 48 届 SAMPE年会及展会亦有 200多家厂商参展， 共发表技术论文 300多篇，吸引了数千人参加， 台湾 SAMPE支部 (Chapter)参与了联办。中国 在北京举办的 2003年国际复合材料展亦相当成 功，很多国外厂一商前来参展和交流技术。这一切 都说明复合材料发展的国际化趋势十分明显。 国内对这⋯趋势和动 向在理念上应有所认 识，在行动上应有所作为，以跟上复合材料技术 国际上的发展步伐。国内很多复合材料生产厂、 所正在发展建设中，建议主持者应有开放的眼 光，提高建设的技术和设备水平，使之能够与国 际的发展相竞争，走出国门，融入复合材料技术 发展的国际潮流中。 碳 纤 碳 布 芳 纶 芳 纶 布 混 杂 布 蜂 窝 芯 富 阳 特 纤 所 0571—63373236 维普资讯 http://www.cqvip.com 一 6一 高斜丝纤维与应用 第29卷 4 设计验证的规范化 先进复合材料的发展应用已有 30多a的历史 了，与传统的金属材料技术比虽还不够成熟，从 理论到实践上虽然还有许多不完善处，但 30多 a 来毕竟积累了许多经验和数据，在设计、分析、 试验验证和鉴定验收等方面逐渐走向了规范化、 文件化和成熟化，这是当前复合材料技术发展的 又一重要趋势 。 该趋势的重要表现之一是有组织地统一制订 相应规范，其 目的是将复合材料的设计和鉴定文 件化、规范化，使试验和分析更好地结合起来， 形成设计和鉴定的统一指南，编制全行业的技术 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ，改进最终产品的一致性，减少风险、降低 成本。 该方面最典型的事例是美国复合材料手册 “MIL—HDBK一17”的不断修订和出版。前不久， 美国由 FAA、NASA、军方和工业界共同组织了 200多位专家重新修订出版了新的3E版 3卷本， 于 1997年 1月23日出版。2002年 6月 l7日又出 版了最新的3F版 5卷本，除聚合物基复合材料外 又包括了金属基 (4卷)和陶瓷基 (5卷)复合材 料。该书在美国以至世界上发挥了重要的指南作 用 。其他典型的还有美国 FAA制订的 AC20— 107A“复合材料飞机结构”、NASA制订的 RP一 1 142“NASA／飞机工业碳纤维／热固性韧性树脂复 合材料标准规范”等技术文件在复合材料技术的 发展过程均起过重要的统一和协调作用。此外国 外的各大飞机公司又都有 自己的设计手册，起指 南和规范的作用，又不断予以修订，体现了技术 上与时俱进的精神。 另一个实例是在复合材料结构的设计、分析 和试验验证中普遍采用所谓的 “积木式方法” (Buildin8 Block Approach)。该方法实质上是 一 个分析和试验验证的程序，在分析／验证的过程 中采用逐步增加试件复杂水平和程序，逐步增大 试件尺寸和规模的作法进行分析和试验验证，保 证工程项目的研发质量和成功，以便通过鉴定验 收。其根本目的在于在满足技术要求、规范要求 和客户需求 的前提下，使工程项 目得以降低成 本、减少风险。该方法规范、统一了复合材料结 构试验验证的方法和程序，目前 已为世界上的设 计者和制造商所普遍接受，国内对此已有所认识 并开始推广应用遵照执行。应该说这又是一个世 界行为。 近年来还有由美国NASA、FAA和工业界共 同发 起 的 AGATE (Advanced General Aviation Technology Experiments)计划，要为复合材料结 构设计建立共享的标准数据库。他们已于 2001年 完成了其经济和技术的可行性论证 ，并加快了实 施步伐。 国内在该方面的技术建设中曾于 1990年底由 原中国航空航天工业部科学技术研究院组织出版 了 “复合材料设计手册”，l0多 a来其在国内各 方面获得了广泛的应用，起到了一定的规范和统 一 作用。此后由于管理和统筹的弱化，鲜有类似 的规划和行动，远落后于国外的情况。近年来由 北京航空材料研究院陈祥宝副院长组织国内多位 专家编写了 “聚合物基复合材料手册”，参照 “MIL—HDBK一17”的体例，作了有益的工作，据 知该书已交出终稿，有望于今年 9月底出版，于 该领域的不足中有所弥补。 国内的复合材料技术历经 30多a的研究发展 已形成 了一定的规模，取得 了可喜 的成果与进 展。如国内某新型歼击机 已上了复合材料垂尾和 鸭翼等部件，某重点型号已正始应用到机翼上， 复合材料占该机结构总重的 9％。民用方面在基 础设施领域、体育休闲用品方面均得了较好的成 绩。沿海油汽田和汽车领域的应用均 已开始，年 耗碳纤维近 1 500—2 O00t的事实说明，我们在世 界上占有重要的地位。 国内的复合材料技术虽有一定的发展，并取 得了⋯定的成果与进步，但与国外的先进水平相 比尚存在许多问题和差距。首先复合材料技术是 一 ‘ 门应用性很强的技术，只有在不断的较多的应 用中才能促其提高，促其发展。与国外比我们的 应用规模与水平、设计的方法和手段、材料的基 础与配套，制造的工艺与设备均严重落后，甚至 有差距越来越大之嫌。如我们军机的用量尚未真 超过 10％，至今尚没有批量生产的复合材料机翼 问世，世界的不讲，仅亚洲的日本 F一2战斗机、 印度的轻型战斗机均已采用了复合材料机翼且 已 碳 纤 维 加 固 新 材 料 杭 州 索 奇 先 进 复 材 公 司 0571-63331 338 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 1期 陈绍杰，等：先进复合材料的近期发展趋势 一7一 飞行多年。我们新上马的支线客机 ARJ21，复合 材料仅用在舵面、翼尖等处，用量微乎其微。我 们应清醒地认识到应用的落后是根本的落后，是 带有标志性的落后。其次国内的复合材料技术缺 乏战略上、总体上的研究与规划、缺乏相对统一 的组织与领导，相比之下令人有 “前进无方向、 实施无计划”之感。以发展研究而言，多方领 导、多头投入且又投入严重不足，研究力量分 散，低水平重复。复合材料的技术发展和推广应 用是需要一定资金的投入和支持的，相比之下我 们的政府投入特别是企业投入严重不足，显然缺 乏长远与竞争的意识。 在研究和分析国内外复合材料技术发展趋势 和动态并着手撰写本文时，获悉当前国务院正在 组织专家开展 “中国能否造大飞机 ”的项 目论 证，并有消息说，中国正在制定的中长期科技发 展规划中，已将大飞机项 目列入其中，这表明中 国已经停了近 20年的大飞机产业有望重新启动， 而且 国家要像抓两弹一星、载人飞船那样打 出 “中华牌”!笔者的心情可谓是亦喜亦忧、感慨 万分。我们 已取得的成绩和复合材料的发展前景 可喜，而 目前所处的落后现实堪忧。在 “中国要 不要做、能不能做和怎么做”大飞机的研究论证 中，先进复合材料无疑是一个重要组成部分。作为 专业科技工作者我们应密切关注国际复合材料发展 应用的动态，努力做好自己的本职工作，同时亦应 作好学术和信息交流工作，促进先进复合材料新技 术的大力研发和向产业化应用方向发展。 参考文献： l I l BOEING COMPANY．Boeing opts for composites for 7E7IJ1．Reinforced plastics， l2l 陈绍杰．复合材料与380客机lJ1．航空制造技术， 2002，9． 131 Elsevier science Ltd．W right brothers legacy flying highlJ1．Reinforced plastics． 14l 陈绍杰，无人机上复合材料的应用与研究IJl，飞机设 计，2003，3， l5l 陈绍杰．先进复合材料的民用研究与发展 ．材料导 报，2000(1 1)． 16l 赵渠森．先进复合材料手册lMl'北京：机械工业出版 社，2003． 1 7l BOB GRIFFITHS．1nternational：More than a buzzword lJ1．High-performance composites，2003． 18l J，WILLIAM．Beyond Agate：StandardizationIJ]． High-performance composites，2003． 19l DALE BROSIUS．Advanced pultrusion takes off in commercial aircraft structuresIJ]．High-performance composites，2003． The development trends of advanced composite in near term CHEN Shao—jie ； SHENTU Nian (1．Shenyang Aircraft Design and Research Institute， Shenyang 1 10035 China；2．Fuyang Special Fiber Application Institute， Hangzhou 3 1 1 400 China) Abstract： The development trends of advanced composite in near term are introduced ， including some aspects of become—manyfaceted，lOW—cost，international and standardzation ． Key words：composite； application； development； trend 碳 纤 碳 布 芳 纶 芳 纶 布 混 杂 布 蜂 窝 芯 富 阳 特 纤 所 0571-63373236 维普资讯 http://www.cqvip.com