复合材料产业需提升能力打破垄断

　　“以前国际上大型客机采用的材料都是以先进铝合金为主，复合材料为辅，但到了波音787时代，复合材料的使用出现了质的飞跃，不仅数量激增，而且开始用于飞机的主承力构件。在国际大趋势的影响下，我国飞机制造领域复合材料的应用也在逐渐增多。世界上主要的复合材料加工设备，中航技国际工贸公司基本上都进行过采购，如铺带机、预浸机、3D缝纫机等，但这些产品目前国内都没有生产。”

　　日前，中航技国际工贸有限公司经理晏舟在分析国内飞机制造领域复合材料加工设备现状时指出，我国在飞机制造领域一个令人心痛的现实是复合材料加工能力远远落后国际发达国家。知耻而后勇，在复合材料应用的诸多领域内，我国的工艺设备、加工能力如何？有哪些亮点，和国际上还有哪些差距？记者进行了采访。

　　风电产业：乘风而起追赶世界一流

　　7月上旬，北京热浪袭人。而北京国展展览中心里举行的的第六届国际风能展暨亚洲风能设备展同样热潮涌动，风电产业中的复合材料叶片、风电轴承、涡轮电机等成了展会中最有人气的洽谈项目。

　　“叶片是风机设备的核心部件之一，从零部件价值量的角度来看，叶片的价值量最大，造价约占整个设备的25％；同时，风机叶片产业是风电机组部件中确定性较高、市场容量较大、盈利模式清晰的复合材料行业。”参展的浙江联洋复合材料有限公司总经理蔡正杰指出。

　　“当前我国各风电FRP（玻璃钢）企业开发的兆瓦级风机叶片、地面天线罩就是材料和结构最完美的设计和制造。作为结构材料最主要的是玻璃纤维，当然，设计及工艺选择也非常重要。大型风机叶片，不仅是在追求材料的轻质高强，而是将玻纤材料编织成工程织物来满足叶片的力学性能，真正体现FRP材料的自身价值。”中国不饱和聚酯树脂行业协会副秘书长赵鸿汉秘书长说。

　　赵鸿汉指出，复合材料风机叶片是风力发电系统的关键动力部件，直接影响着整个系统的性能，因此叶片的设计和制造质量水平十分重要，被视为风力发电机系统的关键技术和技术水平代表。

　　据了解，传统复合材料风力发电机叶片多采用手糊工艺制造。手糊工艺的主要特点在于手工操作、开模成型（成型工艺中树脂和增强纤维需完全暴露于操作环境中）、生产效率低，树脂固化程度（树脂的化学反应程度）往往偏低，适合产品批量较小、质量均匀性要求较低的复合材料制品的生产。

　　手糊工艺制造的风力发电机叶片在使用过程中，往往由于工艺过程中的含胶量不均匀、纤维/树脂浸润不良及固化不完全等，引发裂纹、断裂和叶片变形等问题。

　　“因此，目前越来越多的企业开始放弃手糊工艺，开始使用真空灌注工艺，此工艺适宜大型风机叶片批量生产。”中国复合材料工业协会一位负责人表示。

　　与手糊工艺相比，真空灌注工艺不但节约了黏接工艺的各种工装设备，而且节约了工作时间，提高了生产效率，降低了生产成本。同时由于采用了低黏度树脂浸润纤维以及采用加温固化工艺，大大提高了复合材料质量和生产效率。目前，国内许多大型叶片制造商均已采用真空灌注工艺。

　　除了在加工工艺上努力向国际看齐，国内风机叶片企业还需要在技术创新、检测设备等方面不断提高。赵鸿汉认为，就国内而言，中航惠腾风电设备有限公司为国内叶片最大制造企业，是国内唯一的自主技术、自行研发聚脂基FRP叶片的企业。惠腾叶片技术主要特点包括结构阻尼专利（降低振动）、叶尖专有技术（提供气动性能降低噪音）、镜面模具技术、快速常温固化技术、高精度平衡技术、高精度叶根定位技术等。以1.5兆瓦、6吨重的叶片为例，每支重量误差在1公斤以下，重心偏差不超过10毫米。因此，其启动风速只需2.6米/秒，发电风速为3米秒。该公司目前达到1.5兆瓦叶片1000套的产能，并于２０08年开发了2兆瓦叶片。

　　管道容器：异军突起打进国际市场

　　风电产业是玻璃钢复合材料的新兴产业，在其他行业，玻璃钢应用更广泛，取得的突破也更多：

　　在全球油田领域，大口径高压玻璃钢管道市场一直由欧美垄断。大庆高新区汉维长垣高压玻璃钢管有限公司经过近2年的攻关，日前正式生产运行600毫米大口径高压玻璃钢管道，这在全国还是独一份，在全球也是第2家。

　　汉维长垣公司是以小口径高压玻璃钢管道起家的，最大的生产口径为250毫米。然而2007年初，在一次高压玻璃钢管国际展销会上，汉维长垣公司把准备好的产品资料推介给中东一些石油企业时，被无情拒绝。原来中东地区都是富油国家，管道输送的口径要求比较大，汉维长垣公司生产的200毫米以下的管道不适应市场需要，在中东地区市场销售遇到困难。

　　2007年6月，汉维长垣公司投资近2000万元，建立起国内最先进的高压玻璃钢管实验平台，研发人员经过数百次实验，终于破解了技术难题。

　　据介绍，汉维长垣大口径高压玻璃钢管道打入中东市场，在我国玻璃钢管道出口和应用领域上是一个突破，不仅打破了美国企业对技术的垄断，还打破了他们对中东市场的垄断。目前汉维长垣已经与科威特石油企业签订了1000万美元合同，600毫米高压玻璃钢管道将于8月份运往科威特。

　　复合材料工艺中的缠绕工艺对于软件设计、设备自动化要求很高，目前，我国“防海水浸蚀超大型玻璃钢管缠绕研究及移动式缠绕设备研制”项目已经正式通过国家验收。该项目是中意复合材料有限公司和北京理工大学联合申请研发的项目，他们自主研制成功的ＤＮ3200ＭＭ超大型移动式玻璃钢管缠绕设备，使树脂和石英砂混合均匀，显著减少了缠绕时产生的气泡，满足了大型玻璃钢管现场制作的需求。该方法可以推广到更大口径的玻璃钢管的制造。制备的ＤＮ3200ＭＭ防海水浸蚀夹砂玻璃钢管经中国建筑材料科学研究院测定，拉伸弹性模量、弯曲强度、悬臂梁缺口冲击韧性、耐磨度比、刚度等各项指标都达了国际先进水平。

　　飞机制造：尖端领域仍有不小差距

　　记者了解到，随着国内风电业和FRP造船业的兴起，带动了玻璃钢成型工艺的改革和提升，在制造工艺上，国内领先企业和国际巨头的差距也在不断缩小，但在尖端制造领域，仍有不小的差距。

　　尤其在代表一个国家民用制造业水平的航空工业中，同发达国家相比，我国的复合材料工业显得任重道远。

　　中航技国际工贸有限公司晏舟经理认为，目前航空材料已经进入到以复合材料为主，铝、钛、钢结构共存的局面。复合材料这一从上世纪70年代开始在航天飞行器上使用的新型材料，已经占据了下一代飞机材料的半壁江山。

　　晏舟介绍说：“我国航空制造企业的硬件水平已经接近或达到国外水平，但从应用水平来说还是有很大差距，例如零件加工的稳定性和效率、装配的工艺水平以及成本控制等都与国外存在一定差距。”

　　以飞机制造领域必不可缺的机床为例，晏舟指出：“国内机床行业在最近几年有了巨大的进步，从产量到质量都有了很大的提高，也加强了与航空制造企业的合作，生产了一些航空企业急需的设备，但就制造工艺水平来说还是无法与国外相比。例如在碳纤维复材零件和蜂窝零件的加工中，会产生大量粉尘，需要使用配置与主轴随动吸尘装置的龙门铣；还有针对发动机整体叶轮的加工，国外设备企业已经有了成熟的解决方案。以上这些设备和解决方案目前在国内还是空白。”

　　晏舟建议国内的机床生产企业应该在满足航空工业传统装备需求的同时，加大力度研发针对行业特点的专用设备。随着飞机工业中树脂基复合材料应用增多，目前还急需复合材料加工专用设备来满足中国航空工业对新一代飞机、装备的需求。

　　“国外在民用飞机领域大规模地采用复合材料，对于我国的大飞机项目有极好的借鉴价值和学习机会。中国飞机制造领域也应该跟上复合材料大发展的潮流，利用好最新科研成果，实现我国飞机工业的跨越式发展。”业内一位专家指出。

　　链接

　　A380是空中客车第一次大范围在大型民用运输机上应用复合材料的飞机。在空中客车公司，A310是第一次在襟翼盒上应用复合材料的飞机；A320是投产的第一架全复合材料尾翼飞机；A340飞机的机翼的13%重量是复合材料；而A340/500-600则采用了碳纤维增强塑料龙骨梁。而A380飞机是空中客车第一次将碳纤维增强塑料（CFRP）应用于中央翼盒的飞机，这种结构与铝合金相比减重1.5吨。A380飞机在中央翼盒上采用了合理的自动铺带技术。此外，上地板梁和后压力隔框也采用了CFRP材料。这些零件不仅采用了挤压成形工艺，也试用了树脂模浸渍工艺和自动纤维铺放技术，最后由于形状的原因，选择了树脂模浸渍工艺。A380机翼固定前缘为热塑性复合材料，能够减重并节约成本。