【正文】 ，有可能成為 21 世紀(jì)廣泛采用的復(fù)合材料成形方法。 （ 3)實(shí)現(xiàn)固化方式多樣化。美國(guó)新一代戰(zhàn)斗機(jī) F22 大量采用了液體成型的織物復(fù)合材料，據(jù)報(bào)道，有 360 個(gè)制件采用此技術(shù)制造，每個(gè)制件平均重量約為253kg，采用這項(xiàng)技術(shù)后比原設(shè)計(jì)節(jié)省開支 億美元。 EADS—CASA在歐洲最早使用自動(dòng)鋪帶技術(shù)生產(chǎn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)了如 A330 和 A340 水平安定面蒙皮、 A340600 尾翼蒙皮、Dornier728 噴氣飛機(jī)的水平和垂直安定面蒙皮、 A380 的水平和垂直安定面 蒙皮。 自動(dòng)鋪帶技術(shù)： 可以明顯提高生產(chǎn)效率和原材料的利用率，提高復(fù)合材料制件性能質(zhì)量穩(wěn)定性，適宜制造曲率變化不大的大型復(fù)合材料構(gòu)件。 （ 2) 已 逐漸減少傳統(tǒng)手工鋪疊的工藝，轉(zhuǎn)而采用各 種自動(dòng)化鋪放或其它自動(dòng)化成型技術(shù)，降低了制造成本，提高了制造質(zhì)量和效率。歐洲的 TANGO 計(jì)劃和 SWK 計(jì)劃主要為發(fā)展 大型飛機(jī)復(fù)合材料機(jī)身服務(wù)，目標(biāo)減重 30%，降低成本 40%。整機(jī)材料了大量的復(fù)合材料，大大減輕了飛機(jī)的重量，減少了油耗和排放，降低了營(yíng)運(yùn)成本。 1983 年生產(chǎn)的 A300、 A310 的方向舵，有效減重 20%。在民機(jī)方面，以波音公司為首的航空公司研制生產(chǎn)的夢(mèng)想飛機(jī)波音鋁合金 鋼 復(fù)合材料 鈦 鈦 鋁合金 復(fù)合材料 鋼 10 787，擁有多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新，其中最引人注目的就是波音 787機(jī)體結(jié)構(gòu)的一半左右都使用了更輕、更堅(jiān)固的碳纖維復(fù)合材料制作，是全球第一款以碳纖維復(fù)合材料為主體材料的民用噴氣式客機(jī)，其復(fù)合材料用量占總重量的 50%，圖 2 為波音787的材料分布圖。據(jù)預(yù)測(cè)，至 2020 年，飛機(jī)結(jié)構(gòu)上復(fù)合材料的用量將達(dá)到 65%，即復(fù)合材料已成為飛機(jī)結(jié)構(gòu)首選材料（見圖 1）。 據(jù)分析， 1996— 2021年世界碳纖維的需求年均增長(zhǎng)率約9%；而 2021— 2021年碳纖維的需求年均增長(zhǎng)率超過(guò) 12%。隨著應(yīng)用研究的不斷深入，特別是在民用方面仍將繼續(xù)拓寬應(yīng)用領(lǐng)域，擴(kuò)大使用量。其中高爾夫球桿 、網(wǎng)球拍和釣魚竿是體育用品用碳纖維復(fù)合材料的三大支柱產(chǎn)品，約占該類產(chǎn)品的 80%。一架波音 787 飛機(jī)可能用碳纖維 25t 左右，以年生產(chǎn)量 60 架計(jì)，則年耗量需要 1500t，加上歐洲的大型軍用運(yùn)輸機(jī) A400M，屆時(shí)可有 3000t 的年耗量。目前，碳纖維的市場(chǎng)需求在北美、歐洲、亞洲基本上呈鼎足之勢(shì)。（表 4） 表 4. 拓展碳纖維 (CCF300)主要性能（ 2021 年）（ 703 所測(cè)試） 試樣編號(hào) 拉伸強(qiáng)度， GPa 拉伸模量， GPa 斷裂伸長(zhǎng)率， % 線密度， g/Km X CV% X CV% X CV% 05103101 270 05103102 213 6 05103103 219 05103104 231 T300 247 2021年 4月 2日通過(guò)山東省科技廳組織的技術(shù)鑒定，鑒定意見主要內(nèi)容（ 1）拓展公司建立 25 噸 /年 1K（ 3K） CCF1碳纖維用聚丙烯（ PAN）原絲中試線是國(guó)內(nèi)目前規(guī) 模最大、技術(shù)最先進(jìn)、設(shè)備完善的中試線，經(jīng)過(guò)一年開車試驗(yàn)表明能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定的生產(chǎn)，批量生產(chǎn)的碳纖維原絲性能穩(wěn)定。在“十五”期間已 863 計(jì)劃的實(shí)施，開始碳纖維新的技術(shù)攻關(guān)。由于碳纖維的擴(kuò)產(chǎn)需要一個(gè)過(guò)程，所以碳纖維緊缺的狀況短期內(nèi)難以緩解。Toho（東幫） Hexcel。其中 PAN 基碳纖維原絲質(zhì)量是得到高性能的碳纖維的關(guān)鍵。國(guó)外已解決了較大絲束（ 12k 和 24K）碳纖維在預(yù)浸工藝過(guò)程或機(jī)織工藝過(guò)程的分散問(wèn)題，已開始在 787 等飛機(jī)上獲得應(yīng)用。自 70 年代起日本的東邦人造絲、東麗、三菱人造絲公司利用本國(guó)的研究成果紛紛建廠，進(jìn)行了 PAN 基碳纖維的工業(yè)化生產(chǎn)，其后又與美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、英國(guó)合作建立了子公司， 7080 年代日 2 本、美國(guó)相繼突破 PAN 原絲、預(yù)氧化、碳化等關(guān)鍵技術(shù)，日本東麗公司相繼開發(fā)了一系列高強(qiáng)纖維和高模纖維。1 某某 國(guó)家民用航空產(chǎn)業(yè)基地 國(guó)產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料及其在飛行器上應(yīng)用技術(shù) 高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程 項(xiàng)目 資金申請(qǐng)報(bào)告 項(xiàng)目名稱： 國(guó)產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料及其在飛行器上應(yīng)用技術(shù) 高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程 項(xiàng)目 項(xiàng)目承擔(dān) 單位： 某某 飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 建設(shè) 地址： 某某 市平房區(qū)友協(xié)大街 15 號(hào) 聯(lián) 系 人： 某某 聯(lián)系 電話： 0 傳 真： 電子郵件： 項(xiàng)目主管 部門： 某某 省發(fā)展和改革委員會(huì) 2 申報(bào)日期： 二○○ 九 年 十一 月 二十 日 目 錄 1 項(xiàng)目意義和必要性 ............................................................................... 1 碳纖維的國(guó)外現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) ................................... 1 項(xiàng)目對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的作用與影響 ........................................... 19 產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度分析 ........................................................................... 25 市場(chǎng)分析 ........................................................................................... 26 與國(guó)家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化總體思路、原則、目標(biāo)關(guān)聯(lián)情況 27 2 項(xiàng)目技術(shù)基礎(chǔ) ........................................................................................ 27 承擔(dān)單位技術(shù)基礎(chǔ)和能力 ...................................................... 27 取得的成果及知識(shí)產(chǎn)權(quán)情況 ................................................. 32 已完成的研究開發(fā)工作及突破的關(guān)鍵技術(shù) ................. 34 技術(shù)工藝特點(diǎn)以及與現(xiàn)有技術(shù)工藝比較所具有的優(yōu)勢(shì) 38 對(duì)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的重要意義和作用 ................................. 39 3 項(xiàng)目建設(shè)方案 ........................................................................................ 41 建立國(guó)產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料性能綜合分析評(píng)價(jià)平臺(tái) . 41 建立預(yù)浸料制備技術(shù)與適用性評(píng)價(jià)平臺(tái) ...................... 54 建立大型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件制備平臺(tái) ................................. 65 建立大型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件檢測(cè)與評(píng)價(jià)平臺(tái) ................. 92 3 建立國(guó)產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái) ......... 101 建立國(guó)產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái) .....................112 建設(shè)地點(diǎn)、建設(shè)期管理及總體進(jìn)度安排 .....................116 4 項(xiàng)目投資 .................................................................................................119 平臺(tái)投資規(guī)模 ................................................................................119 投資使用方案 ............................................................................... 120 資金籌措方案及配套資金落實(shí)措施 ............................... 120 5 環(huán)境保護(hù)、資源綜合利用、節(jié)能與原材料供應(yīng)及外部配套條件落實(shí)情況 ......................................................................................... 121 環(huán)境保護(hù) ......................................................................................... 121 原材料供應(yīng)及外部配套條件落實(shí)情況 ......................... 122 節(jié)能分析 ......................................................................................... 123 6 項(xiàng)目法人基本情況 ........................................................................... 123 7 項(xiàng)目財(cái)務(wù)分析、風(fēng)險(xiǎn)分析及社會(huì)效益分析 ...................... 124 項(xiàng)目財(cái)務(wù)分析 ............................................................................... 124 項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)分析 ............................................................................... 125 社會(huì)效益分析 ............................................................................... 127 8 項(xiàng)目招標(biāo)內(nèi)容 ...................................................................................... 129 9 資金申請(qǐng)報(bào)告附件 ........................................................................... 130 4 1 1 項(xiàng)目意義和必要性 碳纖維的國(guó)外現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 碳纖維的 國(guó)外現(xiàn)狀和技術(shù) 發(fā)展趨勢(shì) 碳纖維是一種以聚丙烯晴 PAN、瀝青、粘膠纖維等材料為原料，經(jīng)預(yù)氧化、碳化、石墨化等過(guò)程制得含碳量達(dá) 90%以上的無(wú)機(jī)纖維材料，具有高的比強(qiáng)度、高比模量、耐高 溫、耐腐蝕、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，熱膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)異性能，成為航空航天等高技術(shù)領(lǐng)域最重要的結(jié)構(gòu)或功能材料之一。 碳纖維起源于 19 世紀(jì) 60 年代， 1961 年日本大板工業(yè)研究所用聚丙烯晴為原料研制成功 PAN 基碳纖維， 1964 年以后碳纖維 的生產(chǎn)向高強(qiáng)度、高模量方向發(fā)展。其中東麗公司生產(chǎn)的碳纖維其產(chǎn)量和品質(zhì)都具第一位，可代表當(dāng)今的世界水平(表 3). 表 3. 國(guó)外主要碳纖維的性能與應(yīng)用 纖維 拉伸強(qiáng)度，MPa 拉伸模量，GPa 斷裂伸長(zhǎng)， % 密度， g/cm3 應(yīng)用 T300 3520 230 1． 5 1． 76 B747， B767，B777 T700 4900 230 2． 1 1． 8 B777， B787 T800 5400 294 1． 9 1． 8 B777， B787 T1000 7060 294 2． 4 1． 82 AS4 3930 221 1． 6 1． 77 B747 IM6 5240 276 1． 7 1． 76 B787 IM7 5379 276 1． 8 1． 77 B787 IM8 5447 303 1． 7 1． 8 B787 M40J 4410 377 1． 2 1． 77 M50J 3930 475 0． 8 1． 88 M55J 3920 540 0． 7 1． 93 M60J 3920 540 0． 7 1． 94 小絲束（ 12K 以下）碳 纖維在質(zhì)量和性能穩(wěn)定性上優(yōu)于大絲束碳纖維，在航空航天等軍工行業(yè)多以小絲束碳纖維應(yīng)用為主。設(shè)計(jì)的學(xué)科多（高分子聚合，紡織工學(xué)、碳素工學(xué)， 表面處理電化學(xué)，有機(jī)化學(xué)），流程長(zhǎng)，技術(shù)交叉， 是高度技術(shù)密集型的產(chǎn)品。 目前碳纖維生產(chǎn)的主要廠家有 Toray（東利） 。 面對(duì)碳纖維市場(chǎng)供應(yīng)的嚴(yán)重短缺，世界上幾大碳纖維生產(chǎn)廠家均在擴(kuò)產(chǎn)：東麗為波音 787 在美國(guó)將生產(chǎn)廠擴(kuò)大為兩個(gè)，在法國(guó)其將蘇菲卡（ SOFICAR）分公司碳纖維年產(chǎn)量擬從 800t擴(kuò)至 2600t；東幫德國(guó)公司碳纖維年生產(chǎn)量擬從 1900t 擴(kuò)至3400t。 我國(guó)大陸從 60 年代開始研發(fā)碳纖維， 70 年代中期碳纖維正式納入國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃，先后有