纖維材料科技革新推動(dòng)產(chǎn)業(yè)顛覆式跨越

纖維材料科技革新推動(dòng)產(chǎn)業(yè)顛覆式跨越

此次大會(huì)以“科技驅(qū)動(dòng)、融合發(fā)展、共享未來”為主題，邀請各領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者帶來精彩報(bào)告，為推動(dòng)纖維材料產(chǎn)業(yè)科技進(jìn)步與高質(zhì)量發(fā)展提供助力。碳纖維如何助力交通工具輕量化？中國商飛北京民用飛機(jī)技術(shù)研究中心副總設(shè)計(jì)師徐吉峰：復(fù)合材料比強(qiáng)度、比剛度高，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)飛機(jī)燃油效率提高20%；抗疲勞、耐腐蝕，可以增進(jìn)結(jié)構(gòu)效率，在民用飛機(jī)上已有大量應(yīng)用，其在民用飛機(jī)主結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用需求引領(lǐng)了航空復(fù)合材料研究和發(fā)展的趨勢，可提高飛機(jī)的安全性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性和環(huán)保性，故復(fù)合材料和其他新材料的研究也越來越重要。但是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的各向異性和脆性特性使得其在受載變形、損傷機(jī)理和破壞形式等方面與常規(guī)的金屬材料都有顯著差異。復(fù)材本身具有的有各向異性力學(xué)性能，給設(shè)計(jì)分析工作帶來困難。相比傳統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)，復(fù)合材料在飛機(jī)上應(yīng)用面臨新的技術(shù)挑戰(zhàn)，一系列關(guān)鍵技術(shù)待突破，如連接分析、穩(wěn)定性、損傷容限、適墜性、大開口、閃電防護(hù)、防火耐燃、防除冰、層間分析等。未來飛機(jī)設(shè)計(jì)將采用突破性的機(jī)身和推進(jìn)技術(shù)，減少氣動(dòng)阻力，節(jié)約燃料；注重提高安靜環(huán)保性、舒適性；以超音速、超高音速飛行，結(jié)構(gòu)高溫效應(yīng)明顯。這就需基于先進(jìn)材料的一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如功能復(fù)合材料要求更輕、更耐損、更耐高溫；隨著計(jì)算機(jī)性能提高，將實(shí)現(xiàn)總體、氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)、材料在同一框架下綜合優(yōu)化等。中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司副總工程師丁叁叁：當(dāng)前，高鐵面臨兩個(gè)最大的困境，一是保證安全，要求使用材料提高耐疲勞、耐腐蝕性。二是提高效率，同樣的車?yán)嗟某丝?，讓車更輕一點(diǎn)，這就需要輕量化材料案。軌道車輛未來的發(fā)展是要追求高速、高效、綠色、智能，研制時(shí)速600公里高速磁浮、時(shí)速400公里以及上動(dòng)車組、雙層動(dòng)車組，這些都需要更輕更強(qiáng)的材料?？傊?，以輕量化為核心的綜合解決方案，是未來技術(shù)的基礎(chǔ)；同時(shí)要提效能，以應(yīng)對傳統(tǒng)材料日益突顯的瓶頸，材料需輕量化、減沖擊、提載重、高耐候、高可靠、高可用、高壽命、少維護(hù)。這將為CFRP技術(shù)應(yīng)用推廣提供難得的契機(jī)?；诖耍ㄗh行業(yè)主管部門加強(qiáng)CFRP復(fù)材產(chǎn)業(yè)推進(jìn)及協(xié)調(diào)力度，相關(guān)企業(yè)與機(jī)構(gòu)有序推進(jìn)，提高生存及發(fā)展能力；積極爭取高鐵CFRP應(yīng)用技術(shù)的國家項(xiàng)目，爭取相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究、整車研制及示范工程項(xiàng)目盡早立項(xiàng)。CFRP復(fù)材以其輕量化、高強(qiáng)度、抗腐蝕、耐高溫等性能優(yōu)勢，可解決高速列車面臨的諸多技術(shù)問題，經(jīng)長期科學(xué)探索，必將克服各種技術(shù)經(jīng)濟(jì)困難，得到廣泛應(yīng)用。國際汽車輕量化綠色科技聯(lián)盟執(zhí)行會(huì)長陳平生：面對日益嚴(yán)峻的油耗法規(guī)，世界各國車企都在采取積極的措施以推動(dòng)汽車產(chǎn)品的節(jié)能減排，以燃油汽車為例，通過輕量化使得整車減重10%，可降低油耗6%～8%、排放減少10%、制動(dòng)距離減少5%、加速時(shí)間減少8%、加速時(shí)間減少8%、輪胎壽命提高7%，疲勞壽命顯著提升，并且更能提升整車安全性能。2018年全球汽車輕量化市場7172億，預(yù)計(jì)2020年全球汽車輕量化市場將達(dá)到12416.6億。未來三年，中國汽車輕量化市場將達(dá)到5000億，其中新能源汽車輕量化市場350億。那么，實(shí)現(xiàn)新能源汽車輕量化技術(shù)的路徑是什么？需要更安全、更節(jié)能、更環(huán)保、智能制造模塊化集成，通過零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化與CAE模擬分析、高強(qiáng)輕量化材料及先進(jìn)制造技術(shù)量化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)車型的輕量化。碳纖維在能源、制造業(yè)等領(lǐng)域有哪些應(yīng)用進(jìn)展？江蘇澳盛復(fù)合材料有限公司技術(shù)總監(jiān)嚴(yán)兵：葉片是風(fēng)機(jī)的關(guān)鍵部件，涉及結(jié)構(gòu)、氣動(dòng)、工藝等領(lǐng)域。葉片的長度和風(fēng)機(jī)的功率成正比，功率越大，葉片越長。由于現(xiàn)有材料不能很好滿足大功率風(fēng)力發(fā)電裝置的需求，玻璃纖維復(fù)合材料性能已經(jīng)趨于極限，因此，在發(fā)展更大功率風(fēng)力發(fā)電裝置和更長轉(zhuǎn)子葉片時(shí)，采用性能更好的碳纖維復(fù)合材料勢在必行。而當(dāng)葉片超過一定尺寸后，碳纖維葉片反而比玻璃纖維葉片便宜，因?yàn)椴牧嫌昧?、勞?dòng)力、運(yùn)輸和安裝成本等都下降了。綜合考慮風(fēng)電機(jī)組的全生命周期，碳纖維的應(yīng)用前景將更加廣泛。但是還需要正確看待碳纖維材料在應(yīng)用中存在的問題，未來應(yīng)將研究重點(diǎn)放在大絲束碳纖維、工藝創(chuàng)新、熱塑性碳纖維復(fù)合材料葉片、碳纖維復(fù)合材料的回收等方面。沈陽斯林達(dá)高壓容器有限公司總經(jīng)理姜將：碳纖維纏繞氣瓶的應(yīng)用領(lǐng)域主要有航空航天用高壓氣瓶、呼吸器用氣瓶、車用氣瓶、運(yùn)輸用氣瓶等，并已經(jīng)有了商業(yè)化應(yīng)用，如2008年奧運(yùn)會(huì)車用儲氫氣瓶、2010年上海世博會(huì)車用儲氫氣瓶以及2016年上汽榮威95070MPa國內(nèi)唯一乘用車應(yīng)用等。目前，斯林達(dá)正在研究70MPa車用Ⅲ型儲氫瓶、70MPa車用Ⅳ型儲氫瓶的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用。東華大學(xué)纖維材料改性國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任余木火：中國制造業(yè)有巨大潛在市場，有望引領(lǐng)輕量化復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展。輕量化復(fù)合材料在制造業(yè)應(yīng)用及其關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展主要有以下幾個(gè)趨勢：一是全球碳纖維、芳綸不斷擴(kuò)產(chǎn)能，成本不斷下降；二是碳纖維、芳綸制造技術(shù)不斷進(jìn)步，成本不斷降低；三是碳纖維、芳綸性能不斷提高；四是復(fù)合材料自動(dòng)化量產(chǎn)技術(shù)發(fā)展迅猛；五是各行業(yè)開始嘗試使用復(fù)合材料，在中國，風(fēng)電、大型客機(jī)、高鐵汽車（氫氣瓶、電池盒、傳動(dòng)軸、輪轂、板簧）、建筑、海洋、化工等行業(yè)已走在應(yīng)用前列；六是針對目標(biāo)零部件，研發(fā)全產(chǎn)業(yè)鏈低成本化技術(shù)體系，將給予細(xì)分市場龍頭企業(yè)很大機(jī)遇。復(fù)合材料在制造業(yè)中大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)是低成本化。圍繞低成本化的實(shí)現(xiàn)途徑，東華大學(xué)目前正在對CFRP車身底盤電池盒一體化結(jié)構(gòu)的研究、熱塑性復(fù)合材料預(yù)浸料的工業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用、CFRP電池盒結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)（低成本+自動(dòng)化量產(chǎn)+輕量化）、電池盒專用預(yù)浸料（室溫儲存+快速固化+阻燃）以及CFRP高鐵轉(zhuǎn)向架等進(jìn)行研發(fā)。碳纖維未來的發(fā)展趨勢是什么？吉林化纖集團(tuán)董事長宋德武：在生產(chǎn)過程中，要從高純化、致密化、細(xì)晶化、均質(zhì)化等方面保證纖維性能。原因在于，優(yōu)質(zhì)原絲是制備高性能碳纖維的首要條件，雜質(zhì)缺陷最少化可提高強(qiáng)度，原絲、預(yù)氧絲、碳纖維均質(zhì)化，可使纖維結(jié)構(gòu)和性能徑向分布基本均勻，沒有明顯的皮芯結(jié)構(gòu)，縮短預(yù)氧化時(shí)間，提高效率，可降低碳纖維成本。未來，碳纖維企業(yè)在產(chǎn)業(yè)鏈上分工會(huì)更加細(xì)致，大絲束會(huì)越來越凸顯，細(xì)旦化、差別化是方向，原絲生產(chǎn)越來越受到重視?；诖?，建議一是支持連續(xù)生產(chǎn)、具有規(guī)模的碳纖維制造者，只有產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；拍艽龠M(jìn)質(zhì)量進(jìn)步、成本降低；二是市場化同時(shí)差別化，突出各自特性需要差別化，實(shí)現(xiàn)高效應(yīng)用、降低成本；三是完善生產(chǎn)、應(yīng)用、檢測等標(biāo)準(zhǔn)；四是工藝技術(shù)消化與加工裝備能力提升，加快裝備國產(chǎn)化速度；五是碳纖維及復(fù)材是一門復(fù)雜科學(xué)，要依靠靠產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)以及市場開發(fā)，找對人、做對事；六是碳纖維產(chǎn)業(yè)運(yùn)行需要關(guān)注安全與環(huán)保。蘇州華特碳纖維有限公司總經(jīng)理熊飛：與傳統(tǒng)車身材料相比，碳纖