纖維材料科技革新推動產業顛覆式跨越

此次大會以“科技驅動、融合發展、共享未來”為主題，邀請各領域專家學者帶來精彩報告，為推動纖維材料產業科技進步與高質量發展提供助力。

碳纖維如何助力交通工具輕量化？

中國商飛北京民用飛機技術研究中心副總設計師徐吉峰：復合材料比強度、比剛度高，可設計性強，可實現飛機燃油效率提高20%；抗疲勞、耐腐蝕，可以增進結構效率，在民用飛機上已有大量應用，其在民用飛機主結構上的應用需求引領了航空復合材料研究和發展的趨勢，可提高飛機的安全性、經濟性、舒適性和環保性，故復合材料和其他新材料的研究也越來越重要。

但是復合材料結構的各向異性和脆性特性使得其在受載變形、損傷機理和破壞形式等方面與常規的金屬材料都有顯著差異。復材本身具有的有各向異性力學性能，給設計分析工作帶來困難。相比傳統金屬結構，復合材料在飛機上應用面臨新的技術挑戰，一系列關鍵技術待突破，如連接分析、穩定性、損傷容限、適墜性、大開口、閃電防護、防火耐燃、防除冰、層間分析等。

未來飛機設計將采用突破性的機身和推進技術，減少氣動阻力，節約燃料； 注重提高安靜環保性、舒適性；以超音速、超高音速飛行，結構高溫效應明顯。這就需基于先進材料的一體化結構設計，如功能復合材料要求更輕、更耐損、更耐高溫；隨著計算機性能提高，將實現總體、氣動、結構、材料在同一框架下綜合優化等。

中車青島四方機車車輛股份有限公司副總工程師丁叁叁：當前，高鐵面臨兩個最大的困境，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，同樣的車拉更多的乘客，讓車更輕一點，這就需要輕量化材料案。

軌道車輛未來的發展是要追求高速、高效、綠色、智能，研制時速600公里高速磁浮、時速400公里以及上動車組、雙層動車組，這些都需要更輕更強的材料。總之，以輕量化為核心的綜合解決方案，是未來技術的基礎；同時要提效能，以應對傳統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。這將為CFRP技術應用推廣提供難得的契機。

基于此，建議行業主管部門加強CFRP復材產業推進及協調力度，相關企業與機構有序推進，提高生存及發展能力；積極爭取高鐵CFRP應用技術的國家項目，爭取相關標準研究、整車研制及示范工程項目盡早立項。CFRP復材以其輕量化、高強度、抗腐蝕、耐高溫等性能優勢，可解決高速列車面臨的諸多技術問題，經長期科學探索，必將克服各種技術經濟困難，得到廣泛應用。

國際汽車輕量化綠色科技聯盟執行會長陳平生：面對日益嚴峻的油耗法規，世界各國車企都在采取積極的措施以推動汽車產品的節能減排，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%、制動距離減少5%、加速時間減少8%、加速時間減少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，預計2020年全球汽車輕量化市場將達到12416.6億。未來三年，中國汽車輕量化市場將達到5000億，其中新能源汽車輕量化市場350億。那么，實現新能源汽車輕量化技術的路徑是什么？需要更安全、更節能、更環保、智能制造模塊化集成，通過零部件結構設計優化與CAE模擬分析、高強輕量化材料及先進制造技術量化應用，實現量產車型的輕量化。

碳纖維在能源、制造業等領域有哪些應用進展？

江蘇澳盛復合材料有限公司技術總監嚴兵：葉片是風機的關鍵部件，涉及結構、氣動、工藝等領域。葉片的長度和風機的功率成正比，功率越大，葉片越長。由于現有材料不能很好滿足大功率風力發電裝置的需求，玻璃纖維復合材料性能已經趨于極限，因此，在發展更大功率風力發電裝置和更長轉子葉片時，采用性能更好的碳纖維復合材料勢在必行。而當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，因為材料用量、勞動力、運輸和安裝成本等都下降了。

綜合考慮風電機組的全生命周期，碳纖維的應用前景將更加廣泛。但是還需要正確看待碳纖維材料在應用中存在的問題，未來應將研究重點放在大絲束碳纖維、工藝創新、熱塑性碳纖維復合材料葉片、碳纖維復合材料的回收等方面。

沈陽斯林達高壓容器有限公司總經理姜將：碳纖維纏繞氣瓶的應用領域主要有航空航天用高壓氣瓶、呼吸器用氣瓶、車用氣瓶、運輸用氣瓶等，并已經有了商業化應用，如2008年奧運會車用儲氫氣瓶、2010年上海世博會車用儲氫氣瓶以及2016年上汽榮威950 70MPa國內唯一乘用車應用等。目前，斯林達正在研究70MPa車用Ⅲ型儲氫瓶、70MPa車用Ⅳ型儲氫瓶的關鍵技術及應用。

東華大學纖維材料改性國家重點實驗室副主任余木火：中國制造業有巨大潛在市場，有望引領輕量化復合材料產業發展。輕量化復合材料在制造業應用及其關鍵技術發展主要有以下幾個趨勢：一是全球碳纖維、芳綸不斷擴產能，成本不斷下降；二是碳纖維、芳綸制造技術不斷進步，成本不斷降低；三是碳纖維、芳綸性能不斷提高；四是復合材料自動化量產技術發展迅猛；五是各行業開始嘗試使用復合材料，在中國，風電、大型客機、高鐵汽車（氫氣瓶、電池盒、傳動軸、輪轂、板簧）、建筑、海洋、化工等行業已走在應用前列；六是針對目標零部件，研發全產業鏈低成本化技術體系，將給予細分市場龍頭企業很大機遇。

復合材料在制造業中大規模應用的關鍵技術是低成本化。圍繞低成本化的實現途徑，東華大學目前正在對CFRP車身底盤電池盒一體化結構的研究、熱塑性復合材料預浸料的工業化生產及應用、CFRP電池盒結構的設計（低成本+自動化量產+輕量化）、電池盒專用預浸料（室溫儲存+快速固化+阻燃）以及CFRP高鐵轉向架等進行研發。

碳纖維未來的發展趨勢是什么？

吉林化纖集團董事長宋德武：在生產過程中，要從高純化、致密化、細晶化、均質化等方面保證纖維性能。原因在于，優質原絲是制備高性能碳纖維的首要條件，雜質缺陷最少化可提高強度，原絲、預氧絲、碳纖維均質化，可使纖維結構和性能徑向分布基本均勻，沒有明顯的皮芯結構，縮短預氧化時間，提高效率，可降低碳纖維成本。

未來，碳纖維企業在產業鏈上分工會更加細致，大絲束會越來越凸顯，細旦化、差別化是方向，原絲生產越來越受到重視。基于此，建議一是支持連續生產、具有規模的碳纖維制造者，只有產業化、規模化才能促進質量進步、成本降低；二是市場化同時差別化，突出各自特性需要差別化，實現高效應用、降低成本；三是完善生產、應用、檢測等標準；四是工藝技術消化與加工裝備能力提升，加快裝備國產化速度；五是碳纖維及復材是一門復雜科學，要依靠靠產業基礎以及市場開發，找對人、做對事；六是碳纖維產業運行需要關注安全與環保。

蘇州華特碳纖維有限公司總經理熊飛：與傳統車身材料相比，碳纖維復合材料具有優異的力學性能、靈活的結構設計以及良好的耐腐蝕性能等特點，在汽車領域有著非常廣泛的應用，如車身、底盤、內飾、外飾、動力系統等。目前，碳纖維的應用車型主要有寶馬I3/I8、奔馳SLK200碳纖維限量版、通用科爾維特、福特GT2016、奧迪新版Q6e-TRON等。