高性能纖維及其復合材料發展戰略研究

劉海馨

（遼寧省國家新型原材料基地建設工程中心 遼寧 沈陽 110000）

1 引言

高端纖維和復合材料之間有不同程度的代差，其自主能力需要不斷被強化，當前國外一些航空領域通常都是選擇用T800級碳纖維作為增強體的第二代復合材料，但是我們國家和國外相比仍然處于傳統的發展階段，在技術上缺乏創新，因此和國外相比無論是生產技術亦或是生產質量都較為薄弱[1]。

2 我國高性能纖維及其復合材料發展存在的問題

生產技術相對欠缺，因此無法和國外一樣實現大規模的生產與使用，纖維產品質量不能夠滿足使用要求，而購買的成本相對較高，使用效果不理想。通過對我國碳纖維生產進行分析可以看出當前碳纖維進行生產所選擇的主要是12K或者不足12K的一種小絲束的生產模式，我國當前并沒有進行大絲束生產的技術，即便能夠進行大絲束的生產其所需要付出的成本也無法完成批量生產，而且當前有很多國外企業已經開始進行大絲束的生產并且其在生產成本上相對低廉。除此之外，國外研究的重點已經轉移到了提升質量和降低施工成本上。由此可以看出我們國家在這方面不管是產品生產質量還是在生產效率，亦或是在生產成本上都無法和國外媲美，在投資所需要的成本和能耗較高時，規模化和效果都普遍不高，因此批量生產仍然無法達成[2]。

2.1 大多數行業復合材料的技術能力相對較低

當前，我們國家僅在航空航天領域具備一個相對完善的復合材料技術能力，基礎設施在建設過程中滯后情況較為嚴重，其經常習慣跟蹤國外的應用技術以及應用領域，這樣的情況使得國產纖維與復合材料無法滿足大規模出口的要求。近年來已有文獻報道了一種使用部分溶解的方法制備全纖維素復合材料的有關研究，這樣一種復合材料其母體屬于溶解之后析出的一種纖維素，強化纖維屬于部分溶解以及非溶解的一種纖維素。因為母體以及填料全部都是通過纖維素構成，因此這一復合材料本身具有非常好的界面相容性，同時還具備非常高的力學性能以及生物降解性。

2.2 基礎投入較為欠缺

當前有一些核心科學問題并沒有得到有效的確認，我國在產品進行生產和創新上存在一定的滯后性，在發展中主要是依賴于國外企業對我國企業提供的技術引導，也就是說我國在進行高性能纖維以及復合材料生產的過程中主要是通過對國外技術的模仿進行二次創新的，并且將產品研制作為核心，致力于解決當前需求。高校以及相關的科研機構在對纖維進行研究生產的時候，主要是把型號產品當成是當前研究的依托，其并未注重深層次上具備的內涵，這樣的情況下，就需要有更加深化的科學機理對其發展作為輔助并且對其給予適當的揭示。材料研制上需要具有超前的發展意識，只有這樣才有可能在進行技術生產發展上掌握更新的科技，才能夠使我國的科技生產領先于國外企業[3]。

3 我國高性能纖維及其復合材料的發展思路

（1）需要保障核心品種。需要對纖維材料的保障能力給予適當的提升，只有這樣才能夠填補高端品種在產生過程中存在的空缺，使我國纖維材料在核心產品上保持技術的安全。

（2）在產業生產上需要注重自主控制。對于基礎原材料以及所使用到的裝備和機電產品等必備的產業鏈潛存的隱患與技術上存在的短板進行排查，保障產業基礎發展和再造。

（3）需要注重體系自主發展的一個基礎原則。需要建立一個符合企業和項目建設要求的發展體系，除此之外還需要注重國內戰略性的產業市場發展，使其能夠成為一個具有發展特點和產業發展優勢的競爭市場，建立協同發展的研究體系，只有這樣才能夠使高性能纖維與其復合材料技術之間能夠實現本土的創新發展并對其給予適當的支撐。

4 我國高性能纖維及其復合材料的重點發展任務

4.1 碳纖維及其復合材料

改變進行工業級碳纖維成套生產的工藝裝備和產業化制備的有關技術，對于國產大絲束碳纖維以往使用的基礎進行適當的創新；除此之外還需要對紡絲以及預氧化碳化等制備技術進行創新，只有這樣才能夠使我們國家生產的碳纖維無論是在生產成本上還是生產的穩定性上都能夠得到保障，使我國國產碳纖維生產朝著大規模的方向演變。

4.2 有機纖維及其復合材料

突破芳綸、PI、UHMWPE、PBO等性能較高的有機纖維在產業化制備和復合材料生產上的所使用的技術局限，使其可以在我國的一些重大裝備上進行通用。開發系列化以及功能化的對位芳綸，只有基于差異化的發展角度去完成材料生產，才能夠使間位芳綸的生產效率/生產新工藝以及生產技術得到有效的創新。盡可量的開發出具有耐溫以及抗蠕變的UHMWPE纖維，能夠完成對中高強度UHMWPE工程化制備技術上的完善，并且對生產過程中出現的能耗大以及成本高等問題給予合理的處置。只有這樣才能夠使PBO纖維聚合紡絲在工藝上得到適當的優化，通過采取這樣的一種方式實現對高品質產品的有效的供應。盡可能地開發出成本較低、性能較高的PI纖維技術，針對PI纖維當前出現的環化以及牽伸一體化等主要工藝和集成的相關設備技術，持續進行PI纖維以及復合材料在多個領域的合理應用。

4.3 陶瓷纖維及其復合材料

不斷提升傳統技術，改變以往工程尺寸復合材料制備存在的工藝和裝備等出現的問題，積極進行陶瓷基復合材料的開發。在制造技術上需要有效控制成本，使其能夠形成陶瓷纖維和其復合材料產品的型譜，最終使用在大型設備上。

5 措施和相關建議

全面提高復合材料在設計和應用上的能力，盡可能多地使用高質量和高性能纖維復合材料，使得國產高性能纖維在使用上存在的阻礙得到良好的解決，最終將其使用到多個不同的生產和建設領域中，依照當前行業在發展過程中具備的優勢，對于復合材料在設計以及制造等多個方面技術水平給予提升，適當地提升工業領域復合材料在設計以及應用上的能力；并且健全復合材料專業在設計人才上的有效培養，側重復合材料所使用的設計軟件能夠趨于國產化，盡可能多地使用質量較高的高性能纖維復合材料，使我國生產的高性能纖維能夠遠銷海內外，并且使其應用的通道能夠保持順暢，最后推進國產高性能纖維與其復合材料能夠朝著規模化的方向發展[4]。

5.1 解決關鍵裝備生產國產化存在的不足問題

對于高性能纖維以及其復合材料生產制造過程中所需要的配套裝備和配套技術，不斷提升企業生產上的實力，匯集技術力量，處置生產裝備產生的問題，致力于提升纖維生產的設備與技術，建設一個三位一體的促進模式。

5.2 由科研院所和企業共同牽頭建立一個產品創新平臺

在創新平臺上激勵企業和相關單位完成創新技術和新機制的創新，通過這樣的方式建立一個生產、研發融合為一體的發展態勢，在高性能纖維與復合材料領域也可以建立這樣一種由國家牽頭的創新平臺，為人才提供一個可以了解并學習新技術的環境，推進我國材料研發和生產的良性循環體系。