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中国高量级碳纤维技术与国外有哪些差距?盘点

2019-06-19 09:57

一、 中国碳纤维原丝生产的进展

中国的碳纤维生产商从2008年开始崛起,恒神集团和中复神鹰率先在2010年实现了千吨级的产能,大连兴科碳纤维和蓝星纤维也是奋起直追,具有不小的竞争潜力。但在产品种类上,尤其是高量级的碳纤维技术,与国外碳纤维生产商还有一定差距,目前,中国T300级材料已经相对成熟,而T700以上级别的复材仍在研发和小规模试生产中。

T700碳纤维

1. T700的开发进展

近5年来,中国T700级军用碳纤维材料生产技术逐渐成熟。据报道,中复神鹰公司投产的T700生产线是目前世界上第三个采用干喷湿纺工艺体系的商业化生产线,2014年获得中国建筑材料集团有限公司科学技术奖进步类一等奖,具有重要的战略意义。国产T700已经成功应用于风力叶片、电缆复合芯、压力容器和交通运输等新兴工业领域,并初步用于某航空机型和某航天设备。

2. T800的开发进展

从多个渠道获得的信息都表明,继2012年25吨级T800生产线竣工投运后,中国首条千吨级T800生产线于2014年3月在江苏镇江新区奠基。江苏航科投资6亿元,预计2016年投入生产。截至2014年底,航科先后申请国家发明和实用新型专利80余个,制定碳纤维生产流程测试规范42项,环保节能措施使产品成本降低30%,产品性能离散型低于5%。江苏航科T800级材料已具备系列化高性能碳纤维制备技术和低成本化能力,碳纤维生产原材料和主要设备几乎100%来自国内。

3. T1000和更高量级碳纤维的开发进展

江苏航科预计在2020年,将建成千吨级T1000碳纤维生产线和百吨级MJ系列高强度高模量碳纤维生产线。并开展T1200和M70J等更高性能纤维以及专用复合材料的研制及产业化工作。

二、中国碳纤维复材生产技术的进展

手工铺叠自动化:航空用先进复合材料构件大部分仍在使用手工铺叠,预浸料自动下料机和激光投影仪两种关键设备大多需要进口。而且对于大型构件,依然难以保证铺叠质量和速度。

自动铺带机:中国正在起步研究的阶段。北京航空制造工程研究所研制的6m×20m 大型自动铺带机,开始在新型飞机的复材构件研制中得到实验性的应用。

自动铺丝机:尚未见到有国产化设备投入应用的报道。

自动铺带机技术进展:

中航工业制造所于2006年组建技术团队,致力于复合材料自动化铺放的工程化应用,通过近十年来的扎实研究,已经获得较大进展。国内成飞也在相关技术研发和工程化应用方面获得扎实成绩。

碳纤维自动铺丝机

中航复材完成了国产预浸带制备、铺带工艺等系列研究与相关工程化应用验证,已将自动铺带用于新型飞机的机翼复合材料壁板;针对民机尾翼、机翼等课题需求,完成了尾翼平尾蒙皮、机翼蒙皮的系列研究与验证试验。在中航复材的厂区高跨净化间内,国内最先进的大型自动铺带设备——1台30m×6.5m铺带机,具备了32丝束铺放能力,可实现大型复合材料构件的铺放。

中国航空新闻网报道,成飞“大型复合材料整体壁板精确制造技术研究”科技成果于2014年一次性通过了成果鉴定:

(1)首次在装配飞机机翼壁板上采用复合材料自动铺带技术,解决了大型复合材料整体壁板精确制造的技术关键,制定了自动铺带的工艺规范标准;

(2)开发了基于激光投影技术的自动铺带在线检测技术,实现了自动铺带尺寸、角度、轮廓快速精确检测,申请了发明专利;

(3)提出了基于数字化技术的帽形加筋壁板R区精确填充方法,研制了专用转角R区填充物成型工装,实现了帽型结构的一步成型制造;

(4) 建立了复合材料加筋壁板变形控制理论模型和筋条漂移模型,实现了对帽形加筋壁板的变形和漂移的有效控制。

成飞项目已申请4项发明专利,并已成功应用于机翼复合材料大型整体壁板的制造中,产品质量稳定、可靠。四川省科学技术鉴定委员会认为:该项目总体技术国内领先,达到国际先进水平。

另外,自动铺丝机与自动铺带机类似,国内最先进的1台30m×6.5m铺丝机也装备了中航复材,正结合某民机课题,开展自动铺丝技术的研究和工程验证。

三、中国在树脂基预浸料技术进展

中航复材的树脂预浸料专用生产厂房1.5万平方米,装备4套具有国际先进水平大型热熔预浸机。在技术上,基本掌握第三代高性能复合材料关键技术,5228E、9918和AC531等高韧性树脂复合材料的韧性已达到波音公司制定的高韧性碳纤维环氧预浸料标准(BMS8-276)。

在第三代国产树脂基材料达标的基础上,中航复材系统开展了国产碳纤维树脂基复合材料的工程应用验证,如:

 

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