我國(guó)的復(fù)合材料事業(yè)起步并不晚。自上世紀(jì)六十年代初長(zhǎng)春應(yīng)化所李仍元先生研發(fā)碳纖維始，六十年代末進(jìn)入復(fù)合材料領(lǐng)域，以本人而言即于1970年作為飛機(jī)設(shè)計(jì)人員既已進(jìn)入該領(lǐng)域，投入研發(fā)。40多年來(lái)我們也取得了一定的成績(jī)與進(jìn)展，但與世界的先進(jìn)水平比，我們的應(yīng)用與發(fā)展還存在許多問(wèn)題和差距，短板和瓶頸。靜觀國(guó)內(nèi)的事實(shí)，我們必須得老實(shí)承認(rèn)在這一重要的技術(shù)領(lǐng)域，我們不是趕上或超過(guò)世界的先進(jìn)水平而是落后了。我們應(yīng)用的規(guī)模與水平，設(shè)計(jì)的方法與觀念，材料的基礎(chǔ)與配套，制造的工藝與設(shè)備均嚴(yán)重落后。落后是全方位的，差距是越來(lái)越大了。該領(lǐng)域的先驅(qū)，北京中科院化學(xué)所原副所長(zhǎng)吳仁杰先生曾說(shuō)，我們就像一個(gè)醒來(lái)的人，打哈欠，伸懶腰，總也起不來(lái)床。這種“起不來(lái)床”的感覺(jué)，至今猶存。

 

　　本文的重點(diǎn)就在于找出落后的方面及其原因，引起國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)及同仁的關(guān)注，并有針對(duì)性的采取措施，以期趕上并超過(guò)世界上先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)發(fā)展的雄偉步伐。論及應(yīng)用發(fā)展落后的方面及其原因應(yīng)是多方面的，但依據(jù)本人參與國(guó)內(nèi)先進(jìn)復(fù)合材料軍民用發(fā)展研究40多年來(lái)的切身經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，主要有以下十條，今不揣冒昧，倉(cāng)促成文，期與國(guó)內(nèi)業(yè)界領(lǐng)導(dǎo)及同仁共同探討并虛心就教。

 

　　1、思想認(rèn)識(shí)和理念的問(wèn)題

 

　　先進(jìn)復(fù)合材料對(duì)國(guó)防建設(shè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展有極為重要的作用，國(guó)內(nèi)對(duì)此長(zhǎng)期認(rèn)識(shí)不足。以飛機(jī)設(shè)計(jì)而言，減重是其永恒的主題，復(fù)合材料能夠帶來(lái)20-30%的減重，這是其它手段無(wú)法達(dá)到的，故復(fù)合材料一問(wèn)世首先用在航空上，初期可高達(dá)70%左右的碳纖維耗于此處，先軍機(jī)后民機(jī)，制件從小到大，從少到多，從弱到強(qiáng)，從次結(jié)構(gòu)到承力的主結(jié)構(gòu)，從結(jié)構(gòu)到功能，一步步地實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料化，所謂“化”者大有徹頭徹尾，徹里徹外之謂也。現(xiàn)世界上軍民機(jī)均已用到50%以上的水平(指復(fù)合材料占結(jié)構(gòu)重量的百分比)，直升機(jī)、無(wú)人機(jī)、通用飛機(jī)多已達(dá)到80-90%的水平。而我們的軍機(jī)正式應(yīng)用在10%以下，J-20用到了機(jī)翼在～以上，J-31在～以上，但后兩者還在試飛并未投產(chǎn)。民機(jī)正式研制的ARJ21用量2%以下，C919達(dá)到12%左右，但均在研制中，并未量產(chǎn)。與世界水平比，差距相當(dāng)之大。懂復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)總師并非飛機(jī)研制的總師，他們?cè)谧约旱膷徫簧掀D難推進(jìn)應(yīng)用，但困難重重。我們的主要領(lǐng)導(dǎo)未見(jiàn)世界上業(yè)已存在的飛機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料化的大趨勢(shì)及其對(duì)航空工業(yè)的影響,對(duì)此航空工業(yè)正面臨著極其嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。

 

　　相比之下，國(guó)外不是這樣。美國(guó)的航空航天工業(yè)協(xié)會(huì)(AIA)早于上世紀(jì)80年代即已擬出一“復(fù)合材料發(fā)展綱要”，并向美國(guó)政府發(fā)出警告，指出復(fù)合材料是美國(guó)90年代的關(guān)鍵技術(shù)，必須組織美國(guó)的全國(guó)力量大力推進(jìn)復(fù)合材料的發(fā)展，在競(jìng)爭(zhēng)的威脅下保持這一領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)地位。于是下面完成了一份詳盡的先進(jìn)復(fù)合材料“國(guó)家技術(shù)開(kāi)發(fā)計(jì)劃”。再看下面的波音飛機(jī)公司，一直把復(fù)合材料作為重點(diǎn)抓住不放，從B-737平尾入手一直到B-777尾翼的研制鑒定，到B-787的50%復(fù)合材料的應(yīng)用。上世紀(jì)80年代中期筆者曾在波音以雇員身份工作，他們抓預(yù)研、抓課題的工作態(tài)度和氣勢(shì)為我所親見(jiàn)。再如原麥道公司自1976年研制F-18，正式上了機(jī)翼，于1982年正式首飛，此后世界上三代機(jī)全部是復(fù)合材料機(jī)翼了(我國(guó)的J-10除外)。而我們1995年完成J8-II復(fù)合材料機(jī)翼預(yù)研上天后，直到近20年后才有J-20、J-31機(jī)翼正式上天，落后了30多年。

 

　　我們國(guó)內(nèi)認(rèn)識(shí)上時(shí)間遲后，高度上不到位，特別是有技術(shù)決策權(quán)的高層技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)，這導(dǎo)致了我們今天應(yīng)用發(fā)展的嚴(yán)重落后。當(dāng)前先進(jìn)復(fù)合材料已在以航空航天為核心的國(guó)防軍工領(lǐng)域、能源領(lǐng)域、建筑領(lǐng)域、地面交通領(lǐng)域(包括汽車)、艦船領(lǐng)域、運(yùn)動(dòng)休閑以及廣大的工業(yè)等領(lǐng)域，開(kāi)創(chuàng)了前所未有的發(fā)展空間和機(jī)遇，所以我們必須提高思想認(rèn)識(shí)，站在經(jīng)濟(jì)全球化的高度，以開(kāi)放的思想，前瞻的目光和創(chuàng)新的思維，充分認(rèn)識(shí)大力發(fā)展先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)的重要意義和其光明的前景。

 

 

　　復(fù)合材料技術(shù)，包括碳纖維、芳綸等增強(qiáng)纖維技術(shù)，學(xué)科交叉，協(xié)作面廣，需要相關(guān)政府部門有力的組織、支持和投入。而在這方面我們和國(guó)外相比存在較大的不足和差距。

 

　　長(zhǎng)期以來(lái)歐美等國(guó)制訂并投資了一系列發(fā)展計(jì)劃，旨在推動(dòng)復(fù)合材料的應(yīng)用發(fā)展。例如美國(guó)1976年由NASA牽頭制定了著名的ACEE(Aircraft Energy Efficincy)計(jì)劃，即飛機(jī)節(jié)能計(jì)劃，前后執(zhí)行了10年，國(guó)內(nèi)各大飛機(jī)公司幾乎全部參加，減重節(jié)油，增加商載，該計(jì)劃完成了B737平尾、DC10垂尾、L1011垂尾的飛行和鑒定。接著又有著名的ACT(Advanced Composite Technology)計(jì)劃出現(xiàn)，于1988年-1998年執(zhí)行，目的在于飛機(jī)結(jié)構(gòu)性能，研發(fā)“強(qiáng)度、剛度、損傷容限”三者統(tǒng)一的主結(jié)構(gòu)，推動(dòng)大飛機(jī)上機(jī)翼、機(jī)身主結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。再如歐洲則有TANGO (Technology Application Near-Term Goals and Objective)計(jì)劃，為歐洲11國(guó)共34個(gè)部門聯(lián)合發(fā)起并執(zhí)行，革新設(shè)計(jì)概念，革新制造方法，旨在結(jié)構(gòu)減重20%，成本降低20%。歐洲近期又有NGCW(Next Generation Composite Wing)計(jì)劃，投資1.03億歐元，多國(guó)共16個(gè)工業(yè)組織參加，旨在推進(jìn)大型客機(jī)上復(fù)合材料機(jī)翼的應(yīng)用。

 

　　另一個(gè)重要的方面是由政府出面統(tǒng)一組織制訂相關(guān)法規(guī)，使復(fù)合材料的設(shè)計(jì)和鑒定文件化、規(guī)范化，編制全行業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，形成設(shè)計(jì)和鑒定的統(tǒng)一指南，推動(dòng)復(fù)合材料的應(yīng)用發(fā)展。這方面的實(shí)例很多，如美國(guó)軍用復(fù)合材料手冊(cè)MIL-HDBK-17統(tǒng)一編寫和組織250名專家的不斷修訂；FAA領(lǐng)導(dǎo)下著名的AC-107A\B(飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu))咨詢通報(bào)的統(tǒng)一制訂；美國(guó)NASA領(lǐng)導(dǎo)下共享數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)(Share material databases)；美歐“商用飛機(jī)復(fù)合材料修理委員會(huì)”(CACRc)的共同組建等實(shí)例不勝枚舉。

 

　　再如我國(guó)的臺(tái)灣當(dāng)局一直把復(fù)合材料作為支柱產(chǎn)業(yè)予以支持發(fā)展，當(dāng)局作了大量組織和領(lǐng)導(dǎo)工作。如近期發(fā)展汽車領(lǐng)域的復(fù)合材料應(yīng)用，即由其經(jīng)濟(jì)部牽頭組織“官產(chǎn)學(xué)研”多次召集專題研討會(huì)，并于2012年正式組建“臺(tái)灣碳纖維電動(dòng)車開(kāi)發(fā)聯(lián)盟”，旨在推動(dòng)先進(jìn)復(fù)合材料在汽車結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用發(fā)展。我曾應(yīng)邀訪臺(tái)講學(xué)交流，親身領(lǐng)略了這種氣勢(shì)。

 

　　我國(guó)也有一些政府部門的組織和支持，如航空部存在時(shí)，曾組織過(guò)第一本《復(fù)合材料設(shè)計(jì)手冊(cè)》的編寫，J-8Ⅱ復(fù)合材料機(jī)翼的研制等，但都在部屬范圍內(nèi)進(jìn)行，規(guī)模有限，近期組織T800級(jí)碳纖維的有組織評(píng)定等，范圍擴(kuò)大到了航空航天。2013年10月工業(yè)和信息化部又印發(fā)了《加快推進(jìn)碳纖維行業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃》，旨在加快碳纖維及其復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展，該部有能力組織此事又有投資支持，未嘗不是好事。

 

　　由上面的簡(jiǎn)述可見(jiàn)，復(fù)合材料的應(yīng)用發(fā)展離不開(kāi)政府部門的有力組織和大力支持。很多計(jì)劃和規(guī)范的制訂等都是多部門甚至多國(guó)聯(lián)合制訂并執(zhí)行，不是哪一個(gè)或哪幾個(gè)科研和工業(yè)部門就能勝任的。我們看到西方發(fā)達(dá)國(guó)家復(fù)合材料的蓬勃發(fā)展，也要看到他們的組織工作和巨大的資金投入。相比之下，我們的差距是顯而易見(jiàn)的。

 

　　3、基礎(chǔ)預(yù)研不到位，投資研制不足

 

　　國(guó)內(nèi)與國(guó)外相比在復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域缺乏戰(zhàn)略上、整體上的規(guī)劃與研究，投資亦顯嚴(yán)重不足。致使我們基礎(chǔ)研究薄弱，預(yù)研不踏實(shí)，導(dǎo)致技術(shù)上落后，許多基礎(chǔ)理論和工程實(shí)際問(wèn)題未獲解決和很好解決。基礎(chǔ)理論方面如破壞機(jī)理與極限強(qiáng)度分析問(wèn)題、從微觀損傷到宏觀失效問(wèn)題、確定性和非確定性分析方法等問(wèn)題；工程實(shí)踐上，如材料許用值與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)值合理確定問(wèn)題，質(zhì)量控制與標(biāo)準(zhǔn)合理制制訂等問(wèn)題、性能測(cè)試與共享數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)問(wèn)題、大面積整體成型與膠接結(jié)構(gòu)的分析問(wèn)題、使用保障與修理維護(hù)的問(wèn)題等。以飛機(jī)設(shè)計(jì)而言國(guó)外普遍有20-30%的減重效果，而我們普遍達(dá)不到20%。實(shí)踐中諸問(wèn)題的存在使復(fù)合材料的應(yīng)用置信度不夠，效果不足，使人覺(jué)得效益不大，花錢不少又麻煩不小，故普遍存在“不敢用、不好用、不愛(ài)用”的現(xiàn)象，實(shí)質(zhì)是“不會(huì)用”，極大地限制應(yīng)用的發(fā)展，說(shuō)明預(yù)研遠(yuǎn)沒(méi)給應(yīng)用提供必要的技術(shù)基礎(chǔ)。

 

　　在為數(shù)不多的國(guó)家立項(xiàng)預(yù)研課題中，缺乏相對(duì)統(tǒng)一的組織領(lǐng)導(dǎo)、合作與協(xié)調(diào)，存在多方領(lǐng)導(dǎo)、多頭投入且又投入嚴(yán)重不足，研究力量不足、項(xiàng)目低水平重復(fù)。從項(xiàng)目論證到評(píng)審鑒定諸環(huán)節(jié)問(wèn)題較多，學(xué)風(fēng)不正。鑒定驗(yàn)收一般都說(shuō)填補(bǔ)空白，水平國(guó)內(nèi)或國(guó)際領(lǐng)先，但工程上一用問(wèn)題百出，缺乏求真務(wù)實(shí)的科學(xué)態(tài)度與作風(fēng)。如我們國(guó)內(nèi)進(jìn)入碳纖維的廠商已多達(dá)30多家，但許多關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題并未突破，各家鮮有真誠(chéng)的合作和有效的交流。吉林市聲稱要建設(shè)中國(guó)的“硅谷”，可誰(shuí)又能將其多家原絲、碳絲真正統(tǒng)籌起來(lái)，形成拳頭，聯(lián)合攻關(guān)呢？致使我國(guó)的碳纖維多年仍未走出“質(zhì)次價(jià)高”的怪圈，國(guó)內(nèi)外均缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。

 

　　4、設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)薄弱，問(wèn)題突出

 

　　與金屬材料相比，復(fù)合材料應(yīng)用分外講設(shè)計(jì)、材料與工藝三者密切結(jié)合。但三者中設(shè)計(jì)是龍頭，這個(gè)龍頭舞不起來(lái)，擴(kuò)大復(fù)合材料應(yīng)用就是一句空話。道理很簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)之前本無(wú)復(fù)合材料，只有纖維和基體，復(fù)合材料是設(shè)計(jì)出來(lái)的。國(guó)內(nèi)三者中，設(shè)計(jì)這一環(huán)節(jié)最顯薄弱，已嚴(yán)重制約了我國(guó)先進(jìn)復(fù)合材料應(yīng)用的發(fā)展。以航空航天為核心的國(guó)防軍工部門尚且如此，其它民用部門情況尤甚。時(shí)至今日我們應(yīng)該明白：設(shè)計(jì)上不去，應(yīng)用起不來(lái)！

 

　　復(fù)合材料設(shè)計(jì)，包括計(jì)算分析，是一個(gè)專門的技術(shù)。國(guó)際上認(rèn)為培養(yǎng)一個(gè)成熟的復(fù)合材料設(shè)計(jì)師至少需要10年。國(guó)內(nèi)嚴(yán)重缺乏有經(jīng)驗(yàn)的復(fù)合材料設(shè)計(jì)人員，已普遍影響到復(fù)合材料的應(yīng)用發(fā)展。如復(fù)合材料設(shè)計(jì)中最有特色的乃是鋪層設(shè)計(jì)，但國(guó)內(nèi)很少有人真正掌握鋪層設(shè)計(jì)的原則和方法，弄不清材料許用值和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)值的來(lái)源和用法。有些人知道一點(diǎn)強(qiáng)度理論，但不知道復(fù)合材料強(qiáng)度、剛度計(jì)算的工程方法，甚至不了解國(guó)際上通行的分析和驗(yàn)證用的“積木式”(BBA-Building Block Approach)方法，很少有人具體掌握復(fù)合材料連接設(shè)計(jì)、疲勞耐久性設(shè)計(jì)、損傷容限設(shè)計(jì)、穩(wěn)定性設(shè)計(jì)、環(huán)境影響及其防護(hù)設(shè)計(jì)、修理設(shè)計(jì)等許多具體設(shè)計(jì)技術(shù)和要領(lǐng)。設(shè)計(jì)人員發(fā)不出符合上述諸原則的設(shè)計(jì)圖紙來(lái)，試問(wèn)生產(chǎn)部門如何進(jìn)行具體的選材和制造？復(fù)合材料必用的連接設(shè)計(jì)，我們現(xiàn)有的計(jì)算方法仍是以前驗(yàn)證過(guò)的方法，已有人指出并不太準(zhǔn)確。新的系統(tǒng)的方法我手中就有，但近年來(lái)推廣宣傳不夠，并未太用。

 

　　設(shè)計(jì)還有一個(gè)重要的問(wèn)題，即規(guī)范和手冊(cè)等軟件建設(shè)的問(wèn)題。國(guó)外十分重視有組織地制訂相應(yīng)規(guī)范，提出“開(kāi)發(fā)編制全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，改進(jìn)最終產(chǎn)品一致性”的口號(hào)，減少風(fēng)險(xiǎn)，降低成本，促進(jìn)應(yīng)用。以各大飛機(jī)公司而言無(wú)一例外地均有自己的《復(fù)合材料設(shè)計(jì)手冊(cè)》，而我們基本沒(méi)有。至于專門用于復(fù)合材料設(shè)計(jì)分析軟件的開(kāi)發(fā)，國(guó)內(nèi)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)際的水平，如Fiber SIM，Hyper Sizer等軟件的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用等。

 

　　設(shè)計(jì)影響應(yīng)用的例子不勝枚舉，如風(fēng)機(jī)葉片設(shè)計(jì)，國(guó)外已大量應(yīng)用先進(jìn)復(fù)合材料，形成碳纖維應(yīng)用的大戶，但國(guó)內(nèi)進(jìn)展很慢。一個(gè)重要原因是我們的葉片多是引進(jìn)工程，沒(méi)有原始設(shè)計(jì)產(chǎn)權(quán)，對(duì)所用材料不敢做輕易更改。重新設(shè)計(jì)時(shí)連載荷都沒(méi)有，因?yàn)橐M(jìn)時(shí)人家不會(huì)詳細(xì)給出。下面汽車工業(yè)要大上復(fù)合材料，但汽車領(lǐng)域的工程師普遍不會(huì)復(fù)合材料設(shè)計(jì)，問(wèn)題十分尖銳地?cái)[在我們面前，值得關(guān)注。

 

　　5、制造技術(shù)發(fā)展滯后，設(shè)備需改造更新

 

　　制造是現(xiàn)代復(fù)合材料技術(shù)中占有至關(guān)重要的地位，一切產(chǎn)品都要通過(guò)制造方能變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。制造技術(shù)包括制造方法、成型工藝、模具技術(shù)、無(wú)損檢測(cè)以及制造設(shè)備等諸方面的問(wèn)題。與國(guó)外相比我們于該方面差距更大。近年來(lái)國(guó)外以自動(dòng)鋪帶(ATL)和自動(dòng)鋪絲(AFP)為核心的復(fù)合材料自動(dòng)化制造技術(shù)正在世界上蓬勃發(fā)展并首先用在航空航天工業(yè)中，并逐步向民用領(lǐng)域推廣。自動(dòng)鋪帶機(jī)由波音牽頭，于1983年投入使用已30多年，自動(dòng)鋪絲機(jī)于1990年投入使用已20多年，世界上稱這是20世紀(jì)最后10年復(fù)合材料技術(shù)發(fā)展史上一個(gè)里程碑式的事件。我們卻只有萌芽式的研發(fā)和近期的采購(gòu)應(yīng)用，落后30多年！自動(dòng)鋪帶機(jī)國(guó)內(nèi)各飛機(jī)公司已引進(jìn)多臺(tái)，但自動(dòng)鋪絲機(jī)由于國(guó)際上對(duì)華封鎖尚一臺(tái)也沒(méi)有，引進(jìn)的自動(dòng)鋪帶機(jī)國(guó)內(nèi)各單位應(yīng)用亦不充分。設(shè)備最好的空客和哈爾濱飛機(jī)公司合建的合資企業(yè)“哈飛空客復(fù)合材料制造中心”也只允許制造A350XWB舵面結(jié)構(gòu),且A350于2014年12月才交付第一架飛機(jī)，我們還得生產(chǎn)10年、20年。波音787給中國(guó)的最大制件也是方向舵(無(wú)設(shè)計(jì)權(quán))，我們連個(gè)尾翼都不能做，可見(jiàn)國(guó)外對(duì)中國(guó)限制封鎖之嚴(yán)。舵面是國(guó)外上世紀(jì)80年代中期研發(fā)過(guò)關(guān)的，我們又落后了30多年！

 

　　其他如以共固化/共膠接為核心的整體成型技術(shù)，新型的罐外成型技術(shù)(0OA)，快速成型的RTM(HPRTM)技術(shù)，新型拉擠技術(shù)ACP(拉進(jìn)去的是預(yù)浸料不是纖維)，厚板固化及其變形控制等技術(shù)我們都發(fā)展不足。

 

　　將來(lái)的飛機(jī)以復(fù)合材料為主而不是金屬為主已是不爭(zhēng)的事實(shí)。原有生產(chǎn)金屬飛機(jī)的設(shè)備正在淘汰和棄用，車銑刨磨鉗基本不用，程控?cái)?shù)控機(jī)床也將不用，鉚接、螺接大量減少，這一切空前地改變了航空制造業(yè)的傳統(tǒng)，航空產(chǎn)業(yè)鏈面臨重大重組進(jìn)程，能否適應(yīng)這一重大變革必將決定航空制造業(yè)的成敗興衰。對(duì)此航空工業(yè)面臨著極大的挑戰(zhàn)。對(duì)此西方的航空工業(yè)正在向大規(guī)模生產(chǎn)復(fù)合材料制件前進(jìn)，為此設(shè)備和生產(chǎn)手段的更新是不可避免的，投資是巨大的，如歐洲的空客投資3.6億歐元在德國(guó)建成生產(chǎn)A350機(jī)身的新廠，英國(guó)投4億英鎊在威爾士建設(shè)生產(chǎn)A350機(jī)翼的新廠。英國(guó)甚至要投30億英鎊用于航空航天復(fù)合材料項(xiàng)目的建設(shè)，投資之巨令人瞠目，我們難以望其項(xiàng)背。民用領(lǐng)域發(fā)展復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)這樣類似的技術(shù)改造也是不可避免的，如汽車制造、風(fēng)機(jī)葉片、艦船等領(lǐng)域。航空復(fù)合材料有限公司正在組建，整合原621所和625所的技術(shù)力量組建新的公司參與競(jìng)爭(zhēng)，但進(jìn)度太慢、資金短缺，影響其發(fā)揮作用。我們已經(jīng)明白關(guān)鍵的核心技術(shù)是買不來(lái)的，創(chuàng)新能力也是買不來(lái)的，只能靠我們自己發(fā)展。

 

　　6、成本高制約應(yīng)用發(fā)展

 

　　先進(jìn)復(fù)合材料成本畢竟較高，是制約其擴(kuò)大應(yīng)用發(fā)展的主要障礙之一。我們思想上應(yīng)該牢記：成本下不來(lái)，應(yīng)用上不去。

 

　　有鑒于此，西方發(fā)達(dá)國(guó)家近年來(lái)紛紛制訂低成本的復(fù)合材料發(fā)展計(jì)劃，發(fā)展低成本的復(fù)合材料綜合技術(shù)。如美國(guó)由國(guó)防部出面聯(lián)合工業(yè)界于1996年發(fā)起并執(zhí)行一個(gè)10年的低成本復(fù)合材料計(jì)劃，即著名的CAI(Composite Afforability Initiative)計(jì)劃，近年來(lái)總結(jié)認(rèn)為取得了巨大成果，并已用在F-35和B787等機(jī)型的工程應(yīng)用中，聲稱要給出一個(gè)設(shè)計(jì)/制造示范性的轉(zhuǎn)變，要降低總成本的50%。此外美國(guó)的各大飛機(jī)公司，如波音、洛克希德等也都有自己的低成本計(jì)劃。歐洲則繼TANGO計(jì)劃后又有ASK計(jì)劃等，此時(shí)要減輕結(jié)構(gòu)重量的30%，節(jié)省成本的30%，也是多國(guó)多部門聯(lián)合執(zhí)行。

 

　　低成本技術(shù)應(yīng)包括低成本的設(shè)計(jì)技術(shù)、低成本的材料技術(shù)、低成本的制造技術(shù)。其中核心是低成本的制造技術(shù)，因其占了成本的大部份額。以航空航天而言其占約80%的份額，民用則可占60%左右的份額。所以核心是要大力發(fā)展低成本的制造技術(shù)。這一點(diǎn)對(duì)民用領(lǐng)域尤其重要。如汽車領(lǐng)域應(yīng)用復(fù)合材料，筆者認(rèn)為其成敗的關(guān)鍵主要就在于快速成型的低成本制造技術(shù)的成功研發(fā)。

 

　　相比之下我們國(guó)內(nèi)至今沒(méi)有系統(tǒng)的低成本計(jì)劃的制定和執(zhí)行，缺乏系統(tǒng)、深入、具體的研究和實(shí)踐，遠(yuǎn)落后于國(guó)外的情況，致使航空復(fù)合材料產(chǎn)品價(jià)格居高不下。復(fù)合材料產(chǎn)品的價(jià)格最終是按公斤計(jì)的，機(jī)種不同，具體價(jià)格不同，選材不同，制造方法不同等，很難統(tǒng)一給出準(zhǔn)確的價(jià)格。國(guó)外構(gòu)件一般600-1500美元/公斤，約為4000-10000元人民幣/公斤。而我們一般1-1.5萬(wàn)元/公斤，甚至2萬(wàn)元/公斤，軍機(jī)研制軍方不接受，民機(jī)研制亦覺(jué)成本太高，一再希望少用。我們軍用T300級(jí)碳纖維3500-4000元/公斤，航天亦大致如此，將開(kāi)發(fā)的經(jīng)費(fèi)亦打入其中，簡(jiǎn)直是在賣缺。成本問(wèn)題極大地制約甚至扼殺了應(yīng)用的發(fā)展，在民用領(lǐng)域問(wèn)題將會(huì)更突出。成本降不下來(lái)，應(yīng)用上得去嗎？

 

　　當(dāng)然，正確看待成本國(guó)內(nèi)也存在問(wèn)題，國(guó)內(nèi)容易重視一次性投資成本，而忽視了綜合成本和全壽命成本。如民機(jī)大量應(yīng)用復(fù)合材料，可以大幅減重，省下的重量可多賣座位，可節(jié)省燃油，大幅降低運(yùn)營(yíng)成本，綜合起來(lái)看會(huì)有經(jīng)濟(jì)效益，否則用不起來(lái)。再如國(guó)內(nèi)有人發(fā)展復(fù)合材料耐酸泵，較金屬泵肯定貴得多，但不腐蝕壽命長(zhǎng)，免去了頻繁的更換，總成本反倒低了。成本問(wèn)題是一個(gè)復(fù)雜的、綜合的問(wèn)題，必須全面看待。

 

　　7、缺乏原始技術(shù)創(chuàng)新，創(chuàng)新能力不足

 

　　創(chuàng)新是一個(gè)民族技術(shù)發(fā)展的靈魂，事關(guān)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，當(dāng)前國(guó)家十分重視和強(qiáng)調(diào)，最近李克強(qiáng)總理還在號(hào)召“大眾創(chuàng)業(yè)，萬(wàn)眾創(chuàng)新”，但在復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域卻表現(xiàn)出重視不夠，創(chuàng)新能力不足，與外界相比缺乏原始技術(shù)創(chuàng)新。

 

　　應(yīng)用發(fā)展歸根結(jié)底是要能不斷開(kāi)發(fā)出新的有競(jìng)爭(zhēng)力的適銷對(duì)路的產(chǎn)品投放市場(chǎng)獲取效益。國(guó)內(nèi)先進(jìn)復(fù)合材料占有60%左右市場(chǎng)份額的是體育休閑用品，世界上60%以上的復(fù)合材料體育休閑用品均出自中國(guó)大陸。但產(chǎn)品多系臺(tái)灣轉(zhuǎn)移而來(lái)，我們并無(wú)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，代工的性質(zhì)效益自然不高。以復(fù)合材料自行車而言，目前世界上可有30萬(wàn)輛/年的產(chǎn)量，從車架、車把、車叉、座管到曲柄最后到車圈臺(tái)灣用27年完成復(fù)合材料化的進(jìn)程，技術(shù)含量很高。車及其配件雖然多產(chǎn)自大陸，但我們從未獨(dú)立完成過(guò)一輛復(fù)合材料自行車的完整研發(fā)。風(fēng)電至2011年我國(guó)已累計(jì)裝機(jī)62364MW，超過(guò)美國(guó)居世界第一，但復(fù)合材料風(fēng)機(jī)葉片卻多由國(guó)外制作，我們少有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。本人早已指出此乃是我國(guó)發(fā)展復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的一種“病態(tài)”，如今看來(lái)“病態(tài)”猶存。

 

　　目前我國(guó)進(jìn)入碳纖維研發(fā)和生產(chǎn)的企業(yè)已多達(dá)30多家，已建成產(chǎn)能達(dá)萬(wàn)噸以上，但2014年的產(chǎn)量?jī)H在3000噸左右，還存在著“有產(chǎn)能無(wú)產(chǎn)量，有產(chǎn)量無(wú)質(zhì)量”的情況，產(chǎn)量以后可能還會(huì)增加，但若創(chuàng)新的下游產(chǎn)品開(kāi)發(fā)不出來(lái)，這些纖維的市場(chǎng)在哪，企業(yè)的出路何在？歷史的經(jīng)驗(yàn)早已指明，當(dāng)纖維供應(yīng)充足時(shí)靠賣纖維是不賺錢的，必須大力開(kāi)發(fā)下游產(chǎn)品。目前國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品低端的較多，上檔次的較少，技術(shù)含量較低，附加值不高。我們要發(fā)揮中國(guó)人的聰明才智，進(jìn)行有創(chuàng)造性革新的研發(fā)，除占領(lǐng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)外，也要有勇氣參加世界市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)。

 

　　誠(chéng)然創(chuàng)新并非易事，在整個(gè)復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域我們并非完全沒(méi)有創(chuàng)新，只是創(chuàng)新意識(shí)還不強(qiáng)，創(chuàng)新能力還不足，創(chuàng)新產(chǎn)品還不多。在當(dāng)今世界范圍內(nèi)，先進(jìn)復(fù)合材料的新材料、新工藝、新理論、新方法層出不窮，如果我們跟蹤模仿尚不到位何談創(chuàng)新？

 

　　8、使用保障能力不足，研發(fā)不夠

 

　　使用保障(supportability)是一個(gè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在其壽命期內(nèi)在規(guī)定的環(huán)境條件下不受限制地使用所需要的與可能的后勤保障的綜合量度。這一概念用于先進(jìn)復(fù)合材料系因軍民機(jī)上不斷擴(kuò)大應(yīng)用而由北大西洋公約組織于上世紀(jì)80年代中期提出。一旦復(fù)合材料應(yīng)用發(fā)展擴(kuò)大到一定程度，則必然會(huì)遇到這個(gè)問(wèn)題。

 

　　使用保障的內(nèi)容主要包括復(fù)合材料結(jié)構(gòu)生產(chǎn)和使用中的可檢性、可維護(hù)性、互換性和可更換性，最重要的是可修理性。當(dāng)軍民用復(fù)合材料大量投入使用后，修理問(wèn)題必然會(huì)提到議事日程，修理問(wèn)題不解決，應(yīng)用發(fā)展必將會(huì)受到嚴(yán)重影響，這是不言而喻的。

 

　　復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在制造和使用過(guò)程中必然會(huì)有各種缺陷和損傷，諸如分層、裂紋、沖擊損傷、表面劃傷、雷擊損傷以及戰(zhàn)傷等等。這些都需要修理。以修理技術(shù)而言，可包括修理選材、修理方法、修理設(shè)備，修理檢測(cè)和修理設(shè)計(jì)等諸多方面。國(guó)外自上世紀(jì)80年代初即已進(jìn)行了系統(tǒng)研究，現(xiàn)問(wèn)題已基本獲解決，但還在發(fā)展研究中。外場(chǎng)修理用的熱補(bǔ)儀、便攜式無(wú)損檢測(cè)設(shè)備等均已成套出售，人員多已完成上崗前的培訓(xùn)和取證，修理規(guī)范已完成制訂，現(xiàn)正在向數(shù)字化、自動(dòng)化修理前進(jìn)。復(fù)合材料修理實(shí)際多是采用膠接補(bǔ)片的方式修理，其既可修理復(fù)合材料結(jié)構(gòu)有又可修理金屬結(jié)構(gòu)，現(xiàn)世界上金屬飛機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕、裂紋等多發(fā)性故障也多是采用復(fù)合材料技術(shù)進(jìn)行修理，故復(fù)合材料修理近年來(lái)已發(fā)展為一門產(chǎn)業(yè)。

 

　　國(guó)內(nèi)雖然也于上世紀(jì)90年代開(kāi)始研究，但筆者認(rèn)為還不夠完善系統(tǒng)，如修理驗(yàn)證試驗(yàn)只做到靜載，疲勞試驗(yàn)則不充分；只進(jìn)行過(guò)小規(guī)模的零件修理，未進(jìn)行過(guò)大規(guī)模的部件修理和驗(yàn)證，人員培訓(xùn)不到位亦缺乏相應(yīng)的規(guī)范等，故還不能說(shuō)已解決問(wèn)題，尚需發(fā)展研究。

 

　　我們軍民用飛機(jī)、風(fēng)機(jī)葉片、艦船以及工業(yè)用品已部分投入使用，修理問(wèn)題已經(jīng)提出，若汽車工業(yè)大量使用復(fù)合材料，問(wèn)題更會(huì)突顯。所以急需加大先進(jìn)復(fù)合材料可檢性、可維護(hù)性和可修理性的研發(fā)力度，提供強(qiáng)有力的后勤使用保障能力，掃清先進(jìn)復(fù)合材料使用中的障礙，才能促進(jìn)復(fù)合材料的應(yīng)用發(fā)展。

 

　　9、沒(méi)有啟動(dòng)回收再利用問(wèn)題的研究解決

 

　　使用到期的復(fù)合材料制品和生產(chǎn)加工中產(chǎn)生的邊角余料的回收再利用是一個(gè)重要的技術(shù)問(wèn)題，事涉產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，是一個(gè)戰(zhàn)略問(wèn)題。有鑒于此，該問(wèn)題已引起世界的普遍關(guān)注，并大力開(kāi)始研究解決。

 

　　西方發(fā)達(dá)國(guó)家如英國(guó)、美國(guó)和日本等已紛紛組建專門的機(jī)構(gòu)研究解決這一問(wèn)題，并已建起了多個(gè)專門的企業(yè)從事此項(xiàng)具體工作。如英國(guó)Milled Carbon Ltd廠已和波音、空客等建立合作關(guān)系，幫他們處理廢料。歐洲已組建復(fù)合材料回收服務(wù)公司(UCRU)，解決歐洲復(fù)合材料回收和可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題。英國(guó)的回收碳纖維公司(RCF)有2000噸/年的處理能力，已和英國(guó)GKN航空公司簽訂合同回收其廢品，近期100噸/年，后會(huì)有30%的年增長(zhǎng)率。

 

　　過(guò)去回收再利用傳統(tǒng)的辦法是粉碎、焚燒和掩埋，既不科學(xué)又不經(jīng)濟(jì)，現(xiàn)在歐洲有些國(guó)家如德國(guó)等已禁用這些方法。新研究的辦法可有高溫裂解、溶劑萃取等，旨在將纖維和樹(shù)脂分開(kāi)，回收再利用。回收的產(chǎn)品多以短纖維碎料等形式應(yīng)用，市場(chǎng)有較大需求。因原來(lái)的長(zhǎng)纖維有14%左右也要切碎，以短纖維形式應(yīng)用。

 

　　飛機(jī)制件一般壽命25-28年，風(fēng)機(jī)葉片20-25年，汽車制件壽命更短，一般10-15年，且西方國(guó)家已規(guī)定到2015年汽車上報(bào)廢的零件95%以上要可以回收再利用。問(wèn)題尖銳的擺在了我們面前，回收再利用這一戰(zhàn)略問(wèn)題不解決，勢(shì)必會(huì)影響我國(guó)復(fù)合材料產(chǎn)事業(yè)的發(fā)展。

 

　　國(guó)內(nèi)回收再利用的問(wèn)題雖有議論和提出，但迄今為止并無(wú)太多的實(shí)際行動(dòng)來(lái)啟動(dòng)該問(wèn)題研究解決，更未見(jiàn)專門從事此產(chǎn)業(yè)的企業(yè)建立，情況遠(yuǎn)落后于國(guó)外的水平。此處再次談及此問(wèn)題，意在引起業(yè)界的重視，并希望能有國(guó)家相關(guān)環(huán)保部門的重視和出面，早日動(dòng)手切實(shí)解決問(wèn)題，為復(fù)合材料的應(yīng)用發(fā)展掃清障礙，擴(kuò)清道路。

 

　　10、人才短缺，不能滿足應(yīng)用發(fā)展的需求

 

　　隨國(guó)內(nèi)復(fù)合材料產(chǎn)事業(yè)的發(fā)展，對(duì)相關(guān)專業(yè)人才提出了強(qiáng)烈的需求。目前的情況是缺乏掌握現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)和工程制造技術(shù)的人才，即人才現(xiàn)狀不能滿足應(yīng)用發(fā)展的需求。

 

　　人才的問(wèn)題與高校的培養(yǎng)機(jī)制有關(guān)。多數(shù)重點(diǎn)高校設(shè)有材料學(xué)院，培養(yǎng)了一些材料方面的人才，但鮮有復(fù)合材料設(shè)計(jì)與制造專業(yè)。如哈工大、北航、西工大和南航等與航空航天有關(guān)的高校普遍沒(méi)有復(fù)合材料設(shè)計(jì)專業(yè)，只有上海的同濟(jì)大學(xué)覺(jué)悟較早，幾年前其正式開(kāi)設(shè)了復(fù)合材料設(shè)計(jì)專業(yè)，但其畢業(yè)生很難分到民品部門。國(guó)外的情況則與我們有別。筆者有幸曾參訪過(guò)許多美國(guó)、英國(guó)、澳大利亞以至臺(tái)灣的相關(guān)重點(diǎn)高校，他們普遍設(shè)有復(fù)合材料課程，并強(qiáng)調(diào)“hands on”動(dòng)手能力，參加項(xiàng)目親手做制件。因應(yīng)復(fù)合材料發(fā)展的需要他們?cè)缇妥⒁饬藢I(yè)人才的培養(yǎng)。

 

　　除相關(guān)高校正式開(kāi)課外，利用社會(huì)力量進(jìn)行在職人員的培養(yǎng)也非常必要。回想上世紀(jì)80年代中期我在美國(guó)波音公司工作時(shí)，他們既已開(kāi)始了相關(guān)的專業(yè)培訓(xùn)。波音有強(qiáng)大的“培訓(xùn)中心”，春秋兩季招生業(yè)余培訓(xùn)，列在招生簡(jiǎn)章第一位的就是復(fù)合材料技術(shù)培訓(xùn)，報(bào)名晚了都參加不上。10多年前我在國(guó)內(nèi)幾乎每月都能收到美國(guó)復(fù)合材料修理辦班的通知，培訓(xùn)復(fù)合材料修理技術(shù)。未雨綢繆，對(duì)于人才的培養(yǎng)他們已有預(yù)見(jiàn)在先。筆者意見(jiàn)國(guó)內(nèi)應(yīng)大力加強(qiáng)復(fù)合材料技術(shù)的在職培訓(xùn)，特別是民用部門人員的培訓(xùn)，以促進(jìn)復(fù)合材料的應(yīng)用發(fā)展。其實(shí)國(guó)內(nèi)西工大、哈飛、北京SAMPE支部等單位已開(kāi)展并堅(jiān)持了這種培訓(xùn)，作了很好的工作，但深度、廣度還不夠，生員多來(lái)自航空航天部門，應(yīng)注意擴(kuò)大民用產(chǎn)業(yè)部門技術(shù)人員的培訓(xùn)。

 

　　以人為本，事在人為。適應(yīng)復(fù)合材料的應(yīng)用發(fā)展，我們必須加大人才的培養(yǎng)力度，培訓(xùn)力度，并采取相應(yīng)措施，切實(shí)踐行。

 

　　結(jié)語(yǔ)

 

　　應(yīng)用是硬道理。應(yīng)用的落后是根本的落后，帶標(biāo)志性的落后。應(yīng)用上不去，許多具體技術(shù)問(wèn)題就暴露不出來(lái)，解決不了，何談技術(shù)進(jìn)步？因此應(yīng)用的落后是我國(guó)復(fù)合材料技術(shù)發(fā)展的一個(gè)瓶頸、一個(gè)短板，關(guān)鍵癥結(jié)所在。革命尚未成功，同志仍需努力。

 

　　國(guó)家已經(jīng)認(rèn)定材料工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，新材料是材料工業(yè)的先導(dǎo)，是重要的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。明確了新材料是國(guó)家七大新興戰(zhàn)略之一，要重點(diǎn)發(fā)展新型功能材料、高性能結(jié)構(gòu)材料和先進(jìn)復(fù)合材料。無(wú)需多言，我國(guó)已是一個(gè)復(fù)合材料大國(guó)，年耗碳纖維一萬(wàn)噸以上，但還不是一個(gè)強(qiáng)國(guó)，由大國(guó)走向強(qiáng)國(guó)，我們必須看到問(wèn)題，找出差距，認(rèn)清方向，作出切實(shí)努力。業(yè)界領(lǐng)導(dǎo)和同仁應(yīng)努力促進(jìn)應(yīng)用、促進(jìn)發(fā)展，與世界一起迎接復(fù)合材料蓬勃發(fā)展的美好明天。