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2012年战略性新兴产业路线图和先导科技预见研究-复合材料的技术路线图研究

发布时间:2016-07-01 发布来源:金沙娱乐网址

  复合材料,是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。碳纤维复合材料之所以相比传统的金属材料有更多的优势,源于基础原材料碳纤维的高性能。
  
  我们的研究重点,首先是针对作为增强材料的碳纤维的研制及其产业化技术。我们研究的第二个重点,是碳纤维复合材料的应用技术。碳纤维复合材料已经在诸多高端制造领域获得广泛应用,它已经是当今航空航天的主要材料,而随着汽车轻量化和风力叶片巨型化的到来,碳纤维复合材料也将成为这些新型产业的主选材料。另外,碳纤维复合材料在体育用品、基础设施等领域也越来越广泛应用。碳纤维复合材料具有各项异性及其可设计特性,因此其应用技术与金属材料的各项同性有很大差别,“设计-材料-制造-检测”多个不同学科产业领域的人员必须紧密合作。
  
  本次研究,我们首先针对国际、国内和上海在复合材料方面的发展情况进行说明,在此基础上,勾勒出碳纤维复合材料在未来将会带来的社会经济影响。我们将根据行业内的普遍共识,对碳纤维复合材料相关领域的技术体系进行分解,并说明各个技术模块的内涵。我们将讨论国内和上海地区在各技术路线、模块的优劣势,判断上海目前的位置以及未来的方向。我们将基于专家的判断,选择出上海可以发力的技术版图,并预见出占领这些版图的大致时间范围。最后,则将针对上海发展碳纤维复合材料,在项目和政策方面,提出各层面的建议。
  
  一、国内外发展情况。
  
  世界PAN 基碳纤维生产厂商主要有日本Toray(东丽)、Toho(东邦)、Mitsubishi Rayon(三菱人造丝),美国Hexcel(赫克塞尔)、Amoco(阿莫科)和Zoltek(卓尔泰克)等公司,这些公司大多是从原丝开始,直到碳纤维以及中、下游产品开发。沥青基碳纤维主要生产厂商有日本Mitsubishi Chem(三菱化学)、Kureha (吴羽)、Donac与美国Amoco 公司。PAN基碳纤维是当今世界碳纤维发展的主流,占世界碳纤维市场的75%。进入21世纪后,碳纤维厂商已经从自身的碳纤维产业化进入到了更深入的应用技术领域,引导应用领域开展碳纤维应用技术研究。基本上现在仍然是日美占领制高点的格局。
  
  二、技术发展趋势
  
  2008年以来,为了应对金融危机、低碳经济和振兴制造业的大趋势,世界各国及其各大碳纤维巨头纷纷创新发展,推出发展碳纤维及其复合材料的新举措。一是发展下游产业链,推动碳纤维产业发展;二是扩大原丝产能,自发打破原丝外销壁垒;三是革新技术、节能减排,降低成本;四是开发新品种或大丝束碳纤维。总之,最近几年,碳纤维复合材料或主动或被动,已经开始在许多应用领域显现出替代金属材料的可能性,将会成为制造业的新宠,成为低碳经济的核心技术之一。技术发展方向课总结为。1、碳纤维高效低成本制备新技术;2、碳纤维高性能化技术研发; 3、低成本碳纤维回收再循环技术。
  
  三、上海发展建议。
  
  上海要发展相关的碳纤维复合材料产业,就必须掌握和开发采用这种可设计、人工制造的材料制备,各个应用领域结构制品的设计、制造、检测技术和设备。碳纤维复合材料的“设计-材料-制造-检测”一体化应用技术及其产业化体系的建设,是布局碳纤维复合材料关键技术攻关、更好推动相关产业发展的关键。具体建议有一下四条。
  
  (一)关于原材料方面的建议.碳纤维方面建议增加大丝束碳纤维的开发,以满足风能和汽车等领域对低成本碳纤维的需求。树脂方面建议增加:1)适合快速RTM工艺的环氧树脂体系的开发;2)满足飞机舱内非金属材料阻燃、烟雾、毒性要求的低成本、适合RTM工艺的环氧树脂体系的开发。
  
  (二)关于航空航天制造方面的建议.着重航空航天复合材料结构件的机械化和自动化研制,依托上飞公司引进的先进复合材料制造设备,实现航空航天复合材料结构件制造的机械化和自动化,进一步稳定产品质量,提高生产效率,从而提升国内复合材料制造技术水平。同时,攻关先进复合材料制造装备制造,带动装备制造业的发展,研发出先进复合材料制造设备,打破技术壁垒,惠及全国。
  
  (三)关于汽车方面的建议.从真正带动上海汽车产业发展的角度,建议应充分考虑上汽各品牌车型复合材料轻量化的实际需求,尊重上汽自身对发展汽车复合材料部件及相关复合材料技术的战略认知,兼顾近、中、远期的需求特点,分别安排旨在近期应用的技术开发、中期储备的预先研究、远期探索的前沿应用基础研究课题。
  
  (四)关于材料、设计、成型一体化平台方面的建议。可考虑建立一个上海市复合材料产业技术联盟单位的门户网站,把各成员单位的工艺装备的资源、性能表征和测试的设备、结构性能验证平台、设计的软硬件基础、人才队伍等信息挂上去,大家可以发布自己的开发计划,有兴趣的单位可自由恋爱,组对开发,而且可以将未来复合材料产业发展路线图的研究不断引向深入。

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