我國先進復合材料產事業發展
摘 要：本文介紹了先進復合材料發展應用的趨勢，其主要包括了航空的飛機領域、民用領域和磺纖維方面的情況，指出了當前我國的發展應用的要點，差距和問題，后結合我國的具體情況提出了相關的發展建議。
關鍵詞：先進復合材料產事業發展和應用
從范圍看，復合材料特別是先進復合材料遇到了前所未有發展機遇。這是由幾個重要因素決定的：1)能源短缺、燃料持續漲價，減少有害污染和排放，環保要求越來越高，于是發展高性能結構材料，減輕結構重量成為至關重要的問題；2)先進復合材料自身的優點、特點越來越被人們認識和發掘，如優異的比強度、比剛度高帶來的大幅度結構減重，高耐腐蝕性，良好的疲勞耐久性以及可以大規模整體成型等；3)以碳纖維復合材料為代表的先進復合材料自誕生40多年來技術發展日益成熟和進步，特別是各種低成本制造技術的出現，為擴大應用提供了前提條件；4)各種原材料，如鋼、鋁、鈦等近年來均在大幅漲價，唯有先進復合材料總趨勢是在不斷降價，使其應用更具有了競爭性。
在當前經濟普遍低迷和不景氣的情況下，唯有復合材料呈現了一個蓬勃發展的態勢，據估計未來5年內先進復合材料將有每年5％的遞增率，而碳纖維產需量每年將有10％左右的遞增率，亞太地區將會有更高的增長率，即在上先進復合材料業已開創了前所未有的發展空間和機遇。
我國先進復合材料事業的發展水平要快于的平均水平。認定“材料工業是國民經濟的基礎產業，新材料是材料工業的先導，是重要的戰略性新興產業。”于是于2012年頒發了《新材料產業“十二五”發展規劃》，明確了新材料是七大新興戰略產業之一，其重點是新型功能材料，高性能結構材料和先進復合材料。內中對碳纖維及其復合材料提出了明確的發展規劃和目標要求。在的高度重視和相關業界普遍的覺醒下，我國的先進復合材料產事業正呈現一種蓬勃發展的態勢。本文將對有關情況做較詳細的介紹和分析。同時也會指出我們存在的某些差距、問題和不足，并提出某些有益的發展建議，與國內諸同仁共勉。
一、航空應用發展現狀
先進復合材料的發展應用國際上歷來分為三大領域：即航空航天、體育休閑和工業領域，我多年來的研究亦遵從此種表述。其中航空航天是早實現規?；膽妙I域之一，因先進復合材料問世之初價格昂貴，別處用不起，所以其應用幾乎占了70％以上份額。
以航空領域而言在先進復合材料問世之初即先用在主要強調作戰性能的軍機上，自上世紀70年代初始由尾翼到機翼到機身，從次承力件到主承力件，現在一般用量可達50％(系指復合材料占全機結構重量的百分比，下同)，不同機型復合材料應用如圖1所示。
民用飛機緊隨其后，目前用量也達到了50％以上，如典犁的B787為50％，A350達52％；各種軍民用直升機上的用量超過正常翼飛機達到80％左右；各種現代無人機上的用量超過有人機達到90％左右；大多數廣有前途的通用飛機用量亦可達90％以上；至于為某一特種目的而研制的特種飛機幾乎無一例外能都是全復合材料飛機；先進航空發動機用各種復合材料用量亦可高達15％~20％。我們要有一個概念，因復合材料的密度只有1.6g／cm3，應用量達50％以上，則全機結構必將大部分由復合材料制成。要之，以而言，歷經40多年的應用發展目前飛機結構已基本實現了“復合材料化”，所謂“化”者乃徹頭徹尾、徹里徹外之謂也?，F在上已達成共識――復合材料是航空航天結構的未來。
下面關鍵是要看看我們國內的情況及存在的問題和差距。國內研究發展起步并不晚，大約也在上世紀六十年代末七十年代初，以筆者而言即在1970年作為飛機設計人員先進入該技術領域。當時國內先進行了殲―8和強―5的尾翼、前機身應用研究，1995年研制成功殲―8Ⅱ帶整體油箱的復合材料機翼，至今已安全飛行17年。此后進入正式應用，新設計的軍機上都采用了復合材料，10號戰機6％，11號戰機9％，一般用量不超過10％。但新研制成功的我國四代戰機J―20上復合材料的應用有了突破，達20％左右，目標用量會增至29％左右，量上可超過美國F―22水平。直升機上用量會大一些，直9、直10等用量在35％以上，新研制的專用武裝直升機目標用量會達到50％左右，位于珠海的“通用飛機有限責任公司”新引進的4款通用飛機基本上都是全復合材料飛機，現在倍受國人觀注的有幾個大型軍民用飛機項目，其上復合材料的技術和應用無疑都是其關鍵技術之一，據知上海大型客機C919復合材料上到尾翼一級部件，包括翼、后承壓框等用量在15％左右，珠海通飛的“蛟龍600”大型滅火／水上救援水陸兩棲飛機用量則不到10％。
經40多年來的研究發展我國的航空復合材料產事業也取得了相當的成果和進步，達到了一定的規模和水平。國內目前已形成了一支從設計、材料到制造配套的研發隊伍，各大主機廠均已建起了復合材料的生產廠和車間，研究院所和相關高校具備了一定的研究力量并培養了一批相關的專業人才。復合材料在各種軍、民機型號上已獲得了正式應用，并有一批軟硬件成果問世，這一切均應予以充分肯定。
國內的航空復合材料技術雖有一定的發展和進步，但與國外的先進水平相比尚存在著許多問題和相當的差距。以飛機結構用復合材料技術而言，我們應用的規模與水平、設計的理念和方法、材料的基礎和配套、制造的工藝和設備均嚴重落后，落后是全方位的，差距甚至有越來越大的趨勢!其中應用的落后是根本的落后，帶有標志性的落后。如上的先進軍機自1983年美國的F―1 8復合材料機翼裝機始，基本就沒有金屬機翼了，我們至J―20才有了批生產的復合材料機翼。現上的大飛機如B―2、B787、A350、A400M都采用了復合材料機翼，機身也大量采用了復合材料，而我們在研的幾個大飛機，沒有一個敢上機翼的。國外軍民機復合材料用量普遍達到或接近50％，而我們只在10％~20％之間徘徊，差距不是明顯可見嗎?應用是龍頭，應用是硬道理，應用上不去很多具體技術一定上不去。
現代復合材料技術中至為關鍵的是制造技術，在該領域中我們也落后較多?，F在飛機復合材料結構制造以自動鋪帶(ATL)和自動鋪絲(AFP)為核心已實現了大規模機械化和自動化，再不是手工鋪層和制造了。美國自上世紀70年代中期由波音飛機公司牽頭發展該項技術，1983年投入工程應用，至今已近30年，僅波音從辛辛那提采購自動鋪帶機就多達近30臺。更為先進的自動鋪絲機自1990年進入工程應用已20多年，近空客為生產A350的制件，一次就從美國采購了6臺新式的VIPER6000自動鋪絲系統。我國前幾年才有哈飛從西班牙引進了個自動鋪帶機，現已安裝調試完畢，進入使用。此后北京航空制造工程研究所與法國Forest―Line合作研制了一臺更為先進的自動鋪帶機，并投入使用。現各大主機廠，如上飛等均在計劃引進自動鋪帶機。但自動鋪絲機國內尚一臺也沒有，國際上對華尚有一定封鎖。終于是覺悟了，但已晚了30年。
再如低成本復合材料技術。復合材料畢竟成本較高，特別是制造成本較高。為增加其與金屬材料的競爭力，為擴大應用起見，必須大力降低成本。為此美國防部聯合工業界早于1996年發起并執行一個低成本復合材料計劃，CAI(Composites Affordbilitv Initiative)，前后共執行10年。近年來他們作總結認為取得了重大成果，其成果已有效地用在了F―35和B787等機種的研制上。低成本技術應包括低成本的設計技術，低成本的材料技術，低成本的制造技術，特別是制造技術，因其大約占了總成本近80％的份額。歐洲的低成本計劃則有著名的TANGO、ASK計劃等，不擬詳述?？傊鞣綄Υ私o予了相當大的關注，具體執行，努力實現，已有了較多的應用成果。比較而言我們國內至今沒有系統的低成本計劃的制定和執行，致使航空復合材料產品價格居高不下，極大的限制甚至扼殺了應用的發展。復合材料制件的成本是按公斤計的，因構件的不同準確的給出正式價格很難，只能給個概念。飛機結構件一般600~1500美元／公斤，約為4000~10000元幣／公斤，而我們的一般為1~1.5萬元幣／公斤，甚至高達2萬元／公斤，軍機研制軍方受不了，民機研制亦覺成本太高，一再要求少用。成本問題極大地制約了應用的發展，成本降不下來，應用上得去嗎?
復合材料技術發展日新月異，新材料、新工藝、新方法、新理論層出不窮，已經給現代飛機結構設計和制造帶來了巨大而深刻的變革，且這場變革還在加深。如用于金屬的車銑刨磨鍛鑄焊等工藝復合材料已基本不用，鈑金成型、傳統的機加工藝甚至程控、數控機床、大型壓機等亦將棄用，以鉚、螺等為主的機械連接亦在大量減少。這一切空前的改變了航空制造業的傳統，固有的方法和設備可能已過時或將遭遺棄，航空產業鏈正面臨著重大的重組進程。能否適應這一重大變革，必將影響和決定一個航空制造業的成敗興衰，對比如果沒有清醒的認識，落后將是長期的，不可避免的。適應這種形勢西方在投巨資進行大規模的技術改造，由原來生產金屬飛機零件向生產復合材料零件轉進。如英國近啟動NGCW(Next generation composite wing)計劃，投資1.03億歐元(約10億幣)組合16個工業組織和研究機構發展復合材料機翼設計和制造技術，特別是高效低成本的制造技術?？湛徒顿Y3.6億歐元(約30多億幣)在德國建25000m2新廠房生產A350機身件，巳建成投產。英國相卡梅倫2011年底公布空客將投4億英鎊(約40億幣)在威爾士建新廠，生產A350機翼等復合材料制件，英計劃要投30多億英鎊用于航空航天復合材料項目，投資之巨令人瞠目，我們難以望其項背，大型客機復合材料應用情況見圖2。反觀我們的大飛機機翼上不去，原因不是不言自明嗎?
上面的簡述只是列出了我們落后的幾個方面、事實和其程度，關鍵是要從中發現問題看到差距，找出原因，認清方向。說到原因可能是多方面的。先是我們，特別是高層的技術領導，有決策權的領導長期以來沒有充分看到上業已存在的飛機結構復合材料化的大趨勢，思想認識和理念上嚴重落后。如我們在研的新支線客機ARJ―21，其上復合材料用量不足2％，微乎其微，幾個在研的大飛機上不到機翼一級部件，更不用說機身，用量突不破20％的大關。各機種的總師系統普遍認為復合材料上多了風險太大，技術基礎不到位，推動起來相當困難。其次是我們國內在該技術領域缺乏戰略上總體上的長遠規劃，沒有一個好的頂層設計，投資又嚴重不足，缺乏長遠發展與競爭的意識。還有就是我們的基礎研究薄弱，預研不踏實，技術上落后，導致許多工程實踐的關鍵問題未獲或未得到很好解決，應用效益不足，麻煩不少，普遍存在“不敢用、不愛用、不好用”的現象，實質是“不會用”，說明預研遠沒給應用提供必要的技術支撐。
我國航空工業在這一技術領域面臨著極為嚴峻的挑戰!
二、民用發展近況
我曾不止一次聽到我國材料界的泰斗、兩院院士師昌緒師老講：“復合材料是一個無所不為的材料”。國際著名復合材料組織JEC主席、席執行官Mutel今年也講Composites can be found in almost prodtlct imaginable。
復合材料技術是典型的軍民兩用技術、軍民兼容技術，近年來其向多元化、多種經營方向發展的趨勢十分明顯，除有以航空航天為核心的國防軍工應用外還有大量的民用，且民用規模遠大于軍用。體育休閑用品和工業領域的應用即屬于民用。下面分別予以論述和介紹。
1、體育休閑用品
這是一個開發較早，現仍有較多需求的應用領域，但現已有漸趨飽和且份額下滑的態勢。主要產品可有各種球拍，如高爾夫球桿、網球拍、曲棍球桿、羽毛球拍等。如高爾夫球拍基本已“碳化”，可年產4000萬只；釣魚竿，可有2000萬只／年，約占釣魚竿總數的50％以上；復合材料白行車，年產30萬輛以上；其他尚有賽車、游艇、滑雪用具、弓箭、滑板等等。以自行車而言，從車架、車又、車把、座管后到曲柄和車圈，從1986~2011年花了27年時間走完了全復合材料化的進程，技術難度很大，技術含量很高，如后的車圈，面臨剎車的動載高熱引發復合材料分層破壞問題的解決等。
我國的臺灣素有“復合材料體育用品王國”之稱，當局一直把復合材料產業作為支柱產業之一予以支持發展，其規模大、產品新、市場觀念強、重開發，注意成果轉化形成生產力，產品絕大部分外銷，一度執市場之牛耳。筆者曾多次應邀訪臺，此為我所考察親見。但近年來其體育用品生產已逐漸轉來大陸，遍布我國的東南沿海。
上60％以上的復合材料高爾夫球桿、各種球拍、釣魚竿、自行車等均產自大陸。僅山東“威海光威集團有限責任公司”即可年耗碳纖維600噸左右，號稱上大的復合材料釣魚竿廠。我國的東南沿海分布著20多家復合材料自行車廠，江蘇連云港“神鷹新材料有限責任公司”據稱已建成年產10萬輛復合材料自行車的產能，還要擴到100萬輛／年。位于山東樂陵的“泰山體育產業集團”也在建設10萬輛／年的產能，并已投資引進了各種白行車高端測試設備和30多臺壓機，準備生產賽車和全民健身用車。
我國的碳纖維60％耗在體育休閑用品上，情況可見一斑。
2、工業領域
這是一個涵蓋甚廣、內容甚多、廣有發展前途的一個領域，以先進復合材料應用而言，當前受關注大有市場前景的是風電和汽車領域的應用。
2.1、風電領域
風能是清潔環保可再生能源，風力發電是能源增長快的領域，每年約有25％的增長率，2011年累計裝機2.377億千瓦(237669MW)。2012年我國累計裝機75324MW，超過美國居，可見的風電產業發展非常迅速。
風機的葉片、機艙罩甚至塔架等部件均可由復合材料制成。如葉片過去多由玻纖制造，但近年來單機容量越來越大，兆瓦(MW)數越來越高，葉片越來越長，自重越來越大，剛度、強度要求越來越高，玻纖不能承受，被迫轉向碳纖，于是先進復合材料開始在風機葉片上大量應用。據知2.5MW葉片及長45m以上的葉片多已采用先進復合材料，主要應用部位是主承力梁，纖維多用50K左右的大絲束纖維，因其成本較低。據估計2011年耗于風機葉片上的碳纖維可達8000噸左右，此后將直線上升，至2015年可達12000噸，是碳纖維單項消耗的大戶。
隨風電產業的發展風機葉片大型化的進展也非常迅速。如“復合材料集團”旗下的連云港中復連眾已于2012年2月下線了5MW，66.5m長的葉片，為國內之，年底還要下線6MW，75m長的葉片，在上也是的，海上風電的發展對大型葉片有強烈的需求。據知66.5m長的葉片上已開始應用了碳纖維。
但我國的多數風機葉片還沒有用先進復合材料，應用進展遠落后于進程。其原因主要是我國的風機葉片多數是引進工程，缺乏自主設計的知識產權，原設計未用先進復合材料，現在就不能改。一旦我國的風機葉片進入自行設計、自主研發階段情況會有改觀，屆時先進復合材料會有較多的應用。
還應看到我國風電產業的發展增速近來已明顯放緩，2011年增速僅為39.4％，而以前歷年均達100％以上。國內葉片生產廠家達50多家，產能嚴重過剩，上主要葉片生產廠家也不過10家左右而已。所以國內葉片廠家正面臨調整重組，重新洗牌，優勝劣汰，后剩下5~6家就足夠了，此情此景也可能是市場經濟發展的必經之路。
2.2、汽車領域
汽車工業是我國重要的支柱產業，近年來得到迅猛發展。自2010年我國汽車年產銷量突破1800萬輛，2012年達1930萬輛，超過美國躍居?，F代汽車設計有安全、舒適、節能和環保4項基本要求，這和飛機設計幾乎是一樣的。因此減輕結構重量，節省燃油和減少有害尾氣排放，減少環境污染，是當前汽車設計的重要發展方向。汽車重量每減10％，燃油消耗可減7％，可大大節省壽命期內的使用成本，汽車每減重100kg，百公里油耗可降低0.5升，CO2排放量可減少0.5g／km。
汽車減重當前主要的措施就是大量使用先進復合材料。先進復合材料用在汽車上是代鋼不像飛機是代鋁，可有更大的減重空間，以密度1.6kg／cm3的復合材料代替7.8kg／cm3的鋼一般可有40％~60％的減重。玻璃鋼作為早期的復合材料已自上世紀50年代開始用于汽車，西方發達用量已達15％左右，我國亦達7％~8％左右，還有發展空間，但玻璃鋼不屬先進復合材料。先進復合材料由于其自身獨具的強度，剛度特性完全可以代鋼用于汽車的各種結構，包括主承力結構上，如承力骨架、底盤、側板、車頂、車門、帽罩、保險杠、翼子板、輪轂、傳動軸、板簧等部位。車種則包括了賽車、高檔跑車、轎車、大客車、貨車以及特種車輛上。如F―1賽車整體結構的75％由先進復合材料制成，意大利的K200全復合材料雙人座轎車車體重僅300kg，號稱輕；荷蘭人甚至研制了一個全復合材料超級巴士，該車為一電動汽車，可載24人，環保無污染。英國的AXON汽車公司研制了一個復合材料節能汽車，較鋼制的減重40％，油耗僅為35km／L。復合材料的傳動軸和板簧可較鋼制件減重50％~60％，且減震阻尼性能更好，歐洲和日本已有較多應用。
有鑒于此，上各大汽車公司均在制定和執行汽車的輕結構戰略計劃，如寶馬(BMW)等公司明確提出每車要減重100kg以上，以提高燃油效率，CO2排放減到7.5~12g／km以下，美國則進一步提出30km／L汽油里程目標。為此現上各大碳纖維廠家已紛紛和各大汽車公司聯手，發展汽車用復合材料技術。德國的大絲束廠家西格里(SGL)已經與寶馬合作，于2009年組建合資公司，投資1億美元在美國西雅圖建年產3000噸的50K碳纖維廠，用于生產系列電動車Megacity i3，計劃2013年投產。與此同時SGL還與日本三菱麗陽合作，組建低成本的碳纖維廠，并在德國組建復合材料制造廠，組裝成車，上稱此舉是汽車工業規?；瘧孟冗M復合材料的里程碑事件，要掀起一場輕型汽車上使用復合材料的革命。上大的碳纖維廠家日本的東麗已建起汽車中心AMC，并于2009年與戴姆勒(Dailnler)合作，生產Benz汽車，使其所有車型實現減重10％的目標。東麗已研發出復合材料“TEE WAVE”兩座敞篷電動汽車，共用CFRPl60kg，車體由英國戈登.默里公司設計。日本的東邦則全力以赴在研發快速成型技術，并與豐田(TOYOTA)合作成立“復合材料創新中心”，生產LEA跑車。美國能源部則于近年投資3470萬美元給橡樹嶺實驗室新建低成本碳纖維中心，聲稱至少要降50％成本，主要為汽車復合材料應用。我國的臺灣結合官產學研近年已多次以“車輛產業應用碳纖維復合材料”為題舉辦專項研討會，并于近日正式組建“臺灣碳纖維電動車開發聯盟”，擬定關鍵技術攻關項目，并要面向大陸市場。據稱這是臺灣繼研發CFRP體育產品后又一里程碑事件。綜上述可見目前上相關業界均已積極行動起來，預示著碳纖維復合材料在汽車領域的大規模應用即將開始。飛機領域用了40多年基本走完了復合材料化的進程，依筆者所見汽車領域早晚也會走上復合材料化的進程。
當然汽車領域應用先進復合材料當前面臨許多實際問題和技術難題，主要有：
①成本問題：對汽車應用而言，先進復合材料成本還是較高，特別是制造成本高，所以目前多是用在賽車、高檔跑車、電動車上等。為此要研發低成本的材料體系，特別是低成本的制造技術。
?、诩夹g問題：此處主要是指熱塑性復合材料體系的研發和各種低成本的RTM成型技術的研發。以前多用熱固性復合材料(Thermosetting Plastic)，現在汽車可能多用熱塑性復合材料(Thermo Plastic)，以利快速成型。熱固性的以環氧體系為主，熱塑性則可有聚丙烯(PP)、尼龍(PA)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰亞胺(TPI)等。因汽車應用量大面廣，必須大力發展低成本的快速成型技術，如國外目前大力研發的HPRTM技術，即高壓RTM技術，要求有超高速固化樹脂體系，快速注入RTM設備，快速注入并固化成型，把整個時間縮短10分鐘以內甚而3～5分鐘。
?、廴狈涷灪蛿祿浩囶I域應用先進復合材料嚴重缺乏相關經驗和數據。熟悉金屬結構的汽車設計師普遍缺乏復合材料的設計和計算經驗，缺少數據庫(Data Base)，因此急需學習借鑒，積累經驗和數據，加強預研工作，為工程應用提供必要的技術基礎。
?、茉O備的更新改造：由生產金屬結構汽車到生產復合材料結構汽車同航空情況一樣產業鏈將發生重大變化。汽車工業是個發展成熟的產業，驟然改變之絕非易事，這可能是一個長期而痛苦的過程。
?、莼厥赵倮茫何鞣揭幎ǖ?015年汽車上報廢的零部件95％以上要可以回收再利用。因復合材料回收再利用難于金屬的，這會形成應用發展的一個制約條件。國外正大力發展解決這一問題，但國內尚未很好啟動此事。為推動汽車復合材料產業的發展，這個問題必須盡早提到議事日程上來，予以解決。
下面再來看看國內的情況。國內亦早于上世紀50年代即開始了玻璃鋼在汽車上的應用，但先進復合材料應用甚少，亦無量產和整車開發的計劃，總體上落后于的水平。但近年來事情有了變化，很多汽車制造商開始對此感興趣，并有了很多實際行動。
航空基礎研究院，下轄新建的中航復合材料有限責任公司，已與長春一汽簽約共建“新材料應用聯合試驗室”，旨在開發汽車用復合材料產品；
2010年溫總理參觀的新能源汽車，即為先進復合材料汽車。深圳有關部門也于2011年研制出全復合材料新能源汽車。
安徽的奇瑞汽車有限公司已與大連興科碳纖維有限責任公司、上海東華大學聯合研發復合材料汽車部件；
長春的一汽已在研發先進復合材料的傳動軸、板簧、帽罩等部件。
國內還有人在研制低成本的瀝青基碳纖維，先擬用在汽車上，擬與BYD(比亞迪)合作。還有一些動向和信息，恕不一一例舉。
還應提及我國將重點發展新能源汽車，規劃2015年累計達50萬輛，2020年達500萬輛，當年要有200萬輛／年的產能。新能源汽車減重的需求尤為迫切，其車載電池，電機等增重急需減重予以平衡，另外一次充電希望行駛的里程要長，也希望重量要輕。所以新能源和輕結構的結合一定有良好的發展前景，先進復合材料在新能源汽車上應用大有用武之地。
我們要以開放的思想、前瞻的眼光和創新的思維，充分認識先進復合材料在汽車領域應用的重要意義和光明前景，切實推進先進復合材料在汽車領域的應用發展，在該技術領域跟上并超越前進的雄偉步伐。
2.3其他領域
該方面推基礎設施(Infrastructure)，即建筑領域的應用，包括房屋、橋梁、隧道等及其相關的混凝土工程，其修復、更新和加固目前巳構成先進復合材料應用的重要領域，其多以層壓板和包纏料(片材)的形式出現，是一種優質高效低成本的修復方法，為所廣泛采用。該技術國內亦跟蹤發展較好，已用于眾多領域與工程，據知此項應用每年即可耗碳纖維1000噸左右，情形可見一斑。
其次還有沿海油氣田應用，應用分為沿海(off―shore)和岸基(on―shore)。海上采油平臺井上為結構，可有圍欄、通道、扶手等均可由復合材料制成，重量輕且防腐。關鍵應用是井下，井下為系統，可有豎井(Riser)，將平臺錨固到海底的繩索(Tether)和功能纜線(Umbilical)，均可長達幾千米重達幾千噸，據估計用量會很大，但該項應用技術上比較復雜，應用進展并不盡如人意，國內幾乎還是空白，亟待研究開發。
船舶領域應用也是一個重要方面，包括賽艇、游艇、快艇、帆船、艦艇以及潛水艇等，應用部位包括船體、甲板、艙室結構、桅桿、船舵等。美國已將其用于兩艘驅逐艦的制造，每艘用碳纖維225噸，聲稱還要用于潛水艇的制造，艇體壁厚可達70mm。該領域國內亦發展較好，復合材料在各種船艇上應用正在逐漸增加。但目前多為玻璃鋼，而非先進復合材料。
前面已指出工業領域應用涵蓋是非常廣的，此外尚有防彈、生物工程和醫學、醫療設備、電子工程、高速列車、工業羅拉(軸輥等零件)、集裝箱、機器人結構、燃料電池、發熱體、修理產業(修理金屬飛機結構、工業設備等)、電纜芯等等不一而足。僅以電纜芯而言國內近期即有較大發展，據知有近20家企業開發此項產品，僅拉擠線已投入180多條，有些巳掛線運行，效果良好。所以師老說復合材料幾乎是個無所不為的材料。
多年來我從碳纖維耗量入手研究先進復合材料的應用發展，圖3給出了其三大應用領域的態勢。
分析之可見目前航空航天約占20％左右，隨B787、A350等大飛機進入量產，此比例會略有增加。體育休閑用品占20％以下，且有進一步下降的趨勢，到2015年會降到15％左右。增加快，占比大的是工業領域的應用，現已達60％以上，2015年會接近65％左右。國內情況如何呢?據筆者研究，以航空航天為核心的國防軍工約占5％左右，遠低于的平均水平，工業領域應用約占35％；左右，60％的碳纖維用在了體育休閑用品，60％以上的該類產品均出白大陸，究其原因，多系臺灣轉移而來，我們并無自主知識產權。分析表明我們的應用某種程度上可以講存在著病態，發展并不健康，此情此景亟待改變!
三、關于碳纖維
碳纖維是復合材料的重要增強相，其質量和數量決定著先進復合材料發展應用的命脈。眾所周知，碳纖維工業化生產始于20世紀60年代初的日本。其實我國碳纖維研發起步并不晚，上世紀60年代初中科院長春應用化學研究所李仍元先生就已開始了研發，并在吉林遼源石化廠建生產基地，繼之又有沈陽金屬所的張名大，北京化學所的吳仁杰等介入研發。因航空航天領域的急需當時的國防科工委主任張愛萍將軍1975年11月在廣州主持召開著名的“7511”會議，會后正式納入科技攻關計劃，全面啟動了碳纖維的研發和生產?？上У氖嵌嗄甑墓リP并未突破原絲等關鍵技術，產品沒能走出質次價高的怪圈，無法滿足國內的軍民用需求，致使我國95％以上的纖維長期依賴進口，在這一重要戰略物資上受制于人，長期以來嚴重制約了我國軍民用復合材料產業的發展，后果是極其嚴重的。
由于復合材料產業的發展，對碳纖維的需求急劇增加，曾于2005~2009年導致了一個性的碳纖維危機。危機中碳纖維供應短缺，價格驟漲，控制加強，引起一系列連鎖反應。當時日本東麗T300 3K的產品竟漲到8000元／kg。在碳纖維不能自給需求又急劇增加的我國突遭此變，可謂受打擊大，嚴重的影響了我國軍民用復合材料產事業的發展。當然現在危機已經過去，自2009年已出現緩解跡象，進入2010年以來已是產大于銷，供大于求，這是各大廠家急劇擴產并已達標的結果。目前產品進入市場，供應充足，價格也有了理性回歸，日本T700 12K的產品200元／kg左右(稅后)，國產的相應產品則可低到120～150元／kg左右，幾乎降到了低谷。
主要碳纖維生產廠家近年來產品性能均有提高，主要表現在強度值、剛度值的提高上，表1給出了上主要碳纖維廠家產品目前的性能，為體現其現代水平，只列出了其有代表性的高檔次產品的性能，并非全部產品的性能。
除性能外人們還關心碳纖維的產能和產量。應該說要準確的給出這些數據，是一件十分困難并難以做到的事，不同人的資料來源，統計計算方法不同，結果各異。表2給出了一個筆者研究統計的近況。纖維有大小絲束之分，一般以24K為界。產能(Name Capacity)不等于產量(Production Output)，從產能到產量要乘一個折減系數，一般對小絲束該系數取0.65~0.75，對大絲束則取0.9左右，不同人取法不同。產能是客觀存在的，產量是人工可調可控的。
由上表可見以2012年計碳纖維的總產能已達9萬噸左右，產量則達6萬噸左右，估計需求應在5萬噸左右，嚴重產大于銷，供大于求。
談到產能、產量，眾所周知日本以東麗為的三大廠家幾乎占了市場70％，具有壟斷地位。但近年來情況有變化，許多進入了該領域，如俄羅斯、、土耳其、韓國、印度、巴西、沙特等都有了自己的碳纖維生產能力和量產，其產能產量多數尚未統計進相關數據。如土耳其的AKSA，原是上大的腈綸廠，轉產碳纖維后今年建成3500噸／年的產能，據知每年銷往的即達到600噸左右。我國臺灣的臺塑已有8750噸／年的產能，號稱第四。壟斷的格局正在逐漸被打破。
下面看看的近況。近五年的碳纖維危機，嚴重打擊了復合材料產事業的發展，也刺激了的驚醒，的高領導對此十分重視。胡錦濤同志幾年內對此做過多次指示：“要繼續加強領導，大力協同，合作攻關，努力爭取實現高性能纖維國產化。同時也要整合資源，優化布局，防止重復建設?！?008年3月5日在會見中復神鷹碳纖維有限公司董事長張國良時指示說：“我國研發碳纖維對相關高科技產品影響很大，但目前受制于人，希望你們不但要把批量做出來，而且要做出高質量的碳纖維來?！敝甘镜暮诵木袷置鞔_，就是要又好又快的發展我國的碳纖維產業。
在領導的直接關懷重視下，在相關專家和參研人員的努力拼搏下，近5年來我國的碳纖維研發取得了突破性進展，突破表現在三個方面：1)基本突破了T300量級的產品研發，軍工產品應用可以不再受制于人；2)建成了幾個千噸／年的生產線，進入了規模量產；3)正在向T700、T800量級的產品研發進軍，不久可望有成。但同時也也應指出，我們的碳纖維研發還存在著許多問題，依筆者所見主要有四個“不夠”：產品性能不夠高、質量不夠穩、成本不夠低、品種不夠全、情況亟待改進。
據知我國投入碳纖維研發和生產的企業大大小小可達30多家，已建成的產能達1萬噸／年以上，但2012年的實際產量估計不足2000噸，存在著“有產能無產量，有產量無質量”的現象。國內的年需求量約在1萬噸／年左右，約占總產量的1／5，不足之數依賴進口。應指出碳纖維產品出來后，必須經過嚴格、全面、系統的質量評定，主要評定內容包括力學性能、工藝性能和界面性能等，同時還要對形成的復合材料進行全面的性能測試和試驗。未經嚴格的評定則質量不保，將來市場不保。還應指出，按照目前國內產能的建設似有過剩之嫌，應注意慎上碳纖維項目，沒有過關的技術沒有充足的資、金以不要輕舉妄動為宜，這畢竟是一個技術復雜，競爭激烈的項目，“沒有錢不行，有了錢也不一定行”。也可能上去之后才會感到“苦海無邊，回頭無岸”。風機葉片今日的境遇也可能在碳纖維企業上重演。須知全大的碳纖維廠家不過才10個左右，日3美3德1臺1，我國需要多少個?
歷史經驗表明，碳纖維供應充足后，生產廠家只賣碳纖維很難賺錢，必須及時開發下游產品，以從中獲利。實際上上大多數廠家都是這么做的，如現在各大廠家均已和汽車廠家聯合開發汽車復合材料產品即是明證。下游產品還應包括織物和預浸料等中間產品，上約有35％左右的碳纖維要以預浸料形式應用，制成終端產品，日本東麗近年在美國西雅圖南建預浸料廠，就近供應B787用。美國HXCEL和Cytec分別在天津和上海建預浸料廠，引進瑞士的高檔設備，分別為我國的風機葉片和上海的大飛機提供預浸料。
四、相關發展建議
1、注意學習掌握復合材料設計技術
復合材料講求設計、材料和工藝三者的密切結合，現在尤其強調設計制造一體化(Design for manufacture)。但三者中設計是龍頭，是起牽頭主導作用的。須知復合材料不同于金屬材料，復合材料是設計出來的，沒有設計就沒有復合材料。試問設計師不畫出圖紙來，你如何選購材料制造零件?設計包括計算分析、軟件研發和試驗驗證等，是復合材料技術中極為重要的方面之一。目前上復合材料設計已有了很大進步，某種程度上可以說已走向了成熟化、規范化。但國內尚非如此，幾乎是三個方面中弱的一環，航空航天領域尚且如此，民用部門情況尤甚。不懂復合材料基本鋪層設計的原則和方法，弄不清許用值(Allowable)和設計值(Design Value)的來源和使用，不會具體的強度計算和分析，不了解“積木式” (BBA)方法的驗證程序等等，如何進行各向異性的復合材料結構設計?設計這個龍頭舞不起來，擴大復合材料發展應用就是一句空話。所以國內在設計方面急需學習、提高和培訓，盡快改變設計嚴重落后的局面。
2、要加大人才培養力度
在復合材料領域，特別是民用領域，我們嚴重缺乏有經驗的專業技術人才，特別是缺乏掌握現代設計技術和工程制造技術的人才，即人才現狀遠不能滿足發展的需求。國際上講培養一個成熟的復合材料設計師至少需要十年。人才的問題與高校的培養機制有關，以哈工大、北航、西工大和南航等與航空航天有關的院校而言，普遍沒有復合材料設計專業，只有上海同濟大學覺悟較早，三年前正式設立了復合材料設計專業。事在人為，以人為本。我們應加大人才的培養力度、培訓力度，以滿足產業發展對人才的需求。
3、要大力加強下游產品的開發
復合材料產業的發展，先是應用的發展，是適銷對路產品的開發和投產。必須要牢記應用是硬道理。只有促進應用，才能促進發展。的碳纖維已有上萬噸的產能，而且還會不斷增加，如果沒有足夠的市場出路在哪里?前文已指出現在60％以上的碳纖維耗在體育用品上，這是一種帶有“病態”的不健康發展狀態，至今沒變。故發展的重點應在工業領域，并推風機葉片和汽車行業，當然也包括其他的應用。目前國內的產品低端的較多，上檔次的較少，技術含量較低，附加值不高。我們要發揮人的聰明才智，進行有創造性革新的研發，除占領國內市場外，也要有勇氣參加市場的競爭。有關國際會議已指出“現在上大的潛在的復合材料制造商和終端用戶就是?！边@一結論意味著復合材料產品的開發有著廣泛的前景和市場。
4、注意發展革新的制造工程技術
任何軍民用產品的研發都離不開制造技術。目前上復合材料以ATL和AFP為核心自動化制造技術發展很快，上認為這是近20年來復合材料技術發展史上的里程碑式的事件。目前西方已在航空航天領域普遍應用并有向民用發展之勢。此外如共膠接／共同化成型技術、發揮復合材料優點和特點的大規模整體成型技術、廣義的RTM技術、特別是適用于汽車領域的HPRTM技術、近代的復合材料修理技術等也都應在我們的密切關注之列。
5、要大力降低成本，發展低成本復合材料技術。
先進復合材料畢竟成本較高，是阻礙其進一步擴大應用的主要障礙之一。有鑒于此西方發達都已制定了低成本復合材料計劃，多年來認真執行并已取得了積極成果，成功的用在了產品研發上。相比之下，我們國內一直沒有系統制定并執行的低成本計劃。低成本技術包括了低成本設計技術、低成本材料技術、低成本的制造技術，其各有詳細的內含，但核心是低成本的制造技術，在航空航天領域大約要占到80％的份額，民用產品領域估計也要占到50％~60％以上盼份額。我們應該堅信，成本下不來，應用上不去！
6、要啟動回收再利用技術
使用到期的復合材料制品或加工中的邊角余料的回收再利用是個重要問題。傳統的辦法多是粉碎、焚燒和掩埋，既不科學又不經濟，現在歐洲有些如德國等已禁用這些辦法。于是很多如英國、美國和日本等已紛紛組建專門的機構研究解決這一問題，并建起多個從事此項產業的企業開始了實際工作。辦法可有高溫裂解、溶劑萃取等，旨在將碳纖維回收再利用，應用多以短纖維，磨成碎料等形式使用，可用于建筑等領域，市場是有較大需求的。但國內尚未系統的開展此項工作，從可持續發展的角度出發國內從現在起就應著手此項工作，為擴大先進復合材料的應用掃清障礙。
我們正處于復合材料產事業蓬勃發展的大好時期。毫無疑問我國已是上當之無愧的復合材料大國。據統計我國2012年玻纖產量已達290萬噸，復合材料產量巳達400萬噸，均超過美國躍居位，碳纖維耗量已超過萬噸／年，約占的1／5~1／4。但我國還不是復合材料強國，發展中還有許多問題，差距甚至危機。熱望業界同仁既要看到成績和前景，又要看到問題和差距，綜觀大局，妥籌善策，積極行動，謀劃發展，共同迎接復合材料產事業繁榮發展的美好明天。
