國產(chǎn)航空復(fù)合材料用樹脂研發(fā)史
日期：2018-07-06
來源：
瀏覽：1152
這兩天，某媒體記者的一篇報(bào)道“是什么卡了碳纖維的脖子：環(huán)氧樹脂韌性不足，缺股勁兒 亟待攻克的核心技術(shù)”風(fēng)靡一時(shí)，占據(jù)了碳纖維界的頭條，文中聲稱“目前國內(nèi)生產(chǎn)的高端碳纖維，所使用的環(huán)氧樹脂全部都是進(jìn)口的。”不知道這位記者從哪里得到的信息，國外哪個公司如此膽大敢于賣給軍用飛機(jī)結(jié)構(gòu)用環(huán)氧樹脂，又有哪架國產(chǎn)軍用飛機(jī)有幸使用國外的高端環(huán)氧樹脂。航空結(jié)構(gòu)用樹脂體系從來都是對的禁運(yùn)物資，即使民用飛機(jī)也只賣給你預(yù)浸料，且嚴(yán)格監(jiān)控產(chǎn)品應(yīng)用對象。軍機(jī)復(fù)合材料從來就沒有用過哪怕1克國外的航空樹脂。的高科技沒有像有些人吹的那么好，但也不是像文中所說的那樣一無是處。作為一名在航空領(lǐng)域耕耘數(shù)十年的一員，有必要把讓大家知道航空人的業(yè)績。
實(shí)際上對航空人而言航空復(fù)合材料用樹脂從來就沒有想過從國外進(jìn)口。航空結(jié)構(gòu)所用原材料迄今為止主要是預(yù)浸料，針對不同用途有不同種類的碳纖維與樹脂的復(fù)合（即預(yù)浸料），例如波音公司早期使用多的T300/5208，目前用的多的是T800/3901-2，52098與3900-2都是市場上不可能購買的樹脂。無論國內(nèi)還是國外，無論是軍機(jī)還是民機(jī)，航空復(fù)合材料用樹脂從來就不可能從市場上購得，都是與碳纖維配套以預(yù)浸料形式供應(yīng)，專供波音或空客的預(yù)浸料不可能供應(yīng)別的公司，更何況樹脂。
我國航空復(fù)合材料在軍機(jī)結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用，要追溯到1970年代中期，個用于軍機(jī)的碳纖維復(fù)合材構(gòu)件是由當(dāng)時(shí)三機(jī)部（中航工業(yè)公司前身）的320廠（今洪都航空集團(tuán)）、625所（中航復(fù)材的前身）和623所（今中航強(qiáng)度所）研制的殲12飛機(jī)的進(jìn)氣道壁板，使用的是吉化的高強(qiáng)一號碳纖維，使用的樹脂是通常用于玻璃鋼的648環(huán)氧樹脂，該制件于1977年12月28日飛成功。
從1980年開始三機(jī)部又組織研制了強(qiáng)5和殲8-II碳纖維復(fù)合材料垂尾的研制，一開始仍使用吉化的高強(qiáng)一號碳纖維和市場上可購得的648環(huán)氧樹脂，此后由于可從非正常渠道可購得性能優(yōu)于國產(chǎn)碳纖維且價(jià)格更便宜的東麗T300，所以材料體系為T300/648。即使648只是一款性能極其一般的樹脂，通過設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)同樣實(shí)現(xiàn)了減重20%的設(shè)計(jì)目標(biāo)，且在役使用超過15年。
從上世紀(jì)80年代初航空人即已開始研發(fā)航空用環(huán)氧樹脂，確實(shí)航空復(fù)合材料用環(huán)氧樹脂“從配方體系。分子結(jié)構(gòu)去分析，這是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)工作，而且科技含量高，研究難度大。”航空人硬是不怕邪，面對國外的禁運(yùn)和封鎖，經(jīng)過30多年的不懈努力，已培養(yǎng)除了一支老中青結(jié)合的航空樹脂研發(fā)團(tuán)隊(duì)，并研發(fā)出了幾乎所有軍機(jī)所需適合各種用途和應(yīng)用對象的航空樹脂。的確飛機(jī)用環(huán)氧樹脂要求其與碳纖維復(fù)合后具有相當(dāng)高的CAI（沖擊后壓縮強(qiáng)度），同時(shí)還需具有足夠高的濕熱條件下的開孔壓縮強(qiáng)度，這是一對矛盾，但是航空人很好地解決了這對矛盾，目前軍機(jī)用環(huán)氧樹脂的CAI與空客A350和波音787所用樹脂性能基本相當(dāng)。不僅如此，高溫使用的雙馬樹脂和聚酰亞胺通常認(rèn)為是軍用物資，絕對是國外的禁運(yùn)對象，即使是預(yù)浸料也不允許出口，但航空人同樣研發(fā)出了性能與國外相當(dāng)?shù)臉渲耆軌驖M足軍機(jī)研發(fā)的需求。航空人就是這樣，不怕你封鎖和禁運(yùn)，當(dāng)大量使用國外T300碳纖維時(shí)，通過自主研發(fā)研制出與T300復(fù)合后性能與國外樹脂相當(dāng)?shù)臉渲臼兰o(jì)初T300有價(jià)無市（相當(dāng)于禁運(yùn)）時(shí)，我們同樣開發(fā)出了與國外性能相當(dāng)?shù)膰a(chǎn)碳纖維CCF300和HF10A碳纖維，航空人和恒神人同時(shí)研發(fā)出了與國產(chǎn)碳纖維復(fù)合良好的相應(yīng)的航空用樹脂，復(fù)合后的性能基本上與國外所用相當(dāng)。當(dāng)然使用中與國外樹脂在工藝性能方面有差距，但經(jīng)過長期使用后一定可以與其相當(dāng)。
在談及航空用樹脂的同時(shí)，有一位航空人值得大家銘記，那就是原中航625所的趙渠森（1936~2003）。趙渠森是一位抗美援朝時(shí)參軍后來轉(zhuǎn)業(yè)的公安干警，中專畢業(yè)后進(jìn)入航空體系，長期從事航空材料的應(yīng)用，上世紀(jì)70年代曾編譯出版了國內(nèi)本名為“復(fù)合材料”的專著，為國內(nèi)復(fù)合材料界的入門必讀之書。上世紀(jì)80年代他了解到國外正在開發(fā)航空用雙馬樹脂，他本可以對此不聞不問，沒有任何人向他布置研發(fā)任務(wù)，在國防重點(diǎn)科研項(xiàng)目規(guī)劃中也沒有對此立項(xiàng)，但他敏感地意識到國內(nèi)軍機(jī)研發(fā)一定會需要這種材料，主動把的需要作為自己的使命，開始研發(fā)航空用雙馬樹脂。他從來沒有研發(fā)過樹脂，更何況航空用雙馬樹脂，但他就是不信邪，利用各種機(jī)會向國內(nèi)外專家請教，收集一切能找到的中文和外文資料，從零開始，經(jīng)過千辛萬苦，帶領(lǐng)幾位年輕的技術(shù)人員，終于研發(fā)出了國內(nèi)個航空用雙馬樹脂（西工大專業(yè)從事樹脂研發(fā)的老師幾乎同時(shí)也研發(fā)出了另一個雙馬樹脂）。不過他有幸的是得到了所在單位有遠(yuǎn)見領(lǐng)導(dǎo)的大力支持，也有幸得到了軍機(jī)型號研發(fā)相關(guān)總師的支持，將他開發(fā)的雙馬樹脂用于正在研發(fā)的軍機(jī)型號，當(dāng)然應(yīng)用過程中出現(xiàn)了各種各樣的問題，有時(shí)幾乎無解，其中的艱辛恐怕常人很難知道，但他堅(jiān)定不移地破解應(yīng)用過程中遇到的各種問題和困難，使其性能與國外同類樹脂相當(dāng)，并成功地用于新機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。以此為基礎(chǔ)，他帶領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了一系列用于不同場合和需求的雙馬樹脂體系，現(xiàn)在由他開創(chuàng)的雙馬樹脂體系幾乎覆蓋了所有高速軍用飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。但他不幸在2003年因病去世，在他彌留之際時(shí)，仍念念不忘他的雙馬不足之處及相應(yīng)的解決方案。
國產(chǎn)航空復(fù)合材料用樹脂的研究和應(yīng)用史告訴我們，這是一場封鎖與反封鎖的斗爭，面對國外的封鎖，像趙渠森這樣的航空人就會站出來，研發(fā)出我們自己與國外性能相當(dāng)?shù)暮娇諒?fù)合材料用樹脂。此外歷史還告訴我們，即使性能略差的樹脂，通過設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)，照樣可以在軍機(jī)結(jié)構(gòu)上應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)減重的目標(biāo)。這個經(jīng)驗(yàn)可以同樣用于國產(chǎn)碳纖維，即使性能略差，通過設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)，同樣可以開發(fā)出高性能的碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，但前提是用戶是否肯用。航空復(fù)合材料用樹脂的應(yīng)用是被逼無奈，即使性能略差，用戶仍能堅(jiān)定不移地支持其改進(jìn)和提高，使之不斷完善。國產(chǎn)碳纖維是否有這樣的機(jī)遇呢？
作者簡介：
沈真，復(fù)合材料學(xué)會榮譽(yù)理事、SAMPE北京分會副主席、江蘇恒神股份有限公司高級顧問。
主要研究領(lǐng)域：復(fù)合材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)和力學(xué)性能表征技術(shù)研究。
曾在英國帝國理工學(xué)院、德國宇航研究院、意大利都靈工業(yè)大學(xué)、澳大利亞悉尼大學(xué)等國外知名院校從事復(fù)合材料力學(xué)研究工作。
在40多年的科研工作中曾長期擔(dān)任國防重點(diǎn)預(yù)研課題的負(fù)責(zé)人，參與了迄今為止幾乎所有飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的研制。同時(shí)在國內(nèi)外的重要刊物和學(xué)術(shù)會議上發(fā)表100多篇論文，先后主持編寫了多部專著和20多項(xiàng)國標(biāo)、國軍標(biāo)、航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，主持翻譯了大量國外文獻(xiàn)。同時(shí)參與編寫了多部學(xué)術(shù)專著。
多年來共獲科技進(jìn)步二等獎1項(xiàng)、部級科技進(jìn)步一、二、三等獎共18項(xiàng)，2001年被評為解放軍總裝備部1996~2000年預(yù)研先進(jìn)個人，2006年獲航空報(bào)國優(yōu)秀貢獻(xiàn)獎。
English
簡體中文
