“以前國(guó)際上大型客機(jī)采用的材料都是以先進(jìn)鋁合金為主，復(fù)合材料為輔，但到了波音787時(shí)代，復(fù)合材料的使用出現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，不僅數(shù)量激增，而且開(kāi)始用于飛機(jī)的主承力構(gòu)件。在國(guó)際大趨勢(shì)的影響下，我國(guó)飛機(jī)制造領(lǐng)域復(fù)合材料的應(yīng)用也在逐漸增多。世界上主要的復(fù)合材料加工設(shè)備，中航技國(guó)際工貿(mào)公司基本上都進(jìn)行過(guò)采購(gòu)，如鋪帶機(jī)、預(yù)浸機(jī)、3D縫紉機(jī)等，但這些產(chǎn)品目前國(guó)內(nèi)都沒(méi)有生產(chǎn)。”
日前，中航技國(guó)際工貿(mào)有限公司經(jīng)理晏舟在分析國(guó)內(nèi)飛機(jī)制造領(lǐng)域復(fù)合材料加工設(shè)備現(xiàn)狀時(shí)指出，我國(guó)在飛機(jī)制造領(lǐng)域一個(gè)令人心痛的現(xiàn)實(shí)是復(fù)合材料加工能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)家。知恥而后勇，在復(fù)合材料應(yīng)用的諸多領(lǐng)域內(nèi)，我國(guó)的工藝設(shè)備、加工能力如何？有哪些亮點(diǎn)，和國(guó)際上還有哪些差距？記者進(jìn)行了采訪。
風(fēng)電產(chǎn)業(yè)：乘風(fēng)而起追趕世界一流
7月上旬，北京熱浪襲人。而北京國(guó)展展覽中心里舉行的的第六屆國(guó)際風(fēng)能展暨亞洲風(fēng)能設(shè)備展同樣熱潮涌動(dòng)，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)中的復(fù)合材料葉片、風(fēng)電軸承、渦輪電機(jī)等成了展會(huì)中最有人氣的洽談項(xiàng)目。
“葉片是風(fēng)機(jī)設(shè)備的核心部件之一，從零部件價(jià)值量的角度來(lái)看，葉片的價(jià)值量最大，造價(jià)約占整個(gè)設(shè)備的25％；同時(shí)，風(fēng)機(jī)葉片產(chǎn)業(yè)是風(fēng)電機(jī)組部件中確定性較高、市場(chǎng)容量較大、盈利模式清晰的復(fù)合材料行業(yè)。”參展的浙江聯(lián)洋復(fù)合材料有限公司總經(jīng)理蔡正杰指出。
“當(dāng)前我國(guó)各風(fēng)電FRP（玻璃鋼）企業(yè)開(kāi)發(fā)的兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)葉片、地面天線罩就是材料和結(jié)構(gòu)最完美的設(shè)計(jì)和制造。作為結(jié)構(gòu)材料最主要的是玻璃纖維，當(dāng)然，設(shè)計(jì)及工藝選擇也非常重要。大型風(fēng)機(jī)葉片，不僅是在追求材料的輕質(zhì)高強(qiáng)，而是將玻纖材料編織成工程織物來(lái)滿足葉片的力學(xué)性能，真正體現(xiàn)FRP材料的自身價(jià)值。”中國(guó)不飽和聚酯樹(shù)脂行業(yè)協(xié)會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)趙鴻漢秘書(shū)長(zhǎng)說(shuō)。
趙鴻漢指出，復(fù)合材料風(fēng)機(jī)葉片是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵動(dòng)力部件，直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的性能，因此葉片的設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量水平十分重要，被視為風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)水平代表。
據(jù)了解，傳統(tǒng)復(fù)合材料風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片多采用手糊工藝制造。手糊工藝的主要特點(diǎn)在于手工操作、開(kāi)模成型（成型工藝中樹(shù)脂和增強(qiáng)纖維需完全暴露于操作環(huán)境中）、生產(chǎn)效率低，樹(shù)脂固化程度（樹(shù)脂的化學(xué)反應(yīng)程度）往往偏低，適合產(chǎn)品批量較小、質(zhì)量均勻性要求較低的復(fù)合材料制品的生產(chǎn)。
手糊工藝制造的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片在使用過(guò)程中，往往由于工藝過(guò)程中的含膠量不均勻、纖維/樹(shù)脂浸潤(rùn)不良及固化不完全等，引發(fā)裂紋、斷裂和葉片變形等問(wèn)題。
“因此，目前越來(lái)越多的企業(yè)開(kāi)始放棄手糊工藝，開(kāi)始使用真空灌注工藝，此工藝適宜大型風(fēng)機(jī)葉片批量生產(chǎn)。”中國(guó)復(fù)合材料工業(yè)協(xié)會(huì)一位負(fù)責(zé)人表示。
與手糊工藝相比，真空灌注工藝不但節(jié)約了黏接工藝的各種工裝設(shè)備，而且節(jié)約了工作時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。同時(shí)由于采用了低黏度樹(shù)脂浸潤(rùn)纖維以及采用加溫固化工藝，大大提高了復(fù)合材料質(zhì)量和生產(chǎn)效率。目前，國(guó)內(nèi)許多大型葉片制造商均已采用真空灌注工藝。
除了在加工工藝上努力向國(guó)際看齊，國(guó)內(nèi)風(fēng)機(jī)葉片企業(yè)還需要在技術(shù)創(chuàng)新、檢測(cè)設(shè)備等方面不斷提高。趙鴻漢認(rèn)為，就國(guó)內(nèi)而言，中航惠騰風(fēng)電設(shè)備有限公司為國(guó)內(nèi)葉片最大制造企業(yè)，是國(guó)內(nèi)唯一的自主技術(shù)、自行研發(fā)聚脂基FRP葉片的企業(yè)。惠騰葉片技術(shù)主要特點(diǎn)包括結(jié)構(gòu)阻尼專利（降低振動(dòng)）、葉尖專有技術(shù)（提供氣動(dòng)性能降低噪音）、鏡面模具技術(shù)、快速常溫固化技術(shù)、高精度平衡技術(shù)、高精度葉根定位技術(shù)等。以1.5兆瓦、6噸重的葉片為例，每支重量誤差在1公斤以下，重心偏差不超過(guò)10毫米。因此，其啟動(dòng)風(fēng)速只需2.6米/秒，發(fā)電風(fēng)速為3米秒。該公司目前達(dá)到1.5兆瓦葉片1000套的產(chǎn)能，并于２０08年開(kāi)發(fā)了2兆瓦葉片。
管道容器：異軍突起打進(jìn)國(guó)際市場(chǎng)
風(fēng)電產(chǎn)業(yè)是玻璃鋼復(fù)合材料的新興產(chǎn)業(yè)，在其他行業(yè)，玻璃鋼應(yīng)用更廣泛，取得的突破也更多：
在全球油田領(lǐng)域，大口徑高壓玻璃鋼管道市場(chǎng)一直由歐美壟斷。大慶高新區(qū)漢維長(zhǎng)垣高壓玻璃鋼管有限公司經(jīng)過(guò)近2年的攻關(guān)，日前正式生產(chǎn)運(yùn)行600毫米大口徑高壓玻璃鋼管道，這在全國(guó)還是獨(dú)一份，在全球也是第2家。
漢維長(zhǎng)垣公司是以小口徑高壓玻璃鋼管道起家的，最大的生產(chǎn)口徑為250毫米。然而2007年初，在一次高壓玻璃鋼管國(guó)際展銷會(huì)上，漢維長(zhǎng)垣公司把準(zhǔn)備好的產(chǎn)品資料推介給中東一些石油企業(yè)時(shí)，被無(wú)情拒絕。原來(lái)中東地區(qū)都是富油國(guó)家，管道輸送的口徑要求比較大，漢維長(zhǎng)垣公司生產(chǎn)的200毫米以下的管道不適應(yīng)市場(chǎng)需要，在中東地區(qū)市場(chǎng)銷售遇到困難。
2007年6月，漢維長(zhǎng)垣公司投資近2000萬(wàn)元，建立起國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的高壓玻璃鋼管實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，研發(fā)人員經(jīng)過(guò)數(shù)百次實(shí)驗(yàn)，終于破解了技術(shù)難題。
據(jù)介紹，漢維長(zhǎng)垣大口徑高壓玻璃鋼管道打入中東市場(chǎng)，在我國(guó)玻璃鋼管道出口和應(yīng)用領(lǐng)域上是一個(gè)突破，不僅打破了美國(guó)企業(yè)對(duì)技術(shù)的壟斷，還打破了他們對(duì)中東市場(chǎng)的壟斷。目前漢維長(zhǎng)垣已經(jīng)與科威特石油企業(yè)簽訂了1000萬(wàn)美元合同，600毫米高壓玻璃鋼管道將于8月份運(yùn)往科威特。
復(fù)合材料工藝中的纏繞工藝對(duì)于軟件設(shè)計(jì)、設(shè)備自動(dòng)化要求很高，目前，我國(guó)“防海水浸蝕超大型玻璃鋼管纏繞研究及移動(dòng)式纏繞設(shè)備研制”項(xiàng)目已經(jīng)正式通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收。該項(xiàng)目是中意復(fù)合材料有限公司和北京理工大學(xué)聯(lián)合申請(qǐng)研發(fā)的項(xiàng)目，他們自主研制成功的ＤＮ3200ＭＭ超大型移動(dòng)式玻璃鋼管纏繞設(shè)備，使樹(shù)脂和石英砂混合均勻，顯著減少了纏繞時(shí)產(chǎn)生的氣泡，滿足了大型玻璃鋼管現(xiàn)場(chǎng)制作的需求。該方法可以推廣到更大口徑的玻璃鋼管的制造。制備的ＤＮ3200ＭＭ防海水浸蝕夾砂玻璃鋼管經(jīng)中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院測(cè)定，拉伸彈性模量、彎曲強(qiáng)度、懸臂梁缺口沖擊韌性、耐磨度比、剛度等各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)了國(guó)際先進(jìn)水平。太原市輝業(yè)達(dá)玻璃鋼有限公司 地址：山西省太原市尖草坪區(qū)柏板鄉(xiāng)上薛村東
飛機(jī)制造：尖端領(lǐng)域仍有不小差距
記者了解到，隨著國(guó)內(nèi)風(fēng)電業(yè)和FRP造船業(yè)的興起，帶動(dòng)了玻璃鋼成型工藝的改革和提升，在制造工藝上，國(guó)內(nèi)領(lǐng)先企業(yè)和國(guó)際巨頭的差距也在不斷縮小，但在尖端制造領(lǐng)域，仍有不小的差距。
尤其在代表一個(gè)國(guó)家民用制造業(yè)水平的航空工業(yè)中，同發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的復(fù)合材料工業(yè)顯得任重道遠(yuǎn)。
中航技國(guó)際工貿(mào)有限公司晏舟經(jīng)理認(rèn)為，目前航空材料已經(jīng)進(jìn)入到以復(fù)合材料為主，鋁、鈦、鋼結(jié)構(gòu)共存的局面。復(fù)合材料這一從上世紀(jì)70年代開(kāi)始在航天飛行器上使用的新型材料，已經(jīng)占據(jù)了下一代飛機(jī)材料的半壁江山。
晏舟介紹說(shuō)：“我國(guó)航空制造企業(yè)的硬件水平已經(jīng)接近或達(dá)到國(guó)外水平，但從應(yīng)用水平來(lái)說(shuō)還是有很大差距，例如零件加工的穩(wěn)定性和效率、裝配的工藝水平以及成本控制等都與國(guó)外存在一定差距。”
以飛機(jī)制造領(lǐng)域必不可缺的機(jī)床為例，晏舟指出：“國(guó)內(nèi)機(jī)床行業(yè)在最近幾年有了巨大的進(jìn)步，從產(chǎn)量到質(zhì)量都有了很大的提高，也加強(qiáng)了與航空制造企業(yè)的合作，生產(chǎn)了一些航空企業(yè)急需的設(shè)備，但就制造工藝水平來(lái)說(shuō)還是無(wú)法與國(guó)外相比。例如在碳纖維復(fù)材零件和蜂窩零件的加工中，會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，需要使用配置與主軸隨動(dòng)吸塵裝置的龍門銑；還有針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)整體葉輪的加工，國(guó)外設(shè)備企業(yè)已經(jīng)有了成熟的解決方案。以上這些設(shè)備和解決方案目前在國(guó)內(nèi)還是空白。”
晏舟建議國(guó)內(nèi)的機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該在滿足航空工業(yè)傳統(tǒng)裝備需求的同時(shí)，加大力度研發(fā)針對(duì)行業(yè)特點(diǎn)的專用設(shè)備。隨著飛機(jī)工業(yè)中樹(shù)脂基復(fù)合材料應(yīng)用增多，目前還急需復(fù)合材料加工專用設(shè)備來(lái)滿足中國(guó)航空工業(yè)對(duì)新一代飛機(jī)、裝備的需求。
“國(guó)外在民用飛機(jī)領(lǐng)域大規(guī)模地采用復(fù)合材料，對(duì)于我國(guó)的大飛機(jī)項(xiàng)目有極好的借鑒價(jià)值和學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。中國(guó)飛機(jī)制造領(lǐng)域也應(yīng)該跟上復(fù)合材料大發(fā)展的潮流，利用好最新科研成果，實(shí)現(xiàn)我國(guó)飛機(jī)工業(yè)的跨越式發(fā)展。”業(yè)內(nèi)一位專家指出。
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