中国胶粘剂网讯：纤维、复合材料领域的发展重点及技术创新的着力点

我国玻璃纤维、特种纤维、纤维增强复合材料是20世纪50年代末为配合研制“两弹一星”开始创建和发展起来的。经历了为“军工配套、军民结合、以民为主”几个发展阶段。2012年我国纤维增强复合材料产量达到400万吨，玻璃纤维产量288万吨，均居世界第一位。

纤维增强复合材料以其轻质高强、良好的电性能、耐腐蚀性能、热性能及优良的可设计性和工艺性能，广泛应用于航天、航空、船舶、交通、能源、建筑等国防和国民经济各个领域。

玻璃纤维和特种纤维，是一类性能优异的无机非金属新材料，是高新技术不可缺少的基础材料，具有不燃、耐高温、电绝缘、拉伸强度高、化学稳定性好、吸音、绝热等优良特性，是一类“性能可设计和加工”的新型材料。

玻璃纤维可用作增强材料、电绝缘材料、工业及环境保护用过滤材料、建筑保温吸音材料、光学、电子及其他功能材料等，在国民经济和国防建设中起着举足轻重的作用。

我国自主研究开发了特种玻璃纤维及其制品，如高强玻璃纤维、高模量玻璃纤维、耐辐射玻璃纤维、低介电玻璃纤维，中碱玻璃纤维，以及高硅氧纤维、仿形织物、三向织物、光学纤维、光纤面板、铂代用技术、表面处理技术等等。

目前池窑拉丝工艺已经成为生产主流，产量已占全国玻璃纤维产量的80%左右，我国建有世界最大规模10万吨级池窑拉丝生产线，部分指标达到国际先进水平，并实现了全氧燃烧技术。

近年来我国碳纤维取得了长足发展，江苏恒神纤维材料有限公司、中复神鹰碳纤维有限贵任公司和威海拓展纤维有限公司均实现了T700碳纤维工程化应用，T800的研究也取得了一定突破。

从世界范围看，复合材料特别是先进复合材料迎来了前所未有的发展机遇。这是由以下几个重要因素决定的：能源短缺、燃料持续涨价，减少有害污染和排放，环保要求越来越高，发展高性能结构材料减轻结构重量成为至关重要的问题：先进复合材料自身的优点、特点越来越被人们认识和发掘，如优异的比强度、比刚度高带来的大幅度结构减重，高耐腐蚀性，良好的疲劳耐久性以及可以大规模整体成型等;以碳纤维复合材料为代表的先进复合材料自诞生40多年来技术发展日益成熟和进步，特别是各种低成本制造技术的出现，为扩大应用提供了前提条件;各种原材料，如钢、铝、钛等近年来在大幅涨价，而先进复合材料总趋势是在不断降价，使其应用更具有竞争性。

我国先进复合材料事业的发展水平要快于世界的平均水平。材料工业是国民经济的基础产业，新材料是材料工业的先导，是重要的战略性新兴产业。2012年我国发布了《新材料产业“十二五”发展规划》，明确了新材料是国家七大新兴战略产业之一，其重点是新型功能材料。高性能结构材料和先进复合材料，并对碳纤维及其复合材料提出了明确的发展规划和目标要求。在国家的高度重视和相关业界共同努力下，我国先进复合材料产业正呈现一种蓬勃发展的态势。

(一)纤维的发展重点

1.碳纤维等高性能纤维

碳纤维是复合材料的重要增强相，其质量和数量决定着先进复合材料发展应用的命脉。我国从20世纪70年代即开始了聚丙烯睛(PAN)基碳纤维及原丝的研究工作，但由于当时基础研究、技术研究、工艺装备和相关工业技术水平、体制机制等方面的原因，其进展缓慢，技术水平远落后于发达国家，军用碳纤维基本上依赖进口，急需国产碳纤维替代;碳纤维的性能和产量远远不能满足航空、航天、国防军工和其他国民经济发展的需要。经过“十五”863计划的攻关，T300原丝技术和碳纤维技术有所突破。经过“十一五”的持续研发，相继超高分子量聚乙烯纤维实现工业化，T700碳纤维实现批量生产，T800碳纤维关键技术取得突破。

发展重点是，高性能纤维规模制备稳定化和低成本制备关键技术，形成高强、高强中模、高模和高模高强碳纤维产品系列和低成本高性能碳纤维的大规模制备技术及其优势产品、高强聚乙烯纤维的规模生产;突破聚酰亚胺、碳化硅和硅硼氮为代表的新型高性能纤维制备技术。

2.高性能芳纶纤维(Kevlar)

高性能芳纶纤维是一种高强度、高模量、耐高温、耐酸耐碱、重量轻的高技术含量的纤维。其主要品种有聚间苯二甲酰间苯二胺纤维和聚对苯二甲酰对苯二胺纤维等，通称为芳香族聚酰胺纤维。芳纶纤维以其卓越的耐热阻燃性、电绝缘性和力学性能，兼有超高强度、高模量优异品种，成为先进防护材料和结构材料的重要基础原料，主要用于宇航、火箭、飞机、防弹衣、防弹头盔、防刺防割服、排爆服、高强度降落伞、防弹车体、装甲板、舰船缆绳、雷达浮标系统缆绳等国防军工尖端领域，也广泛应用于信息工业、海底电缆、光导纤维增强缆绳、土木建筑、密封填料、大型客机的结构材料、体育用品等。是当今世界用途最广、产量最大、最有发展前途的高科技特种纤维。千吨级对位芳纶生产线于2011年5月建成，产品各项力学性能达到国外同类产品技术水平，标志着我国已经自主掌握对位芳纶工程化技术，打破了国外在该领域的技术垄断。

3.光纤预制棒

在通信高速发展的今天，光通信行业成为一个国家的支柱性行业，作为光信号传输媒质的光纤光缆及其技术带来了一个新的发展机遇。中国光纤预制棒每年需求约3000多吨，而60%依赖从日本和欧美进口。光纤预制棒作为制造石英系列光纤产品的核心原材料，是光纤通信产品的最上游产品和制高点，应大力发展光纤预制棒产业，增强国际竞争力。

4.铝绞线用碳纤维复合芯材

传统的铝绞线芯材采用钢丝，因重量大，增加输电设施的成本。日本于上世纪90年代后期.相继开。发出碳纤维芯铝绞线和碳纤维芯耐热铝合金绞线。美国于2001年制造出碳纤维芯铝绞线样品，2003年推出碳纤维芯软铝绞线。目前只有美国、日本等少数发达国家掌握碳纤维复合芯导线制造技术。

国内有多家单位从2006年开始研发碳纤维复合材料导线。2009年国产碳纤维复合芯导线应用于500kV超高压输电线路，实现了稳定生产和规模应用。2010年12月实现年产2万公里碳纤维复合芯导线产能，挂网运行近4000公里，国家标准制定工作全面启动。我国是输电线用量最大的国家，其应用前景广阔。

5.高性能玻璃纤维

高性能玻璃纤维具有比强度和比模量高、透波性强、化学稳定性好、耐热绝缘等优异性能.用其增强的复合材料具有质轻高强、耐疲劳、耐老化、高透波、绝缘、耐高温等特性，已在航天、航空、兵器等国防领域，以及核电、风电、交通、通讯、医疗、体育等民用工业领域应用。先进复合材料用高性能玻璃纤维技术开发将大幅度提升我国高性能玻璃纤维自主创新能力，从而带动我国玻璃纤维行业产业升级和产品结构调整.缩小我国高性能玻璃纤维产品与国外的差距。

(二)复合材料的发展重点

1.航空航天用复合材料

先进复合材料的发展应用可分为三大领域：即航空航天、体育休闲和工业领域，其中航空航天是最早实现规模化的应用领域之一.其应用几乎占了70%以上份额。

先进复合材料在航空领域首先用在军用飞机上，自上世纪70年代初开始，由尾翼到机翼到机身，从次承力件到主承力件，发展到现在其用量可达50%(复合材料占全机结构重量的百分比)。民用飞机随后也大量使用先进复合材料，目前用量也达到50%以上，如B787为50%. A350达52%;各种军民用直升机上的用量超过正常翼飞机达到80%左右;各种现代无人机上的用量超过有人机达到90%左右;大多数通用飞机用量可达90%以上;为某一特种目的而研制的特种飞机都是全复合材料飞机;先进航空发动机用各种复合材料用量高达l5%～20%。因复合材料的密度只有1.69/cm3，应用量达50%以上，全机结构必将大部分由复合材料制成。目前飞机结构已基本实现了“复合材料化”，复合材料是航空航天结构的未来。

2.纤维增强热塑性树脂基复合材料

纤维增强热塑性复合材料具有优异的韧性、耐热性、抗损伤、抗冲击能力和可回收性。主要是满足交通、航空等领域的需求增长。在国外，热塑性复合材料已经应用于石油深井开采、海洋工程的高温复合材料领域及航空工业中连续纤维复合材料领域等高端市场。

纤维增强热塑性复合材料是耐高温、耐湿热、抗冲击等特种环境下必要的材料，未来替代热固性复合材料的绿色材料，可主要应用汽车、航空、风电叶片、海洋工程、轨道交通等领域。

3.轨道交通用复合材料

当前我国已经成为世界上最大的城市轨道交通市场。适应于交通运输行业轻量、高速、安全、节能、降低污染的发展趋势，轻质高强、阻燃、环保聚合物基复合材料正成为越来越重要的一类材料。根据轨道交通领域对材料的特殊要求及国外的应用发展经验，聚合物基复合材料在轨道交通领域中的应用会越来越广泛，其在轨道交通领域的应用将大大促进我国轨道交通尤其是高速轨道交通技术的进步和发展。为适应轨道交通进一步提高速度及安全性的需求，聚合物基复合材料可用于制造车头、车厢、内装饰件等大型部件，也可用于车轴、车轮、枕木等部件。

4.车身轻量化用复合材料

汽车工业是我国重要的支柱产业，近年来得到迅猛发展。现代汽车设计有安全、舒适、节能和环保四项基本要求。减轻结构重量，节省燃油和减少有害尾气排放，减少环境污染，是当前汽车设计的重要发展方向。汽车重量每减l0%，燃油消耗可减7%，可大大节省寿命期内的使用成本。汽车减重当前最主要的措施就是大量使用先进复合材料。

先进复合材料由于其自身独具的强度、刚度、耐腐蚀、可实现结构功能一体化、抗扭曲强度高、耐冲击力强等特点，完全可以代钢材用于汽车的各种结构，包括主承力结构上，如承力骨架、底盘、侧板、车顶、车门、帽罩、保险杠、翼子板、轮毂、传动轴、板簧等部位。车种则包括赛车、高档跑车、轿车、大客车、货车以及特种车辆等。先进复合材料的应用，在整车轻量化过程中减重效果显著，而实现汽车轻量化是节省能源的最有效的途径之一，在国外已实现规模化生产及应用，而在国内应用发展缓慢。应加强对汽车轻量化制品的材料、结构、功能、评价方式、产业化等技术的研究。逐步扩大我国先进复合材料产品在汽车领域的应用，缩小与发达国家的巨大差距。

5.土木工程用高性能纤维复合材料

在建筑等基础设施领域的应用，包括房屋、桥梁、隧道等及其相关的混凝土工程，其修复、更新和加固目前已成为先进复合材料的重要应用领域，其多以层压板和包缠料的形式出现，是一种优质高效低成本的修复方法，已用于众多领域与工程。

我国是一个多自然灾害的国家，地震、风灾、水灾、火灾等均对财产造成过严重损失，我国45%的城市和许多重大工程设施分布在地震带上，历次地震对建筑物造成不同程度的损坏。据统计风灾平均每年损坏房屋(结构揭顶、吹折、倒塌等)30万间，经济损失10多亿元;每年因海洋灾害(风暴、海啸、海水入侵等)造成的直接经济损失超过20亿元，每年的水灾、火灾使更多的建筑物受严重损坏、修复、更新和加固市场潜力很大。

我国是世界上混凝土结构使用最多的国家。由于五六十年代建造的低标准、无抗震设防的混凝土建筑结构面临退役，加之，近年来世界范围的大气污染、酸雨、盐害、碱集料反应等侵蚀破坏，资料表明，我国至少有50%的混凝土建筑结构面临老化、强度不足、耐久性和安全性过低的问题，已有数十亿平方米的工业厂房、公用建筑和民用建筑需要大量的维修和加固。

研究和开发土木工程用轻质、高强、耐腐蚀的建筑结构加固用增强复合材料是发展的必然趋势。如增强复合材料人行桥梁、斜拉桥索、预应力筋、桥面板、桥梁围护体系、管混凝土桥柱等。

6.海洋工程用复合材料

海上果油平台井上的围栏、通道、扶手等均可由复合材料制成，重量轻且防腐蚀。井下有竖井将平台锚固到海底的绳索和功能缆线，可长达几千米：重达几千吨，其用量很大，该项应用技术上较复杂，国内是空白，亟待研究开发。

海洋环境是最苛刻的自然腐蚀环境。全世界基础设施每年因为海洋腐蚀导致直接经济损失达7000亿美元，我国海洋环境下钢材腐蚀损失每年约l0000亿元人民币。不锈蚀、重量轻、运输成本小的复合材料是在高腐蚀海洋环境下建造安全、耐久结构的理想材料，需要尽快开发适用于海洋环境下高性能复合材料及构件。主要包括复合材料漂浮平台结构体系、海岛建筑结构体系、平台结构体系及使用海洋应用的高性能低碱胶凝材料等方面。

海洋环境下复合材料构件的研究我国尚处于起步阶段，与国外相比有较大的差距，但发展前景广阔。

7.油田用高性能复合材料

随着石油和天然气在易开发陆地及浅海资源的急剧减少和石油价格的不断攀升，近海油气田勘探逐渐向深海发展，因此对于能够承受恶劣的海洋气候的轻型材料的需求也将不断扩大。深海油气田作为一个独特的应用领域，要求材料必须具有耐腐蚀、轻质高强的特点。碳纤维复合材料以其独特的优势将成为深海开采必不可少的材料。

8.电力用复合材料杆塔

复合材料杆塔包括复合材料输电杆和输电塔架，其优势是可有效缩减线路走廊宽度(最大可压缩4004)，并可提高输电杆塔抗腐蚀性能，降低沿海及重工业区杆塔的腐蚀程度，延长使用寿命，降低维护成本，还可降低杆塔的运输和施工难度，提高山区电网的建设效率，特别是在山区配网中的应用，可以降低杆塔重量70%以上。

沿海及工业发达地区输配电线路杆塔是输电线路用复合材料应用的重点领域。目前主要替代对象是钢管杆、水泥杆及铁塔，与这些传统材料相比，输电线路用复合材料的主要优势是重量轻且不锈蚀。每年可节约大量的线路防腐费用。

复合材料杆塔的研究和应用技术代表了当今国际输电领域新材料应用的发展方向，具有广阔的市场应用前景。对我国电网建设和升级改造、节约土地资源，提高电网的安全运行水平，具有重大战略意义。

复合材料电杆的制造与应用主要集中在北美和欧洲，其中研制开发和应用最为成熟的是美国，加拿大、荷兰、意大利也开展了相关研发及应用工作。

国内输电线路用复合材料的应用研究起步较晚，目前尚处在研发、应用和总结阶段。国内输电线路主要用复合材料的电绝缘特性、防腐蚀特性及轻质高强特性，进一步节约输电走廊和土地资源，提高杆塔防腐蚀水平及降低杆塔的运输和施工难度，发展前景良好，应用市场巨大。

9.复合材料船艇等

船舶领域的应用包括赛艇、游艇、快艇、帆船二舰艇以及潜水艇等，其应用部位包括船体、甲板、舱室结构、桅杆、船舵等。美国已将其用于驱逐舰的制造，每艘用碳纤维225吨，还将用于潜水艇的制造，艇体壁厚可达70毫米。

舰艇上采用的高新技术、新材料已成为其战斗力以及国家军事实力和综合国力的一种标志，而先进复合材料以其优异的性能、多种特殊的功能成为舰艇上高新技术实现的重要物质基础。如以石墨纤维、高性能玻璃纤维、碳纤维等增强的塑料具有吸波透波的性能。在海湾战争中。英国舰艇的上层建筑和武器装备就使用了吸波材料，以减弱雷达回波。这些复合材料不仅有优异的力学性能和耐腐蚀、吸收电磁波等特性，已成功地用作舰船的基本结构材料，特别是用于建造导弹艇等小型舰船。

国内复合材料在各种船艇上应用正在逐渐增加，但以多为玻璃纤维增强复合材料较多，而不是采用先进复合材料。与美国、俄罗斯等国家还有较大差距。

10.碳纤维复合材料工艺技术及制品

与碳纤维生产技术相比，我国碳纤维复合材料工艺技术研究进展较为迅速。多年来，通过自主创新和引进吸收，已经形成了包括预浸料制备、热压釜、树脂传递模塑(RTM)、纤维缠绕、铺放、拉挤、模压、搓管等多种工艺技术。碳纤维复合材料产品的应用涉及航空、航天、能源、建筑、交通运输、体育休闲用品、医疗器材等领域.并已全面进入国际市场取得市场竞争优势。但与发达国家相比，我国的碳纤维复合材料的技术、产品、产量、种类等都有明显的差距。应重点突破高性能纤维增强复合材料低成本制备技术，扩大应用领域。

11.纤维增强氮化物陶瓷基复合材料

纤维增强氮化物陶瓷基复合材料具有耐高温、抗氧化、耐摩擦等性能，是新一代高性能航空制动系统摩擦材料的理想候选材料：具有耐烧蚀、抗热振、高稳定且具有良好的高温介电和透波性能，代表了新型高马赫武器透波材料的发展方向;纤维增强氮化物陶瓷基复合材料在热防护材料领域具有广泛的应用前景。主要用于航天飞行器的热防护材料，作为航天飞机、战斗机和大型客机对制动系统中高性能刹车制动材料。新型高马赫、超高马赫武器用的天线罩透波材料.以及飞行弹体的天线盖板、天线窗口等透波材料部件。

目前仅有美国、加拿大等少数几个国家实现了纤维增强氮化物基复合材料的生产，但发达国家对该技术严格保密。目前国内仅有个别单位拥有PIP工艺制备纤维增强氮化物基复合材料制备技术，但部件的制作尚处于小试阶段，无法满足国家各行业的需求。

12.高性能透波复合材料

高性能透波复合材料是一类防热、结构和透波一体化的多功能介质材料。立体织物整体增强的透波复合材料可作为飞机、导弹、宇航飞行器、卫星、舰船和地面的天线罩和天线窗。国内已开发出了三维机织结构的仿形雷达罩织物，在系列型号天线罩上得到应用，并形成了小批量生产能力。与国外立体织物结构与性能设计及高效制备技术;立体织物结构与工艺参数设计技术等方面还存在差距。

除以上列举外，尚有防弹、生物工程和医学、医疗设备’、电子工程、高速列车、集装箱、机器人结构、燃料电池、发热体、修理产业(修理金属飞机结构、工业设备等)重要领域的应用。

纤维及复合材料产业发展存在问题及政策建议

1.存在的主要问题

目前世界上先进复合材料的设计和制造已有了很大进步，国内的复合材料技术虽有一定的发展和进步，但与国外的先进水平相比，还存在一些问题和差距。应用的规模与水平、设计理念和方法、材料基础和配套、制造工艺和设备还有差距。

先进复合材料是通过设计、材料和工艺三者的合理结合和运用来实现其优异性能的.尤其强调设计、制造一体化。设计是龙头，是起主导作用的。复合材料不同于金属材料，复合材料的优异性能是设计出来的，没有设计就没有复合材料。制造技术也至关重要。国外已实现了大规模机械化和自动化，以保证其优异的性能，而我国的设.计、机械化和自动化程度都相对落后。

先进复合材料的成本较高，为了扩大应用，必须降低成本。低成本技术包括设计技术、材料技术和制造技术。特别是制造技术，约占总成本的80%。国内对此研究不够，因价格高而限制了其应用的发展。

在先进复合材料领域，特别是民用领域，缺乏有经验的专业技术人才，特别是缺乏掌握现代设计技术和工程制造技术的人才，人才现状远不能满足发展的需求。

我国碳纤维研发和生产企业有几十家，发展迅猛，干吨级碳纤维产业化生产技术取得了突破，T700碳纤维已实现批量生产，军工产品的应用已不再受国外制约，但其产品性能、质量、成本和品种与国外还有差距。

2.政策建议

加强政策支持和引导，为高性能玻璃纤维、碳纤维及其复合材料产业的发展提供保障.制定和完善有利于该产业发展的政策和法规。

整合相关资源，建立科学有效的产业研发体系.加强科技资源研发平台的建设。完善科技开发与产业化间的协调机制，促进科研成果快速产业化。加快研究开发与研究成果商业化的并行发展，促进企业技术创新和科研成果转化。

加强高性能纤维及先进复合材料学科带头人的培养和研发队伍的建设，为产业发展提供技术支持。

制定鼓励大型企业集团作为创新投资主体的相关财税政策，引导大集企业集团建立研发机构和产业化推广平台。

发挥行业协会优势和作用，整合行业研发和产业化资源，转变投入方式和组织模式，组建产学研联盟.加快研发和产业化的步伐。