某企业国产碳纤维复合材料及其在飞行器上应用技术高技术产业化示范工程项目资金申请报告书.doc

某某国家民用航空产业基地国产碳纤维复合材料及其在飞行器上应用技术高技术产业化示范工程项目资金申请报告项目名称：国产碳纤维复合材料及其在飞行器上应用技术高技术产业化示范工程项目 项目承担单位：某某飞机工业集团有限责任公司 建设地址：某某市平房区友协大街15号 联 系 人：某某 联系电话：0 传 真： 电子邮件： 项目主管部门：某某省发展和改革委员会申报日期： 目 录1项目意义和必要性11.1碳纤维的国外现状和技术发展趋势11.2项目对产业发展的作用与影响171.3产业关联度分析221.4市场分析231.5与国家高技术产业化总体思路、原则、目标关联情况232项目技术基础242.1承担单位技术基础和能力242.2取得的成果及知识产权情况282.3已完成的研究开发工作及突破的关键技术302.4技术工艺特点以及与现有技术工艺比较所具有的优势332.5对行业技术进步的重要意义和作用343项目建设方案363.1建立国产碳纤维复合材料性能综合分析评价平台363.2建立预浸料制备技术与适用性评价平台463.3建立大型复合材料结构件制备平台563.4建立大型复合材料结构件检测与评价平台723.5建立国产碳纤维复合材料结构试验验证平台793.6建立国产碳纤维复合材料技术标准平台853.7建设地点、建设期管理及总体进度安排884项目投资904.1平台投资规模904.2投资使用方案914.3资金筹措方案及配套资金落实措施915环境保护、资源综合利用、节能与原材料供应及外部配套条件落实情况915.1环境保护915.2原材料供应及外部配套条件落实情况925.3节能分析936项目法人基本情况937项目财务分析、风险分析及社会效益分析947.1项目财务分析947.2项目风险分析947.3社会效益分析968项目招标内容989资金申请报告附件98891 项目意义和必要性1.1 碳纤维的国外现状和技术发展趋势1.1.1 碳纤维的国外现状和技术发展趋势碳纤维是一种以聚丙烯晴PAN、沥青、粘胶纤维等材料为原料，经预氧化、碳化、石墨化等过程制得含碳量达90%以上的无机纤维材料，具有高的比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、导电导热性好，热膨胀系数小等一系列优异性能，成为航空航天等高技术领域最重要的结构或功能材料之一。目前，世界碳纤维产业已形成了PAN基、沥青基、粘胶基三大原材料体系，其中沥青基、粘胶基碳纤维用途单一，产量有限。PAN基碳纤维由于产品力学及高温性能优异，兼有良好的结构和功能特性，因而发展最快，成为高性能碳纤维发展和应用的最主要和占绝对地位的品种，主要用于高性能结构和功能复合材料。碳纤维起源于19世纪60年代，1961年日本大板工业研究所用聚丙烯晴为原料研制成功PAN基碳纤维，1964年以后碳纤维的生产向高强度、高模量方向发展。自70年代起日本的东邦人造丝、东丽、三菱人造丝公司利用本国的研究成果纷纷建厂，进行了PAN基碳纤维的工业化生产，其后又与美国、德国、法国、英国合作建立了子公司，70-80年代日本、美国相继突破PAN原丝、预氧化、碳化等关键技术，日本东丽公司相继开发了一系列高强纤维和高模纤维。PAN基碳纤维产业进入快速发展阶段（表1）。表1阶段时间主要技术特征第一阶段60年代突破PAN基碳纤维连续制备技术路线第一阶段70年代突破T300、M40级PAN基碳纤维工程化规模生产第一阶段80年代高性能PAN基碳纤维，高强型（HS）、高模型（HM）到中强高模型第一阶段90年代继续高性能产品的研发，发展多功能、低成本化产品以日、美为代表的高性能PAN基碳纤维已经发展多种型号/规格碳纤维，从性能上覆盖了通用型、高强型（HS）、高模型（HM）到中强高模型、 高强高模型、超高强型多个性能等级，可适应不同应用环境对性能的不同要求（表2）表2日本碳纤维协会按力学性能将碳纤维分为5个等级等级力学新性能典型牌号拉伸强度，MPa拉伸弹性模量GPa低弹性模量LM3000200标准弹性模量SM2500200-280T300，T700SC中等弹性模量IM4500280-350T800HB，T1000高弹性模量HM350-600M40JB，M50JB超高弹性模量UHM600UM63，UM68目前，世界PAN基碳纤维的主要生产厂商有日本东丽（Toray）、东邦（Toho）、三菱人造丝公司，美国Hexcel、Amoco、Zoltek等公司，其中日本不仅是碳纤维的主要生产国，而且是西方主要发达国家高质量PAN基碳纤维的供应国，在航空航天用的小丝束纤维方面具有垄断地位，日本三家公司生产碳纤维占全球碳纤维75%以上。其中东丽公司生产的碳纤维其产量和品质都具第一位，可代表当今的世界水平(表3).表3. 国外主要碳纤维的性能与应用纤维拉伸强度，MPa拉伸模量，GPa断裂伸长，%密度，g/cm3应用T300352023015176B747，B767，B777T70049002302118B777，B787T80054002941918B777，B787T1000706029424182-AS4393022116177B747IM6524027617176B787IM7537927618177B787IM854473031718B787M40J441037712177M50J393047508188M55J392054007193M60J392054007194小丝束（12K以下）碳纤维在质量和性能稳定性上优于大丝束碳纤维，在航空航天等军工行业多以小丝束碳纤维应用为主。国外已解决了较大丝束（12k和24K）碳纤维在预浸工艺过程或机织工艺过程的分散问题，已开始在787等飞机上获得应用。碳纤维属多学科、多技术的高新技术产品，PAN基碳纤维的生产流程十分复杂。上游原材料为石油化工产品（丙烯晴、引发剂、共聚单体和溶液），经高分子聚合反应，形成PAN（聚丙稀晴），纺丝后形成PAN纤维，再经过预氧化、碳化（石墨化）加表面处理，上浆剂最终生产出碳纤维。设计的学科多（高分子聚合，纺织工学、碳素工学，表面处理电化学，有机化学），流程长，技术交叉， 是高度技术密集型的产品。其中PAN基碳纤维原丝质量是得到高性能的碳纤维的关键。世界上几家公司的PAN基碳纤维的生产线多是从原丝开始直到碳纤维以及中、下游产品开发形成“一条龙”生产线。碳纤维的生产是一个系统工程，在一个公司内可有效地将原丝、预氧丝和碳纤维质量前后关联起来统一研究。目前碳纤维生产的主要厂家有Toray（东利）;Toho（东帮）Hexcel;Cytec（主要生产涂料，也干一些预浸料）;Zoltac等（B787主要用Toray； Hexcel和少量 Cytec的，尤其是其905表面涂膜和用于代替Invar合金制造工装的BMI）。 面对碳纤维市场供应的严重短缺，世界上几大碳纤维生产厂家均在扩产：东丽为波音787在美国将生产厂扩大为两个，在法国其将苏菲卡（SOFICAR）分公司碳纤维年产量拟从800t扩至2600t；东帮德国公司碳纤维年生产量拟从1900t扩至3400t。由于碳纤维的扩产需要一个过程，所以碳纤维紧缺的状况短期内难以缓解。1.1.2 碳纤维的国内现状和技术发展趋势我国的碳纤维总体水平还比较低，相当于国外七十年代中、末期水平，与国外差距达20年左右。国产碳纤维的主要问题是性能不太稳定且离散系数大、无高性能碳纤维、品种单一、规格不全、连续长度不够、未经表面处理、价格偏高等。我国大陆从60年代开始研发碳纤维，70年代中期碳纤维正式纳入国家科技攻关计划，先后有中科院化学所，山西煤化所、北京化工大学等多家研究单位和吉林化学工业公司等多家企业参与攻关研究，但30年来碳纤维的关键技术未能突破。在“十五”期间已863计划的实施，开始碳纤维新的技术攻关。在关键技术上和部分关键设备引进上取得了较大的进展，技术成果已开始从试验线向中试线过渡，形成了新一轮建生产线的高潮。如山东威海拓展、江苏扬州的汇通、中石油吉化等企业已在建百吨的碳纤维生产线。山东威海拓展碳纤维已在百吨生产线提供碳纤维，碳纤维的性能基本达到东丽T300性能水平，但数据分散性仍比T300碳纤维的大，表明拓展碳纤维在工艺稳定性方面还需要提高。（表4）表4. 拓展碳纤维(CCF-300)主要性能（2005年）（703所测试）试样编号拉伸强度，GPa拉伸模量，GPa断裂伸长率，%线密度，g/KmXCV%XCV%XCV%051031013.744.32701.91.444.4200.2051031023.655.22132.11.795.5196.4051031033.535.12192.91.705.9201.0051031043.783.22312.31.703.5193.1T3003.552.32470.81.522.266.7X32005年4月2日通过山东省科技厅组织的技术鉴定，鉴定意见主要内容（1）拓展公司建立25吨/年1K（3K）CCF-1碳纤维用聚丙烯（PAN）原丝中试线是国内目前规模最大、技术最先进、设备完善的中试线，经过一年开车试验表明能够实现连续、稳定的生产，批量生产的碳纤维原丝性能稳定。（2）在相同测试条件下，中试线生产的原丝所得的碳纤维与国外同类产品对比，体密度、含碳量和力学性能（强度、模量、伸长率）及其波动率指标相当（3）开发出多项核心技术，如低单体平衡浓度下的连续聚合、蒸汽牵伸、水洗、二次上油、两级凝固等具有自主创新性的技术。1.1.3 国外碳纤维复合材料应用的现状和发展趋势自从碳纤维工业化生产以来，世界各国都特别重视其应用开发。随着价格不断降低，其应用范围从满足性能要求高的航空、航天领域逐步向文体和民用领域推广。目前，碳纤维的市场需求在北美、欧洲、亚洲基本上呈鼎足之势。按应用领域划分，世界聚丙烯腈基碳纤维主要用于宇航、文体休闲用品、其它工业等领域，其总体消费比例分别为25.2%、31.4%和43.4%，不同地区各有侧重。由于碳纤维复合材料具有高比强度、设计性好、结构尺寸稳定性好、抗疲劳断裂性好和可大面积整体成型，以及特殊的电磁性能和吸波隐身的特点，目前已大量用于生产军用、民用飞机以及战略导弹和运载火箭上，需求量稳步增长。在国际上，一架A380飞机可能用碳纤维35t左右，正常批量生产后，年耗量需要1000t。一架波音787飞机可能用碳纤维25t左右，以年生产量60架计，则年耗量需要1500t，加上欧洲的大型军用运输机A400M，届时可有3000t的年耗量。如果再加上其他军机、中小型民机、直升机和各种无人机的复合材料用量，仅航空领域的碳纤维耗量即可达到5000t以上。巨大的需求造成了碳纤维供应的全面趋紧，市场供应严重短缺。文体用品方面，目前碳纤维材料已从钓鱼竿和高尔夫球棒推广到网球拍、羽毛球拍、高尔夫球杆、冰雪运动器材、水上运动器材等方面，需求量稳步、较快增长。其中高尔夫球杆、网球拍和钓鱼竿是体育用品用碳纤维复合材料的三大支柱产品，约占该类产品的80%。一般产业对碳纤维材料的应用发展比较迅速，包括基础设施的修复、更新和加固；新能源开发如沿海油气田、深海油田的钻井平台、管道和缆绳等，以及风力发电机的螺旋桨和风叶；汽车的刹车系统、转动轴、车身以及环保汽车用的压缩天然气气瓶；电子领域的应用主要有通信、广播、地球观测、空间探测以及各种飞行器的高精度天线。一般产业的需求增长较快，将成为碳纤维新的主要应用领域。碳纤维是一种性能优越的结构材料，具有极高的附加值，自商品化以来，应用范围已从最初的航空航天、军事部门逐渐向民用领域渗透，目前已扩展到整个工业民用的多种领域。随着应用研究的不断深入，特别是在民用方面仍将继续拓宽应用领域，扩大使用量。国外预测碳纤维除了在航空航天以及体育用品进一步应用外，近年内包括土木建筑、交通运输、汽车、能源等领域将会大规模采用工业级碳纤维。由此可见，当前世界碳纤维有如下发展趋势：产品性能趋向于高性能化；价格将大幅度降低；航天航空和文体用品领域用量稳定增加，民用工业用量增幅较大，已超过前两者。特别是随着大丝束碳纤维的大规模生产，其价格将不断降低，民用工业用量将继续保持大幅度增加的趋势。据分析，19962000年世界碳纤维的需求年均增长率约9%；而20012003年碳纤维的需求年均增长率超过12%。预计今后10年世界碳纤维市场需求年均增长率约为6%。复合材料以其典型的轻量特性，卓越的比强度、比模量，独特的耐烧蚀和隐蔽性、材料性能的可设计性、制备的灵活性和易加工性等优点，在航空工业得到广泛的应用。目前国外各种飞机，包括战斗机、轰炸机、运输机、民用客机已开始大量应用复合材料，用量已占结构总重的25%以上；武装直升机、无人机以及无人作战飞机复合材料应用比例更高，有些甚至是全复合材料飞机。据预测，至2020年，飞机结构上复合材料的用量将达到65%，即复合材料已成为飞机结构首选材料（见图1）。钛铝合金复合材料钢铝合金钢复合材料钛 2000年 2020年（预测）图1 飞机材料用量分配比例美国的先进军用飞机大量采用碳纤维增强先进树脂基复合材料，如B-1，B2、C17、JASSM、UCAV、F16(US)、F16(FMS)、F22和F117等都大量地使用了碳纤维复合材料。C17运输机复合材料的用量占整个结构重的8.1%。F16战斗机复合材料的用量占整个结构重的2%，到F/A18这个重量比猛增长到12%，而到了F22复合材料的用量占整个结构重量比又翻了一倍达到了24%，四代机F35更是增加到了35%。在民机方面，以波音公司为首的航空公司研制生产的梦想飞机波音787，拥有多项技术创新，其中最引人注目的就是波音787机体结构的一半左右都使用了更轻、更坚固的碳纤维复合材料制作，是全球第一款以碳纤维复合材料为主体材料的民用喷气式客机，其复合材料用量占总重量的50%，图2为波音787的材料分布图。碳纤维复合材料成功地替代铝金属材料，有效地降低了飞机重量，使得波音787将比现在的飞机节省20%的燃油，而且在维护花费上也可以节省30%。可见碳纤维及其复合材料在军民机上起着重要的作用。图2 波音787结构件用材料分布图欧洲空中客车工业公司70年代中期开始投入复合材料在飞机上的应用研究工作。1983年生产的A300、A310的方向舵，有效减重20%。1978年开始研制A310、A320的垂尾，1985年研制成功，有效减重20%。A340-500/600还应用了热塑性复合材料机翼前缘。目前研制生产的空中“泰坦尼克”A380是全球载客量最大的客机。整机材料了大量的复合材料，大大减轻了飞机的重量，减少了油耗和排放，降低了营运成本。飞机约25%由有高级减重材料制造，其中22%碳纤维增强复合材料，主要应用在中央翼（复合材料用量5.3吨，减重1.5吨）、外翼、垂尾、平尾、机身地板梁和后承压框等。而在研发中的A350最后决定复合材料用量为52%，超过了B787 50%的水平。军用运输机A400M的复合材料用量也达到了35%40%。欧洲的TANGO计划和SWK计划主要为发展大型飞机复合材料机身服务，目标减重30%，降低成本40%。图3 空客A350机身材料应用图4 空客A320/A319机身材料应用总体来说，国外复合材料专业发展无论是原材料、还是制造技术均已达到相当高的水平，正在向着低成本、自动化和高性能方向发展。表现在如下几个方面：（1) 生产过程中的数字化管理应用水平高。从复合材料铺层设计，到加工、铺放过程，已形成完整的数字化管理和应用流程，有各种专用和通用的软件支撑平台。（2) 已逐渐减少传统手工铺叠的工艺，转而采用各种自动化铺放或其它自动化成型技术，降低了制造成本，提高了制造质量和效率。纤维束铺放技术：纤维束自动铺放工艺是将预浸丝束或窄的预浸料在几乎没有张力的情况下，按制件形状铺放纤维束，充分利用材料，无边角废料，节省了原材料；适于制造整体件，减少零件数目，节省了制造和装配成本；既适于制造机身蒙皮、导管等形状复杂的制件，也适于制造机翼水平安定面等大尺寸平面构件；既可用于热固性树脂基复合材料成形，也可用于热塑性树脂基复合材料成形。这种工艺用于制造V22飞机复合材料结构，减少材料消耗40%，零件数目减少90%，制造工时减少70%以上。F22战斗机机翼采用该技术完成了机翼上下蒙皮的叠层工作，外形尺寸约为6.OmX5.7m，并有一定曲度，厚度变化为从翼尖的3.8mm变化为翼根的14.2mm，每个机翼蒙皮的重量约为113公斤，减重45kg。自动铺带技术：可以明显提高生产效率和原材料的利用率，提高复合材料制件性能质量稳定性，适宜制造曲率变化不大的大型复合材料构件。有研究表明，手工铺叠复合材料效率为3磅/小时，而自动铺带技术能达到1530磅/小时；手工铺叠复合材料废料量为1520%，而自动铺带技术只有5%左右。从上世纪80年代起，美国已应用自动铺带机生产了B1和B2轰炸机的机翼蒙皮、NavyA6轰炸机机翼、F22战斗机机翼、波音777飞机机翼、水平和垂直安定面蒙皮、军用C17运输机的水平安定面蒙皮、全球鹰PQ4B大展弦比机翼等构件。90年代后，西欧开始研制生产自动铺带机，如西班牙的11轴铺带机和法国的双工位铺带技术。EADSCASA在欧洲最早使用自动铺带技术生产复合材料结构，生产了如A330和A340水平安定面蒙皮、A340-600尾翼蒙皮、Dornier728喷气飞机的水平和垂直安定面蒙皮、A380的水平和垂直安定面蒙皮。树脂传递模塑(RTM)技术：其优点是不需要制备预浸料，材料成本减少；不用热压罐，设备投资少，可连续自动化进行生产，节省工时，减少手工劳动；采用预成形体，结构零件数减少，工装模具和装配工作量减少，工艺辅料使用少。RTM工艺是目前研究和应用的热点之一，开发了一系列经改进的RTM工艺，进一步提高了工艺速度，改进了制品质量，降低了工艺成本。如辅助真空RTM(VARTM)、低温固化RTM(LTRTM)、自动化RTM(ARTMIS)、热膨胀RTM(TERTM)、连续成形RTM(CRTM)、压差式RTM(DP-RTM)等。美国新一代战斗机F-22大量采用了液体成型的织物复合材料，据报道，有360个制件采用此技术制造，每个制件平均重量约为253kg，采用这项技术后比原设计节省开支2.5亿美元。应用范围从次承力构件到主承力构件，这些构件包括前机身隔框、油箱构架和壁板，中机身武器舱门帽型加强筋、机翼中间梁、尾翼梁和加强筋等。尤其值得注意的是采用这种技术制造了主承力I型梁和正弦波梁。在F-35飞机研制过程中采用了一种RTM和自动铺放技术结合的制造大型整体（无紧固件）结构的新方法，这种方法称为CoRTM，例如F-35的S形进气道就是采用三维编织加强筋和纤维铺放的CoRTM制造的，结果紧固件减少95，减重36.4kg，成本降低20万美元。（3)实现固化方式多样化。非热压罐固化工艺大量出现，使固化过程更便捷，与传统固化方式相比，节省了大量能源。非热固化工艺研究包括微波、电子束(EB)、超声波、X射线等固化方法。开展工作最多、最有发展前景的是电子束固化工艺，它是利用电子加速器产生的高能电子引发树脂聚合或交联。该工艺的优点是：固化温度低、复合材料制造成本大幅降低，仅是热压罐工艺的1/101/20；模具材质要求不高，可用木模、泡沫塑料模、树脂模等，节约了模具成本；固化过程效率高，几分钟即可完成，速度比热固化快7倍以上，根据制造结构不同可节约成本20%60%；由于室温固化，热应力小，成形时无低分子挥发物，复合材料空隙率低，也减少了环境污染；可与RTM、拉挤、缠绕等自动化工艺结合，正在走向工程实用阶段，有可能成为21世纪广泛采用的复合材料成形方法。（4)复合材料生产过程数字化模拟已有很大进展，并在生产过程中广泛应用，减少了研制过程中的差错率，缩短了周期，降低了成本。随着对复合材料生产过程认识的深入，理论分析水平不断提高，数字化模拟技术及其商业化软件不断推广。建立铺层、浸渍、固化成形等工艺过程模型和人工智能模拟，提高自动化程度和制品合格率，减少出现废品，RTM、RFI、热塑性树脂复合材料成形以及编织技术都采用了这种技术。（5)企业大多具备自行或联合研发专用设备的能力，既节约了采购成本，又充分满足了企业自身的需要，使零件制造摆脱了传统的对人的过分依赖，保证了零件的高精度、高一致性和高效率生产。1.1.4 国内碳纤维复合材料的应用现状和发展趋势国内经过30多年的研究，采用进口碳纤维制备的复合材料在军机结构上的应用取得较大发展。如直9国产化后复合材料用量提高到了36%以上，未来拟研发的飞机对复合材料用量提出了25%的要求。我国复合材料在航天飞行器上的应用也发展很快，如长征运载火箭在卫星接口支架、有效载荷支架、井字梁、高蜂窝板、环框及芯杆组件等零部件均采用了碳/环氧复合材料。但是，使用的碳纤维均为进口碳纤维。目前，国内复合材料仍以手工铺放和热压罐固化方式为主，已经引进了一些先进的制造设备，并跟踪国际发展方向，开发和完善新型工艺技术。目前的状态如下：（1) 以手工铺放和热压罐固化方式为主。在复合材料结构制造技术方面，热压罐成形技术已广泛采用，共固化和共胶接技术也得到了应用，各型飞机的复合材料构件大都采用此方法制造，如直9、EC120座舱、尾段等，歼八复合材料垂尾、歼八II带整体油箱复合材料机翼、歼10复合材料垂尾、方向舵、鸭翼蒙皮、歼11B带“工”字长桁加筋的复合材料垂尾壁板和全动平尾壁板等，目前正在开展的舰载预警机垂尾、民机平尾、机翼等项目的研制。（2) 正在向着数字化生产方式转变。引进了多种国外先进生产设备，复合材料结构制造的自动化水平不断提高。相关企业先后引进了复合材料数控下料机、激光铺层定位系统、编织机、缝合设备、RTM注射机、数控缠绕机、数控复合材料加工设备、蜂窝加工设备、复合材料自动无损检测设备等。哈飞从国外新引进的自动铺带机极大地提高了我国复合材料结构制造的自动化水平。今后的发展应用动向：（1）在热压罐成形技术的基础上，发展多种低成本制造技术。树脂传递模塑(RTM)和树脂膜渗透(RFI)工艺技术已有较多研究，开始进入应用阶段。编织/缝合预成型件/RTM制造技术的研究，突破了近净尺寸预成形技术、流动浸润控制技术、模具设计技术和工艺优化技术等关键技术。（2）采用低温固化制造技术在歼击机、大型飞机、直升机、无人机和卫星得到了试验性应用，获得2005年国防科技进步奖一等奖和2007年国家技术发明二等奖，今后要扩大应用范围。（3）电子束固化复合材料技术621所已经研制成功国内综合性能最好的电子束固化复合材料，拥有全部自主知识产权，已经试用于高高空无人作战平台结构，并正在开发此项材料用于缠绕成形的复合材料结构。（4）数字化制造技术数字化制造技术及数据库的研究取得初步成果。621所和哈飞共同承担的国防基础科研项目“复合材料构件数字化生产线及其支撑技术研究”的研究目的是建立一个集团公司级、技术先进、管理先进、面向用户的航空复合材料数据体系及数据库，和一个依托在企业的航空复合材料制品数字化制造生产线，为航空复合材料科技工业的跨越式发展奠定扎实的技术基础和支撑平台。当然数据体系及数据库建立比较容易，但复合材料工程数据以及支持复合材料构件设计、制造、检测等专业的知识系统的充实还需要更多项目和单位的支持。（5）数字化模拟技术模拟技术开始研究。利用相关软件，针对具体的制件需求，开展了预成型体制备和RTM注射过程的数字化模拟，有力地支持了重点型号任务制件如螺旋桨、尾斜轴和方向舵的工艺设计和工艺优化，提高了研制效率、降低了工艺试验成本，逐步开始从传统的工艺研究“试错”研究模式向数字化模拟优化模式转变。1.2 项目对产业发展的作用与影响碳纤维是一种与国民经济和国防安全密切相关的关键材料，是发展先进武器装备所必需的原材料，特别是战略导弹和战斗机急需的高性能纤维之一，也是卫星、航天飞行器、核能设备及隐形武器等迫切需要的结构及功能材料的主要增强材料。1975年11月张爱萍将军主持了7511会议，正式确定碳纤维作为尖端武器关键材料组织全国力量攻关，但由于方方面面的诸多原因，迄今我国仍然停留在低性能碳纤维生产水平上，远远不能满足我国国防和经济建设的需要。目前我国的武器型号主要使用外国产碳纤维，小丝束碳纤维（1-6K）供应源极其不稳定并且从2005年开始对中国实行了事实上的严格禁运，国内民用领域需要的大丝束PAN（12-36K）PAN碳纤维也基本依赖进口并且用量受到了制约。2004年进口量达到了4000多吨。面对如此重大和紧迫的国家需求，十五期间我国对碳纤维的关键技术和稳定化工程技术给予了有力的支持，特别是国家863计划碳纤维专项和中国科学院方向性创新项目的启动和进行，有效地提高了我国碳纤维制备的关键技术、工程化水平和应用技术，国家自然科学基金委重点项目在碳纤维制备方面进行了一些初步的探索。通过十五期间以上项目的执行，使我国碳纤维制备与应用技术有了长足的进步，并准确地发现和凝练了一些关键科学问题，为国产碳纤维及其复合材料的应用与发展奠定了良好的基础。开展国产碳纤维复合材料及其在飞行器上应用技术高技术产业化示范工程项目，推动航空航天工业碳纤维复合材料研究和结构制造技术的发展，重点解决当前国产碳纤维复合材料在大飞机项目及其它系列飞机改型工作的瓶颈问题以及满足稳定批量生产的需要，是国家中长期科技发展的需要，全面提升中国航空航天工业在国际上的竞争力，促进产业的发展，具有十分重要的战略意义。1.2.1 是保证国家具有战略性关键技术的需要复合材料技术对国防技术来讲，是一项具有战略意义的关键技术。特别是在航空工业，各种先进的飞机无不与先进的复合材料技术紧密联系在一起。在以美国为代表的西方国家，先进的复合材料技术造就了性能卓越的飞机，而每一种新飞机问世的同时，又都大大促进复合材料技术的向前发展。因此，当前复合材料在飞机上应用的部位和用量的多少已成为衡量飞机结构先进性的重要标志之一。不仅是航空工业，在航天、兵器、船舶等工业领域，复合材料制造技术也是推动这些工业向高新领域发展的关键技术。可以说复合材料制造技术的发展与一个国家的航空产业、乃至于整个国防工业现代化息息相关，是一项具有战略意义的关键技术。1.2.2 是保障国防安全的需要自2004年下半年全球爆发了碳纤维危机，国外对我国进口碳纤维实施严格控制，目前军用碳纤维十分紧缺，严重危及武器装备研制生产和未来装备的持续发展，已引起军委和国家领导人高度关切。碳纤维作为国家安全战略物资，绝对不能受制于人。从国防发展的战略角度考虑，武器装备的研制必须立足国产碳纤维，必须应用国产碳纤维复合材料，必须不失时机地解决应用基础问题，以促进国产碳纤维复合材料在航空工业上的高效可靠持续应用。美国民用飞机的研制可以选用日本生产的碳纤维，而军用飞机则一直采用美国本国生产的AS4、IM7、IM8等碳纤维。1.2.3 是大飞机项目顺利进行的需要中国航空第二集团公司科技委副主任崔德刚表示:为保证中国研制的民用大型飞机具有国际竞争力，并达到适航标准，突破10项关键技术之一就是先进复合材料结构设计技术、适航审定的特殊要求的鉴定技术。复合材料构件成形技术是制造大飞机的关键。复合材料是一种由高强度、高刚度增强材料铺设在基体中构成的新型材料，具有高比强度、高比模量、良好的抗疲劳性、隐身性好、抗腐蚀性等一系列优点。在飞机上采用复合材料意味着可以明显减轻飞机的结构重量，提高飞机的性能。欧洲空中客车公司的超大型客机A380，碳纤维复合材料的用量占结构总重的15%。复合材料在美国B787飞机上的用量达50%，机身和机翼部位都采用碳层合板代替铝合金，机体蒙皮结构几乎全是复合材料。随着我国大飞机项目及其它系列飞机改型工作的启动，由于系统功能提升、载荷增加以及对着陆和防腐的特殊考虑，如不对飞机所用材料体系作重大更动，飞机结构重量系数将显著增加，飞机的整体性能也将受到严重影响。因此，必将迫切应用碳纤维结构复合材料。1.2.4 是国家科技发展的需要复合材料现已在航空航天工程、交通运输、高层建筑、机电工业、化学工业、竞技体育等领域获得了广泛的应用，并显示出其不可取代的重要地位。复合材料不仅是新材料研制的典范，而且也是21世纪多功能、高性能、智能化新材料研究的重点方向。在一定程度上，可以说复合材料的研究水平和应用程度是一个国家科技发展水平的体现。如果不发展复合材料结构制造技术，将对复合材料的应用产生严重的制约作用。目前，我国航空产业的发展进入了一个关键时刻。先进性能的飞机、直升机对复合材料及制造技术在航空上的应用提出了很高的要求。在国内航空制造领域，复合材料结构在飞机上的应用正在逐步提高；但是，在主承力结构的工程应用方面还没有突破性的进展。一些新材料、新工艺和相关的设计方法，特别是低成本制造技术、复合材料数字化制造技术及材料、设计、工艺一体化技术仍处于很低的水平，还没有形成产业规模。对于国内目前正在研制的一些高性能的飞机和直升机来讲，国内的复合材料技术，无法满足其对机体重量、隐身、质量以及低成本的要求。复合材料技术，特别是复合材料制造技术成为制约我国航空发展的瓶颈问题之一。1.2.5 是突破我国飞行器产业发展瓶颈的需要在我国，复合材料技术经过近30年的学习引进、自主研究和开发应用，在一定程度上取得了相当大的进步。通过几个“五年计划”的预先研究，取得了一批研究成果。但是，我国现阶段的技术水平与国外先进国家相比，差距很大：原材料制备能力较低；复合材料制造技术发展比较分散，没有形成统一的技术发展规划；研究机构、高等院校、企业单位各自为战；成果转化弱，企业没有成为技术研发的主体。在型号的研制中，有些技术的工程应用研究还要重新走一遍，形成低水平的重复研究。开展国产碳纤维复合材料及其在飞行器上应用技术高技术产业化示范工程项目，有助于凝聚国内整个配套产业的力量，突破技术发展瓶颈，形成产业规模，满足稳定批量生产的需要，提高我国航空工业的竞争力。通过本项目的研究，可使国产碳纤维复合材料的使用性能满足飞机部件的要求，指导国产碳纤维高性能化研制和指标体系的科学表征，实现国产碳纤维自主研制与国产碳纤维应用的有机衔接。通过研究碳纤维复合材料工艺技术，建立应用标准，可解决当前国产碳纤维复合材料在飞行器上应用的瓶颈问题，推动航空工业碳纤维复合材料研究和结构制造技术的发展。1.3 产业关联度分析1.3.1 促进相关产业的发展国产碳纤维复合材料及其在飞行器上应用技术高技术产业化示范工程项目可以带动下列行业：金属生产与加工业（铝等有色金属）、化工业（塑料、漆、胶等）机械工业、纺织业、交通业等通过材料和产品的销售与出口，带动国产材料及产品扩大国内市场份额，进入国际市场参与世界经济的竞争。同时生产过程中，将有原材料与器材消耗，也将对其他相关行业（煤碳、电力、原材料、化工等）形成拉动作用。1.3.2 提高我国国防工业的技术水平通过国产碳纤维复合材料及其在飞行器上应用技术高技术产业化示范工程项目，可以系统地提升我国复合材料的生产能力，设计技术、生产工艺和管理技术，缩短我国碳纤维复合材料生产与应用同西方国家的差距，进一步全面实现与世界先进水平的接轨，提高国家国防工业的技术水平。1.3.3 促进我国航空航天制造业的产业化发展随着产业化发展，高新技术应用的成熟，开展与各航空航天院校的密切合作和课题研究，拉动院校的科技理论研究工作，并将理论成果转化为工程实践，对促进我国航空制造业的产业化发展，提高我国航空工业的整体水平，带动国内相关产业的发展将具有十分重要的现实意义。使我国拥有了按国际先进管理要求的工程技术队伍和管理队伍，满足国际先进适航要求的产品验证队伍以及建立具有满足国际ISO9001要求的质量保证体系的能力。1.4 市场分析以国产海豚飞机为例,全机复盖件70%是复合材料件，已生产架，与法国合作的EC-120直升机机体，复合材料用量占重量35%，已生产500多架份，取得了多国适航认可，该机已销售到世界地。近年来国外军机，民机中复合材料构件迅速增加，继B-787复合材料构件已达结构重量50%以后，正在开发中的A350其复合材料构件更将达结构重量52%。根据中央有关部门指示精神：大客先进性应相当于B737下一代水平的目标，而且要考虑到飞机出来后当时的国际水平。根据此精神，复合材料构件在大客/大运上都应得到大量采用。我国复合材料在航天飞行器上的应用也发展很快，如长征运载火箭在卫星接口支架、有效载荷支架、井字梁、高蜂窝板、环框及芯杆组件等零部件均采用了碳/环氧复合材料。但是，使用的碳纤维均为进口碳纤维,价格昂贵并受人制约。1.5 与国家高技术产业化总体思路、原则、目标关联情况本项目以国产碳纤维界面表征与增效设计，预浸料工业化生产、国产碳纤维复合材料构件设计制造技术为主线，旨在突破国产碳纤维复合材料应用的关键技术，建立国产碳纤维及其复合材料性能表征与评估、国产碳纤维预浸料制备、大型复合材料构件制备和复合材料检测等平台和应用标准，形成国产碳纤维复合材料研发与工程应用的产业链，全面提升我国高性能复合材料设计开发制造水平，打破碳纤维材料国际垄断现状，促进碳纤维原材料产业、预浸料制备产业、航空复合材料构件制造产业以及相关产业的技术升级和发展，加快技术创新的建设步伐，满足大飞机研制项目中碳纤维复合材料构件制备，这完全符合国家高技术产业化的指导思想、总体思路和目标要求。2 项目技术基础2.1 承担单位技术基础和能力2.1.1 哈飞集团技术基础和能力哈飞集团是目前国内最大的航空复合材料产品生产基地，年产各种飞机/直升机的各种复合材构件2000多个品种，复合材料制品40多吨，产值近4亿元。是国防科技工业树脂复合材料结构制造技术研究应用中心，并即将建立中国空客复合材料制造中心原中国航空工业总公司于1995年下达航空计（1995）957号文确定哈飞集团为“直升机机身树脂基复合材料构件批生产基地”。经过20多年几个阶段的发展，哈飞集团具备了较好的复合材料制造技术基础，建立了完整配套的复合材料研发、制造、检测、实验技术体系，锻造了一支熟练掌握应用复合材料相关技术的高素质专业队伍，掌握了国际先进、配套齐全的标准规范，拥有相当规模的复合材料知识数据库，