碳纤维在制造大型飞机中的应用

　　去年，我国正式启动了大型飞机制造计划，这是一个振奋人心的喜讯，几十年的梦想就要实现了，人们受到极大鼓舞。现在，制造大型飞机离不开碳纤维，我国化学纤维工业“十一•五”发展规划中已将碳纤维列为鼓励发展的高新技术纤维首位。制造大型飞机将促进我国碳纤维工业的快速发展，发展碳纤维也必将为我国的大型飞机制造做出贡献，并促进我国化纤工业的合理化。

　　1、大型飞机制造项目再次启动

　　我国航空事业已有50多年的历史，其产业规模仅次于美国和俄罗斯。制造大型飞机是我国40年的梦想，因为这是衡量一个国家科技水平、工业水平和综合国力的重要标志之一，我国从第一代领导人开始就有制造大型飞机的愿望。毛泽东主席曾经说过：“我们是一个大国，世界上有的东西，我们不能样样都有，但是重要的东西，如飞机和汽车，我们就一定要有”。1970年8月，我国第一个大型飞机项目“运十”正式启动，并于1982年9月首飞上天，只比欧洲晚起步2年，遗憾的是以后搁浅了，没有继续发展。直到2006年2月9日，国务院颁布“国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006年～2020年)”，大型飞机被确定为“未来15年力争取得突破的16个重大科技专项”之一。2007年2月，国务院常务会议原则上同意大型飞机立项，并批准了在2020年前开始制造大型飞机的计划。同年12月，温总理在西安视察时，再次表达了中国发展大型飞机的决心：“国家已经对外宣布了，就是说我们必要做(大型飞机)，而且一定要成功！”。

　　大型飞机是指起飞重量超过100吨的运输类飞机，包括军用和民用大型运输机，也包括150座以上的干线飞机。大型飞机制造工艺复杂，涉及行业门类众多，目前国际干线飞机市场一直被波音、空客两家公司所垄断。我国重新启动大型飞机制造计划，是基于多年来科学领域的预先研究，综合国力的不断增强和机械、电子、冶金、化工、材料、能源、信息及计算机等许多基础产业和高新技术的发展，也说明我们已经具有了经验积累、经济实力和技术基础。特别是“运十”和ARJ21支线客机的制造成功等为我国研制大型飞机奠定了基础，我们的国产大型飞机将一定如期飞上蓝天。

　　2、碳纤维在航空航天领域的应用

　　碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90%以上。它是由有机母体纤维(粘胶、沥青、聚丙烯腈等含碳量较高、在热处理过程中不熔融的化学纤维)经预氧化、碳化、石墨化等工艺制成。其主要用途是与树脂、金属、陶瓷、水泥等基体复合，做成结构材料。碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)为典型代表，其比强度、比模量等性能是现有结构材料中最高的。

　　碳纤维开始于19世纪60年代，在20世纪50～60年代工业化，是应宇航工业对耐烧蚀和轻质高强材料的迫切需求发展起来的。目前，有粘胶基、沥青基和聚丙烯腈(PAN)基三种原料体系的碳纤维，粘胶基和沥青基碳纤维用途较单一，产量有限，PAN基碳纤维由于生产工艺较简单，产品力学和高温性能优异，而且兼有良好的结构和功能特性，发展较快，已成为高性能碳纤维发展和应用最主要和占绝对优势的品种，是当前碳纤维的主流，其产量占90%左右。碳纤维主要用于高性能结构及功能复合材料，在航空、航天、兵器、船舶及核工业等国防领域具有不可替代的作用，同时广泛用于体育休闲用品和产业领域，是世界各国高度重视的战略性基础材料。目前，主要产品是包括以美国为代表的大丝束碳纤维(48K～480K)和以日本为代表的小丝束碳纤维(1K～24K)两大类。日本不仅是碳纤维的主要生产国，而且是世界各国高质量PAN基碳纤维的供给国，垄断了小丝束碳纤维(标准产品为12K／24K)的生产，左右着世界的碳纤维市场。东丽公司生产的小丝束碳纤维其产量和质量居世界前列，代表了当今碳纤维的世界水平。

　　2006年，世界PAN基碳纤维的生产能力为3.8万吨／年(其中小丝束2.92万吨／年、大丝束0.88万吨／年)，生产量为2.7万吨。由于供不应求，一些生产厂家正在扩大生产能力，预计2008年世界碳纤维的生产能力将达到4.86万吨／年。从2005年开始，世界对碳纤维的应用表现出极大兴趣，特别是大型民用客机开始大规模使用碳纤维复合材料，市场供求紧俏，价格上扬，2006年更是有价无市。第一波士顿信贷银行(CSFB)人士指出，未来几年，世界碳纤维需求将以年均两位数快速增长，市场供应短缺至少将延续到2009年，甚至有可能会延长到2012年。