航空领域——电网用复合材料,国际上对于导线材料研究的主要目标是提高导线的输送能力,主要侧重于以下三个方面:提高导线的导电率,导电率的提高意味着可以降低线损,提高导线的输送能力。提高导线的耐温水平,对于受热稳定控制的输电线路来讲,导线耐温水平的提高,意味着输送能力的增加。降低芯材的线膨胀率,线膨胀率的降低,意味着在夏季满负荷运行时,导线的驰度稳定,运行更安全。碳纤维复合芯铝导线和杆塔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、提高电网的安全运行水平、提高电网的输送能力与效益,节能环保、节约土地资源,以及促进国产碳纤维的可持续发展,具有重大现实和战略意义。规划目标:在十二五期间,形成年产高性能碳纤维复合芯50000km的生产能力,在现有基础上提高输电线路10%以上的节能效果,推动我国电力技术进步和工业节能减排;形成复合材料杆塔研究与设计、制造技术,开发出10KV~500KV系列输电复合材料杆塔产品,建成一条独立的复合材料杆塔生产线,全面进行产业化建设。大型电厂复合材料烟气脱硫设备,与金属材料或其它无机材料相比,复合材料具有耐腐蚀、耐热、耐磨蚀及免维护等特点,是结构功能一体化的新材料,成为烟气脱硫设备的关键材料。规划目标:电力行业用复合材料达到100万吨。
航空航天领域——航空领域,四代军用飞机材料的发展需求、目标和重点,特点:①具有超音速机动和超音速巡航能力;②具备一定的隐身能力;③超视距攻击能力和夜战能力;④高可靠性、可维修性及高耐久性。对材料要求:大量采用轻质、高比强、高比模材料;某些部位的材料需要具有对电磁波和红外隐身特性;大量采用损伤容限型材料;材料环境适应性高;高压液压系统要求高。重点发展的材料:树脂基复合材料;铝锂合金;各类钛合金;隐身材料;新型超高强度钢;高性能透明材料;新型功能材料。先进民用飞机材料发展的需求目标和重点,特点:①安全性、可靠性要求高;②采用损伤容限设计;③耐久性要求高;④舒适性;⑤经济性和竞争力。对材料要求:①重要材料必须经过适航认证;②要求材料具有轻质/高强/高温/耐久等特性;③高可靠性要求材料性能实验数据要按一定数量来满足民机设计数据的统计要求;④耐腐蚀性和环境适应性高;⑤消声阻尼减振的要求高;⑥舱内材料要求阻燃、无毒、低烟雾密度、高热释放速度;⑦低成本材料与技术。重点发展的材料:①适航条件与技术;②损伤容限型高纯铝合金;③损伤容限型钛合金;④超高强度钢;⑤内装饰材料;⑥减振阻尼材料;⑦材料损伤容限数据测试及方法研究;⑧低成本材料与技术。⑨先进复合材料。规划目标:航空用复合材料达到20万吨。
航天器,航天器材料的发展目标是:减轻结构重量。卫星结构重量占整星的重量由20%下降到10%。在设计上采用先进的设计方法,在材料的选择上选用高性能的材料,如超高模碳纤维超高模高强碳纤维和相应的树脂基体材料。长寿命。卫星寿命由8年提高到15年,卫星在高真空中运行时间的增加,相应承受紫外辐照、电子及质子辐照的剂量增加,特别对有机材料提出更高的要求。高可靠。到目前为止,卫星发射后还没有因材料的缺陷造成卫星的事故,但必须用高质量材料制造出卫星结构,保证卫星的高可靠性。特别是复合材料,应降低材料性能的分散性。降低价格。材料的价格目前太贵,主要高模碳纤维靠进口,只有我国能小批量生产出高模碳纤维,价格才能下降。需重点发展的航天器材料包括超高模碳纤维复合材料、超高模高强碳纤维复合材料。结构胶粘剂。防原子氧保护层。卫星活动部件的表面超硬、耐磨、润滑膜层。铝合金和铝-锂合金。金属基复合材料。空间站的柔性太阳电池帆板。高可靠、长寿命的密封圈。规划目标:航天用复合材料达到10万吨。通用飞机用复合材料,从国内看未来通用飞机发展潜力是巨大的,2008~2017年需要通用飞机近5000架,约占全球总需求量的12%,其中有21%是公务机,其余79%是通勤、作业、培训和运动等用途的飞机。随着先进碳纤维复合材料及其加工技术的快速进步,在通用飞机制造领域,新型飞机设计开始越来越多地采用先进复合材料。在高油价时代,复合材料结构轻巧、维修费用低廉的优势极大地冲击了铝材承力结构一统天下的局面。
统计表明2007年通用飞机上复合材料的用量,在总材料用量中所占比例(重量比)已经高达57%。预计未来10年这一数字将上升到69%,这是一个重要的发展趋势。通用飞机的关键结构部件,如翼梁、机身梁、水平安定面、操纵面以及其他承受高载荷的结构件均用碳纤维/环氧树脂复合材料制成;其他大部分结构如机身及机翼蒙皮等则采用E玻璃纤维/环氧树脂复合材料制成。规划目标:民用航空复合材料产品达到50万吨。最后提出了对策和建议:国家应将复合材料纳入重点支持产业方向。发挥政策引导作用,如对环保油罐等高新产品进行税收优惠;加强行业标准、规范的研究工作,提高行业企业整体技术水平;加强创新投入,科研为产业服务:以科技创新为先导,规模化产业为支撑,稳步发展复合材料产业;注重新产品、新技术的研发,培育新的产业化项目;对重要产品,建议实行生产许可证制度、开展认证制度,发挥地方政府主管部门、协会及国家玻璃钢制品质量监管检验测试中心等机构的领导、服务、监管作用,加强市场管理,用有效的手段保证产品与工程的质量;重视废弃物的资源化处理,2009年我国复合材料废弃物总量已达300多万吨,而年新增复合材料废弃物约10万吨。争取到2013年年底,完成一条5000吨复合材料废弃物的无害化处理、回收利用示范线的建设工作,到2015年,在全国形成10条线的规模,每年无害化处置复合材料废弃物5万吨。