涂料复合纤维技术的问题
以高性能增强纤维,特别是以碳纤维为增强相的*复合材料,近年来在世界上了得到了人所共知的快速发展。*复合材料是典型的军民两用材料,*复合材料技术是典型的军民两用技术。
我国的复合材料事业起步并不晚,六十年代末进入复合材料领域,我们应用的规模与水平,设计的方法与观念,材料的基础与配套,制造的工艺与设备均严重落后。落后是的,差距是越来越大了。
涂料复合纤维技术的问题
*复合材料对国方建设和国民经济发展有极为重要的作用,国内对此*认识不足。复合材料能够带来20-30%的减重,相比之下,国外不是这样,我们国内认识上时间迟后,高度上不到位,特别是有技术决策权的高层技术*,这导致了我们今天应用发展的严重落后。当前*复合材料已在以航空航天为核心的国方*领域、能源领域、建筑领域、地面交通领域(包括汽车)、舰船领域、运动休闲以及广大的工业等领域,开创了的发展空间和机遇,所以我们必须提高思想认识,站在经济化的高度,以开放的思想,前瞻的目光和创新的思维,充分认识大力发展*复合材料技术的重要意义和其光明的前景。
复合材料技术,包括碳纤维、芳纶等增强纤维技术,学科交叉,协作面广,需要相关政府部门有力的组织、支持和投入。而在这方面我们和国外相比存在较大的不足和差距。
国内与国外相比在复合材料技术领域缺乏战略上、整体上的规划与研究,投资亦显严重不足。致使我们基础研究薄弱,预研不踏实,导致技术上落后,许多基础理论和工程实际问题未获解决和很好解决。基础理论方面如破坏机理与极限强度分析问题、从微观损伤到宏观失效问题、确定性和非确定性分析方法等问题;工程实践上,如材料许用值与结构设计值合理确定问题,质量控制与标准合理制制订等问题、性能测试与共享数据库建设问题、大面积整体成型与胶接结构的分析问题、使用保障与修理维护的问题等。以飞机设计而言国外普遍有20-30%的减重效果,而我们普遍达不到20%。实践中诸问题的存在使复合材料的应用置信度不够,效果不足,使人觉得效益不大,花钱不少又麻烦不小,故普遍存在“不敢用、不好用、不爱用”的现象,实质是“不会用”,*地限制应用的发展,说明预研远没给应用提供必要的技术基础。
与金属材料相比,复合材料应用分外讲设计、材料与工艺三者密切结合。但三者中设计是,这个舞不起来,扩大复合材料应用就是一句空话。道理很简单,设计之前本无复合材料,只有纤维和基体,复合材料是设计出来的。国内三者中,设计这一环节显薄弱,已严重制约了我国*复合材料应用的发展。以航空航天为核心的国方*部门尚且如此,其它民用部门情况尤甚。时至今日我们应该明白:设计上不去,应用起不来!
复合材料设计,包括计算分析,是一个专门的技术。上认为培养一个成熟的复合材料设计师至少需要10年。国内严重缺乏有经验的复合材料设计人员,已普遍影响到复合材料的应用发展。如复合材料设计中有特色的乃是铺层设计,但国内很少有人真正掌握铺层设计的原则和方法,弄不清材料许用值和结构设计值的来源和用法。有些人知道一点强度理论,但不知道复合材料强度、刚度计算的工程方法,甚至不了解上通行的分析和验证用的“积木式”(bba-building block approach)方法,很少有人具体掌握复合材料连接设计、疲劳耐久性设计、损伤容限设计、稳定性设计、环境影响及其防护设计、修理设计等许多具体设计技术和要领。设计人员发不出符合上述诸原则的设计图纸来,试问生产部门如何进行具体的选材和制造?复合材料*的连接设计,我们现有的计算方法仍是以前验证过的方法,已有人指出并不太准确。新的系统的方法我手中就有,但近年来推广宣传不够,并未太用。
制造技术发展滞后,设备需改造更新
制造是现代复合材料技术中占有至关重要的地位,一切产品都要通过制造方能变为现实。制造技术包括制造方法、成型工艺、模具技术、无损检测以及制造设备等诸方面的问题。与国外相比我们于该方面差距更大。有鉴于此,西方发达近年来纷纷制订低成本的复合材料发展计划,发展低成本的复合材料综合技术。
创新是一个民族技术发展的灵魂,事关国民经济发展的命脉,当*分重视和强调,近总理还在号召“大众创业,万众创新”,但在复合材料技术领域却表现出重视不够,创新能力不足,与外界相比缺乏原始技术创新。
如美国由国方部出面联合工业界于1996年发起并执行一个10年的低成本复合材料计划,即的cai(composite afforability initiative)计划,近年来总结认为取得了巨大成果,并已用在f-35和b787等机型的工程应用中,声称要给出一个设计/制造示范性的转变,要降低总成本的50%。此外美国的各大飞机公司,如波音、洛克希德等也都有自己的低成本计划。欧洲则继tango计划后又有ask计划等,此时要减轻结构重量的30%,节省成本的30%,也是多国多部门联合执行。
低成本技术应包括低成本的设计技术、低成本的材料技术、低成本的制造技术。其中核心是低成本的制造技术,因其占了成本的大部份额。以航空航天而言其占约80%的份额,民用则可占60%左右的份额。所以核心是要大力发展低成本的制造技术。这一点对民用领域尤其重要。如汽车领域应用复合材料,笔者认为其成败的关键主要就在于快速成型的低成本制造技术的成功研发。
正确看待成本国内也存在问题,国内容易重视一次性投资成本,而忽视了综合成本和全寿命成本。使用保障的内容主要包括复合材料结构生产和使用中的可检性、可维护性、互换性和可更换性,重要的是可修理性。当军民用复合材料大量投入使用后,修理问题必然会提到议事日程,修理问题不解决,应用发展必将会受到严重影响,这是不言而喻的。
复合材料结构在制造和使用过程中必然会有各种缺陷和损伤,诸如分层、裂纹、冲击损伤、表面划伤、雷击损伤以及战伤等等。这些都需要修理。以修理技术而言,可包括修理选材、修理方法、修理设备,修理检测和修理设计等诸多方面。国外自上世纪80年代初即已进行了系统研究,现问题已基本获解决,但还在发展研究中。外场修理用的热补仪、便携式无损检测设备等均已成套出售,人员多已完成上岗前的培训,修理规范已完成制订,现正在向数字化、自动化修理前进。
随国内复合材料产事业的发展,对相关专业人才提出了强烈的需求。目前的情况是缺乏掌握现代设计技术和工程制造技术的人才,即人才现状不能满足应用发展的需求。
发现问题就能及时的解决问题,我国是一个有五千年智慧结晶的,虽然现在涂料复合纤维技术还存在一定的技术缺陷,但是我们一经发现了问题,并重视这些问题,慢慢的我国这项技术就会成为领前与世界各国的技术,我们在不断改进,不断地总结经验。
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