1、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 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、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3、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981 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4、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5、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LM6、3000200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7、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-AS4393022116177B747IM6524027617176B787IM7537927618177B787IM854473031718B787M40J441037712177M50J393047508188M55J392054007193M60J3920540071948、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9、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710、87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11、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12、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13、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，14、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、15、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16、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17、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18、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19、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20、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21、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22、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23、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24、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25、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26、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27、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28、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29、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30、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31、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32、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“33、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34、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35、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36、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。37、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38、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39、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40、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41、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42、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43、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44、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45、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46、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47、（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，其复合材料研发能力及制造技术水平居国内领先地位。哈飞研制了EC120、长鹰无人机、H425、Z9XX等型号，以及承担了预研项目和国际合作，已具备了丰富的复合材料工程经验和较高的科研创新能力。开发了一些国内领先的复合材料产品，如封闭空间扭曲变截面复合材料管梁、整体成型的48、大展弦比全复合材料机翼、复合材料尾翼、双曲率复合材料机身蒙皮壁板、全复合材料尾撑管等零部件。将进一步着眼于于大型复合材料构件的研发，通过引进与国际交流不断提升研发实力。通过自行研制、国际合作项目和批量生产的实践，哈飞复合材料制造技术居国内领先水平。能够设计、制造各种形状复杂的金属/非金属工装；熟练掌握复合材料工装的设计与制造能力，在复合材料工装工程应用上处于国内领先水平；研制生产的直升机全复合材料涵道大垂尾、全复合材料尾段、全复合材料主桨叶、高频高载荷的尾减管、封闭空间扭曲变截面管梁为骨架的前舱罩、共固化成型的整体机翼盒段，全复合材料机翼等零部件均具有国内先进水平；熟练掌握复合材料夹层结构成型49、整体共固化成型、软模成型、模压成型、结构胶接、真空吸塑成型、桨叶制造、复合材料大部件胶接成型、复合材料模具制造等技术；通过预研项目、数字化生产线等项目，初步形成了复合材料设计制造一体化的技术基础。经过各项建设，目前哈飞已建成了国内最大的复合材料厂房，并配备了各类先进的数字化生产设备，如大型热压罐、铺带机、蜂窝超声加工、大型复合材料专用加工设备、柔性夹具、大型喷水C扫等。这些基础设施，已形成了制造大型复合材料零部件的基本能力。2.1.2 某某工业大学复合材料与结构研究技术基础和能力某某工业大学复合材料与结构研究所长期从事极端环境下防热材料和热结构材料等复合材料的制备，性能检测与表征、材料与结构50、的优化设计等方面的研究。多年来在纤维复合材料的研究方面积累了丰富的材料设计、制备、评价等经验，并取得了大量的成果。拥有“特种环境复合材料技术”国防重点实验室，以及Instron试验机、C扫描仪、X-射线探测仪、超高温复合材料力学性能测试设备、多功能快速原型制造系统、树脂基复合材料制备系统、复合材料固化工艺在线监测系统等复合材料研究专用设备。2.1.3 某某玻璃钢研究院技术基础和能力某某玻璃钢研究院是我国最早从事树脂基复合材料研究的专业机构之一，是国家树脂基复合材料工程技术研究中心的依托单位。某某玻璃钢研究院在纤维缠绕技术、拉挤技术、先进复合材料及其制备技术、热塑性复合材料成型技术、热固性热熔预51、浸技术等方面处于国内领先地位。其配套产品涉及航天、航空、船舶、兵器、核工业等多个领域。拥有先进工艺设备和试验仪器近300台，其中包括多台数控纤维缠绕机、热熔预浸机组及其配套设备、数字控制张力器、固化炉、Magna-IR550傅立叶变换红外扫描仪、DSC差示量热扫描仪、Instron万能试验机、多通道静态应变仪、多通道Vision动态应变仪、大型Anasys有限元计算软件、35MPa高压气泵站、三坐标测量仪、高压水泵等工艺和试验装备，可为本项目研究提供良好的工艺和试验手段。哈玻院在长期的复合材料研究和生产中积累了丰富的实践经验，锻炼出一支成熟稳定的专业队伍，具备了承担本项目研究工作良好的基础和条52、件。2.1.4 北京航空材料研究院技术基础和能力北京航空材料研究院（621所）在复合材料领域的基础研究、高性能材料体系研制和应用、先进制造技术、结构-功能一体化技术、数字化模拟与仿真、复合材料配套技术等方面具有国内领先的技术实力。表5 621所现有设备、设施表序号单位621所1厂房面积12000 m22净化面积1500 m23热压罐0.8x1m;1.5x3m;(3.5Mpa,400);3.5x4m;3x6m;5x17m4下料设备Lectra和格伯自动下料设备共2台5铺层投影设备激光投影系统（1套）6缝编设备德国产三轴编织设备（144+72纱）7RTM设备RTM注射机（英国）高温注射机8无损检测53、设备超声C扫描设备;超声A扫描设备;X射线设备等9无损检测仪器傅立叶变换红外和拉曼光谱仪、X射线能谱仪、电子显微镜，热分析、流变分析仪，色谱等10预浸设备30厘米热熔预浸机、120厘米热熔预浸机、丝束和织物湿法预浸机11蜂窝生产设备蜂窝涂胶机;蜂窝片切机12压机TMP液压真空压机多台13修补仪复合材料修补仪14软件ANSYS ,SYSPLY ,LS-DYNA,PANM-RTM,PAM-FORM,FiberSIM北京航空材料研究院已经建立了从无损检测、密封防护到结构修理的较为全面的综合配套技术。2.2 取得的成果及知识产权情况通过型号研制、国际合作、预研/科研等工作，哈飞集团等单位在碳纤维复合材54、料界面机理研究、预浸料生产工艺、复合材料在飞行器上的应用等领域取得了丰硕的具有自主知识产权的研究成果，为推动我国复合材料技术进步奠定了坚实的技术基础。项目获得的经验和掌握的技术如下：(1) 建立了复合材料数据库和较完善的复合材料设计数据体系。(2) 初步建立了复合材料构件典型结构参数化设计知识库，形成了哈飞集团自己的标准规范体系。(3) 共固化结构设计工艺一体化的铺层设计技术(4) 复合材料分析与优化设计技术(5) 复合材料连接设计技术(6) 复合材料稳定性分析技术(7) 二维编织物复合材料冲击损伤性能(8) 共固化结构成型工艺及工装设计技术(9) 积木式试验验证技术(10) 双曲率复合材料构55、件变形控制技术(11) 无损检测技术(12) 全复合材料机翼的设计和制造，应用了多项先进设计与制造技术。(13) 采用了整体化设计技术，取得了很好的成果，该技术成果具有国内创新性，国际先进性。大面积整体共固化工艺制造技术、超长大尺寸部件的成型变形控制技术(14) 将复合材料应用技术由次承力结构应用提高到主承力结构应用，大幅提升了复合材料技术水平。(15) 复合材料蜂窝夹层与层板混合结构共固化成型工艺获得突破，解决了成型工艺的难点问题，复合材料大部件共固化成型工艺与制造实现了突破性飞跃，对今后的飞机结构设计具有重大的意义，经济应用前景广阔。(16) 研制成功国内首件直升机全复合材料机身主承力结构56、，填补了国内空白，达到了国内领先，国际先进水平。(17) 大尺寸复杂型面部件的成型变形控制技术取得突破，整体共固化机身尾段无翘曲变形，变形小于2mm，在国内该项技术处于领先地位。(18) Y11B、Y12型飞机和H425、H410、Z9A型直升机取得了中国适航当局CAAC型号证书，尤其Y12型飞机还取得了美国适航当局FAA、英国适航当局CAA的型号证书。(19) 大尺寸超薄金属内衬复合材料贮箱现已通过用户单位的现场技术验收，已交付2套合格贮箱产品，并申请复合材料压力容器相关发明专利3项，其中授权两项。 2.3 已完成的研究开发工作及突破的关键技术2.3.1 哈飞集团哈飞集团已成功开发了一些处于57、国内领先技术的复合材料产品，如封闭空间扭曲变截面复合材料管梁、大展弦比整体成型的全复合材料机翼、复合材料尾翼、双曲率复合材料机身蒙皮壁板、全复合材料尾撑管等零部件。“十五”预研项目“复合材料机身主承力结构”采用整体化设计思想，运用了设计/工艺/制造一体化技术，采取大规模整体共固化设计制造方法，突破6项关键技术：共固化工艺成型技术；复合材料优化技术；复合材料设计许用值；冲击损伤研究；无损检测技术；复合材料连接技术。达到减少零件和工装数量、降低成本的目的。“复合材料数字化生产线”预研项目有效缩短了型号研制周期。比原来缩短43%，有效地支持新型号飞机加速发展的需要和型号研制任务的顺利完成。降低研制成58、本。制造成本比原来节约20%。提高设计质量，减少制造过程反复，减少人为差错90%以上。减少重新设计和工程更改，减少返工和废品，减少缺陷和产品的故障率。优化设计制造管理过程。提高公司整体管理效率，减少管理层次和环节、降低管理成本；能够有效地保证知识、技能的不断积累和利用，减少资源的浪费；强化各部门的协调能力，减少技术决策风险，降低技术协调成本。2.3.2 某某工业大学复合材料与结构研究所某某工业大学复合材料与结构研究所在十五期间，承担了多项国防“973”和“863”重点项目，完成的“国产碳纤维在高速飞行器上的应用”军民结合863项目研究工作及取得的成果为本项目开展奠定了坚实基础。在十五期间，承担59、了国防863重点项目：大尺寸超薄金属内衬复合材料贮箱的研制项目。研制过程中突破了小角度特种稳定纤维缠绕技术；超薄金属内衬的自动焊接技术；复合材料贮箱变形协调控制技术；复合材料贮箱界面粘接技术等多项关键技术，解决了长期困扰我国挤压式发动机用贮箱的技术瓶颈。通过用户单位的现场技术验收，现已交付2套合格贮箱产品，并申请复合材料压力容器相关发明专利4项。研制生产特种稳定纤维缠绕成型及封头铺放等专用设备五套，纤维复合材料固化设备两套，建有纤维复合材料与制品性能与检测系统，为本次研究提供了必要的物质基础。国家973项目“国产高性能聚丙烯腈PAN碳纤维基础科学问题”。该项目主要解决高性能碳纤维制备过程中的基60、本科学问题，揭示国产高性能PAN碳纤维原丝的结构形成及其在复杂外场作用下的演变特征，研究PAN原丝结构控制和影响碳纤维最终结构性能的内在规律，通过对国产碳纤维表面形态与结构的调控研究，为制备高性能碳纤维提供规律性的认识和途径，该项目为本项目的上游，可为本项目开展提供纤维基础。科技部863相关研究计划。主要针对高速飞行器用碳纤维复合材料贮箱开展了国产碳纤维复合材料的应用研究，在研究工作中发现：国产碳纤维表面组织结构及复合材料界面结构与进口T300碳纤维有较大的差别；国产碳纤维在缠绕工艺中存在断丝、起毛等现象。为本项目凝练科学问题提供依据。2.3.3 某某玻璃钢研究院某某玻璃钢研究院是我国最早从事61、树脂基复合材料研究的专业机构之一，是国家树脂基复合材料工程技术研究中心的依托单位。某某玻璃钢研究院在纤维缠绕技术、拉挤技术、先进复合材料及其制备技术、热塑性复合材料成型技术、热固性热熔预浸技术等方面处于国内领先地位。其配套产品涉及航天、航空、船舶、兵器、核工业等多个领域。拥有先进工艺设备和试验仪器近300台，其中包括多台数控纤维缠绕机、热熔预浸机组及其配套设备、数字控制张力器、固化炉、Magna-IR550傅立叶变换红外扫描仪、DSC差示量热扫描仪、Instron万能试验机、多通道静态应变仪、多通道Vision动态应变仪、大型Anasys有限元计算软件、35MPa高压气泵站、三坐标测量仪、高压62、水泵等工艺和试验装备，可为本项目研究提供良好的工艺和试验手段。哈玻院在长期的复合材料研究和生产中积累了丰富的实践经验，锻炼出一支成熟稳定的专业队伍，具备了承担本项目研究工作良好的基础和条件。2.3.4 北京航空材料研究院北京航空材料研究院(621所) 是最早从事与树脂相配套的预浸料制造工艺及设备的研究单位，经过近30年的发展已拥有包括自行研制和美国、俄罗斯进口预浸料设备10余台（套），满足国内先进复合材料对不同性能，不同规格预浸料的需求。热熔法预浸料树脂含量可控制在3060 %2，使我国的预浸料技术水平达到西方90年代中期水平，促进了国内先进复合材料的广泛应用。北京航空材料研究院自上世纪80年63、代初在中国率先开展了Nomex蜂窝的研制工作，从原料性能研究、工艺参数控制到批生产，已经积累了十分丰富的经验，尤其是采用先拉伸定型、再浸胶固化、最后片切修整的工艺技术处于国内领先地位。现已建立起一条稳定优质的小批量蜂窝研制生产线。研制出各种规格的Nomex蜂窝具达到美国和法国宇航材料标准-AMS3711B、DHS142115ST的技术要求，已先后应用到各种歼击机和直升机的天线、雷达罩、整流罩、尾梁、发动机罩、水平尾翼、垂直安定面、减速板、付翼、方向舵、襟翼、货舱、地板、隔板、壁板、舱门等，对飞机减重、改善各项性能起到了关键作用。2.4 技术工艺特点以及与现有技术工艺比较所具有的优势 现有碳纤维64、复合材料应用技术是基于国外碳纤维材料，而该项目紧密围绕国产碳纤维复合材料及其在飞行器上的应用产业化目标，通过关键技术研究和技术应用，建立国产碳纤维复合材料性能综合分析评价平台、预浸料制备技术与适用性评价平台、大型复合材料结构件制备平台、大型复合材料结构件检测与评价平台、国产碳纤维复合材料结构试验验证平台和国产碳纤维复合材料技术标准平台。全面提升我国飞行器国产复合材料的应用技术水平和产业化能力。2.5 对行业技术进步的重要意义和作用我国自20世纪60年代开始碳纤维研究开发至今已有近40年的历史，但进展缓慢，同时由于发达国家对我国几十年的技术封锁，面对国外在技术、设备、品种和性能等方面激烈竞争、迅65、速发展的局面，我国碳纤维生产可以说只处于起步阶段，与国外相比有很大差距，无论产量、质量均不能满足市场发展需求,随着我国经济的快速发展和面对碳纤维与日俱增的需求,至今没能实现大规模工业化生产，工业及民用领域的需求长期依赖进口，严重影响了我国高技术的发展，尤其制约了航空航天及国防军工事业的发展，与我国的经济社会发展进程极不相称。所以，研制生产高性能、高质量的碳纤维，以满足军工和民用产品的需求，扭转大量进口的局面，是当前我国碳纤维工业发展的迫切任务。虽然国际上一些公司T300级原丝和碳纤维产品对我国开始解冻，但碳纤维及其复合材料的生产是关系到国防建设的高科技技术，必须立足国内。自从碳纤维工业化生产以66、来，世界各国都特别重视其应用开发。随着价格不断降低，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，目前已大量用于应用于航空航天上。从目前空客和波音两大航空制造巨头的激烈竞争来看，在飞机的材料和技术选择上，不大量使用复合材料的飞机是没有任何竞争力和发展潜力的。空客和波音在每一个新机型的宣传以及与对手的比较中，都会将复合材料的用量作为一个最重要的卖点来炫耀自己而贬低对手，波音787复合材料已经用达到50%，空客重新启动A 350XWB 项目，为了同波音787进行竞争，复合材料的用量已超过50% ，达到了52%，目前67、复合材料的用量多少是衡量一个飞机的先进程度、舒适程度、可靠性程度的重要指标。通过本项目的研究，为国产碳纤维复合材料快速、高效、可靠地应用于飞机提供系统的理论基础和技术储备，必将促进国产碳纤维的良性发展和航空航天技术的进步。先进复合材料是航天高技术重要组成之一, 对航天工业有特别重要意义。国内外的经验都表明先进复合材料对降低航天飞行器的质量, 对新一代航天飞行器的“小型化”、“轻量化”有决定性的影响。可重复使用天地往返运输系统是一个集现代各种高技术于一体的庞大体系，由于航天发射成本十分昂贵，每公斤高达数十万元，因此为降低进入空间运输系统的有效载荷成本，其自重是关键因素。无论从结构质量还是从所占有68、的几何空间，发动机燃料贮箱都占据极大比例。轻质、高强的可重复使用复合材料燃料贮箱对减轻发动机重量具有重要意义，这也是发展复合材料燃料贮箱的最主要的推动力。因此，在合理选择复合材料的基础上，有必要对传统的结构进行优化设计，充分发挥材料的潜力，在满足使用性能要求的前提下，尽可能地减少无效重量，达到轻量化的目的，并形成大型先进复合材料燃料贮箱制造与评价一体化技术系统, 为新一代空间作战飞行器的挤压式发动机的研制带来革命性技术突破。碳纤维复合材料高压燃料贮箱的研制成功，打破了困扰我们多年的高马赫数飞行器挤压式液体火箭发动机研制的一个技术瓶颈，是继美国、俄罗斯等国之后又一个掌握该项技术的国家，从而会推动69、一系列型号的挤压式火箭发动机的研制成功，为我国各种类型的火箭发动机性能的提升带来了积极的促进作用，对航天事业的发展具有重要意义，在航空发动机、固/液发动机、卫星推进系统等诸多领域也具有广泛地应用空间和发展前景，必将产生巨大的社会效益和经济效益。3 项目建设方案3.1 建立国产碳纤维复合材料性能综合分析评价平台3.1.1 建设的主要内容复合材料应用于飞行器结构必须不仅要承受复杂、长时的疲劳载荷、意外冲击载荷等作用，而且还要承受温度、湿度等严苛的外部环境因素的考验。随着航空航天飞行器性能的不断提高，对结构复合材料的性能要求也越来越高。同时，复合材料自身具有组分多元性、结构多重性、失效模式多样性，这70、些特点使得复合材料性能演化预测十分复杂。对于树脂基结构复合材料，湿热环境条件对复合材料力学性能的影响非常明显，可导致复合材料的强度和刚度下降。特别是国产碳纤维复合材料湿热性能普遍低于进口T300碳纤维复合材料，而某些树脂体系的国产碳纤维复合材料湿热性能又反常，其内在本质与机理尚不清楚。这些问题的存在将严重影响国产碳纤维复合材料的可靠应用。本平台将深入分析国产碳纤维复合材料微观结构演化机制，建立与发展服役环境下复合材料性能演化的表征与预测方法，从而掌握国产碳纤维复合材料力学性能演化规律。3.1.1.1 平台技术建设采用理论与实践相结合的方法，利用先进的仪器设备、新的表征方法和经典的基本理论开展以71、下主要研究工作：（1）国产碳纤维表面组织结构量化表征采用原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电镜（TEM）、高解析电子显微镜（HREM）等先进表征手段，研究纤维表面组织结构的参量表征方法，建立国产碳纤维表面组织结构的量化表征体系。包括纤维表面粗糙度、沟槽特性、纤维的表面物理组成、纤维孔洞缺陷及其在纤维中的分布、纤维微晶尺寸、表面不饱和碳原子数目、化学基团种类与含量等。在纤维表面物理化学组成和结构表征评价基础上，研究分析纤维表面能及其影响因素和纤维表面物理化学特性等随温度变化规律，建立碳纤维的系统参量表征体系，为界面增效设计奠定关键基础。（2）国产碳纤维与飞机用树脂复合物理化学72、本质及相容性的影响以界面扩散与界面反应理论为基础，结合热力学与动力学原理，在分析碳纤维表面能、表面形貌、化学极性与树脂体系表面张力、极性等的亲和机理基础上，重点研究国产碳纤维与树脂基体浸润、粘结过程的相容性原理，分析考察纤维与树脂体系复合的物理化学作用机制，着重分析树脂粘滞特性、碳纤维表面粗糙度对树脂/纤维的润湿时间效应，掌握树脂在碳纤维表面铺展动力学过程的主控因素，以良好的界面粘结为宗旨，研究固化过程树脂与纤维表面的渗透扩散作用与界面反应机理，分析纤维表面化学组成对界面粘结的匹配要求，从而建立树脂体系与国产碳纤维复合过程的相容性匹配准则。（3）国产碳纤维复合材料微结构组成与表征在纤维与树脂间73、物理化学作用机制研究的基础上，利用原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电镜（TEM）、高解析电子显微镜（HREM）、X射线光电子能谱（XPS）、拉曼光谱（Raman）等先进表征手段，通过界面微结构的系统观测，研究复合材料微结构的物理化学组成和结构特性的变化与规律，重点分析碳纤维表面微特性与上浆剂对复合材料微结构组成的影响，验证纤维/树脂物理化学相容性机制，发展微结构厚度、尺寸、形态、组成、力学特性等表征方法，实现复合材料微结构物理化学以及力学等特性的量化表征，建立复合材料微结构的表征参量体系。（4）国产碳纤维复合材料界面作用机制与复合材料性能控制方法根据国产碳纤维复合材料界面74、微结构的特点，研究其界面传载机制、应力分布与界面吸能效应，总结出复合材料界面与主要力学性能内在关联机制与规律；通过宏微观匹配对复合材料性能影响规律的研究，建立多目标、多参量的界面增效设计理论；通过成型过程纤维性态变化、匹配树脂体系、工艺适用性等分析，建立复合材料性能控制方法。（5）国产碳纤维复合材料性能演化分析与过程仿真在复合材料微结构演变机制分析的基础上，从细观、微观层次建立和发展复合材料微结构动态演变分析模型；针对复杂载荷环境下复合材料性能的长时演化，从组元材料的微结构及其匹配性分析材料缺陷敏感性，建立复合材料性能衰变过程细观损伤演化与能量沉积分析模型；根据损伤蔓延的跟踪算法，通过复合材料75、损伤萌生增长累积蔓延的全程数值模拟，预报复合材料性能演化规律，实现复合材料性能演化过程的可视化仿真。（6）国产碳纤维复合材料性能演化预报综合考虑湿热环境和长期承载的服役特征，采用多参数试验系统，测试与分析复合材料性能演化过程，定量描述载荷环境、材料组分与界面以及成型工艺方法对复合材料性能演化的影响；建立国产碳纤维宏观性能实验测试方法，得到复合材料宏观性能变化规律；利用微结构演变机制和演化过程仿真方法，预报复合材料服役条件下的使用性能，并与实验测试进行比较验证，实现国产碳纤维复合材料性能定量化预报；建立国产碳纤维复合材料从微结构到宏观性能演变的协同分析方法，掌握国产碳纤维复合材料使用性能演变规律76、，为飞行器国产碳纤维复合材料结构设计提供理论依据。3.1.1.2 平台基础建设（1）购买视频光学接触角测量仪和哈克模块化先进旋转流变仪国产碳纤维与飞机用树脂体系复合时，纤维与树脂基体将会发生浸润作用。纤维与树脂浸润的好坏直接影响界面的性能。因为只有在良好的浸润条件下，才能使增强材料和基体之间的接触角达到近程距离，排除表面吸附的气体，降低复合材料孔隙率，使界面分子间的作用力和化学键得以发生，从而使得界面具有强的粘接性能，最终保证复合材料具有优异的力学性能。因此，通过对接触角的测量可以有效表征国产碳纤维与树脂体系的浸润性能，从而为国产碳纤维与飞机用树脂体系的相容性研究提供试验基础。OCA40全自动77、显微接触角测量仪定为精确，皮升级液体注射量就可以完成在微型样品表面（如单根纤维等）上的液体滴加。满足特殊样品的表面分析。可测范围0-180，表界面张力测量范围1*10-2-2*103mN/m。通过软件控制可以完成座滴法动、静接触角的测量，分析液滴外形，测量表面/界面张力，分析固体表面的润湿行为，计算固体表面自由能及其组成。哈克模块化先进旋转流变仪可用于分析树脂基体的流变性能。（2）购买全自动激光拉曼光谱仪Raman散射是物质的一种非弹性光散射。当单色光作用于试样时，会产生散射光，在散射光中除了与入射光有相同频率的瑞利光以外还有一系列其它频率的光，这些光对称地分布在瑞利散射光的两侧，但其强度比瑞78、利光弱的多，通常是瑞利光强的10-4，是入射光强的10-8，这种散射光称为拉曼光。拉曼谱线的频率虽然随入射光频率而变化，但拉曼散射光的频率和瑞利散射光频率之差，即拉曼位移却不随入射光频率而变化，而与样品分子的振动、转动能级有关。因此，拉曼光谱（Raman光谱）是聚合物基复合材料常用的表征工具，它可以提供聚合物材料结构的许多重要信息，如分子的结构和组成、立构规整性、结晶和取向、分子相互作用以及表面和界面的结构等。Raman光谱作为分析和评价碳基材料表面部分有序化的程度的一种方法，其作用深度可达100nm左右。（3）购买全自动比表面积及中孔、微孔分析仪可有效分析国产碳纤维复合材料中的微孔缺陷。当国79、产碳纤维与飞机用树脂体系复合时，由于在成型过程中小物质分子的挥发，溶剂的残留等等都会在复合材料内部产生空隙，严重影响材料的性能。全自动比表面积及中孔、微孔分析仪可以全自动快速有效地分析比表面积及中孔/微孔，进行单点、多点BET比表面积、BJH中孔、孔分布、孔大小及总孔体积和面积等多种数据分析。（4）购买高加速寿命试验箱/环境应力筛选试验箱和应力应变综合数据采集纤维增强复合材料的强度不仅依赖于各组元的性能，更是与损伤积累和失效的机理有关，其失效行为通常非常复杂，所以纤维增强复合材料的强度比其弹性模量更难于预测。材料中损伤产生的方式以及损伤累积到某种临界状态而发生最终失效的过程受复合材料结构多方面80、因素的影响，包括纤维类型及其分布、纤维长径比、纤维与基体间的界面粘接等。目前，预测纤维增强复合材料强度的软件由于在模拟失效时存在不确定性，应用时需要慎重。对材料的机械性能的了解和掌握是进行结构设计和应用的基础。每种产品在设计之前，都应根据材料的工作环境，对材料的基础参数和性能进行测试和分析。高加速寿命试验箱/环境应力筛选试验箱和应力应变综合数据采集主要用于测试服役环境下的国产碳纤维复合材料性能演化。（5）购买纳米压痕仪和研究级智能数字全自动立体显微镜界面是复合材料极为重要的微结构，它作为增强纤维与基体连接的“纽带”对复合材料的物理、化学及力学性能有着至关重要的影响。第一，界面影响到纤维与基体之81、间的应力传递，从而决定复合材料的强度，尤其是偏轴强度；第二，界面影响到复合材料损伤累积与裂纹的传播历程，从而决定复合材料的断裂韧性；第三，界面直接影响到复合材料的耐环境、介质稳定性，甚至影响到复合材料的功能。树脂基复合材料之所以具有优异的性能，是因为它兼备了增强纤维与树脂基体的优点。但由于增强纤维与基体间的结合及应力传递均取决于界面的性能，因此，纤维与基体间的界面粘接情况的好坏，将直接影响整个复合材料的性能。由于复合材料的界面附近物质含量很少，而且结构相当复杂，因此界面结构的表征始终是一个难题。通过纳米压痕仪和研究级智能数字全自动立体显微镜可有效地表征国产碳纤维复合材料的界面结构与性能。3.182、.2 采用的技术路线及技术特点（1） 技术路线（见下页）不同温度、湿度下复合材料性能多参数试验表征材料组分、界面对复合材料性能演化的影响规律成型工艺对复合材料性能影响的规律和表征环氧树脂体系其它成型方法界面设计热压罐成型双马树脂体系多尺度损伤分析复合材料损伤演化动力学方程湿/热/力耦合损伤蔓延跟踪算法复合材料损伤演化过程的可视化仿真多体系国产碳纤维复合材料性能预测模拟结果是否与实际相符YN湿热、疲劳条件物理化学变化服役环境的数值模拟技术服役环境的试验模拟技术材料性能测试微观组织分析脆性-韧性转变机制吸水动力学行为力学性能测试DMTA断口微观组织形貌微观结构损伤分析模型微观结构损伤演化动力学方程83、微观结构损伤机理微观结构演变机制（2）技术特点通过本平台的建立，围绕国产碳纤维及其复合材料微观结构的量化表征与性能演化规律，技术特点如下：（1）采用国际先进测试分析手段对国产碳纤维表面组织结构进行量化表征，为界面增效设计奠定关键基础；（2）以界面扩散与界面反应理论为基础，重点研究国产碳纤维与飞机用树脂体系基体浸润、粘结过程的相容性原理，揭示了国产碳纤维表面形态对纤维与树脂复合物理化学本质及相容性的影响；（3）通过界面微结构的系统分析，研究复合材料微结构的物理化学组成和结构特性的变化与规律，建立了复合材料微结构的表征参量体系；（4）通过宏微观匹配对复合材料性能影响规律的研究，建立多目标、多参量的84、界面增效设计理论；（5）通过复合材料损伤萌生增长累积蔓延的全程模拟，预报复合材料性能演化规律，实现复合材料演化过程的可视化仿真。（6）建立湿热环境下与疲劳载荷作用下国产碳纤维复合材料性能演化的分析预报方法。3.1.3 设备选型及主要技术经济指标具体情况如下见表6：表6. 设备型号及主要技术经济指标序号设备名称型号生产厂家单位数量设备价格（万元、万美元）单价合计其中外汇1全自动显微接触角测量仪OCA40德国台122222全自动激光拉曼光谱仪LabRAM Aramis法国台135353全自动比表面积及中孔、微孔分析仪ASAP 2020系列美国台180804哈克模块化先进旋转流变仪HAAKE MAR85、S德国台115155高加速寿命试验箱/环境应力筛选试验箱REAL96美国台115156纳米压痕仪NHT欧洲台11601607应力应变综合数据采集中国套175758研究级智能数字全自动立体显微镜SteREO Discovery V12德国台19898合计5003.1.4 平台建设费用 1建设工期为三年，即20082011年，该平台经费预算1400万元，具体见下表：。表7. 各项任务经费分配及需求科目投资金额（万元）设计费200材料费340外协加工费0专用费300试验费300固定资产管理费60管理费150工资费50合 计14003.2 建立预浸料制备技术与适用性评价平台在我国有多家研究和制造预浸料86、的研究院所和生产厂，一部分是生产高性能的碳纤维及芳纶纤维增强高性能树脂基体的预浸料，用于航天航空工业中。一部分是普通性能的预浸料，用于钓鱼竿等体育器材的生产中。但无论是高性能还是普通预浸料，其供应数量也不能完全满足国内需求，尚需一定量的进口预浸料。而且，尚无利用国产碳纤维批量生产的预浸料，也无专为自动带铺放工艺研制和生产的预浸料。因此有必要建立预浸料制备技术与适用性评价平台，以满足航空制造业对原材料的需求。3.2.1 项目的产能规模（1）年产500吨碳纤维复合材料预浸料。（2）年产500件各类碳纤维复合材料制品，包括神舟飞船用碳纤维复合材料主承力结构件、风云二号等卫星用碳纤维复合材料结构件等。87、3.2.2 建设的主要内容3.2.2.1 平台技术建设采用理论与实践相结合的方法，利用先进的仪器设备、合理的方案开展以下主要研究工作：1）预浸料成型理论与方案的设计热熔预浸成型方法理论研究树脂种类、组分、含胶量的优选2）预浸料成型工艺研究预浸料成型过程中多尺度（束间、束内）浸渍模型预浸料成型过程中介态材料性能演化预浸料成型工艺参数优化与质量控制 3）预浸料适用性评价预浸料基本性能测试表征预浸料适用性评价体系研究4）国产碳纤维预浸料工业化制造技术研究树脂基体与纤维的浸渍温度、压力及速度等工艺参数关系研究宽幅预浸料切分和收卷方法研究3.2.2.2 平台基础建设购置热熔预浸机、激光投影铺层定位系统等88、关键工艺设备。1）热熔预浸机预浸机是一种先进的复合材料半成品生产设备，由其生产的预浸料可任意裁减成需要的形状，铺放成任意角度，是一种广泛应用于复合材料模压和铺放等工艺的半成品。预浸料铺放工艺是复合材料结构件成型一种不可缺少的重要工艺。哈玻院现有一台热熔预浸机，是八十年代中期进口美国自动化动力公司（Automatic Dynamics）的实验室设备，幅宽只有300mm，该机是专门为实验室研究工艺技术和材料性能而制造的小型设备，在设计上不具备连续生产功能，主要表现在两方面：主牵引电机功率偏小，长时间使用易发热，需停机；同时预浸料冷却台的冷却能力不高，长时间使用时预浸料冷却不完全，不能正常收卷。生产89、效率有限。目前该机使用近二十年，其张力控制系统、树脂供应系统和动力系统等部件经过长期使用已严重老化，设备联动性差，长时间使用会出现树脂供应不稳定、纤维张力不均匀等现象，导致预浸料的厚度、含胶量和力学性能波动较大，严重影响铺放质量。一旦出现这些现象就必须停机检查和进行调整。该设备虽经两次大修改造，但由于型号已被淘汰，厂家已不生产该设备，无法购置相应配件，改造效果一直不理想。预浸料生产能力严重不足的问题是哈玻院复合材料批量生产急需解决的最大瓶颈问题。急需购置一台幅宽1000mm预浸机，以满足生产要求。2）激光投影铺层定位系统复合材料激光投影铺层定位系统是近几年才发展起来的一种先进的复合材料专用设备90、。目前已在飞机制造、造船、汽车和建筑等领域的复合材料加工/铺层、布线、喷漆、定位、切割等工艺中被采用，效果显著。它采用全数字化生产过程：自动下料机切割下料；通过激光定位进行铺层，显著提高铺层的精度、连续性、质量和工作效率。与传统手工铺层比主要优点如下：精度为手工铺层的4倍，效率可提高40%。可节省铺层模板及其相关的装配、存储、修理等费用，简化铺层过程，提高精度，减少人为错误，降低报废率，从而降低生产成本。对生产时间和材料的使用可进行实时跟踪。通过改变数据文件，可立即完成铺层尺寸和形状的改变。自动校验，修正工装位置，避免工装移动造成的铺层错误。神舟飞船用碳纤维复合材料主承力结构件、风云二号等卫星91、用碳纤维复合材料结构件等采用的都是铺放工艺方式成型，铺层复杂，角度变化多。铺层完全依靠人工铺放，层数靠人工计数，精度差，产品尺寸不稳定，生产效率低，质量不易控制。需购置1台激光跟踪投影定位系统自动监测产品的铺层状态和数量，及时纠正工艺中的操作失误，提高产品的铺层效率、铺层精度和成品率，保证产品的质量稳定性。3.2.3 采用的工艺技术路线及技术特点1）预浸料制造和成型工艺技术路线预浸料制造结构优化设计工艺方案确定预浸料下料工装模具设计、加工工艺参数确定铺放成型固化加工脱模无损探伤试验总体尺寸及形位公差检验表面涂装包装出厂芯模表面处理原材料复检预浸树脂体系研究2）预浸料制造和成型技术特点自纤维增强92、聚合物基复合材料诞生之日起，人们就不断地研究和开发新的制造工艺技术。近年来，预浸料成型技术发展迅猛。预浸料生产技术是一种机械化程度非常高的工艺技术，其各种参数一经确定，即可进入小批量生产阶段，产品质量重现性相当高，工艺质量非常稳定。采用预浸料成型制品则是制造高性能复合材料的重要方法之一。预浸料是将增强材料与树脂基体充分浸渍形成的带状或片状中间基材，是一种可供流通的半成品。预浸料可任意裁减成需要的形状，铺放成任意角度，可广泛应用于复合材料模压和铺放等工艺。目前，已经商品化的预浸料种类和牌号很多，其性能不同，用途也不同。但具有特殊用途的预浸料尚需自行研制。可用于预浸料的增强材料种类有玻璃纤维、碳纤93、维和芳纶纤维等有机纤维，增强材料的形式有单向纤维、无纬带、织物或毡等；可用的基体有热固性和热塑性树脂。制造预浸料的工艺方法也有很多种，如：溶液法、热熔法、纤维混杂法、静电粉末法、流化床法等等。目前国内外应用的热熔预浸料，绝大部分树脂基体是高性能、高成本的树脂体系，加之热熔预浸工艺中所用辅助材料较多，而且价格偏高，致使热熔预浸料的成本较高。如果采用碳纤维、芳纶纤维、PBO纤维等高性能纤维作增强材料，就会生产出高性能高成本的热熔预浸料，用于具有高要求的航天航空及军事产品中。由于树脂含量均匀、挥发物含量低等优点，高性能高成本预浸料被广泛应用于航天航空制品中。哈玻院自九十年代初开始研究预浸料工艺原理和94、工艺技术，积累了大量研究数据和实际经验，已研究开发成功多种规格的航天用碳纤维预浸料，在神舟飞船和其他国家重点军工项目中得到实际应用。3.2.4 设备选型及主要技术经济指标1）热熔预浸机由于该设备是制造军用复合材料的关键设备，国外对中国封锁很严，美国等国家禁止向中国出口。在国内，只有山东光威集团、杭州机电设计研究院（以下简称杭州院）等少数几家单位生产。拟选用杭州院的设备，其整套设备价格为550万元。技术参数如下：基材宽度：1000mm纱筒个数：400个工作车速：1-10m/min退卷筒芯内径：76毫米 筒芯外径：100毫米退卷最大直径：600毫米收卷最大直径：700毫米收卷筒芯内径：254毫米，95、筒芯外径：264毫米传动方式：交流电机分部传动，全数字调速系统。浸渍工作压力为（00.6MPa）0.01MPa，可任意调节。加热方式：热油循环加热加热板、热压辊工作温度为（90130）3,可任意调节。冷却方式：循环介质冷却冷却板工作温度10。年产纤维预浸料500吨。系统价格： 550万元2）激光投影铺层定位系统激光投影跟踪铺层定位系统国内没有厂家生产。国外厂家也很少，该设备仅有美国LPT公司的LPT1型激光定位系统和加拿大Virtek公司生产的Laseredge系统两种，两个系统的价位基本相同，功能相近。加拿大Virtek公司生产的Laseredge系统与美国LPT公司的LPT1型激光定位系统96、的技术性能差异如下表：表8 LPT1与Laseredge技术指标比较技术指标LPT1Laseredge工作范围1.815m36m或1015m聚焦功能自动聚焦手动聚焦通讯接口快速以太网并行接口真实3D功能（通过Z轴对目标投影/接收反射）有无投影头机箱冷却系统有无投影头内置计算机有无（需要独立的计算机）（反射式）电流计CTI6850CTI6820机箱形式全封闭防尘机箱不全封闭系统投影精度0.007”0.015”逆向建模精度0.05mm1.00mm投影线移动（更新）速度450m/s320m/s文件生成形式Fiber Sim；Covers；Autocad；IGES；DXFFiber Sim；Cover97、s高精度镀层激光发生镜片有采用普通光学镀层最大5Mw人眼安全绿色激光束有高强度激光，经衰减满足人眼安全要求经过以上对比分析，拟选用美国LPT公司的LPT1型激光投影铺层定位系统。据了解，该公司被波音公司指定为全球唯一的供应商。该公司LPT1型激光投影铺层定位系统主要性能有以下几点：光源：经欧洲CE和CDRH Class IIIA认证的激光；光束直径：0.81mm；光束移动速度：300m/s；工位尺寸：21m三维生像系统，投影精度0.36mm（+/0.18mm），投影高度为1.8-15m，具备马达驱动自动聚焦功能，使用WINDOWS NT操作系统并以10base-T以太局域网与用户内部联络，通讯98、协议为TCP/IP。系统价格约为280万元。3.2.5 平台建设费用该平台经费预算：2160万元，具体见下表：科目平台2设计费220材料费550外协加工费170专用费500试验费400固定资产使用费80管理费180工资费60合 计21603.2.6 工期进度表9.工程建设进度计划表序号项 目08年上半年08年下半年09年上半年09年下半年1施工图设计2外购设备订购、运输3工艺技术研究4设备安装5技术准备6人员培训7原材料准备8设备调试、试车9产品标准制订10验收3.3 建立大型复合材料结构件制备平台3.3.1 产能规模(1) 复合材料构件5000多个品种；(2) 年产复合材料制品上百吨；(3)99、 碳纤维原材料年消耗70吨。3.3.2 建设的主要内容国产碳纤维复合材料结构件制备平台的建设分为两个方面， 一方面为技术建设，一方面为基础建设。通过基础建设，带动技术建设，技术建设又将促进基础建设。复合材料结构制造技术是国防产品制造的关键性技术，不仅影响现有结构的制造质量和成本，而且对新型装备的构型设计起着决定性作用。复合材料结构制造技术涉及多个方面，是集材料、工艺、设备、信息技术等多学科于一体的制造技术。并在完善和改进传统真空袋热压罐工艺（劳动密集型、费用高、批量小）的同时，向着低成本化、自动化、数字化方向发展。目前，主流发展技术有RTM等液体成型技术、自动铺放技术、缝合编织技术、共固化技术100、数字化技术和自动铺丝技术等。3.3.2.1 平台技术建设A 自动铺带技术复合材料自动铺带成型技术（ATP）是国际上已经发展成熟的一种复合材料数字化、自动化和低成本制造技术，也是制备大型复合材料结构件的关键技术之一。对保证产品质量，提高产品性能，特别在飞行器减重方面起到极大的作用，已成为先进复合材料制造企业必备的基本制造技术。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3060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。目前世界上复合材料制造较先进的厂商在飞机复合材料构件的制造中均已广泛采用复合材料自动铺带成型技术。目前，美洲、欧洲、亚洲的几十101、家制造商在应用铺带技术制造复合材料制品。如空客德国Stade工厂有一条4台铺带机组成的铺带技术生产线；空客法国Nate工厂从20世纪70年代末开始采用铺带技术，现有十几台铺带机在生产线上运行；空客西班牙的Illescas工厂有6台铺带机在运行。亚洲的日本MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES、FUJI HEAVY INDUSTRIES等也已经掌握了此项技术。相比之下，国内目前为止尚无制备大型复合材料结构件的自动带铺技术及工艺，这类复合材料制品国内一般采用手工或半手工操作制造，其生产效率低，制品质量不稳定。大型复合材料构件的自动化制造技术是其大量应用的瓶颈、亟待突破。哈飞从西班牙102、引进的自动铺带设备，现已完成安装、调试，已具备工程应用的基础。主要研究内容1) 自动铺带的大型复合材料结构优化设计理论与方法 基于自动铺带的复合材料结构数字化设计方法 基于自动铺带的复合材料结构分析技术 大型复合材料结构优化设计理论与方法 纱带轨迹设计规划及最优覆盖理论2) 自动铺带制造技术 基于torlay软件的铺带编程及优化技术 铺带的工装定位及坐标转换技术 铺层下料控制及废料切割优化技术 铺放工艺参数的选择及控制技术 复杂切割路径的铺层及零件局部加强铺层技术 带料的缺陷检测及去除技术3）自动铺带应用技术 国产碳纤维预浸料铺放工艺参数数据库 采用国产碳纤维预浸料成型构件固化工艺参数数据库 103、典型构件验证B 复合材料低成本成型工艺技术近年来，为了获得低成本、高损伤容限和高减重效率的更加先进的复合材料结构,各种低成本制造技术在一些先进国家应运而生，如纤维缝合技术、液体成型技术、低成本工装技术、低温低压固化技术等得到迅速发展和应用。其中液体成型技术应用最为广泛，结合纤维缝合技术，可用于复合材料主承力构件的制造。液体成型主要为RTM工艺并在此工艺方法的基础上衍生了RFI、VARI等工艺方法。RTM的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104、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、尾翼梁和加强筋和主承力I105、型梁和正弦波梁等。可以预计低成本的复合材料制造技术的研究和发展，复合材料这一昂贵的材料和技术将逐步转变成一种通用的用得起的制造技术（Affordable Proccessing）。也必将进一步推动复合材料更加广泛的应用。因此，吸收国内外航空和民用行业先进的复合材料低成本制造技术，采用国产碳纤维材料，突破低成本制造技术在飞行器上应用的技术关键，对发展我国复合材料的广泛应用具有十分重要的意义。主要研究内容1) 预成型体制备技术 缝合工艺技术研究 编织工艺技术研究 缝边工艺技术研究2) RTM成型工艺技术研究 RTM技术适用的机身结构范围研究 RTM预成型体在工装内的铺放技术 RTM成型用环氧树脂传106、递、浸润参数选择与优化控制技术（仿真模拟+试验验证） RTM专用工装结构优化设计、制造技术 RTM制品的无损检测、力学性能测试技术研究3) RFI成型工艺技术研究 RFI技术适用的机身结构范围研究 RFI预成型体在工装内的铺放技术 RFI成型用树脂膜熔融、浸润及固化工艺参数选择与优化控制技术 RFI专用工装结构设计、制造技术 RFI制品的无损、理化测试技术研究4) VARI成型工艺技术研究 VARI技术适用的机身结构范围研究 VARI预成型体在工装内的铺放技术 VARI成型用树脂浸润及固化工艺参数选择与优化控制技术 VARI专用工装结构设计、制造技术 VARI制品的无损、理化测试技术研究C.整107、体成型技术复合材料结构整体成形技术是以共固化和共胶接技术为基础的整体复合材料构件的成形技术。从复合材料技术的发展经历来看，有一个从等代设计到整体化设计阶段的过程。在60年代至80年代初期，为等代设计应用时期，即将常规的金属结构进行按等强度、刚度进行复合材料设计。零件都单独固化成型，然后经过多次胶接或铆接，组装成形。在80年代到现在，为整体化设计应用时期，这一时期，复合材料出现了许多新的成型技术，发展的方向为整体化设计、整体化成型、自动化、数字化成型，主要目的是降低成本、提高效率、扩大应用范围。多腔、多框、多梁复合材料结构是将来飞机结构中采用的典型结构之一，如飞机的尾部、侧壁板、涵道组件、机翼等108、都广泛采用该结构。国外的一些飞机型号中，已经采用全复合材料或部分复合材料来制造此类结构部件。而在国内，除预研项目及少数机型外，其余零件仍单独成型，然后分多次胶接和装配，整体化设计应用处于低级水平。主要研究内容1) 典型整体结构件成型工装结构设计和材料组合形式试验 典型整体结构件所对应的成型工装结构形式 典型成型工装结构所用工装材料和不同工装材料的最佳组合 各种不同工装材料组合结构界面处理2) 整体结构件所用国产复合材料筛选、试验和改进 典型预浸料与夹芯材料的组合形式 典型整体层压结构用预浸料含胶量的最佳范围 典型层压与夹层混合结构预浸料含胶量的最佳范围3) 整体结构件国产材料成型方案设计、试验109、和完善 整体结构铺层设计优化 结构工艺优化铺层设计和辅助铺层方法 成型工艺选择方法工艺操作控制程序、工艺参数的优化4) 国产材料整体结构件成型工艺技术验证 整体结构工艺试验件研制和检测 整体结构设计试验件制造和检测 整体结构设计性能试验D.复合材料构件Invar成型模具的制造技术复合材料构件成型模具按材料类型来说主要分金属模具和复合材料模具。复合材料模具特点：结构轻便，比强度高，热变形小，表面光滑，热膨胀系数与复合材料产品热膨胀系数相当，具有复合材料结构的可修补性，但尺寸精度不高、使用寿命低。金属模具主要采用薄壳式结构，现在主要采用铝材和钢材。其特点为尺寸精度高、使用寿命长，但热变形大，热膨胀110、系数与复合材料产品热膨胀系数相差大，在高温时影响构件固化精度，结构可修补性差。为了降低成本，复合材料制件向大尺寸整体化复杂结构方向发展。同时，要求成型模具应向大尺寸、高精度方向发展。随着复合材料构件尺寸精度和表面质量等要求的提高，已有的工装制造技术不能满足一些构件高质量的要求。因此需要对工装的制造技术进一步研究和开发。目前，国外已在重要复合材料结构上广泛采用Invar钢材料代替钢材制造复合材料成型模具，Invar钢具有热膨胀系数低，结构稳定性好等优点，弥补了铝材和钢材成型模具的不足，具有非常高的成型质量，国内也有厂家引进了Invar模具，但其价格十分昂贵。A320 方向舵 Invar(镍铁合金111、) 成型工装A340方向舵 Invar 成型工装 为了提高复合材料的成型质量，降低Invar模具的制造成本，有必要在Invar模具的制造方面开展研究。主要研究内容1) Invar模具的设计技术 典型模具结构形式研究； 加强结构的典型结构形式，及刚度情况的分析研究；2) Invar模具的成型制造加工技术3) Invar模具的修理维护技术E.真空成型技术复合材料结构件真空成型技术发展较早，但由于采用此技术制备的早期复合材料构件往往由于孔隙率高和性能偏低等而影响了其在航空航天等武器装备承力结构领域的应用。随着复合材料降低成本的要求越来越高以及材料和工艺技术的不断发展，复合材料真空成型技术近年来越来越112、得到重视，新成果也不断出现，国外人们已经可以采用该技术制备出零孔隙（1%）并且性能优异的先进树脂基复合材料，并已经在航空航天领域得到了越来越广泛的应用。树脂基复合材料的真空压力成型技术可以明显降低主要由热压罐技术所带来的高能耗设备和昂贵模具等带来的复合材料高成本，是降低复合材料成本的一个重要途径。该技术在固化过程中不采用费用高的热压罐，取而代之的是低成本的固化炉，用真空袋加负压，且无需采用耐高压工装就可以生产出直升机结构件强度要求的复合材料零件，并可使制造成本降低30-50%。但由于缺乏系统的真空成型工艺与铺层方法的技术基础，目前我国采用真空成型技术制备的复合材料孔隙率偏高，性能偏低，使得真空113、成型复合材料零件不适合用于直升机次承力和承力构件。发展复合材料的真空压力成型技术制备高性能国产复合材料构件，可以显著降低复合材料构件制造成本，扩大复合材料使用范围。对拓展复合材料应用领域和用量，都具有重要意义。 主要研究内容1) 真空压力成型复合材料树脂体系改性研究2) 真空成型预浸料制备技术研究3) 真空成型模具设计技术研究4) 铺层技术对真空成型工艺影响研究5) 真空成型工艺过程中树脂流变规律和浸润机理研究6) 复合材料真空成型工艺优化研究7) 真空成型零件在湿热条件下的性能影响8) 材料融合和胶合技术研究9) 夹层结构复合材料真空成型技术探讨 10) 典型构件的设计和制备F.自动钻铆技术114、随着飞机连接装配质量的提高以及较高生产效率的要求，需要稳定可靠的自动化钻铆设备和技术。自动钻铆技术最早起源于美国，1936年起在美国进入研制阶段，1945年在美国的一些行业开始应用。1961年在波音公司开始进入实用阶段，波音公司在B747机型生产中就已经普遍应用该项技术，国外的航空制造业现已普遍采用自动钻铆技术，包括复合材料自动钻铆技术。国内在70年代初研制过不同型号的自动钻铆机，有的还投入了小批量生产。但由于我国自动钻铆技术基础薄弱，缺乏经验，对国外钻铆技术了解不够，生产中的自动钻铆技术还停留在原苏联的成组压铆的陈旧技术基础上。而且当时国内自动钻铆技术没有新机研制的需求，使自动钻铆技术陷入了115、停顿阶段到了80年代中期，随着各厂转包生产任务的增加，特别是开始独立承接一些民用飞机上部件铆接装配以来，由于这些部件在设计上要求必须采用自动钻铆工艺，于是自动钻铆设计又再度提到日程。在以后的10多年中，我国先后从美国、法国、德国引进各种型号的自动钻铆机10多台，但是由于与钻铆机配套的只有手动托架，因此铆接工件的尺寸和形状均受到很大限制，特别是无法满足双曲度工件的定位要求，此外手动托架的低效率也制约了钻铆机的使用。经过几十年的发展，国内在金属材料自动钻铆技术上已积累了大量经验，而复合材料自动钻铆技术还处于起步阶段，这方面与国际先进技术有较大差距。国内现有的手工复合材料普通铆接和特种铆接技术已发展116、比较成熟。可以进行小部件复合材料和复合材料以及复合材料和铝合金材料的铆接，随着国内大飞机及各种新型通用飞机/直升机的研制，现有的手工铆接方法已不能满足的高可靠性和长寿命的要求。复合材料自动钻铆技术可以解决国内民用飞机的疲劳问题，现在普遍认为，采用自动钻铆技术是改善飞机疲劳性能的主要工艺措施之一，国外飞机设计部门早在设计手册中明确规定：为确保铆接质量，设计时就应考虑使自动钻铆获得最大限度的应用。在当今飞机生产中，自动钻铆技术已成为飞机装配连接的主要发展的趋势，也是飞机工厂现代化的标志之一。采用复合材料自动钻铆技术，可以解决复合材料由于延伸率低、层间强度低、抗撞击能力差等缺陷引起的质量问题，大大提117、高飞机的疲劳寿命和铆接质量。主要研究内容1) 常用复材自动钻铆的工艺参数及特种刀具选择研究与优化2) 典型复材结构部件自动钻铆专用工装的设计和制造研究3) 组件自动钻铆工艺过程优化研究4) 自动定位、注胶和吸尘应用技术研究5) 自动钻铆过程中需要解决激光定位系统的辨识应用问题，密封胶的使用问题、钻铆机的吸尘应用问题等6) 数字信息转换工程应用研究7) 复材自动钻铆对设计、工艺及检验的需求研究8) 不同的干涉量对疲劳寿命的影响G.复合材料切钻技术复合材料的切钻主要是复合材料零部件的切边、倒角、钻孔、锪窝等工序，还可进行复合材料零部件的不等厚度铣切，可加工曲线、圆弧等形状。复合材料切钻工艺可分为手118、工切钻、半自动切割（如高压水）和数控切钻。目前大量采用的切钻方式仍为手工，复合材料手工制孔易出现分层、不圆、位置度、粗糙度等问题；手工外形切割，易造成零件边缘产生分层、毛边、线轮廓度不好等缺陷。因此以自动数控加工代替手工切钻是未来的发展趋势，是数字化技术发展、高质量和高精度互换协调的必然要求。复合材料切钻技术发展过程可大致分为复合材料切钻工装手工切钻、数控金属切钻工装手工切钻、带工作台的加工中心数控切钻、柔性工装数控切钻四个阶段。目前，世界上领先的复合材料制造技术已经进入了机械化、自动化、数字化制造的阶段。国外已经普遍采用五坐标高速数控加工中心进行复合材料零部件的数控加工，工件的定位装夹正在由119、与机床工作台配合使用的专用工装向无工作台的柔性定位工装转向，许多自动化柔性工装和自动化制造技术在此领域得到了广泛的应用目前哈飞集团引进了两台复合材料专用钻铣床，最大尺寸达4米*14米，并采用了世界上先进的柔性装夹系统，具备开展复合材料切钻技术应用研究的基础。.主要研究内容：1) 刃具（刀具、磨具）优化技术2) 复合材料数控加工过程优化研究3) 冷却润滑及切屑处理技术4) 切削参数数据库、工艺知识库研制5) 复合材料构件数控加工的技术规范6) 复合材料典型结构的工艺验证研究H. 复合材料自动铺丝技术自动纤维束铺放或纤维铺放在1980年代初期开始构思。早期机器是由Hercules Aerospac120、e（现在的Alliant Techsystems）和Cincinnati Milacron（现在的Cincinnati Machine）开发的。在1990年代初期，为了制造复合材料零件，主要是军用飞机体系如V-22Osprey（鱼鹰），F/A-18E/F Super Hornet（超大黄蜂）和F-22 Raptor（肉食鸟）的生产程序开始使用纤维铺放。大约在90年代中期，商业喷气式飞机制造商（最著名的Raytheon）开始对机身段使用纤维铺放。今天，为制造许多中度复杂有外形的复合材料零件，纤维铺放是可接受的生产工艺和优先选择的方法。自动铺丝是用取自多个卷筒发复合材料窄带（预浸渍的纤维束或纵向切121、割的预浸料带）的自动化机器工艺。随着每一条窄带的铺放，铺贴头能够添加或去掉单个纤维束以适当地加宽或收窄该带的宽度。这种在有外形的表面保持真实纤维取向的能力，是只有自动铺丝工艺才具有的。该工艺使材料仅铺放在需要之处，从而极大地减少材料废品系数。国外自动铺丝成形技术经过20余年的发展已经成熟，成形设备总运动轴达到7个、丝束数目最大可达48根；最大成形构件达5.516m，型面尺寸及定位精度达到1.3mm。已经成功应用于Boeing747及767客机3m的发动机进气道整流罩、2m的Premier I公务机机身、V22倾转旋翼机后机身、RAH66直升机机身壁板、S76直升机整体尾梁、F22战斗机平尾枢轴122、（工时由728小时降到163小时、废料由97磅降到7磅、零件数由221个降到5个）、C-17运输机混杂复合材料发动机短舱门、F/A-18E/F战斗机平尾外板和GE90航空发动机的风扇叶片、Atlas5型运载火箭防护罩等各类复合材料部件百余种（参见图3），在降低制造成本和提高复合材料性能方面显示出了极为突出的优越性和巨大的潜力。应用最成功的范例有F35战斗机和B787商用机：F35战斗机的复合材料重量一半以上的构件采用自动铺丝技术制造（S型进气道、中机身翼身融合体等）。而B787的整个机身全部采用自动铺丝技术整体分段制造，带来了航空制造技术的变革。自动铺丝机有40多项专利、专利池中的底层核心专利123、均为美国拥有，而美国绝对禁运。2007年西班牙M托雷斯公司研发出铺丝机，该铺丝设备具有更好的柔性和更高的效率。纤维铺放成型技术是典型的低成本、高性能和高度自动化制造技术，具有快速研制和稳定大批量生产的敏捷制造特点，属于我国急需的复合材料设计制造尖端技术，通过哈飞与西班牙M托雷斯公司的合作关系，购买到纤维铺放成型设备，在此基础上研究纤维铺放成型技术，对尽快实现复合材料技术跨越性进步有重大意义。3.3.2.2 平台基础建设A.新增纤维铺放（铺丝）成型设备1台（套）1）购买必要性“低成本、高性能”是目前复合材料技术的主要发展方向，尤其是在已有主要材料体系基础上开发先进的低成本制造技术是当今全球复合材124、料界的共识。纤维铺放技术是近年来发展最快、最有效的自动化成形制造技术之一，目前全世界已经有20多台纤维铺放设备在北美和欧洲运转，用铺放技术研制的各类复合材料部件几十种，在降低制造成本和提高复合材料性能方面显示出了极为突出的优越性和极大的潜力。预计到2010年世界上将有60台纤维铺放机投入使用。纤维铺放技术的发展方向是取消热压罐。纤维铺放成型设备由旋转芯模和多自由度的铺放头（机器手）系统构成，由计算机协调系统控制成型过程。按结构设计所确定的铺层方向和铺层厚度，用多自由度的铺放头将多组纤维预浸纱束/窄带自动铺放在芯模表面，铺放过程中同时加热软化预浸纱束/带、压实形成制品型面。对于热固性复合材料体系125、，既可以成型后采用传统方法放入热压罐热固化，也可以与电子束固化技术结合边铺放边固化从而取消热压罐；对热塑性复合材料体系，一般在铺放过程中直接加热固化。纤维铺放成型具有一般成形技术所不具备的7大优点：采用机器手系统和多组预浸纱束，具有增减纱束根数的功能，根据构件形状自动切纱适应边界，废料极少、不需要隔离纸；而且可以完成局部加厚/混杂、加筋、铺层递减和开口铺层补强来满足多种设计要求。不同于缠绕和自动铺带，自动铺丝成型压力由压辊提供、采用机器人力测控系统控制，均匀稳定，且可以成形凹曲面；带宽可变、且可以实现连续变角度铺放，适应大曲率复杂构件成型而又具有自动铺带的效率。对制品的适应性极强，通过铺放压实126、可以精确控制外型面且表面光洁。高度自动化，落纱铺层方向准确，可实现复合材料构件捷敏制造，迅速形成批量生产；生产速度快、产品质量稳定性、可靠性高，真正实现“低成本、高性能”。采用CAD/CAM及仿真技术，为设计师提供了最大的设计空间，可以实现复合材料设计成形一体化和数字化。采用机器人绝对坐标定位系统，可以实现制品在线形位测量、原位重复成形与二次加工，降低产品报废率和辅助材料消耗。 纤维铺放成型比传统复合材料成型：效率提高40以上；废料率降低80以上；成本降低50以上。纤维铺放成型技术和设备在国内目前尚属空白，是典型的低成本、高性能和高度自动化制造技术，具有快速研制和稳定大批量生产的敏捷制造特点，127、属于我国急需、巴统绝对禁运的复合材料设计制造尖端技术，但可以通过有关国家和渠道购买到纤维铺放成型设备，在此基础上研究纤维铺放成型技术，对尽快实现复合材料技术跨越性进步有重大意义。2）主要技术指标：24纱束 ；max =6.5m ； Zmin =16m；Vmax =45m/min；max =1.3mm可加工复杂型面和铺层的零件，最大可加工工件尺寸：45008000mm；带有主轴系统；铺丝头系统；控制系统；安全系统；编程和仿真模拟软件包；后置处理和过程控制软件等。3）价格：450万欧元4）产地：西班牙5）对国内同类设备的评价：目前国内不能生产此类设备。B.新增复合材料自动钻铆系统1台（套）1）购买128、必要性复合材料部件铆接是复合材料应用中的技术水平相对薄弱的环节，现有复合材料铆接技术水平低、质量差的问题一直难以克服，复合材料的应用范围不断扩大，又加剧了上述问题的严重性，由于铆接问题引起的产品返修、报废问题较多。复合材料部件在铆接之前，要进行装配的各部件都已经过下料、铺层、成型、机加、表面处理等多道工序，如果由于铆装质量问题而造成整个部件的报废，将会造成巨大的经济损失。随着大部件复合材料化的趋势，现有的铆接工艺已不能满足大部件的高质量铆接要求。国外各主要飞机制造厂家都对复合材料的自动钻铆技术非常重视。复合材料自动钻铆技术是在金属材料自动钻铆的基础上，随着复合材料在机身的广泛应用发展起来的。波129、音、空客的复合材料大部件如机身段、机翼、平尾、垂尾、方向舵等，大多采用了复合材料结构，复合材料的铆接使用了自动钻铆，使铆接后的部件疲劳寿命高，铆接质量好。在复合材料钻铆方面，主要采用机器人制孔与铆接、数控加工中心制孔、自动钻铆单元等进行加工。机器人的应用可实现轻质、高效、高质量、低成本自动钻孔和铆接。哈飞作为国内最大的航空复合材料构件生产基地，在复合材料构件成形、胶接、检测等方面有着明显的技术优势，但复合材料机械连接方面比较落后，主要以手工风动铆接为主。现有的手工复合材料普通铆接和特种铆接技术已发展比较成熟，可以进行小部件复合材料和复合材料以及复合材料和铝合金材料的铆接，但不能满足日益增长的飞130、行器的高可靠性和长寿命的要求。2）主要技术指标：工作范围：7000mm3000mm；专用自动钻铆型架；数控系统；夹紧系统；测量系统；钻铆系统等。3）价格：450万美元4）产地：美国/欧洲5）对国内同类设备的评价：目前国内不能生产此类设备。3.3.3 采用的工艺技术路线与技术特点该项目中需要研究的技术，均是当前国际复合材料应用领域的最先进技术，也是我国目前急需要解决的复合材料应用的关键技术，涉及到材料、设计、工艺、设备、检测、试验等多方面的技术，是典型的材料、设计、工艺一体化技术。具体采用的工艺技术路线如下：A 自动铺带技术1) 引进、消化吸收、再创造：以国内研究为基础，参照、借鉴国外最新铺带技131、术的资料和研究成果开展技术研究；2) 对于无可借鉴的关键技术，联合各方力量，厂校结合进行重点突破；3) 通过进行元组件的设计、研制和试验，解决部分关键技术；4) 通过典型结构设计试验件的研制，进行深入的技术研究，攻克技术关键B 液体成型技术1) 对于无可借鉴的关键技术，联合院所各方力量，进行重点突破2) 采用仿真模拟方法，模拟RTM、RFI成型工艺过程，为工艺参数的选择和优化奠定基础3) 在工艺仿真模拟及理论分析支持下，进行工装的设计、制造和优化等方面开展研究工作4) 通过典型结构件的工艺试验，研究工艺方法，确定工艺参数，解决产品设计、工艺方案、质量控制技术问题；C 整体成型技术1) 吸收国内132、外复合材料整体化的研究成果，并以此为基础开展研究；2) 对于无可借鉴的关键技术，联合各方力量，进行重点突破；3) 在理论分析的指导下，进行典型结构件的设计、研制和试验，解决设计技术关键；4) 通过典型结构件的工艺试验，研究工艺方法，确定工艺参数；5) 通过研制典型构件，解决工装设计、工艺控制技术；6) 研制试片，并进行无损检测筛选，确定测厚、孔隙率检测标准；D Invar模具制造技术1) 吸收国内外复合材料整体化的研究成果，并以此为基础开展研究；2) 对于无可借鉴的关键技术，联合各方力量，进行重点突破；3) 通过典型结构件的工艺试验，研究工艺方法，确定工艺参数；4) 通过研制典型构件，解决工装133、设计、工艺控制技术；E 真空成型技术1) 吸收国内外复合材料整体化的研究成果，并以此为基础开展研究；2) 对于无可借鉴的关键技术，联合各方力量，进行重点突破；3) 通过的试验，研究工艺方法，确定工艺参数；F 自动钻铆技术1) 吸收国内外复合材料整体化的研究成果，并以此为基础开展研究；2) 对于无可借鉴的关键技术，联合各方力量，进行重点突破；3) 在理论分析的指导下，进行典型结构件的设计、研制和试验，解决设计技术关键；G 复合材料切钻技术1) 吸收国内外复合材料整体化的研究成果，并以此为基础开展研究；2) 对于无可借鉴的关键技术，联合各方力量，进行重点突破；3) 在理论分析的指导下，进行不同加工134、方法的设计、研制和试验，解决设计技术关键；H 自动铺丝技术1） 引进西班牙M托雷斯公司24丝束铺丝设备2） 利用国产环氧树脂碳纤维预浸单向带的制备技术，开展预浸国产碳纤维窄带制备技术研究3） 在设备到位前，利用国内8丝束铺丝机先行进行工艺研究，分别完成复合材料平板和单曲板的工艺试验和力学性能试验，获得合适的工艺参数，初步建立工艺参数模型。4） 24丝束铺丝机到位后，开展锥壳体自动铺丝技术研究，验证、实现复杂曲面自动铺丝工艺控制与优化，完善工艺模型，建立工艺参数数据库。3.3.4 设备选型及主要技术经济指标选择了该平台建设重点需要的复合材料专用设备，原则是：1）填补必不可少的缺项，是雪中送炭，而135、不是锦上添花。2）选用国内外先进设备和仪器，采用多方报价及招标的方式采购设备，以保证项目经费和质量。3）打破部门界限，实行全国大协作，防止重复建设和投资浪费。4）改造资金精打细算、专款专用。 设备选型及主要技术经济指标见下表表10. 国产碳纤维复合材料结构件制备平台基础建设项目一览表序号建设项目名称主要性能指标规格型号制造厂/国别台/（套）数量资金（万元）美元欧元1纤维铺放（铺丝）成型设备24丝束 ；可加工复杂型面和铺层的零件，最大可加工工件尺寸：45008000mm；带有主轴系统；铺丝头系统；控制系统；安全系统；编程和仿真模拟软件包；后置处理和过程控制软件等。M托雷斯公司/西班牙台15002136、复合材料自动钻铆系统工作范围：7000mm3000mm；专用自动钻铆型架；数控系统；夹紧系统；测量系统；钻铆系统等。欧洲/美国套1450 小计：231505250合计8400万元人民币（1美元=7元人民币；1欧元=10.5元人民币）3.3.5 平台建设费用 该平台经费预算10890万元人民币。具体见下表：表10. 各项工艺经费分配及分年度经费需求项目名称年份2008200920102011合计自动铺带技术100100100300复合材料低成本成型技术150150200500整体成型技术140220360复合材料构件Invar成型模具的制造技术8080160320真空成型技术5050100自动钻137、铆技术50508080260复合材料切钻技术505050150自动纤维铺放（铺丝）技术2080200200500复合材料自动钻铆31503150纤维铺放（铺丝）成型设备52505250合 计64039306040280108903.4 建立大型复合材料结构件检测与评价平台对于大型复合材料结构件，层间分层是其主要的损伤形式之一，这是因为较强的增强纤维在各层内铺设方向不一致导致各层的刚度不匹配，从而引起较高的层间应力，而大型复合材料结构件的层间应力主要通过层间较弱的树脂基体来传递，因此，大型复合材料结构件极易在加工、装配及服役过程中在层间产生分层损伤。含有分层损伤的复合材料层压板在外载荷作用下，尤138、其是在压缩载荷作用下，会发生分层子板的局部屈曲，进而引起分层扩展，从而导致层压板提前破坏，使其压缩强度大大下降。此外，由于分层损伤往往发生在层压板的内部，在其表面很难通过目视来发现，必须利用C扫描等无损检测手段来查找，故而，分层损伤对于大型复合材料结构件来说是一个不容忽视的具有隐蔽性的安全隐患，大型复合材料结构件的分层损伤问题一直是飞机研制过程中经常面对的结构问题之一。综上所述，十分有必要建立大型复合材料结构件的检测与评价平台，来对大型复合材料结构件结构分层损伤形成的原因和机理及其对飞机结构的承载能力和使用寿命的影响进行定量研究与测试，并制定出相应的分层损伤修补技术，对飞机结构设计、制造及使用139、维护等都具有十分重要的工程意义。3.4.1 项目的产能规模（1）对国产碳纤维复合材料预浸料确定超声波衰减系数。（2）实现对各类碳纤维复合材料制品的超声波检测，包括神舟飞船用碳纤维复合材料主承力结构件、风云二号等卫星用碳纤维复合材料结构件等。3.4.2 平台建设技术路线总的技术路线如图所示：1）大型复合材料结构件分层损伤发生机理及主要参数识别借助于超声C扫描无损检测技术，根据分层缺陷/损伤可能发生的过程，对复合材料从制造、装配到使用的各个环节进行跟踪检测，以找出分层损伤形成的原因对某型飞机相应结构的分层损伤的产生环节、面积、形状、厚度位置及分布频率进行统计，根据统计结果分析损伤产生的原因及其机140、理给出分层损伤的形成规律，为分析分层损伤的成因提供依据。有针对性地采取预防和控制措施，减少损伤形成的概率，保证飞机复合材料结构的质量和性能要求。同时根据飞机复合材料结构件的成型过程进行数值模拟与试验研究，找出复合材料结构分层损伤产生的原因。确定分层损伤的主要相关参数，寻找减少分层损伤的优化工艺与设计途径。采用声发射技术观察复合材料结构件在加载过程中分层的动态扩展情况。图5. 飞机复合材料结构分层问题研究方案示意图3)开发复合材料结构分层损伤分析系统软件分层无损检测图象化处理建立复合材料构件三维模型；三维模型含分层损伤复合材料构件有限元分析模型；含分层损伤复合材料构件在静力载荷作用下应力/应变分141、析；含分层损伤复合材料构件在循环载荷作用下应力/应变分析；含分层损伤复合材料构件在低速冲击下瞬态动态响应；基于失效判据的含分层构件拉伸剩余强度估算；基于失效判据的含分层构件压缩剩余强度估算；静态/动态载荷作用下分层损伤扩展分析；根据计算结果判定分层损伤的许用值。4) 含分层损伤复合材料结构的修补研究3.4.3 项目的建设内容3.4.3.1 平台技术建设1)复合材料受力结构缺陷容限试验研究. 孔隙率对国产碳纤维材料静态和动态 (拉力,弯曲,剪切)特性的影响研究 确定合理的验收质量等级。 各种国产碳纤维复合材料固有衰减系数研究确定 国产碳纤维复合材料层压板孔隙率检测技术研究 面积孔隙率和体积孔隙率142、对等关系的建立.2）国产碳纤维典型结构复合材料批生产孔隙率检测方法研究 国产碳纤维复合材料典型结构孔隙率简称基准建立手动脉冲反射法，喷水C扫描检测技术应用研究，.。.3）分层缺陷的检测技术研究 国产碳纤维典型结构分层缺陷判定标准 脉冲反射法超声波探伤技术应用研究 快速实时成像超声波检测技术应用研究4）开展复合材料微观结构的表征及评定方法的技术研究 不同编织方法及不同铺层的国产碳纤维复合材料微观结构表征研究 建立微观结构与宏观性能的定量关系和数据库 建立国产碳纤维复合材料微观结构表征及评定方法5）积累复合材料各种失效模式，建立复合材料失效分析数据库。3.4.3.2 平台基础建设在该平台的建设中，143、需要增加如下试验设备仪器1. 热机械分析仪（DMA）2. X-射线衍射仪3. 复合材料微观结构分析制样设备4. 购置便携式数字超声波检测仪3.4.4 采用的工艺技术路线及技术特点1)材料衰减系数工艺技术路线明确设计要求及被检对象检测方案确定预浸料下料对比试片设计检测参数确定铺放成型固化加工脱模试片测厚金相分析超声波C扫确定衰减系数芯模表面处理2)产品检测工艺技术路线明确产品铺层结构及构形通过强度试验确定验收标准检测参数确定设计对比试片制作实施检测对比试片试验,筛选3）通过大量试验，积累数据，找出试验影响因素，借鉴国内外先进分析手段，搭建先进的复合材料检测平台，探索复合材料失效模式，填补国内空白144、。4) 技术特点:超声检测是目前复合材料最为主要的检测方法,获得的信息量最多,定性定量关系最明确,已在研究和生产现场广泛应用。超声波检测的适用范围非常广,仅就复合材料的无损评价而言,可以用于层压板结构的孔隙,分层,外来异物的检测,也可用于夹层结构脱粘，弱粘接等内部缺陷的检测。超声检测技术分类的方式有多种，如自动喷水C扫描检测技术，手动喷水A扫描检测技术，手动接触方式脉冲反射技术，水浸C扫描脉冲反射技术等。每一种检测技术都有其特点与局限性，针对检测对象采用何种检测技术,是根据检验目的及被检零件的形状、尺寸等特征来选择的。其中脉冲反射技术具有检测灵敏度高，可对缺陷精确定位，操作方便，适用范围广等特145、点。3.4.5 设备选型及主要技术经济指标1)便携式数字超声波检测仪一台现在公司仅有一台设备可以用于各机型复合材料试件的孔隙率、分层检测，根本无法顾及科研课题，为很好的配合科研顺利进行，我们拟购置一台泛美超声波检测仪。产地：美国泛美Panametrics-NDT型号：EPOCH 4PLUS价格：4万美元2）动态热机械分析仪（DMA）经费；150万人民币用于测量复合材料在动态负荷作用时的动态模量和阻尼特性随温度变化的关系。它是既可以研究材料力学性质，又可以研究基团转变行为，工艺性能的有力工具。可以说动态热机械分析是热分析技术中最灵敏，最有效的手段。3）复合材料微观结构分析制样设备（三部分）：经费146、：310万人民币a. Discotom-6型样品切割机；b. Epovac真空渗透仪；c. Abraplan-20 预磨机4）X-射线衍射仪经费：150万人民币3.4.6 平台建设费用该平台经费预算1400万元人民币。具体见下表：表11. 各项任务经费分配及需求 投资金额（万元）科目平台4设计费60材料费80外协加工费100专用费640试验费260固定资产使用费100管理费120工资费40合 计14003.5 建立国产碳纤维复合材料结构试验验证平台3.5.1 平台建设方案哈飞在飞机复合材料强度试验、系统试验、振动试验及复合材料桨叶动平衡试验方面都已具备很好的试验基础，如在此基础进一步改造和完善147、，同时利用哈飞复合材料中心的优势，将会建立国内在复合材料试验独具特色的试验室，对我国在复合材料方面的研究和进步会起到重要的作用。1）复合材料强度试验基础建设为满足复合材料试验需要，需扩大强度试验场地，改造强度试验设施，通过采购便携式涡流探伤仪、手持视频显微镜系统及强度试验红外应变测量系统等设备来提高我室的静力及疲劳试验的裂纹实时检测及监测水平，同时补充64通道协调加载试验系统、50T大载荷材料试验机等强度试验设备提高试验控制及采集能力，开发一套适合于试验项目及数据处理综合管理系统，以此来提升强度试验夹具设计手段和设计能力，提高与设计部门并行作业的能力。2）复合材料系统试验基础建设对哈飞现有的防148、火试验系统进行完善和扩充，结合国内目前正在研制的以复合材料为主的飞机型号研制，在现有试验能力的基础上探索出一套操作性强、技术可行性高，且能够满足国际上各种防火适航验证标准的防火试验设备。在现有环境试验能力基础上进一步增强复合材料环境试验能力，对现有的环境试验设备进行补充，增加三综合（振动、温度、湿度）试验台及高低温环境试验箱等试验设备来提高环境试验水平。3）复合材料振动试验基础建设哈飞在桨叶振动疲劳试验方面处于领先水平，先后完成了各种机型的复合材料大部件及全机的模态结构试验，先后完成了Z9系列、EC120、贝尔430及BZK-005等飞机复合材料部件的振动及模态结构试验。为了进一步提高振动试验149、方面的能力，需补充512通道模态结构试验系统、大吨位的振动台等测量及试验设备。3.5.2 设备选型及主要技术经济指标.1 5吨电动振动试验系统序号项目指标1正弦推力55KN2随机推力55KN rms3冲击推力110kN4动圈一阶谐振频率2300Hz5使用频率范围12800Hz6动圈台面直径440mm7最大连续加速度110g8最大连续速度2.0m/s9最大连续位移51mm(p-p)10振动台运动部件质量50 kg11漏磁5gauss12振动台承载能力1200kg13冷却方式风冷14系统总功耗95KVA.2 512通道模态结构试验系统主要技术指标1、数采前端包括前端主机箱、扩展机箱、信号输出放大器150、和V/ICP放大器。2、模态试验分析软件 可以完成几何建模、高级模态试验、MIMO正弦扫频试验、MIMO步进正弦试验、MIMO纯模态试验和模态分析。3、测量仪器包括512个模态加速度传感器和相应的ICP电缆。.3 红外应力测量系统主要技术指标l 使用高量子效率的InSb(铟锑)传感器阵列焦平面 ,高可靠性斯特灵制冷器来提供3-5 m波长段上的高灵敏度成像；l 积分时间及帧幅率均可从软件上改变,最大帧幅率为178Hz. 可供14位的数字视频信号，低窗口化可将帧幅率增至1.4kHz；l 可通过USB2接口与笔记本计算机连接或通过PCM CIA帧触发器做高帧幅率下的记录. 软件能做快抓热像的记录,精151、确触发并完成这些热像的分析；l 根据温度测量、应力模数相位，可分辨出拉压应力；l 测量试验件的主应力及应力场；l 测量耗散能的热效应，能对金属及复合材料的构件或试样做出疲劳寿命的预测评估；l 用于断裂力学处理,裂纹扩展,结构整体评估和复合损伤估算以及疲劳寿命的预测；l 装配红外照明系统可以进行无损检测。 .4 手持视频显微镜系统l 型号：QM-100；l 工作距离：1535cm（614inches）；l 孔径：89mm；l 分辨率：1.1m at 15cm(6 inches)；l 放大倍数：观察最大381X（加PowerPak 100物镜）；l 光谱范围：330nm2.3m；l 目镜焦距：16152、mm（可另选用12mm或24mm）；l 配套软件，可以实现尺寸测量功能。.5涡流探伤仪1、型号：WMS-2003 2、性能：磁记忆检测l 测量通道数：8个l 最小测距：1mml 最大测距：150mml 最大扫描速度：0.5米/秒l 存储器：128M（可扩展到2G）l 内存：16M涡流检测l 2个独立检测频率l 频率：64赫兹5M赫兹l 快速高精度/数字式电子平衡l 自动/手动幅度和相位测量l 非等幅相位/幅度报警l 阻抗平面图及带式图曲线显示l 涡流图形可存储、回放、分析和打印.6 64通道协调加载控制系统l 通道数：64；l 试验类型：静力、疲劳、耐久性（非同步试验）l 每个试验控制器可以接153、收的力传感器反馈信号的数目：2个 (或者一个双桥的力传感器)；l 每个试验控制器可以接收位移传感器（LVDT）反馈信号的数量: 1个；l 伺服阀最大和最小输出极限：+100/-100 mA 或者 +10/-10 V；l 试验控制器的伺服闭环迭代速率：2500Hz;l 试验数据存储能力：100 Hz 采样速率；l 卸载断点数据保存时间：2秒24小时，用户可自行设定；l 输出波形：正弦、方波、斜波、10%斜波、指数波或外部模拟量命令；l 试验控制器的安全极限：绝对极限（三层）、跟随误差极限（三层）、速度极限、功率极限、A-B桥安全极限；l 最高的试验频率：150 Hz；l 试验精度：静态0.1%，154、动态0.3% (系统总的精度还取决于液压作动筒的动态特性)l 液压接口板的输出：24V，2A；l 安全系统的反应时间：10毫秒；l 环境要求：温度 10 C to 40 C，湿度 0 to 90 % （无冷凝）；l 电磁干扰级别：FCC class B.7 50T大载荷材料试验机最大负荷（KN）500测量 精度负荷1%示值或0.2%F.S波动2%F.S位移1%示值或0.2%F.S应变1%示值或0.2%F.S静态拉伸速度0.1100（mm/min）函数发生器（Hz）0.01（*）100油缸行程（mm）50、60立柱间距（mm）850框架刚度（Kg/mm）夹头间距（mm）501000（活塞处油缸中155、心时）机架形式双立柱，用户要求也可制成四立柱最大高度（mm）15003500.8 改造防火试验系统技术指标l 火焰温度要求110080。l 热流量密度要求11610kw/m2 。l 试验时间为防火5min；耐火15min。l 大型标准气体燃烧器火焰面积应不小于0.018m2。l 小型标准气体燃烧器火焰直径应不小于19mm。.9 高低温环境试验箱l 工作温度：-602至+2002l 试验相对湿度：不大于15%l 绝对湿度不大于20g/m3l 试验箱内部风速：不大于1.7m/Sl 试验箱内壁与试验温度之差：高温不超过3%，低温不超过8%l 温度变化率不大于10/min。l 试验箱尺寸：内部尺寸12156、00mm1200mm1600mml 试验箱应配有液压伺服加载系统l 试验箱载荷要求：可加两个方向载荷，垂直向拉压载荷及沿水平轴向的扭转载荷.10 三综合（振动、湿度、温度）试验台1、振动台系统主要技术指标额定正弦激振力（N）50000额定随机激振力（N RMS）50000频率范围（Hz）22800额定加速度（m/s2）1000额定速度（m/s）1.8额定位移（pp）（mm）51连续工作时间（小时）48环境条件温度：040、湿度：85%（25）电源3相4线380VAC10% 50Hz保护装置1、过载保护；2、过热保护；3、过电流保护；4、过电压保护；5、振动控制仪输出“0”位保护；6、过位移保护157、；7、电网过压、欠压保护；8、电网缺相保护；9、时序保护；10、驱动电源保护；11、限流保护；12、模块直通保护； 13、模块温度保护。2、试验箱规格l 环境温度范围：-65+200l 湿度范围：2098%R.Hl 波动度/均匀度 0.5/2l 温度偏差: 2l 温度箱尺寸：内部尺寸为10209501100。3.5.3 平台建设费用该平台经费预算2990万元人民币。具体见下表：表12. 各项任务经费分配及需求 科目平台5设计费60材料费150外协加工费50专用费2430试验费100固定资产使用费20管理费120工资费60合 计2990其中专用费如下：类别序号申 报 内 容申请经费（万元）总额（158、万元）复合材料振动试验设备费用15吨电动振动试验系统1506502512通道模态结构试验系统500复合材料强度试验设备费用1红外应力测量系统30012002手持视频显微镜系统403涡流探伤仪20464通道协调加载控制系统640550T大载荷材料试验机200复合材料系统试验设备费用1改造防火试验系统2005802三综合（振动、湿度、温度）试验台3003高低温环境试验箱80总额24303.6 建立国产碳纤维复合材料技术标准平台建立复合材料数据库，复合材料测试技术标准必须先行。由于复合材料性能表征是复合材料及其结构研制与生产的重要组成部分，如此复杂多变的内容对其质量保证和结构验证有着极其重要的影响，159、同时也占了其研制和生产成本和时间的很大比重，因此复合材料性能表征及其标准化一直是复合材料界的主要研究领域之一。标准化包含两方面内容，即性能表征的范围和方法（包括试验标准、数量及数据处理方法等）及针对不同应用情况建议的试验矩阵。随着复合材料及其结构研究的深入与应用的不断扩大，标准化的研究也在不断深入和发展。MIL-HDBK-17及ASTM D30下属复合材料标准陆续不断地更新和内容不断地增添，就反映了美国复合材料界在这方面的研究进展。随着国际经济的一体化，航空材料在国际材料市场上的流通以标准化、通用化为前提。目前，国际航空材料的发展趋势是在国内取消军用标准，而代之以军民两用标准。在国际范围内实施160、国际化标准，有利于国际合作与交流及市场开拓。中国已经进人，但我国航空材料的体系建设以及航空材料的通用化、标准化现状却很落后。由于我国碳纤维复合材料仍处于起步阶段，在该产业化项目的建设中，很重要的工作是根据国产碳纤维及其应用情况，建立具有自主知识产权的各种规范和标准，推动国产碳纤维的应用和发展。3.6.1 材料评定标准国产碳纤维表面组织结构表征评定标准。飞机用树脂体系热/物理分析和性能评定标准。国产碳纤维复合材料静态力学性能试验标准。国产碳纤维复合材料界面结构与性能测试标准。国产碳纤维复合材料湿热性能试验标准。3.6.2 设计标准国产碳纤维复合材料结构设计准则飞机用国产碳纤维复合材料设计许用规范161、国产碳纤维复合材料结构抗冲击破坏试验标准自动铺带设计规范复合材料低成本设计规范自动铺丝设计规范3.6.3 工艺规范碳纤维/环氧树脂/预浸料规范自动铺带制造工艺规范缝合技术规范编织技术规范缝边技术规范RTM制造技术规范RFI制造技术规范VARI制造技术规范整体成型制造技术规范复合材料构件成型模具的制造技术规范真空成型制造工艺规范自动钻铆制造技术规范复合材料切钻技术规范自动铺丝制造工艺规范飞机用连续国产碳纤维增强树脂基复合材料单向板件工艺规范飞机用连续国产碳纤维增强树脂基复合材料层合板件工艺规范3.6.4 检测标准碳纤维复合材料孔隙率基准试片校准方法碳纤维复合材料制件脉冲反射法超声波检测方法单向国162、产碳纤维增强树脂基复合材料疲劳分层测试标准单向国产碳纤维增强树脂基复合材料型层间断裂韧性的测试标准单向国产碳纤维增强树脂基复合材料的混合模式模式层间断裂韧性的测试标准飞机用国产碳纤维平板复合材料的超声波测试标准连续国产碳纤维增强树脂基复合材料弯曲性能测试标准连续国产碳纤维增强树脂基复合材料拉伸性能测试标准连续国产碳纤维增强树脂基复合材料压缩性能测试标准V型切口梁测定连续国产碳纤维增强树脂基复合材料层间剪切性能测试标准连续国产碳纤维增强树脂基复合材料界面剪切强度测试标准国产碳纤维的抗拉强度及杨氏模量测试标准国产碳纤维连续长丝抗拉特性测试标准国产碳纤维表/界面组织结构测试标准连续国产碳纤维增强树脂163、基复合材料吸湿性能测试标准3.6.5 平台建设费用该平台经费预算2990万元人民币。具体见下表：表13. 各项任务经费分配及需求科目平台5设计费60材料费150外协加工费50专用费2430试验费100固定资产使用费20管理费120工资费60合 计29903.7 建设地点、建设期管理及总体进度安排 3.7.1 建设地点建设地点位于某某市平房区友协大街15号，某某飞机工业集团院内。厂址周围是研究院的办公、公用工程和其他生产车间。环境良好，利于生产。3.7.2 建设期管理： 制定明确的战略规划和发展目标，实行目标管理。建立有效的组织机构，合理确定与安排各研究项目所需的人力资源、设备资源。 按目前国外164、先进复合材料研究、制造企业的管理经验，确定合理的管理层次，减少不必要的中间环节。 以项目管理为基础的组织和工作方式：以项目的研究任务为导向，成立若干研究小组。总体进度安排表序号进度安排任 务2008年2009年2010年2011年上半年下半年上半年下半年上半年下半年上半年下半年1建立国产碳纤维复合材料性能综合分析评价平台完成2建立预浸料制备技术与适用性评价平台完成3建立大型复合材料结构件制备平台完成4建立大型复合材料结构件检测与评价平台完成5建立国产碳纤维复合材料结构试验验证平台完成6建立国产碳纤维复合材料技术标准平台试用稿最终稿4 项目投资4.1 平台投资规模项目研究期限为四年，即20082165、011年，经费19790万元。表12. 各项任务经费分配及需求 投资金额（万元）科目平台1平台2平台3平台4平台5平台6设计费2002205506060100材料费34055062080150300外协加工费017020010050200专用费300500840064024300试验费300400400260100200固定资产使用费60802001002050管理费15018034012012070工资费5060180406030合 计1400216010890140029909504.2 投资使用方案平台序号平台建设项目2008200920102011合计1建立国产碳纤维复合材料性能综合分166、析评价平台40040040020014002建立预浸料制备技术与适用性评价平台60060060036021603建立大型复合材料结构件制备平台3000400020001890108904建立大型复合材料结构件检测与评价平台30030060020014005建立国产碳纤维复合材料结构试验验证平台80080080059029906建立国产碳纤维复合材料技术标准平台300200300150950合 计5400630047003390197904.3 资金筹措方案及配套资金落实措施本项目计划总投资19790万元，计划由项目承担单位自筹资金13790万元，申请国拨经费6000万元。5 环境保护、资源综合167、利用、节能与原材料供应及外部配套条件落实情况5.1 环境保护5.1.1 周围主要污染源公司位于某某市南郊平房区，距市中心20公里。公司周围大型企业主要有东安发动机制造公司，东北轻合金加工厂，龙滨酒厂等单位，是该区域的主要污染源。该地区内没有文化古迹和自然风景等重点环境保护目标。5.1.2 环境质量状况该地区环境污染主要为水环境污染，其纳污水体河家沟COD、BOD和石油类超过V类水质标准，大气环境质量较好，二氧化硫和氮氧化物日均浓度及“一小时平均浓度均低于环境质量二级标准，TSP日均浓度略有超标，厂界环境噪声较低，公司周围噪声均符合工业企业厂界噪声标准中的类标准。5.1.3 主要污染源和污染物本168、项目提高产品质量，改善生产环境，污染得到削减，对环境不会产生新的影响，从环保角度考虑，本项目可以实施。本项目将建设项目环境保护管理条例编制环境影响报告表，呈报有关环保部门审批后进行实施。5.1.4 资源综合利用本项目是在利用各承担单位现有的资源基础上，（包括人力资源、设备、基础设施等），投入部分必要的设备，满足产业化的要求。哈飞集团和某某玻璃钢研究院是行业有实力、影响力的应用依托单位，某某工业大学复合材料与结构研究和北京航空材料研究院（621所）在碳纤维复合材料研究方面是行业十分有影响力的单位，各参加单位都有比较好的产业化基础，具备较强的研发、管理、筹资方面的能力，本项目走产学研用联合道路，并169、带动社会资源投入新材料领域。5.2 原材料供应及外部配套条件落实情况（1）原材料供应：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。国产碳纤维获得了长足的发展，可以为本项目稳定供应碳纤维原材料。具体情况为：中石油吉林石化以生产1k，3k的CCF-1国产碳纤维，年产能力为5吨；威海拓展纤维有限公司年产1k，3k的CCF-1国产碳纤维50吨；中科院山西煤化所年产1k，3k的CCF-1国产碳纤维25吨。另外，今年国产碳纤维企业的百吨线也将投入生产，完全满170、足本项目的需求，可以说碳纤维原材料供应源稳定。在树脂体系方面，哈玻院、621所、625所都具有多年开发经验，形成了较大规模的工业化生产能力。尤其在直九直升机复合材料国产化专项中，仿照开发了室10种先进环氧树脂体系，并经工程验证，达到国外同类产品性能指标要求，安全满足型号批生产要求，可为本项目建设研究工作提供充分的保障和支持。目前，通过与原材料供应厂商的广泛接触与洽谈，得到了明确的支持，与重点厂商形成了合作意向。5.3 节能分析对于所有固定资产投资项目，本着合理利用能源、提高能源利用效率的原则，依据国家合理用能标准和节能设计规范进行，遵循的合理用能标准及节能设计规范；建设项目能源消耗种类和数量分171、析；项目所在地能源供应状况分析；能耗指标；节能措施和节能效果分析等内容。6 项目法人基本情况1）项目法人基本情况：单位法定代表人庞建法定代表人电话86582359企业注册登记类型有限责任公司银行信用等级AA主营业务飞机生产与销售（单位:万元）2005年2006年2007年企业总资产633350769989804933固定资产净值10789175924112985资产负债率8368.881.5销售收入390436438287442734利税-66631158008出口创汇48万美元2313万美元1024万美元主要股东所占比例中国航空工业集团第二集团公司81.12华融资产管理公司14.60东方资产172、管理公司2.11信达资产管理公司2.172）项目负责人基本情况项目负责人：黄领才，1988年毕业于南京航空航天大学，1988年7月分配到哈飞集团工作，历任设计员、设计组长、结构室主任、飞机设计研究所所长，现任副总工程师。主管哈飞集团公司预研工作、转包工作。7 项目财务分析、风险分析及社会效益分析7.1 项目财务分析按年产大飞机复合材料部件40架份，无人机复合材料部件20架份，Z9系列直升机复合材料部件40架份，Y12系列飞机复合材料部件20架份，Z9AS直升机复合材料部件20架份估算，年产值可达到5亿元，年利润5000万元，项目投资利润率为26%，投资回收期4年。本项目各项财务指标较好，项目完173、全可行。7.2 项目风险分析本研究项目在执行过程中，仍将不可避免地存在各种风险或不确定因素，其难点主要表现为:（1）碳纤维与基体界面强韧性协调设计问题。 碳纤维与基体界面设计与控制涉及微观尺度量化表征、优化设计与微结构精细控制，难度极大；而且，对于复合材料界面设计而言，一直存在着界面强度与界面韧性难以兼得。而针对国产碳纤维这方面的应用基础研究尚未系统开展，因此，有关国产碳纤维表面以及国产碳纤维与基体形成的界面可供参考的研究资料甚少，更谈不上界面强韧性协调设计和控制研究。而国外针对碳纤维与热固性树脂界面的基础研究工作由于受国防和知识产权方面的限制，公开的研究资料缺乏系统性。因此，针对国产碳纤维/174、基体界面设计与控制应用的基础研究是全新的，具有很强的开拓性，存在一定风险。本项目组已注意到界面强韧协调设计这一难题，组成了跨学科、多专业的研究团队，团队成员已在界面研究方面取得一定成果。同时注重采取先进的微测试技术和宏微观分析方法，理论分析与试验相结合，有望将风险降至最低。（2）影响因素繁多，演化行为难以掌握，演化规律精确预报问题。 国产碳纤维复合材料在应用研究中已表现出耐湿热性能低且有些性能反常现象，其原因不清楚，这个问题很重要，若不能从机制上分析清楚，会直接影响国产碳纤维复合材料可靠应用。然而，这个问题很复杂，不仅与碳纤维表面组成、结构和树脂基体直接相关，特别是与碳纤维表面上浆剂直接相关，175、而碳纤维表面上浆剂因厂家不同而有改变，因此很难掌握其对国产碳纤维复合材料湿热性能影响规律性，这对于考察复合材料微结构演化规律带来了极大的难度，给性能演化精确预测带来一定风险。项目组已充分认识到这一点，并予以高度重视，拟集中力量，抓主要矛盾，抓本质问题，采用实验与理论分析和计算机仿真相结合的方法，开展系统深入研究，争取有所突破，有所创新。（3）国产碳纤维性能不断提高，表面微特性不断改变，影响复合材料微结构有效控制。国产碳纤维的研制与国外碳纤维的发展一样，是一个逐步成熟的过程。随着国产碳纤维研究的深入，性能的提高，其表面物理化学性质、上浆剂等也会不断改变，这会影响研究结果的重复性，从而给复合材料微176、结构的控制带来一定的难度。针对可能存在的上述问题，本项目组首先以一种T300级国产碳纤维为突破口，开展深入的基础研究，注重纤维表面微特性量化表征与分析，抓住问题的核心，把机制搞清楚，以点带面，特别重点考察纤维主要特征及其影响规律和控制参量，找出普遍规律，力争最大限度减小控制误差。7.3 社会效益分析目前，复合材料在航空航天结构上应用带来的突出的减重效果和综合性能的显著提高，使其成为军用飞机四大结构材料之。而大型民用飞机正在积极将复合材料应用于主承力结构。复合材料在军用装备轻质化、小型化、高性能化中起着至关重要的作用。战斗机和直升机结构上复合材料用量现已成为飞机先进性的标志之一。如美国20世纪8177、0年代研制的隐身飞机B2机翼结构，复合材料的用量已达到60以上，并采用了多棱界面碳纤维和三向编织结构等新技术。充分体现复合材料结构气动弹性剪裁特性的前掠翼技术验证机美国的X29（1984年12月14日首飞）和俄罗斯C37“金雕”（1997年9月25日首飞），更是复合材料用于飞机结构后创造的奇迹。而直升机上复合材料的用量已达结构质量的6080，如美国的武装直升机RAH66，其复合材料用量达结构质量的50以上。美国的垂直起落、倾转旋翼后又可高速巡航的V22“鱼鹰”，几乎是一个全复合材料飞机。而大型民用飞机也正在积极将复合材料应用于主承力结构。波音787是波音公司自1995年来研发的第一款全新民用客178、机，拥有多项技术创新，其中最引人注目的是波音787机体结构的50%都应用了碳纤维复合材料，是全球第一款以碳纤维复合材料为主体材料的民用喷气客机。由此可以看出碳纤维及其复合材料复合材料在航空航天领域具有广阔的应用前景。但是，我国飞行器的研制长期以来几乎都采用进口碳纤维，导致当前国内复合材料的应用和研制水平与飞行器自主保障生产和发展的需求存在着很大差距，严重制约飞行器复合材料构件的生产。特别是从2004年下半年以来，全球出现碳纤维危机，国外对我国进口碳纤维实施严格控制，碳纤维出现极度短缺，国内已经形成每年50吨航空航天复合材料构件的生产存在无米之炊的危险，严重危及飞行器研制生产和未来装备的跨越发展179、，已引起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武器装备上的高效可靠持续应用。由于国产碳纤维及其复合材料在应用研究中，暴露出许多问题，如：碳纤维工艺性较差、 复合材料性能离散性偏大、复合材料湿热性能偏低、数据积累不够等诸多问题，不利于促进国产碳纤维复合材料的有效可靠应用。因此，通过本项目的研究工作，可以解决国产碳纤维复合材料应用过程中的基础科学问题，完成成型加工的关键技术的研究，为国产碳纤维复合材料的实际应用奠定坚实的理论基180、础和技术储备，也将牵引未来高性能国产碳纤维的研发方向，促进国产碳纤维及其复合材料在直升飞机、歼击机、客机、飞行器等航空航天领域上的应用，同时，也可推广应用于石油、核工业、化工、建筑、体育器材等国民经济各领域中。因此，本项目的研究成果不仅会产生良好的社会效益，也具有广阔的市场应用前景，必将产生巨大的经济效益。8 项目招标内容招标事项核准意见基本条目招标范围招标组织形式招标方式不采用招标方式全部招标部分招标自行招标委托招标公开招标邀请招标勘查设计建筑工程安装工程监理主要设备重要材料其他审评部门核准意见说明：（此栏由主管部门填写具体意见）年月日9 资金申请报告附件1、项目法人自筹资金保证落实文件2、前期科研成果证明3、环境保护主管部门意见 4、企业法人营业执照5、企业守法证明6、项目单位填报对项目资金申请报告内容和附属文件真实性负责的声明7、企业科研生产许可证明8、有关规划部门意见9、土地证明10、项目备案确认书