在碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料行業(yè)發(fā)展的早期,碳纖維原材料的技術(shù)進(jìn)步對(duì)復(fù)合材料制品行業(yè)發(fā)展的推動(dòng)具有決定性因素。而經(jīng)過(guò)行業(yè)多年發(fā)展,技術(shù)與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)已日臻成熟,如今碳纖維等原材料對(duì)復(fù)合材料制品性能提升的重要性在降低,行業(yè)的主要競(jìng)爭(zhēng)核心正在逐步向制品企業(yè)的設(shè)計(jì)能力、工藝能力、樹(shù)脂配方等能力上轉(zhuǎn)移,行業(yè)變革動(dòng)力從原材料廠商轉(zhuǎn)移到制品廠商。
以航天、軍工應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)槔@些行業(yè)所應(yīng)用的碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料制品單位價(jià)格高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體量大、功能性能要求高且多樣,普遍采用熱壓罐工藝。以上特點(diǎn)要求該領(lǐng)域的復(fù)合材料廠商需具備極強(qiáng)的工藝研發(fā)設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)生產(chǎn)與樹(shù)脂配方等各方面的綜合研發(fā)設(shè)計(jì)能力,復(fù)合材料廠商的綜合實(shí)力提升對(duì)行業(yè)進(jìn)步的重要性至關(guān)重要。
“十三五”以來(lái),中國(guó)航天、國(guó)防、高端裝備制造業(yè)快速發(fā)展,民用工業(yè)供給側(cè)改革效果顯著,下游領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)升級(jí)對(duì)先進(jìn)結(jié)構(gòu)、功能材料也呈現(xiàn)出新的質(zhì)量與性能要求。
以航天器所用高性能復(fù)合材料為例,艙體所用碳纖維復(fù)合材料作為承力結(jié)構(gòu)件須達(dá)到比強(qiáng)度、復(fù)雜度要求,又須有耐熱功能。樹(shù)脂是纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中主要的基體成分,對(duì)復(fù)合材料整體性能的發(fā)揮起著關(guān)鍵作用,其性能對(duì)復(fù)合材料制品的耐熱、耐腐蝕等功能發(fā)揮直接決定作用。因此,作為航空、航天與軍工等產(chǎn)業(yè)重要的裝備材料,高性能碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)功能一體化發(fā)展將為復(fù)合材料在這些高端制造業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用帶來(lái)更多優(yōu)勢(shì)。
盡管我國(guó)在結(jié)構(gòu)/吸波復(fù)合材料、結(jié)構(gòu)/防熱復(fù)合材料等方面的研究取得明顯進(jìn)展,但國(guó)內(nèi)結(jié)構(gòu)功能復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)與技術(shù)發(fā)展仍存在問(wèn)題,存在資源整合能力不夠、部分重要領(lǐng)域研發(fā)能力空缺、跨學(xué)科或產(chǎn)學(xué)研技術(shù)共享不充分、低水平重復(fù)等問(wèn)題。具備碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)功能一體化研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化能力的行業(yè)企業(yè)或機(jī)構(gòu),將在未來(lái)國(guó)內(nèi)或國(guó)際行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中進(jìn)一步取得發(fā)展先機(jī),鞏固提升綜合競(jìng)爭(zhēng)能力。
預(yù)浸料是復(fù)合材料制造加工過(guò)程中重要的半成品,利用預(yù)浸料工藝制造碳纖維復(fù)合材料的技術(shù)已經(jīng)成熟并得到廣泛應(yīng)用,因此先進(jìn)的預(yù)浸料制備技術(shù)與設(shè)備對(duì)碳纖維復(fù)合材料的性能提升與產(chǎn)業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。
熱塑性碳纖維復(fù)合材料因其優(yōu)異的力學(xué)性能、較短的生產(chǎn)周期以及可回收性能,受到市場(chǎng)與行業(yè)的普遍認(rèn)可。日、德、美等發(fā)達(dá)國(guó)家在碳纖維增強(qiáng)熱塑性預(yù)浸料制造技術(shù)已較為成熟,并已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)化。而中國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的預(yù)浸料產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)仍局限于熱固性預(yù)浸料,熱塑性預(yù)浸料技術(shù)與國(guó)際水平相比較為落后,市場(chǎng)普遍被國(guó)外企業(yè)產(chǎn)品占據(jù)。由于應(yīng)用行業(yè)發(fā)展迅速,進(jìn)口熱塑性預(yù)浸料昂貴的價(jià)格已成為制約下游市場(chǎng)進(jìn)一步成長(zhǎng)的重要因素,國(guó)內(nèi)下游廠商對(duì)國(guó)產(chǎn)熱塑性預(yù)浸料的需求日益增長(zhǎng)。熱塑性預(yù)浸料的技術(shù)研發(fā)與進(jìn)口替代將成為中國(guó)復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵課題之一。
2020與2021兩年間,中國(guó)航天事業(yè)步入快速發(fā)展軌道,除發(fā)射火箭次數(shù)創(chuàng)下新高外,一線商業(yè)航天公司學(xué)習(xí)美國(guó)SpaceX、藍(lán)色起源等公司的商業(yè)模式與經(jīng)驗(yàn),也紛紛推出“快舟”“雙曲線”“谷神星”等較為成熟的商業(yè)火箭。而中國(guó)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)集團(tuán)有限公司的成立也意味著大量地軌衛(wèi)星的發(fā)射需求,向市場(chǎng)展示出一幅廣闊的中國(guó)“星鏈”產(chǎn)業(yè)前景,將會(huì)從下游催生出大量的低價(jià)商業(yè)火箭需求。
此外,中國(guó)在商用遙感衛(wèi)星處于后來(lái)者和追趕者的角色,逐步形成了高分、風(fēng)云、資源、海洋等國(guó)家遙感衛(wèi)星系統(tǒng)。2021年12月,美國(guó)詹姆斯韋伯空間望遠(yuǎn)鏡(James Webb SpaceTelescope)的成功發(fā)射,也為中國(guó)未來(lái)空間望遠(yuǎn)鏡的發(fā)展提供了寶貴的借鑒意義。
十三五以來(lái),國(guó)家針對(duì)新材料產(chǎn)業(yè)與軍民融合等多個(gè)領(lǐng)域密集出臺(tái)產(chǎn)業(yè)扶持政策。《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》中提出,要提升高端新材料等制造業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力,明確提出“加強(qiáng)碳纖維、芳綸等高性能纖維及其復(fù)合材料……研發(fā)應(yīng)用”,加快補(bǔ)齊基礎(chǔ)材料、基礎(chǔ)工藝的瓶頸短,將碳纖維復(fù)合材料等新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展提高到國(guó)家戰(zhàn)略層面。
黨的十九大提出要建設(shè)航天強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略目標(biāo)。此外,軍民融合也上升為國(guó)家戰(zhàn)略并寫入黨章,中國(guó)軍民融合處于初步融合向深度融合的過(guò)渡階段,重大政策密集推出,推動(dòng)了我國(guó)軍民融合事業(yè)的發(fā)展,同時(shí)也推動(dòng)了我國(guó)民企對(duì)軍事裝備建設(shè)發(fā)展的參與,加大了中國(guó)民營(yíng)企業(yè)能夠承接的航天設(shè)備、武器裝備制造業(yè)務(wù)的多樣性。這不僅將加大對(duì)碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的需求,也對(duì)企業(yè)的工藝能力、設(shè)計(jì)能力等綜合實(shí)力提出了更高的要求。