某企业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.docx

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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项目名称：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项目承担单位：某某飞机工业集团有限责任公司建设地址：某某市平房区友协大街15号联系人:某某联系电话：O传真：电子邮件：项目主管部门：某某省发展和改革委员会申报日期：二。九年十一月二十日目录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I1.2 项目对产业发展的作用与影响191.3 产业关联度分析251.4 市场分析261.5 与国家高技术产业化总体思路、原则、目标关联情况272 项目技术基础272.1 承担单

2、位技术基础和能力272.2 取得的成果及知识产权情况322.3 已完成的研究开发工作及突破的关键技术342.4 技术工艺特点以及与现有技术工艺比较所具有的优势382.5 对行业技术进步的重要意义和作用393 项目建设方案413.1 建立国产碳纤维复合材料性能综合分析评价平台，413.2 建立预浸料制备技术与适用性评价平台543.3 建立大型复合材料结构件制备平台653.4 建立大型复合材料结构件检测与评价平台923.5 建立国产碳纤维更合材料结构试验验证平台.K)I3.6 建立国产碳纤维复合材料技术标准平台1123.7 建设地点、建设期管理及总体进度安排1164 项目投资1194.1 平台投资

3、规模1194.2 投资使用方案1204.3 资金筹措方案及配套资金落实措施1205 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1215.1 环境保护1215.2 原材料供应及外部配套条件落实情况1225.3 节能分析1236 项目法人基本情况1237 项目财务分析、风险分析及社会效益分析1247.1 项目财务分析1217.2 项目风险分析1257.3 社会效益分析1278 项目招标内容1299 资金申请报告附件1301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种以聚丙烯晴PAN、沥青、粘胶纤维等材料为原料，经预氧化

4、、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，主要用广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

5、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，Id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I阶段时间主要技术特征第阶段60年代突破PAN基碳纤维连续制备技术路线笫一阶段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（IftO到中强高模型第阶段90年代继续高性能产品的

6、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2I1.木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拉伸弹性模批GPa低弹性模歆1.M3000200标准舛性模量SM2500200-280T300,T700SC中等弹性模量IM4500280-350T800HB,T1.OOOi弹性模量HM350-600M10,JB,M50JB超高弹性模量UHM600UM63,IM68目前，

7、世界PAN基碳纤维的主要生产厂商有日本东丽（Toray）s东邦（TOh0）、三菱人造丝公司,美国HeXCe1、AmocosZo1.tek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城拉伸强度，MPa拉伸模埴，GPa断裂伸长，密度，g/cm3应用T30035202301.51.76B747,B767,B777T70019002302.I1.8B777

8、,B787T80054002941.91.8B777,B787T1.OOO70602942.41.82AS439302211.61.77B747IM652402761.71.76B787IM753792761.81.77B787IM854473031.71.8B787MWJ44103771.21.77M50J39304750.81.88M55J39205400.71.93M60.J39205400.71.94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

9、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）,经高分了聚合反应，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、卜游产品开发形成“一条龙”生产线。碳纤维的生产是一个系统工程，

10、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）;Toh。（东帮）Hexce1.Cytec（主要生产涂料，也干一些预浸料）;ZOItaC等（B787主要用To1.ay;Hexce1.和少量CyIeC的，尤其是其905表面涂膜和用于代替InVar合金制造工装的BM1.）。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787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80Ot扩至2600t;东帮德国公司碳纤维年生产量拟从190Ot扩至3400to由于碳纤维的扩产需要一个

11、过程，所以碳纤维紧跳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

12、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拓展碳纤做CCF300）主要性能（2005年）（703所测试）试样编号拉伸强度，GPa拉伸模量,GPa断裂伸长率，%线密度，gK三XcXc%Xcv051031013.744.32701.91.444.4200.2051031023.655.22132.11.795.51

13、96.4051031033.535.12192.91.705.9201.0051031(M3.783.22312.31.703.5193.1T3003.552.320.81.522.266.7X32O()5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

14、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，世界聚丙烯脂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

15、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，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100OI。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300Ot的年耗量。如果再加上其他军机、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

16、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%。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

17、需求，开展了预成型体制备利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“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，是发展先进武都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

18、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

19、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。开展国产碳纤维复合材料及其在飞行都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。121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

20、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。122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

21、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，己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。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K机的研制可以选用n本生产的碳纤维，而军用匕机则一直采用美国本国生产的AS4、IM7、IM8等碳纤维。123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

22、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E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

23、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

24、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J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IE在研制的一些高性能的K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

25、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E集团技术基础和能力哈飞集

26、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，并即将建立中国空平；研制生产的宜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；熟练学握复合材料夹层结构成型、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

27、材料设计一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InS

28、tron试验机、C扫描仪、X-射线福物.线行胸1的巴化学攵化不XM1.慢.超度F复合H利性侵多参强汉旎表H忖科组分、界和时史今M性能用化的舒用般律皿炭工Z”北合材性能影*的规仲和表征五体系0户财共村”冲轮付测(2)技术特点通过本平台的建立，围绕国产健纤维及其更合材料微观结构的城化表征与性能演化规律,技术特点如下：(I)采用国际先进测试分析手段对国产健纤维表面组织结构进行量化表征，为界面增效设计费定关键基础：(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J国产硬纤维去面形态对纤维与树脂及合物理化学本旗及相容性的影响；(3)通过界面微结

29、构的系统分析，研究豆合材料做结构的物理化学组成和结构特性的变化与规律,建立了切合材料微结构的表征参敢体系：(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:的界面增效设计理论：(5)通过发合材料损伤萌牛.增K-累积.费延的全程模拟，预报发合材料性能演化规律，实现发合材料演化过程的可视化仿真。(6)建立湿热环境下与疲劳栽荷作用下国产碳纤维笈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卜见表6:表6.设备型号及主6技术经济指标序号设备名称型号生产厂家单f数公设备馀格（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0C40你国台122222

30、全自动激光拉曼光谱仪1.abRAMAramis法国台135353全自动比表面积及中孔、微孔分析仪ASAP2020系列美田台I9KO1哈克模块化先进旅转液变仪HAAKEMARS德国台11-：Ih5Ifif加速寿RE1.96美国11515命试验箱/环境应力傩选试险箱6纳米压痕仪NHT欧洲台11601607应力应变综合数据中国套175758研究级智能数字全自动立体显微IftSteREODiscoveryV12德国19898合计5003.14平台建设费用1.建设工期为三年，即2008201.1.年,该平台经费预算1400万元，具体见下表：表7.各项任务羟状分配及需求科目投资金领（万元）设计费200材料

31、费340外协加工决0专用费3002）预浸料制造和成型技术特点自纤维增强聚合物基豆合材料盟生之日起,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，其各种参数经确定，即可进入小批量生产阶段，产品质量里现性相当而,工艺质证非常桩定.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科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。顶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,H前，已经商品化的预浸料种类和牌号做多，其性能不同,用途也不同,但具有特殊用

32、途的预浸料尚需白行研制。可用于预浸料的增强材料种类有玻璃纤维、族纤维和芳纶纤堆等有机纤维，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、岸电粉末法、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木较高。如果采用碳纤维、芳纶纤维、PBO纤维等i性能纤维作增强材料，就会生产出高性能高成本的热熔愤浸料，用于具有高要求的航天肮空及军事产品中。由于树脂含量均匀、挥发物含量低等优点，高性能而成本预浸料被广

33、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工艺技术，积累r大量研究数据和实际经验，己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I）热熔预浸机由于该设备是制造军用红合材料的关键设备，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：100Omni纱筒个数：400个工作车速：1.1.onVmin维取向的能力，是只有自动铺丝工艺才具有的.该工艺使

34、材料仅铺放花需要之处,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5.56m.型面尺寸及定位精度达到1.3mm,已经成功应用于B5ng747及767客机3m的发动机进气道整流罩、2m的PmmierI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收斗机平尾枢轴（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-I7运输机混杂复合材料发动机短险门、RA-I8ET战斗机平尾外板和GE90航空发动机的风扇叶片、AIIaS5型运载

35、火箭防护罩等各类史介材料部件百余种（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械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、中机身翼身地合体等）.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均为美国拥有，而美国绝对禁运。2（X）7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木、高性能和高度自动化制造技术，具有快速研制和稳定大批微生产的敏捷制

36、造特点，国于我国急需的史合材料设计制造尖端技术，通过哈飞与西班牙M托a;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,对尽快实现复合材科技术跨越性进步有重大意义。3.322平台基跌建设A.新增纤维铺放（铺丝）成型设备I台（套）1）购买必要性“低成本、岛性能”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史合材料界的共识。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发合材料部件几十种，在降低制造成本和提高更合材料性能方面显示出

37、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台纤维锄放机投入使用。纤维铺放技术的发展方向是取消热压M1.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。对于热固性或合材料体系，既可以成R后采用传统方法放入热压排热固化，也可以与电子束固化技术结合边铺放边周化从而取消热压搬：时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：（1）采用

38、机器手系统和多组搐浸纱束，具有增减纱束根数的功能.根据构件形状白动切纱适应边界废料极少、不需要隔岗斑：而且可以完成局部加厚/混杂、加筋、铺层遂裁和开口铺层补强来满足多种设计要求。（2）不同于缠绕和自动铺带，自动铺丝成型压力由压根提供、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，适应大曲率狂杂构件成型而又具有自动铺带的效率。（3）时制M的适应性极强，通过铺放压实可以精确控制外型面且表面光洁。（4）而度自动化,落纱铺层方向准确，可实现发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

39、仿真技术.为设计师提供了最大的设计空间，可以实现梵合材料设计成形体化和数字化。（6）采用机器人绝时坐标定位系统,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。或含材料部件抑接是复合材料应用中的技术水平相对薄弱的环节，现有复合材料即接技术水平低、质量差的问题一直难以克服,更合材料的应用范闱不断扩大，又加剧J上述问题的严重性，由于聊接问题引起的产品返修、报废问题较多。豆介材料部件在抑接之前，要进行装配的各部件都已经过卜料、铺层、成型、机加、表面处理等多道工序，如果由F期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，现有的御接工

40、艺已不能满足大部件的高质量钾接要求。国外各主要飞机制造厂家都对复合材料的自动钻聊技术非常亚视.复合材料自动钻卸技术是在金属材料白动钻钾的基础上，随着笈含材料在机身的广泛应用发展起来的。波音、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，复合材料的钾接使用了自动钻初，使枷接后的部件疲劳寿命高，聊接质量好。在豆合材料钻柳方面，主要采用机器人制孔与柳接、数控加工中心制孔、自动钻辨单元等进行加工。机器人的应用可实现轻质、高效、高质量、低成本自动钻孔和钟接，哈飞作为国内最大的航空豆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

41、械连接方面比较落后，主要以手工风动聊接为主。现有的手工复合材料普通御接和特种聊接技术已发展比较成熟，可以进行小部件更合材料和史合材料以及复合材料和铝合金材料的抑接，但不能满足日益增长的飞行器的高可雌性和长寿命的要求。2）主要技术指标：工作范围：700OmmXx）OOmm:专用自动钻狮型架：数控系统：夹紧系统：测量系统；钻钾系统等.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。333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.均是当前国际笑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

42、备、检测、试验等多方面的技术,是典型的材料、设计、1：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、借赛国外最新铺带技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，联介各方力量，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D对于无可借鉴的关犍技术，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、RF1.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

43、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，研完工艺方法，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）吸收国内外发合材料整体化的研究成果，并以此为E真空成型技术I）吸收国内外发合材料整体化的研究成果，并以此为玷础开展研究：2）对于无可借鉴的关健技术，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自动钻视技术1）吸收国内外更合材料整体化的研究成果,并以此为柒础开展研究：2）对于无可借鉴的关键技术，联合各方力垃，进行重点突破：3）在理论分析的指导进行典型结构件的设计、研制和式验，解决设计技术关键：G史合材料切钻技术D吸收

44、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）对于无可借篓的关键技术，联合各方力展,进行重点突破；3）在理论分析的指导下，进行不同加工方法的设计、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托蕾斯公司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，分别完成笈介材料平板和单曲板的I：艺试验和力学性能试验，获得合适的工艺参数，初步建立工艺卷数模型.4) 24丝束铺丝机到位后，开展锥壳体自动铺丝技术研究，舱证、实现复杂曲面自动铺丝工艺控制与优化，完善工艺模型，建

45、立工艺参数数据库.334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：I)填补必不可少的缺项，是雪中送炭，而不是锦上添花.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，以保证项目经费和历量。3)打破部门界限,实行全国大协作,防止重笈建设和投资浪费。4)改造资金精打细儿、专款专用。 热流量密度要求11610kwm2. 试验时间为防火5min;耐火I5min. 大型标准气体燃烧器火焰面枳应不小于OOIM. 小型标准气体燃烧器火焰直径应不小于1911m.35291.低温环境试验箱 工作温度：-60C2C至+200C2C 试验相对湿度：不大于15% 绝对湿度不大于20gm3 试验箱内部风速：不大于1.7mS试验箱内壁与试脸温度之差：高温不超过3%,低温不超过8%温度变化率不大于IOCnin.状脸箱尺寸：内部尺寸1200三1200n1600三试验箱应配有液压伺服加裁系统试脸箱毂荷要求：可加两个方向载荷，垂直向拉压我荷及沿水平轴向的扭转我荷3.5.2.10三综合（振动、湿慢、温度试蛤台I、振动台系统主要技术指标加定正弦激振力(N)50000颊定随机激配力(NRMS)50000策率范围(HZ)22800静定加速度m/)1000领定速度(ns)1.8SS定位移(pp)(!)5