6月24日在南京召開的中國工程院國際工程科技戰略高端論壇上，26名院士在內的知名專家，政府、企業界代表300余人，聚焦“復合材料技術與裝備”，探討新一代復合材料技術與裝備、智能成形制造技術與裝備發展，積極服務國家重大工程，交流最新研究成果和進展，梳理未來發展思路和目標。

支撐高端制造，我國開發多種碳纖維復合材料

先進材料成形和高端裝備制造業是整個工業體系的基石和搖籃，也是我國大力發展的戰略性新興產業之一。復合材料是人們運用先進的材料制備技術將不同性質的材料組分優化組合而成的新材料，其研究深度、應用廣度、生產速度，已成為衡量一個國家科學技術先進水平的重要標志之一。

中國工程院院士、南京航空航天大學校長單忠德告訴記者，該領域不僅是國家重大戰略需求，江蘇在該領域也有很好的科研和產業基礎。

“先進復合材料具有高比強度、高比模量、抗燒蝕、可設計性好等優點，甚至還能滿足防熱隔熱等特種功能的需求，在航空航天、軌道交通、汽車以及其他高端裝備上都有廣泛的應用前景。”單忠德說，比如車輛的輕量化將是一個發展趨勢，“碳纖維復合材料應用到軌道交通車體上，不僅可以車體減重，而且有利于節能與降低噪聲。同樣，新能源汽車用上復合材料，也利于更好實現汽車輕量化與綠色節能。”

單忠德介紹，國際工程科技戰略高端論壇是由中國工程院主辦的年度高端盛會之一，此次南航選擇復合材料技術與裝備發展國際高端論壇的主題，結合了國家重大戰略需求，立足南航乃至南京市、江蘇省的科研基礎。

目前先進復合材料技術與成形裝備，一些技術裝備如纖維復合材料自動化編織裝備國際上還是技術封鎖或者設備限制出口。近年來，我國碳纖維材料、纖維構件制造裝備以及復合材料行業發展迅速,江蘇是我國碳纖維及復合材料制品發展的重要基地,也是高性能碳纖維產業發展大省，“現在我們國家開發出了多種碳纖維復合材料，部分實現了低成本的國產化，但是，將這些碳纖維原材料制備成高端設備上的零部件，需要研發出自動化數字化智能化的編織成形裝備，這依然是目前研究的熱點和難點。”單忠德告訴記者，此外，碳纖維預制體的編織方法，直接影響預制體性能，目前三維復合材料立體編織更多還是采用人工編制或半自動化編織，效率有限，還不能滿足大型復雜高性能碳纖維復合材料預制體構件制造需求，高性能數字化智能化碳纖維編制設備亟待突破。航空航天復合材料的需求規模正逐年增加，市場潛力巨大。但從復合材料零部件制造到裝備研制，還有一系列技術難題需要去突破。

在航空航天領域，復合材料已有廣泛應用

中國科學院院士閆楚良介紹，以碳纖維為代表的先進復合材料，具有高強度、耐久性、損傷容限設計、耐腐蝕和可設計等優點，已在航空航天領域得到了廣泛應用，從飛機結構到導彈、火箭發射裝置與大型運輸裝置等，已成為高性能輕質結構的主要材料。

“復合材料結構是實現飛行器長壽命、高可靠性和低成本研制的重要技術途徑。” 閆楚良介紹，早在20世紀60年代，美國和歐洲開始對復合材料在航空領域中的應用研究，美國用40年時間進行了一系列與復合材料有關的研究計劃。

閆楚良說，NASA第一個計劃是飛機能源效率技術項目，從1976年-1986年，研究復合材料由飛機的次承受力結構到主承受力結構的應用，實現大力減輕重量，節油率達到15%以上的目標；第二個計劃項目是先進復合材料技術計劃項目，從1988年到1997年，該項目針對復合材料在飛機機翼、機身等主承受力結構開展應用技術研究。要突破復合材料的損傷容限設計、制造和檢測技術研究，為今后復合材料的大量使用提供技術支撐。目標是使飛機減輕30%—50%的重量，降低成本20%—30%。

第三個項目是低成本復合材料計劃項目，從1996—2007年，這個項目由政府機構和波音公司、洛克希德馬丁公司等企業合作，分四個階段完成，“四階段從飛機受力能力很小的構件，到受力較大的部件、受力比較大的部件，直到機翼、機身等飛機規模上很大的主結構。” 閆楚良說，四階段的目標都是通過開發高精度結構設計，分析和制造工藝技術，實現高效低成本突破，將飛機成本降低50%，使復合材料在飛機上可與鋁合金材料競爭使用。

目前，美國的大型飛機A400M和A350XWB都應用了復合材料，前者是空客集團研制的大型軍用運輸機，其復合材料使用比例達35—40%，A400M主要結構機翼、垂尾、平尾、部分機身均采用復合材料制造。而A350XWB所用復合材料選材設計上經過6次修改，最后確定方案使用復合材料用量達到52%，超過波音787飛機的50%的用量水平。

除了航空領域，航天領域方面，復合材料在運載火箭、天地往返飛行器上也有應用。比如日本實驗軌道飛行器Hope-X采用全碳纖維復合材料面板，質量比鋁合金結構輕20%，制造成本只是鋁合金結構的20%。

“在我國，復合材料在軍用和民用飛機上型號都獲得了應用，相對而言，我國直升機復合材料用量相對較多。” 閆楚良表示，熱塑性樹脂復合材料適合自動化生產，可以縮短生產周期，循環使用，在國際上的應用正快速增長，但國內基本還沒有看到應用。

技術加速迭代，才能引領產業發展

在閆楚良看來，國內復合材料在基礎研究和實際應用研究方面取得了顯著的進步和成果，但也存在一些問題與挑戰。

閆楚良介紹，目前，我國建立了包括高等院校、航天院所、飛機公司在內復合材料研究組織體系，形成了一支從材料、設計到制造配套的研發隊伍。建立了比較完善的復合材料生產手段和車間；取得了一批具有國際先進水平的標志性成果；開發了一批設計、分析軟件，總結出版了多部關于復合材料方面的設計、維護手冊、指南和標準。但與國外先進技術相比還是有一定的差距，“包括設計理念、設計方法和手段上的差距；應用規模和水平的差距；材料基礎研究和配套、制造手段、工藝設備的差距。” 閆楚良說，我們民用飛機上ARJ21支線飛機的復合材料為5%，C919飛機復合材料用量達到12.5%，這種局面將隨著我們國家飛機設計水平不斷提升還會發生重大改變。

復合材料的新興技術向產業演化還有哪些瓶頸？閆楚良說，目前國內復合材料結構設計與驗證技術體系還不完善，設計人才匱乏；復合材料結構使用與維護技術也相對落后；國內復合材料回收技術相對落后，大多采用粉碎再利用或者直接焚燒處理，而美國波音公司已經建立了復合材料循環利用工廠，并開始運營。

閆楚良建議，制定國家復合材料產業發展政策，引導復合材料產業體系化發展，同時建立先進復合材料發展智庫。此外，要發揮行業協會與學會的信息、專家、技術平臺等優勢，以及國家科研體制的優勢，促進先進復合材料技術的協同創新。

“一代材料，一代工藝，一代裝備，我們要加速技術的創新迭代，才能更好實現自主可控和技術領先，更好引領產業發展。”單忠德表示，復合材料技術與裝備是國家未來前沿性戰略性的重要研究領域之一，需要匯聚國家戰略科技力量。南航有很多老師從事復合材料領域的結構設計、制造工藝、系統裝備與檢測診斷等方面研究，通過此次論壇專家學者能夠相互交流，推進深度合作。此外，今年學校還成立了先進復合材料技術與裝備創新聯盟，6月19日南航與南京市啟動共建南航國際創新港，積極探索產學研深度融合的新模式，促進教育鏈、人才鏈、創新鏈和產業鏈有序銜接，努力為高水平人才培養、高水平科技自立自強、賦能制造強國建設作出新的更大貢獻。