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【行业动态】复合材料如何在军民深度融合形势下实现进一步发展?

2020-11-13
【行业动态】复合材料如何在军民深度融合形势下实现进一步发展?

【行业动态】复合材料如何在军民深度融合形势下实现进一步发展?

时 间:2020年11月13日 05:02

详细介绍

  研制生产武器装备需要的军用材料特别是复合材料,大部分与民用材料技术相通、产品通用,具有突出的军民技术融合发展特征,需要深入分析军民融合发展模式的转变,完善军品配套科研的军民协调、需求对接、资源共享机制,进一步推进军品配套的军民深度融合发展。

  武器装备系统是对各个单项技术的综合集成。武器装备的机械化和信息化,都是在零部件、元器件、原材料、机电产品基础之上的集成发展。武器装备科研生产需要的复合材料,是全面推进武器装备现代化的重要基础之一,必须更加聚焦国防科技和武器装备发展重大需求,为全面推进武器装备现代化提供有力保障。

  武器装备研制生产需要的复合材料和特种纤维、树脂,按长期形成的布局,属于军品配套科研生产范畴。复合材料和特种纤维、树脂的研制生产,要扩大军工单位外部协作,打破军口、民口界限,维护配套科研良性竞争机制,同等能力同等对待,充分发挥民口优势单位能力,提高科研经费和装备采购经费投入的综合效益。

  复合材料需要的碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维和各种树脂,与其他军用材料相比,具有显著的军民两用特点。

  从使用目的和应用前景看,为武器装备配套的产品特别是军用材料(包括新材料),可分为军民共用、军工专用两类。在军民共用材料中,可根据使用情况分为首先军用、民品先用、军民同用3种情况。潜艇结构钢、合金装甲板材、碳纤维抗弹/隐身装甲复合材料、高温合金涡轮盘、耐极端环境的橡胶密封材料和超高温结构陶瓷、高比冲推进剂原材料、隐身材料等属于军工专用新材料,其他材料则属于军民共用材料。在军民共用材料中,碳纤维、芳纶纤维等在我国最初用于军用,然后逐步推广民用并以民用为主;导弹和运载火箭采用的丙烯酸聚氨酯防护涂层等材料,是属于民品先用然后转为军用。

  专用设备是指只能用于生产某种材料的装置。如生产液氢、过氯酸铵等推进剂原料的装置等,只能用于生产这一种产品,产品一般也只用于武器装备。这种类型在军工配套厂家中所占比例不大。

  通用设备一般是指能够生产多种材料的设施,如金属材料的熔炼炉、轧机及热处理设备、锻压设备等。这种类型在承担军用材料研制生产任务的厂家中所占比例最大,其设备绝大部分是通用的。军工集团研制生产的用于武器装备的专用复合材料部件,如热压罐、缠绕机等,均为通用设备。

  研制生产特种纤维材料和树脂的一些设备属于专用,但研究开发的材料既用于武器装备,也大量用于民用产品,属于军民品通用设备。

  军工配套产品的研制生产组织形式主要有两种类型。一种是按产品专业化原则建设和配置。产品专业化指研制生产单位以材料来建设和配置,如增强纤维、航空玻璃等材料的研制生产。在这些企事业单位内,集中了为研制生产某种材料所需的不同类型的生产设备和不同工种的人员。第二种是按工艺专业化原则建设和配置。工艺专业化就是按照研制生产工艺的特点来设置生产单位,每一个生产单位只完成企业产品生产过程中的部分工艺或部分工序的加工任务。部分生产军用材料的生产线是按工艺专业化原则设置的,关键工艺阶段或关键加工工序在军工生产线,其他工艺或工序则在民品生产线。这两种研制生产组织形式都依托于民用企事业单位,例如,从20世纪70年始碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维和各种树脂都已经在民用企事业单位和有关高校中进行生产、研发。

  军用新材料特别是复合材料,是国家新材料产业的主要组成部分,对国家新材料产业的影响和作用主要体现在以下几个方面。

  在相当长的历史时期,我国的新材料特别是复合材料,一般是根据研制生产武器装备的需要而研发,也往往首先应用于武器装备。军用新材料在武器装备上的成熟应用,对推广民用起到了重要示范作用,并由此产生更大的社会需求。

  我国新材料产业的发展,特别是军民共用新材料技术的发展,往往是在军用新材料关键技术取得突破后起步的。如纤维制备和复合材料研制,在突破关键技术后得到较快发展,引领了国内复合材料的技术发展方向。

  新材料产业是支持其他产业发展的基础。军用新材料的发展带动了军民共用新材料产业的发展和壮大,从而进一步带动和支撑其他相关产业的发展。如高性能纤维可带动复合材料产业群,形成从树脂基体、纤维增强体、复合材料加工制造到最终产品应用的产业链,同时可应用于汽车、轻轨等交通工具和航空航天飞行器制造等先进高性能材料领域,拓展了其市场需求,创造更大的经济效益和社会效益。

  进入新的历史时期,在军民深度融合发展的形势下,我国新材料特别是复合材料产业出现4个重要转变,对复合材料产业的发展将带来重大影响。

  进入新世纪以来,随着经济的快速发展、国民经济装备制造业需求和人们生活质量的提高,我国的新材料产业由军事需求牵引为主向军事需求与经济需求牵引并重转变。例如,碳纤维最初是为研制生产卫星、火箭、导弹而开发,在很长一段时间主要用于航空航天和武器装备。随着制备技术的成熟和规模的不断扩大,碳纤维逐步由军用为主转变为以民用为主。据统计,目前国内碳纤维产量的85%~90%用于文体休闲用品;其次是建筑补强、飞机刹车盘、热场材料;航空航天和武器装备用量只占3%~5%。随着碳纤维在风力发电风机叶片、输电线缆、深井采油、汽车、火车等领域的应用,民用的比例还会增加大。

  因为我国新材料产业发端于军用新材料,所以在我国新材料产业发展的最初阶段和之后相当长的时期内,新材料主要是为军事应用目的而开发,其技术转移也以军用向民用转移为主。20世纪90年代以后,随着民用技术的快速发展,新材料技术转移逐步转变为军民技术双向转移,新材料产业布局也相应发生变化。例如,碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维等特种纤维和各种树脂等,长期以来主要是由民用工业企事业、中国科学院、有关高等院校承担。最近几年,民用企事业也充分利用军工集团的技术优势开展复合材料结构件研制。

  近年来,一些军用新材料由专门组织军用研发生产转向亦军亦民、军民融合研究生产。随着高端新材料的开发和民用市场的扩大,今后这种趋势将更加显著。今后一个时期,国家将发展高强、高韧、高模、耐高温复合材料,突破复合材料先进高效制造技术,实现缠绕成型、自动铺放和液体成型在大型主结构中的应用;发展复合材料真空辅助成型、低温固化、非热压罐固化、大厚度织物应用技术;推动碳/碳复合材料在航天航空、核能及其他工业领域的高温热结构方面的扩大应用;推动复合体系和制备技术的创新,重点发展高温长寿命热结构复合材料和超高温复合材料,实现在航天及其他工业领域的应用。这些技术,都将是军民融合发展的技术,其研发生产组织形式也将随之改变。

  20世纪90年代前,我国的新材料研发和产业形式以国家财政(包括中央财政和地方财政)投入为主。芳纶纤维、碳纤维、工程塑料、半导体硅材料、超高强度结构钢、高强度不锈钢、锆及锆合金材料等,其科研经费当时全额由中央财政安排安排。90年代后,随着一些军用新材料逐步应用于民品,一些企业开始自筹资金研发生产新材料,其资金投入远远大于中央财政的支持力度。例如,PAN基碳纤维是我国近年来发展最快的高性能纤维产业,其资金主要由企业自行投入。

  在军民深度融合发展下,武器装备所用复合材料应结合国家新材料产业规划,选择合适的发展路径,加快军用复合材料的技术进步,引领我国复合材料技术的发展。根据复合材料使用情况,可分为首先军用、以军用为主,首先民用、以民用为主,军民同用,以民用为主3种情况。针对不同情况,应选择不同的发展路径。

  一、首先军用、以军用为主的新材料,要首先在武器装备上得到成熟应用,然后推广应用于民用并形成产业

  高强/高强中模/高模系列军用碳纤维、改进型芳纶Ⅲ纤维、高强高韧铝合金材料、高性能钛合金等新材料,今后一个时期将首先用于武器装备,因此要在武器上得到比较成熟的应用后再推广于民用。在碳纤维方面,要针对军工需求,突破高强型批量稳定制备技术、低成本批量制备技术,实现稳定批量供应;突破高强中模型碳纤维小批量制备技术,实现应用;突破基本型高强高模(MJ)碳纤维工程化技术,实现应用;重点突破高强型批量稳定制备技术、低成本批量制备技术,高强中模型碳纤维小批量制备技术,基本型高强高模碳纤维工程化技术,为大规模推广民用奠定技术基础,为今后的产业化提供技术支持。

  二、首先民用、以民用为主的新材料,一般在民品上得到成熟应用后,根据军用需求可直接选用或进行再次研究开发

  电子信息材料、超导材料、纳米材料、稀土功能材料、特种橡胶等新材料,从最近几年的应用情况和今后的趋势看,是先用于民品、以民用为主。针对民用研制的复合材料新型树脂等材料,一般在民品上得到成熟应用后,依托已有技术和研制生产基础,根据军用需求可直接选用或进行再次研究开发。

  同时军用和民用,以民用为主要应用对象研究开发的新材料,在用于军事目的时,要根据军用需要开展有针对的应用研究,提高工程化水平。如高性能聚乙烯纤维,国家新材料产业规划明确要积极发展干法纺丝技术,突破纺丝级专用树脂生产技术,减低生产成本。军用高强聚乙烯纤维在民用开发的基础上,针对军用的特殊需要开展材料研究和应用究。

  关键装备是研制生产新材料的前提。在高性能复合材料关键装备开发中,“十二五”期间,我国就开展了复合材料大型多轴缠绕机、自动铺带机、自动丝束铺放机、多丝束预浸和窄带预浸机、大型超均温热压罐、高温压机与处理炉等关键装备国产化研究工作,以解决制约我国先进复合材料发展和关键技术突破的研究手段保障问题。这些开发的关键装备同样是研发生产军用新材料的重要装备。国防军工需要的复合材料等关键装备,可依托国家新材料产业计划进行,在关键装备研制成功后直接订购,也可根据其特殊需要进行改进特制。

  未来,复合材料产业应着重聚焦国防科技和武器装备发展目标,高效配置国防科技资源,吸纳社会资本投入,进一步推动复合材料产业的军民深度融合发展,为国家战略性重大工程、全面推进武器装备现代化提供有力保障。

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