以高性能增強纖維，特別是以碳纖維為增強相的先進復合材料，近年來在世界上了得到了人所共知的快速發(fā)展。先進復合材料是典型的軍民兩用材料，先進復合材料技術(shù)是典型的軍民兩用技術(shù)。我國兩院院士師昌緒先生生前曾說："復合材料幾乎是一個無所不為的材料。"國際著名復合材料組織JEC主席Mutel也講："Composites can be found in almost product imaginable"。
我國的復合材料事業(yè)起步并不晚。自上世紀六十年代初長春應化所李仍元先生研發(fā)碳纖維始，六十年代末進入復合材料領域，以本人而言即于1970年作為飛機設計人員既已進入該領域 ，投入研發(fā)
。40多年來我們也取得了一定的成績與進展
，但與世界的先進水平比
，我們的應用與發(fā)展還存在許多問題和差距，短板和瓶頸
。靜觀國內(nèi)的事實
，我們必須得老實承認在這一重要的技術(shù)領域，我們不是趕上或超過世界的先進水平而是落后了
。我們應用的規(guī)模與水平
，設計的方法與觀念，材料的基礎與配套
，制造的工藝與設備均嚴重落后
。落后是全方位的，差距是越來越大了
。該領域的先驅(qū)
，北京中科院化學所原副所長吳仁杰先生曾說，我們就像一個醒來的人
，打哈欠
，伸懶腰，總也起不來床
。這種"起不來床"的感覺
，至今猶存。
本文的重點就在于找出落后的方面及其原因，引起國內(nèi)相關(guān)領導及同仁的關(guān)注，并有針對性的采取措施，以期趕上并超過世界上先進復合材料技術(shù)發(fā)展的雄偉步伐。論及應用發(fā)展落后的方面及其原因應是多方面的，但依據(jù)本人參與國內(nèi)先進復合材料軍民用發(fā)展研究40多年來的切身經(jīng)驗和體會，主要有以下十條，今不揣冒昧，倉促成文，期與國內(nèi)業(yè)界領導及同仁共同探討并虛心就教。
1 思想認識和理念的問題
先進復合材料對國防建設和國民經(jīng)濟發(fā)展有極為重要的作用，國內(nèi)對此長期認識不足。以飛機設計而言，減重是其永恒的主題，復合材料能夠帶來20-30%的減重，這是其它手段無法達到的，故復合材料一問世首先用在航空上，初期可高達70%左右的碳纖維耗于此處
，先軍機后民機，制件從小到大
，從少到多
，從弱到強，從次結(jié)構(gòu)到承力的主結(jié)構(gòu)
，從結(jié)構(gòu)到功能
，一步步地實現(xiàn)了飛機結(jié)構(gòu)的復合材料化，所謂"化"者大有徹頭徹尾
，徹里徹外之謂也?div id="jfovm50" class="index-wrap">，F(xiàn)世界上軍民機均已用到50%以上的水平（指復合材料占結(jié)構(gòu)重量的百分比），直升機
、無人機
、通用飛機多已達到80-90%的水平。而我們的軍機正式應用在10%以下
，J-20用到了機翼在～以上
， J-31在～以上，但后兩者還在試飛并未投產(chǎn)
。民機正式研制的ARJ21用量2%以下
，C919達到12%左右，但均在研制中
，并未量產(chǎn)
。與世界水平比，差距相當之大
。懂復合材料的結(jié)構(gòu)總師并非飛機研制的總師
，他們在自己的崗位上艱難推進應用，但困難重重
。我們的主要領導未見世界上業(yè)已存在的飛機結(jié)構(gòu)復合材料化的大趨勢及其對航空工業(yè)的影響,對此 航空工業(yè)正面臨著極其嚴重的挑戰(zhàn)
。
相比之下，國外不是這樣。美國的航空航天工業(yè)協(xié)會（AIA）早于上世紀80年代即已擬出一"復合材料發(fā)展綱要"，并向美國政府發(fā)出警告，指出復合材料是美國90年代的關(guān)鍵技術(shù)，必須組織美國的全國力量大力推進復合材料的發(fā)展，在競爭的威脅下保持這一領域的優(yōu)勢地位。于是下面完成了一份詳盡的先進復合材料"國家技術(shù)開發(fā)計劃"。再看下面的波音飛機公司，一直把復合材料作為重點抓住不放
，從B-737平尾入手一直到B-777尾翼的研制鑒定，到B-787的50%復合材料的應用
。上世紀80年代中期筆者曾在波音以雇員身份工作
，他們抓預研、抓課題的工作態(tài)度和氣勢為我所親見
。再如原麥道公司自1976年研制F-18
，正式上了機翼，于1982年正式首飛
，此后世界上三代機全部是復合材料機翼了（我國的J-10除外）
。而我們1995年完成J8-II復合材料機翼預研上天后，直到近20年后才有J-20
、J-31機翼正式上天，落后了30多年
。
我們國內(nèi)認識上時間遲后，高度上不到位，特別是有技術(shù)決策權(quán)的高層技術(shù)領導
，這導致了我們今天應用發(fā)展的嚴重落后
。當前先進復合材料已在以航空航天為核心的國防軍工領域、能源領域
、建筑領域
、地面交通領域(包括汽車)、艦船領域
、運動休閑以及廣大的工業(yè)等領域
，開創(chuàng)了前所未有的發(fā)展空間和機遇，所以我們必須提高思想認識
，站在經(jīng)濟全球化的高度
，以開放的思想，前瞻的目光和創(chuàng)新的思維
，充分認識大力發(fā)展先進復合材料技術(shù)的重要意義和其光明的前景
。
2 缺乏政府部門的有力組織和支持
復合材料技術(shù)，包括碳纖維、芳綸等增強纖維技術(shù)
，學科交叉，協(xié)作面廣
，需要相關(guān)政府部門有力的組織
、支持和投入
。而在這方面我們和國外相比存在較大的不足和差距。
長期以來歐美等國制訂并投資了一系列發(fā)展計劃，旨在推動復合材料的應用發(fā)展
。例如美國1976年由NASA牽頭制定了著名的ACEE（Aircraft Energy Efficincy）計劃，即飛機節(jié)能計劃
，前后執(zhí)行了10年
，國內(nèi)各大飛機公司幾乎全部參加，減重節(jié)油
，增加商載
，該計劃完成了B737平尾、DC10垂尾
、L1011垂尾的飛行和鑒定
。接著又有著名的ACT(Advanced Composite Technology)計劃出現(xiàn)，于1988年-1998年執(zhí)行
，目的在于飛機結(jié)構(gòu)性能
，研發(fā)"強度、剛度
、損傷容限"三者統(tǒng)一的主結(jié)構(gòu)
，推動大飛機上機翼、機身主結(jié)構(gòu)的應用
。再如歐洲則有TANGO (Technology Application Near-Term Goals and Objective)計劃
，為歐洲11國共34個部門聯(lián)合發(fā)起并執(zhí)行，革新設計概念
，革新制造方法
，旨在結(jié)構(gòu)減重20%，成本降低20%
。歐洲近期又有NGCW(Next Generation Composite Wing)計劃
，投資1.03億歐元，多國共16個工業(yè)組織參加
，旨在推進大型客機上復合材料機翼的應用
。
另一個重要的方面是由政府出面統(tǒng)一組織制訂相關(guān)法規(guī)，使復合材料的設計和鑒定文件化、規(guī)范化
，編制全行業(yè)的技術(shù)標準，形成設計和鑒定的統(tǒng)一指南
，推動復合材料的應用發(fā)展
。這方面的實例很多，如美國軍用復合材料手冊MIL-HDBK-17統(tǒng)一編寫和組織250名專家的不斷修訂
；FAA領導下著名的AC-107AB(飛機復合材料結(jié)構(gòu))咨詢通報的統(tǒng)一制訂
；美國NASA領導下共享數(shù)據(jù)庫的建設（Share material databases）
；美歐"商用飛機復合材料修理委員會"(CACRc)的共同組建等實例不勝枚舉。
再如我國的臺灣當局一直把復合材料作為支柱產(chǎn)業(yè)予以支持發(fā)展 ，當局作了大量組織和領導工作
。如近期發(fā)展汽車領域的復合材料應用，即由其經(jīng)濟部牽頭組織"官產(chǎn)學研"多次召集專題研討會
，并于2012年正式組建"臺灣碳纖維電動車開發(fā)聯(lián)盟"
，旨在推動先進復合材料在汽車結(jié)構(gòu)上的應用發(fā)展。我曾應邀訪臺講學交流
，親身領略了這種氣勢
。
我國也有一些政府部門的組織和支持，如航空部存在時 ，曾組織過第一本《復合材料設計手冊》的編寫
，J-8Ⅱ復合材料機翼的研制等，但都在部屬范圍內(nèi)進行
，規(guī)模有限
，近期組織T800級碳纖維的有組織評定等，范圍擴大到了航空航天
。2013年10月工業(yè)和信息化部又印發(fā)了《加快推進碳纖維行業(yè)發(fā)展行動計劃》
，旨在加快碳纖維及其復合材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展，該部有能力組織此事又有投資支持
，未嘗不是好事。
由上面的簡述可見，復合材料的應用發(fā)展離不開政府部門的有力組織和大力支持
。很多計劃和規(guī)范的制訂等都是多部門甚至多國聯(lián)合制訂并執(zhí)行，不是哪一個或哪幾個科研和工業(yè)部門就能勝任的
。我們看到西方發(fā)達國家復合材料的蓬勃發(fā)展
，也要看到他們的組織工作和巨大的資金投入。相比之下
，我們的差距是顯而易見的
。
3 基礎預研不到位，投資研制不足
國內(nèi)與國外相比在復合材料技術(shù)領域缺乏戰(zhàn)略上、整體上的規(guī)劃與研究，投資亦顯嚴重不足。致使我們基礎研究薄弱，預研不踏實，導致技術(shù)上落后，許多基礎理論和工程實際問題未獲解決和很好解決?div id="4qifd00" class="flower right">
；A理論方面如破壞機理與極限強度分析問題
、從微觀損傷到宏觀失效問題、確定性和非確定性分析方法等問題
；工程實踐上
，如材料許用值與結(jié)構(gòu)設計值合理確定問題，質(zhì)量控制與標準合理制制訂等問題
、性能測試與共享數(shù)據(jù)庫建設問題
、大面積整體成型與膠接結(jié)構(gòu)的分析問題、使用保障與修理維護的問題等
。以飛機設計而言國外普遍有20-30%的減重效果
，而我們普遍達不到20%。實踐中諸問題的存在使復合材料的應用置信度不夠
，效果不足
，使人覺得效益不大，花錢不少又麻煩不小
，故普遍存在"不敢用
、不好用、不愛用"的現(xiàn)象
，實質(zhì)是"不會用"
，極大地限制應用的發(fā)展，說明預研遠沒給應用提供必要的技術(shù)基礎
。
在為數(shù)不多的國家立項預研課題中 ，缺乏相對統(tǒng)一的組織領導、合作與協(xié)調(diào)
，存在多方領導
、多頭投入且又投入嚴重不足，研究力量不足
、項目低水平重復
。從項目論證到評審鑒定諸環(huán)節(jié)問題較多，學風不正
。鑒定驗收一般都說填補空白
，水平國內(nèi)或國際領先，但工程上一用問題百出
，缺乏求真務實的科學態(tài)度與作風
。如我們國內(nèi)進入碳纖維的廠商已多達30多家，但許多關(guān)鍵技術(shù)問題并未突破
，各家鮮有真誠的合作和有效的交流
。吉林市聲稱要建設中國的"硅谷"，可誰又能將其多家原絲、碳絲真正統(tǒng)籌起來
，形成拳頭
，聯(lián)合攻關(guān)呢？致使我國的碳纖維多年仍未走出"質(zhì)次價高"的怪圈
，國內(nèi)外均缺乏競爭力
。
4 設計環(huán)節(jié)薄弱，問題突出
與金屬材料相比，復合材料應用分外講設計、材料與工藝三者密切結(jié)合。但三者中設計是龍頭，這個龍頭舞不起來，擴大復合材料應用就是一句空話。道理很簡單，設計之前本無復合材料，只有纖維和基體，復合材料是設計出來的。國內(nèi)三者中，設計這一環(huán)節(jié)最顯薄弱，已嚴重制約了我國先進復合材料應用的發(fā)展。以航空航天為核心的國防軍工部門尚且如此，其它民用部門情況尤甚。時至今日我們應該明白：設計上不去，應用起不來！
復合材料設計，包括計算分析，是一個專門的技術(shù)
。國際上認為培養(yǎng)一個成熟的復合材料設計師至少需要10年。國內(nèi)嚴重缺乏有經(jīng)驗的復合材料設計人員
，已普遍影響到復合材料的應用發(fā)展。如復合材料設計中最有特色的乃是鋪層設計
，但國內(nèi)很少有人真正掌握鋪層設計的原則和方法
，弄不清材料許用值和結(jié)構(gòu)設計值的來源和用法。有些人知道一點強度理論
，但不知道復合材料強度
、剛度計算的工程方法，甚至不了解國際上通行的分析和驗證用的"積木式"（BBA-Building Block Approach）方法
，很少有人具體掌握復合材料連接設計
、疲勞耐久性設計、損傷容限設計、穩(wěn)定性設計
、環(huán)境影響及其防護設計
、修理設計等許多具體設計技術(shù)和要領。設計人員發(fā)不出符合上述諸原則的設計圖紙來
，試問生產(chǎn)部門如何進行具體的選材和制造
？復合材料必用的連接設計，我們現(xiàn)有的計算方法仍是以前驗證過的方法
，已有人指出并不太準確
。新的系統(tǒng)的方法我手中就有，但近年來推廣宣傳不夠
，并未太用
。
設計還有一個重要的問題，即規(guī)范和手冊等軟件建設的問題。國外十分重視有組織地制訂相應規(guī)范，提出"開發(fā)編制全行業(yè)標準，改進最終產(chǎn)品一致性"的口號，減少風險，降低成本，促進應用。以各大飛機公司而言無一例外地均有自己的《復合材料設計手冊》，而我們基本沒有。至于專門用于復合材料設計分析軟件的開發(fā)
，國內(nèi)也遠遠落后于國際的水平
，如Fiber SIM，Hyper Sizer等軟件的開發(fā)和應用等
。
設計影響應用的例子不勝枚舉，如風機葉片設計，國外已大量應用先進復合材料
，形成碳纖維應用的大戶
，但國內(nèi)進展很慢。一個重要原因是我們的葉片多是引進工程
，沒有原始設計產(chǎn)權(quán)
，對所用材料不敢做輕易更改。重新設計時連載荷都沒有
，因為引進時人家不會詳細給出
。下面汽車工業(yè)要大上復合材料，但汽車領域的工程師普遍不會復合材料設計
，問題十分尖銳地擺在我們面前
，值得關(guān)注
。
5 制造技術(shù)發(fā)展滯后，設備需改造更新
制造是現(xiàn)代復合材料技術(shù)中占有至關(guān)重要的地位，一切產(chǎn)品都要通過制造方能變?yōu)楝F(xiàn)實
。制造技術(shù)包括制造方法、成型工藝
、模具技術(shù)
、無損檢測以及制造設備等諸方面的問題。與國外相比我們于該方面差距更大
。近年來國外以自動鋪帶（ATL）和自動鋪絲(AFP)為核心的復合材料自動化制造技術(shù)正在世界上蓬勃發(fā)展并首先用在航空航天工業(yè)中
，并逐步向民用領域推廣。自動鋪帶機由波音牽頭
，于1983年投入使用已30多年
，自動鋪絲機于1990年投入使用已20多年，世界上稱這是20世紀最后10年復合材料技術(shù)發(fā)展史上一個里程碑式的事件
。我們卻只有萌芽式的研發(fā)和近期的采購應用
，落后30多年！自動鋪帶機國內(nèi)各飛機公司已引進多臺
，但自動鋪絲機由于國際上對華封鎖尚一臺也沒有
，引進的自動鋪帶機國內(nèi)各單位應用亦不充分。設備最好的空客和哈爾濱飛機公司合建的合資企業(yè)"哈飛空客復合材料制造中心"也只允許制造A350XWB舵面結(jié)構(gòu),且A350于2014年12月才交付第一架飛機
，我們還得生產(chǎn)10年
、20年。波音787給中國的最大制件也是方向舵（無設計權(quán)）
，我們連個尾翼都不能做
，可見國外對中國限制封鎖之嚴。舵面是國外上世紀80年代中期研發(fā)過關(guān)的
，我們又落后了30多年
！
其他如以共固化/共膠接為核心的整體成型技術(shù)，新型的罐外成型技術(shù)(0OA)，快速成型的RTM（HPRTM）技術(shù)
，新型拉擠技術(shù)ACP(拉進去的是預浸料不是纖維)，厚板固化及其變形控制等技術(shù)我們都發(fā)展不足
。
將來的飛機以復合材料為主而不是金屬為主已是不爭的事實。原有生產(chǎn)金屬飛機的設備正在淘汰和棄用，車銑刨磨鉗基本不用
，程控數(shù)控機床也將不用，鉚接
、螺接大量減少
，這一切空前地改變了航空制造業(yè)的傳統(tǒng)，航空產(chǎn)業(yè)鏈面臨重大重組進程，能否適應這一重大變革必將決定航空制造業(yè)的成敗興衰
。對此航空工業(yè)面臨著極大的挑戰(zhàn)
。對此西方的航空工業(yè)正在向大規(guī)模生產(chǎn)復合材料制件前進，為此設備和生產(chǎn)手段的更新是不可避免的
，投資是巨大的
，如歐洲的空客投資3.6億歐元在德國建成生產(chǎn)A350機身的新廠，英國投4億英鎊在威爾士建設生產(chǎn)A350機翼的新廠
。英國甚至要投30億英鎊用于航空航天復合材料項目的建設
，投資之巨令人瞠目，我們難以望其項背
。民用領域發(fā)展復合材料產(chǎn)業(yè)這樣類似的技術(shù)改造也是不可避免的
，如汽車制造、風機葉片
、艦船等領域
。航空復合材料有限公司正在組建，整合原621所和625所的技術(shù)力量組建新的公司參與競爭
，但進度太慢
、資金短缺，影響其發(fā)揮作用
。我們已經(jīng)明白關(guān)鍵的核心技術(shù)是買不來的
，創(chuàng)新能力也是買不來的，只能靠我們自己發(fā)展
。
6 成本高制約應用發(fā)展
先進復合材料成本畢竟較高，是制約其擴大應用發(fā)展的主要障礙之一。我們思想上應該牢記：成本下不來
，應用上不去
。
有鑒于此，西方發(fā)達國家近年來紛紛制訂低成本的復合材料發(fā)展計劃，發(fā)展低成本的復合材料綜合技術(shù)
。如美國由國防部出面聯(lián)合工業(yè)界于1996年發(fā)起并執(zhí)行一個10年的低成本復合材料計劃，即著名的CAI(Composite Afforability Initiative)計劃
，近年來總結(jié)認為取得了巨大成果
，并已用在F-35和B787等機型的工程應用中，聲稱要給出一個設計/制造示范性的轉(zhuǎn)變
，要降低總成本的50%
。此外美國的各大飛機公司，如波音
、洛克希德等也都有自己的低成本計劃
。歐洲則繼TANGO計劃后又有ASK計劃等
，此時要減輕結(jié)構(gòu)重量的30%，節(jié)省成本的30%
，也是多國多部門聯(lián)合執(zhí)行
。
低成本技術(shù)應包括低成本的設計技術(shù)、低成本的材料技術(shù)、低成本的制造技術(shù)
。其中核心是低成本的制造技術(shù)，因其占了成本的大部份額
。以航空航天而言其占約80%的份額
，民用則可占60%左右的份額。所以核心是要大力發(fā)展低成本的制造技術(shù)
。這一點對民用領域尤其重要
。如汽車領域應用復合材料，筆者認為其成敗的關(guān)鍵主要就在于快速成型的低成本制造技術(shù)的成功研發(fā)
。
相比之下我們國內(nèi)至今沒有系統(tǒng)的低成本計劃的制定和執(zhí)行 ，缺乏系統(tǒng)、深入
、具體的研究和實踐
，遠落后于國外的情況，致使航空復合材料產(chǎn)品價格居高不下
。復合材料產(chǎn)品的價格最終是按公斤計的
，機種不同，具體價格不同
，選材不同
，制造方法不同等，很難統(tǒng)一給出準確的價格
。國外構(gòu)件一般600-1500美元/公斤
，約為4000-10000元人民幣/公斤。而我們一般1-1.5萬元/公斤
，甚至2萬元/公斤
，軍機研制軍方不接受，民機研制亦覺成本太高
，一再希望少用
。我們軍用T300級碳纖維3500-4000元/公斤，航天亦大致如此
，將開發(fā)的經(jīng)費亦打入其中
，簡直是在賣缺。成本問題極大地制約甚至扼殺了應用的發(fā)展
，在民用領域問題將會更突出
。成本降不下來
，應用上得去嗎？
當然，正確看待成本國內(nèi)也存在問題，國內(nèi)容易重視一次性投資成本
，而忽視了綜合成本和全壽命成本
。如民機大量應用復合材料，可以大幅減重
，省下的重量可多賣座位
，可節(jié)省燃油，大幅降低運營成本
，綜合起來看會有經(jīng)濟效益
，否則用不起來。再如國內(nèi)有人發(fā)展復合材料耐酸泵
，較金屬泵肯定貴得多
，但不腐蝕壽命長，免去了頻繁的更換
，總成本反倒低了
。成本問題是一個復雜的、綜合的問題
，必須全面看待
。
7 缺乏原始技術(shù)創(chuàng)新，創(chuàng)新能力不足
創(chuàng)新是一個民族技術(shù)發(fā)展的靈魂，事關(guān)國民經(jīng)濟發(fā)展的命脈，當前國家十分重視和強調(diào)，最近李克強總理還在號召"大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新"，但在復合材料技術(shù)領域卻表現(xiàn)出重視不夠，創(chuàng)新能力不足 ，與外界相比缺乏原始技術(shù)創(chuàng)新
。
應用發(fā)展歸根結(jié)底是要能不斷開發(fā)出新的有競爭力的適銷對路的產(chǎn)品投放市場獲取效益。國內(nèi)先進復合材料占有60%左右市場份額的是體育休閑用品 ，世界上60%以上的復合材料體育休閑用品均出自中國大陸
。但產(chǎn)品多系臺灣轉(zhuǎn)移而來，我們并無自主知識產(chǎn)權(quán)
，代工的性質(zhì)效益自然不高
。以復合材料自行車而言，目前世界上可有30萬輛/年的產(chǎn)量
，從車架
、車把
、車叉、座管到曲柄最后到車圈臺灣用27年完成復合材料化的進程
，技術(shù)含量很高
。車及其配件雖然多產(chǎn)自大陸，但我們從未獨立完成過一輛復合材料自行車的完整研發(fā)
。風電至2011年我國已累計裝機62364MW
，超過美國居世界第一，但復合材料風機葉片卻多由國外制作
，我們少有自主知識產(chǎn)權(quán)
。本人早已指出此乃是我國發(fā)展復合材料產(chǎn)業(yè)的一種"病態(tài)"，如今看來"病態(tài)"猶存
。
目前我國進入碳纖維研發(fā)和生產(chǎn)的企業(yè)已多達30多家，已建成產(chǎn)能達萬噸以上，但2014年的產(chǎn)量僅在3000噸左右，還存在著"有產(chǎn)能無產(chǎn)量，有產(chǎn)量無質(zhì)量"的情況，產(chǎn)量以后可能還會增加，但若創(chuàng)新的下游產(chǎn)品開發(fā)不出來，這些纖維的市場在哪，企業(yè)的出路何在？歷史的經(jīng)驗早已指明，當纖維供應充足時靠賣纖維是不賺錢的，必須大力開發(fā)下游產(chǎn)品。目前國內(nèi)的產(chǎn)品低端的較多，上檔次的較少，技術(shù)含量較低，附加值不高。我們要發(fā)揮中國人的聰明才智，進行有創(chuàng)造性革新的研發(fā)，除占領國內(nèi)市場外，也要有勇氣參加世界市場的競爭。
誠然創(chuàng)新并非易事，在整個復合材料技術(shù)領域我們并非完全沒有創(chuàng)新，只是創(chuàng)新意識還不強，創(chuàng)新能力還不足，創(chuàng)新產(chǎn)品還不多。在當今世界范圍內(nèi)，先進復合材料的新材料、新工藝
、新理論
、新方法層出不窮，如果我們跟蹤模仿尚不到位何談創(chuàng)新
