高性能纖維及復合材料主要涵蓋具有高強高模特性的聚丙烯腈(PAN)碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維和其他高性能有機、無機纖維,以及由高性能纖維作為增強體所制備的具備輕質(zhì)高強特性的一類新材料。高性能纖維及復合材料是保障國家安全發(fā)展、清潔發(fā)展和低碳發(fā)展的關(guān)鍵材料,成為解決人類面臨的國防、能源、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域重大問題的戰(zhàn)略性材料之一。高性能纖維及復合材料技術(shù)推廣應用的覆蓋面在一定程度上反映一個國家國防建設(shè)、能源利用和環(huán)境保護的水平。近年來全球高性能纖維及復合材料產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展,整個行業(yè)的總產(chǎn)值已超過3000億美元并保持每年5-8%的強勁增長,正成為支撐全球經(jīng)濟快速發(fā)展的戰(zhàn)略中堅力量。
高性能纖維及復合材料具有輕質(zhì)高強特點,對我國實現(xiàn)低碳經(jīng)濟、拉動消費需求、以及帶動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級具有重要意義。主要包括:
能源領(lǐng)域,風能發(fā)電日益受到人們重視,碳/環(huán)氧復合材料是制造風機葉片的最佳材料;碳纖維復合材料替代傳統(tǒng)鋼制電纜芯,具有減重、降耗、易增容等特點,是電力輸送技術(shù)的發(fā)展趨勢;石油開采方面,為減輕重量和提高生產(chǎn)效率,碳纖維復合材料成為必需裝備。
交通領(lǐng)域,除大型商務(wù)客機外,新一代低碳汽車也將大量采用碳纖維及芳綸纖維復合材料,碳纖維復合材料車身同比鋼鐵減重50%;芳綸/橡膠復合材料可使輪胎變形減少、散熱性提高和滾動阻力減輕;碳纖維及芳綸復合材料在高速列車車體和內(nèi)裝飾等部件也成為不可或缺的關(guān)鍵材料。
建筑及工業(yè)領(lǐng)域,碳纖維復合材料已大規(guī)模應用于橋梁及高層建筑的加固。2010年我國建筑補強領(lǐng)域T700碳纖維布的用量達到250萬平。為提高建筑的防火安全性和節(jié)能經(jīng)濟性,采用高效阻燃和輕質(zhì)隔熱復合材料建造外墻保溫層、隔音吊頂及隔斷墻等技術(shù)正在國內(nèi)興起。
十二五的總體思路:依據(jù)《國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020)》和《國務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》,緊密結(jié)合國家安全和社會經(jīng)濟發(fā)展的目標,突破高性能纖維及復合材料重大基礎(chǔ)科學問題和關(guān)鍵技術(shù)問題,實施高性能纖維及復合材料的技術(shù)集成與產(chǎn)業(yè)示范;堅持統(tǒng)籌兼顧,突出重點;面向工程,加強創(chuàng)新;寓軍于民,軍民結(jié)合;以市場為導向、以企業(yè)為主體;以人為本,著力打造創(chuàng)新人才團隊的發(fā)展原則,建立高性能纖維及復合材料的完整產(chǎn)業(yè)鏈,滿足國民經(jīng)濟發(fā)展和國家安全建設(shè)對高性能纖維及復合材料的迫切需求。
十二五的總體目標:面向清潔能源、現(xiàn)代交通、先進制造、航空航天等領(lǐng)域的國家重大需求,重點突破高性能碳纖維制備關(guān)鍵技術(shù)、工程化技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化技術(shù),重點突破基于國產(chǎn)高性能碳纖維和芳綸纖維的復合材料制備及應用關(guān)鍵技術(shù),加快發(fā)展新型高性能有機/無機纖維制備技術(shù),形成一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵技術(shù),形成品種較為齊全的碳纖維自主牌號系列,形成國產(chǎn)高性能纖維及復合材料在能源、交通、建筑、工業(yè)及軍工等領(lǐng)域的大規(guī)模應用能力,滿足我國國民經(jīng)濟發(fā)展和國防建設(shè)的迫切需求。
十二五的戰(zhàn)略布局:(1)闡明高性能纖維制備工藝-成分-結(jié)構(gòu)-性能的關(guān)聯(lián)關(guān)系;(2)突破高性能碳纖維制備和高效快速工程化關(guān)鍵技術(shù);(3)突破基于國產(chǎn)碳纖維的織物、預浸料、纏繞/液體成型、快速成型及配套樹脂等高效制備關(guān)鍵技術(shù);(4)突破國產(chǎn)芳綸纖維應用關(guān)鍵技術(shù)(5)突破超高分子量聚乙烯高效催化聚合及工程化應用關(guān)鍵技術(shù);(6)突破若干新型有機纖維和高性能無機纖維制備關(guān)鍵技術(shù);(7)統(tǒng)籌項目基地人才,培養(yǎng)和引進高層次專業(yè)人才,建成若干國家級的研究基地。(中國科學院化學研究所 徐 堅)