高模量碳纖維在中國宇航結構產品上的應用現狀及實現自我保障的建議

陶積柏，黎 昱，張玉生，梁 龍，陳維強

（北京衛(wèi)星制造廠，北京 100094）

高模量碳纖維在中國宇航結構產品上的應用現狀及實現自我保障的建議

陶積柏，黎 昱，張玉生，梁 龍，陳維強

（北京衛(wèi)星制造廠，北京 100094）

實現高模量碳纖維復合材料的自我保障對中國國防建設與航天事業(yè)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略與實踐意義.重點介紹了高模量碳纖維在中國宇航結構產品上的應用現狀及需求，闡述了高模量碳纖維的特點、制備工藝、關鍵技術及研究現狀等，分析了現階段中國高模量碳纖維發(fā)展存在的主要問題，有針對性的提出了實現自我保障的建議.

高模量碳纖維；宇航結構產品；應用現狀；自我保障；建議

高模量碳纖維是指彈性模量超過350 GPa的高性能碳纖維，根據原絲來源主要分為聚丙烯腈基和瀝青基兩種.高模量碳纖維復合材料具有比剛度高、尺寸穩(wěn)定性好、耐燒蝕性強及可整體設計等優(yōu)異特性，是現有和未來衛(wèi)星主體結構、功能結構、防護結構和輔助結構上不可替代的關鍵材料.中國高模量碳纖維研制起步較晚、水平落后、衛(wèi)星結構用高模量碳纖維幾乎完全依賴進口，陷入航天技術發(fā)展受制于人，在復雜國際環(huán)境中隨時可能被掐斷的被動局面，為了保障國家利益，加速自主建設航天強國和強大國防，開展國產高模量碳纖維體系研制實現自我保障，對中國宇航事業(yè)有著重要的戰(zhàn)略意義.

1 應用優(yōu)勢

中國目前在軌、在研和論證中的宇航結構產品廣泛使用高模量碳纖維，是各級主次結構的核心關鍵材料［1］，也是未來航天材料發(fā)展的重點.

1.1 滿足結構輕量化的需求

衛(wèi)星工作在數百到數十萬公里的空間軌道上，克服地球引力需要巨大的能量，因此，航天技術對衛(wèi)星質量有著極其嚴格的要求.據估算，衛(wèi)星每節(jié)省1 kg的質量，運載火箭就可以減少500 kg的燃料［2］，并降低發(fā)射成本2萬美元［3］.在整星質量相同的條件下，隨著高模量碳纖維應用比例提高，衛(wèi)星結構質量與總質量之比降到5%以下，減少結構質量意味著增加了有效載荷的比例，也意味著更多的燃料、設備、功能和更長的壽命.

1.2 滿足結構高剛度的需求

衛(wèi)星在發(fā)射過程中受到很大的加速過載和劇烈振動載荷.衛(wèi)星主結構基頻高于運載的基頻，才能夠承受發(fā)射過程的過載和振動載荷，保證整星的完整性和功能性.在軌衛(wèi)星受儀器振動和熱應力等因素的影響，結構會受到低頻率振動干擾，只有星體結構達到較高的振動基頻，才能避免發(fā)生共振等災難性后果［4］.通常要求各級結構具有較高的一階基頻，即很好的剛性.高模量碳纖維復合材料是滿足衛(wèi)星結構剛度要求的最佳材料［5］.

1.3 滿足結構尺寸穩(wěn)定性的需求

衛(wèi)星上的多個分系統(tǒng)和功能載荷要求星體結構和次級結構在軌道運行和冷熱交變過程中，具有非常高的尺寸精度和穩(wěn)定性，如拋物面天線［6-7］、相機鏡筒［8］、對接機構等，其精度直接影響著衛(wèi)星或有效載荷的功能發(fā)揮，決定了遙感［9］、偵察、通信、空間攻防等航天任務的成敗.高模量碳纖維熱膨脹和吸濕膨脹系數非常小，可設計成零膨脹結構，是制造這類結構的最佳材料.

1.4 滿足結構-功能一體化的需求

隨著衛(wèi)星功能的不斷增加及復雜航天項目的開展，生理環(huán)境保持能力、空間防護能力、熱控能力和隱身能力等多功能成為衛(wèi)星結構的必然發(fā)展趨勢.高模量碳纖維復合材料作為一種多相復合結構，能夠在不損失結構強度的基礎上，順利的引入各種功能，替代大質量復雜的專用功能部件，進一步提高衛(wèi)星效率和項目的可行性.

2 應用需求

中國多個重大專項航天任務中都對高模量碳纖維提出了明確的需求.現有大型通信衛(wèi)星平臺等各種衛(wèi)星結構上，須全面應用高模量碳纖維才能滿足結構效率、強度剛度、耐空間環(huán)境、長壽命等方面的要求.這些重大專項工程有著意義重大、科學價值高、性能要求苛刻的特點，高模量碳纖維無法被取代的應用地位和迅速增長的用量需求，迫切需要有穩(wěn)定可靠的高模量碳纖維供應來源，才能保證項目順利推進及任務的最終成功.因此.必須建立批量化生產能力，盡快實現高模量碳纖維的自我保障.

3 研制現狀

3.1 高模量碳纖維的特點

宇航用高模量碳纖維在24 K以下，以1、3、6 K為主［10-11］，滿足復合材料精細化的制造要求.采用專用原絲、獨立的質量控制體系和嚴格的檢驗標準保證品質的同時帶來了成本的升高.某些特殊應用環(huán)境對纖維有特別的性能要求，如微成分、質量一致性和穩(wěn)定性等.宇航用碳纖維產品、關鍵制備技術和裝備被各國嚴格控制，難以從國外引進，必須依靠自身發(fā)展［12］.

3.2 制備工藝

高模量碳纖維制備工藝一般分為原絲制備、氧化、碳化、石墨化以及上漿5個階段.石墨化是碳纖維經過2 000～3 000℃熱處理，在惰性氣體保護下非碳元素進一步脫除，碳元素進一步富集，可得到含碳量99%以上的高模量碳纖維.高模量碳纖維石墨層平面進一步沿著纖維軸向排列，由二維亂層石墨結構向三維有序結構轉變，石墨微晶沿著纖維軸向的取向性增加，大大提高了碳纖維的彈性模量.石墨化工藝主要為高溫石墨化，以及在高溫熱處理時輔助催化技術、熱牽伸技術、外加磁場技術、滲碳技術、高壓技術等石墨化工藝.

3.2.1 高溫石墨化［13］

高溫石墨化分為一步法和二步法.一步法是在碳纖維生產過程的高溫碳化后直接進行高溫石墨化處理，不需要對碳纖維進行脫膠、鈍化等重復工藝環(huán)節(jié)，流程簡單，利于保持纖維強度性能和降低成本.一步法工藝調節(jié)余地大，可根據高溫石墨化對碳纖維結構的要求對預氧化、碳化工藝進行調整，是高模量碳纖維生產的必然趨勢.二步法通常利用成品碳纖維進行高溫處理，包括鋪絲、脫膠、鈍化、石墨化、表面處理、上漿、收卷等工藝環(huán)節(jié).優(yōu)點是不受碳纖維生產工藝限制，工藝靈活，缺點是工藝環(huán)節(jié)較多，其中的脫膠、鈍化等工藝對碳纖維強度性能影響較大，不利于最終碳纖維性能提高，且生產成本較高，是目前國產M40級高模量碳纖維主要生產方式.

3.2.2輔助其他技術的石墨化

催化石墨化是指加入某些無機和有機添加劑使碳纖維在較低的溫度下達到一定程度的石墨化.化學鍍Ni-P鍍層在較低熱處理溫度下對聚丙烯腈基碳纖維的石墨化具有良好的催化作用［14］.合金中的Ni元素對碳纖維的石墨化起主要催化作用，而P元素卻并沒有參與催化石墨化過程.電沉積Ni-B合金也能夠在較低溫度下實現對聚丙烯腈基碳纖維的催化石墨化，Ni和B具有明顯的協同催化效果［15］.含Ni-B合金催化劑的碳纖維經1 300℃熱處理2 h后石墨化程度相當于空白樣碳纖維經2 800℃熱處理2 h后石墨化程度. Fe-P鍍層也具有明顯的催化效果［16］，Fe-P合金實現了較低溫度下對碳纖維的催化石墨化，具備節(jié)能高效的特點，在低溫石墨化方面具有廣闊的應用前景.

熱牽伸石墨化在同一溫度下可以兼顧抗拉強度和彈性模量兩方面性能.碳纖維在熱牽伸力作用下高溫塑性變形，孔隙沿軸向排列成針形孔，結構由無序變?yōu)橛行?，結構缺陷擴散到晶界，位錯線缺陷經蠕變而消失，使晶格排列更為完善，消除應力集中點［17］.

外加磁場石墨化技術是指在石墨化過程中施加高強磁場，可使碳纖維的拉伸強度得到大幅度的提高［18］.在1 172℃下施加平行于纖維軸向的高磁場石墨化，碳纖維拉伸強度比2 000℃下無磁場石墨化提高了14%.

滲炭石墨化技術可以減小纖維中缺陷，有效抑制通過石墨化過程造成的拉伸強度的下降.高壓石墨化可以比通常石墨化所需的溫度更低時進行石墨化，高壓在一定程度上可以抑制纖維表面碳原子的蒸發(fā)，減少纖維表面缺陷［19］.

3.3 關鍵技術

通過國內外碳纖維研究院所及生產廠家實踐發(fā)現，影響高模量碳纖維性能的三大關鍵技術主要為原絲技術、石墨化設備及高溫石墨化技術.

3.3.1 原絲技術是核心

原絲的品質是提升高模量碳纖維的性能關鍵之一，人們特別關注聚合物單體、溶劑、環(huán)境等凈化及聚合紡絲工藝參數的選擇和調整，目的是生產出低灰分、細直徑、高取向度、柔韌性好、均勻穩(wěn)定的優(yōu)質原絲.優(yōu)質原絲是制備高模量碳纖維的基礎，需要突破的關鍵技術包括研制非硅系新油劑，加強各工序的凈化度和設備加工精度，強化工藝參數調控精度，分析測試的準確度和測試方法的統(tǒng)一性等［20-21］.

3.3.2 石墨化設備是保障

目前使用比較多的石墨化設備有電阻爐、感應爐、太陽爐及等離子體技術加熱等.其中電阻爐和感應爐都有直接加熱法、間接加熱法兩種模式.國內外工業(yè)領域普遍采用高溫管式石墨化電阻爐，石墨管的內部形成高溫區(qū)，碳纖維在惰性氣體的保護下在石墨管內被高溫熱處理而實現石墨化.

3.3.3 高溫熱處理技術是關鍵

如何優(yōu)化石墨化條件，將壓力、溫度、溫度分布、停留時間等影響因素綜合考慮創(chuàng)新制造工藝；石墨爐腔材料本身損耗程度不同，實際生產更換頻率和成本會有差異，如何在石墨化階段降低能耗、提高熱效率，延長設備使用壽命，從而提高產品性能，是高溫石墨化的關鍵技術.

3.4 國內研制現狀

國內1984年高模量碳纖維在衛(wèi)星天線喇叭支撐筒和消旋支架上首次得到使用［22］.1988年的通訊衛(wèi)星上廣泛應用了高模量碳纖維，如中心承力筒、結構板、太陽翼基板和連接架、天線結構等［23］.隨著衛(wèi)星有效載荷的增加，高模量碳纖維在國內衛(wèi)星結構的應用逐步擴大，使國內衛(wèi)星結構質量占整星質量的比例降到10%.

近年來，中國一些高校、科研院所也開始進行高模量碳纖維的應用研究.北京化工大學在石墨化工藝研究中，積累了豐富的理論與實踐經驗，掌握了PAN基高模量碳纖維及其原絲的實驗室制備技術［5，24-25］.北京航空航天大學具有專業(yè)成熟的高模量碳纖維檢測體系，哈爾濱工業(yè)大學在上漿劑方面開展了相關研究［26］.目前國內碳纖維企業(yè)有40家，其中研究單位10家，生產單位30余家［27］，如威海拓展、中復神鷹、鎮(zhèn)江恒神、江蘇航科、中國化工等［28-29］，其中威海拓展M40級實現小批量供應.

3.5 與國外的差距

國外衛(wèi)星本體主次承力結構［30］、天線結構、太陽翼基板等全面使用高模量碳纖維系列產品，使衛(wèi)星結構質量僅占衛(wèi)星總質量的5%～6%［10］.全球領先的有日本東麗、東邦、三菱以及美國氰特和赫氏，中國臺灣的臺塑等［31-32］.東麗M70J產品代表了該系列的最高水平，模量達到690 GPa，強度3 400 MPa.俄羅斯高模量碳纖維模量在400～600 GPa.美國Hexcel公司是高性能小絲束PAN基碳纖維的代表，其產品大量應用在美國國防工業(yè)［10，12］.

4 現階段中國高模量碳纖維發(fā)展存在的主要問題

4.1 對自我保障緊迫性認識不足

中國5～10年內對高模量碳纖維有著迫切的需求.隨著衛(wèi)星和航天器的大量研制任務陸續(xù)展開，輕質大載荷宇航器對高模量碳纖維的需求量將達到年均10～100 t，如果考慮火箭/導彈領域［33］，需求量更大.不盡快上馬高模量碳纖維生產線，實現戰(zhàn)略關鍵材料的自我保障，未來部分航天器制造可能面臨“無米下炊”的尷尬局面，直接影響后續(xù)型號任務的開展，非常被動.

4.2 宇航高端應用牽引不足，產品匹配能力弱

宇航用戶在高端碳纖維研發(fā)方面的技術優(yōu)勢沒有與碳纖維生產企業(yè)結合起來，導致盡管高端碳纖維需求很緊迫，而民營企業(yè)碳纖維卻難以滿足宇航使用.目前國內碳纖維產業(yè)化屬于低水平重復建設［34］，產品定位趨同化，2014年理論產能30 000 t，低端產品產能過剩，產品性能穩(wěn)定性差［35］，實際產量只有3 000 t，而面向宇航結構產品的高模量碳纖維生產線卻嚴重不足.

4.3 技術瓶頸未完全突破，設備與工藝協同性差

原絲技術、石墨化設備及高溫熱處理三大關鍵技術未完全突破.優(yōu)質原絲是制備高模量碳纖維的基礎，高模量碳纖維對裝備的依賴程度較高，國內碳纖維設備研發(fā)起步較晚，自主設計或者國內采購的設備，在加工精度、設計方面的不足，導致設備與生產工藝適應性差，不能滿足工藝的需求.國內仍不具備成熟的高溫蒸汽牽伸機、大型預氧化爐、寬口徑高溫碳化爐、高溫石墨化爐、卷繞機等關鍵設備的研發(fā)和制造能力［22，36］.大部分廠家采用的是進口設備，造成設備對工藝的保障能力不足，在一定程度上阻礙了工藝的進步［21］.需要好的設備來保障高溫熱處理及其輔助技術的進一步研究.高模量碳纖維國產化必須提高裝備的系統(tǒng)可靠性和控制水平，提高裝備與工藝的協同性［37］.

5 實現中國高模量碳纖維自我保障的建議

5.1 提高自我保障的重要性認識

高模量碳纖維屬于關系國家安全和利益的戰(zhàn)略關鍵材料，長期依賴進口不僅使中國發(fā)展受制于人，而且有著巨大的潛在風險.實現高模量碳纖維的自我保障，使中國高模量碳纖維產業(yè)快速健康發(fā)展，符合國家材料重大專項中重點攻克碳纖維及其復合材料的戰(zhàn)略需求.

5.1.1 保障專項工程對高模量碳纖維的迫切需求

重大航天項目對高模量碳纖維復合材料要求迫切.如某計劃航天器質量超過40 t，載重超過現有衛(wèi)星結構，結構強度要求大大增加.如果繼續(xù)完全依靠進口，無論是材料性能還是需求用量都有著越來越大的缺口.

5.1.2 保障國產高模量碳纖維的可持續(xù)發(fā)展能力

國產高模量碳纖維在中國航天技術的發(fā)展中有著重要的作用，開展規(guī)模化生產形勢非常緊迫，且高模量碳纖維生產線的建設和研究，對中國高模量碳纖維的工程技術水平的發(fā)展有著重要的促進作用.高模量碳纖維技術的突破為高模高強型碳纖維的研究生產，提供了技術積累和設備能力積累.

5.2 加強高端應用牽引，建立新型研制模式

打造高模量碳纖維纖維用戶、有核心技術的高校和纖維生產企業(yè)三者結合的新型研制模式.以宇航產品為牽引保證基本的纖維需求，帶動高模量纖維制造技術的提升，通過在宇航產品內應用比例的提升和宇航外領域國產高模量纖維應用的拓展，拉動纖維產量的提升；以高性能纖維的生產為推動，穩(wěn)定提升國產纖維的性能、提升產量、降低成本，推動國產高模量纖維的應用，提升關鍵材料的自主保障能力.

5.2.1 借鑒國外成功模式的經驗

從國外的經驗來看，宇航高端用戶與碳纖維生產企業(yè)相結合的寓軍于民的研制模式，將高端碳纖維生產線建立在中、低端生產線上，既能夠保證宇航結構產品的需求，又能使生產線工作量飽滿無閑置，穩(wěn)定纖維原材料性能，提高生產線利潤率.國外大型高模量碳纖維企業(yè)都是完整的生產線，環(huán)環(huán)相扣，避免相互推諉的現象，便于解決問題和質量管理［34］.

5.2.2 推動在宇航領域的工程化應用

宇航用戶發(fā)揮工程應用經驗，根據國產高模量碳纖維在衛(wèi)星結構上使用部位、結構特點和工藝特點，選取衛(wèi)星典型結構單元、縮比結構等開展更換材料的結構分析和優(yōu)化設計，建立國產高模量碳纖維復合材料成型工藝規(guī)范，促進其在衛(wèi)星結構上的工程化應用［12］.

5.2.3 加強生產集中度，突顯規(guī)?；?/p>

國家控制高模量碳纖維生產企業(yè)數量，有利于提高集中度，能充分保證資金、技術等方面的持續(xù)性投入，避免產能盲目擴大和企業(yè)之間的惡性競爭［22］.進行高模碳纖維生產工藝的穩(wěn)定性研究，建立高模量碳纖維石墨化工藝、表面處理工藝及上漿工藝技術的標準化，形成高模碳纖維穩(wěn)定規(guī)?；a和供貨的能力，降低生產成本.通過在宇航產品上批量應用，有力牽引更高性能國產高模量碳纖維的研制，形成研制、生產、應用和再研制的良性循環(huán)體系.

5.2.4 提高產品差別化，拓展應用市場

在保障宇航領域供應的前提下，提高產品的差別化兼顧民用市場，通過技術研發(fā)與生產應用的無縫對接，開發(fā)品種多樣中游產品［21］，如預浸料、織物等，發(fā)揮產品種類互補的優(yōu)勢，提高產能，實現中低端產品低成本化，提高產品質量和穩(wěn)定性，占領重點工業(yè)領域、能源、體育休閑領域巨大市場［32］.

6 結 語

鑒于高模量碳纖維在宇航制造業(yè)中的重要地位及中國高端領域對其迫切需求，加速自主建設航天強國和強大國防，擺脫被發(fā)達國家限制和監(jiān)控、歐洲對華全面禁運的緊迫現狀，推動產學研用進一步融合，開展國產高模量碳纖維的研制，以及進一步擴展在宇航結構產品上的應用，實現國家戰(zhàn)略關鍵材料國產化自我保障，具有非常重要的戰(zhàn)略意義與實踐意義.

［1］ 陳朝輝，肖加余，曾竟成.復合材料在航天主承力結構及熱結構上的應用［C］//復合材料技術與應用可持續(xù)發(fā)展工程科技論壇論文集.北京：中國復合材料學會，2006：39-50.

［2］ 吳良義，航空航天先進復合材料現狀［C］//第十三次全國環(huán)氧樹脂應用技術學術交流會論文集.南京：中國環(huán)氧樹脂應用技術學會，2009：117-131.

［3］ 蘇云洪，劉秀娟，楊永志.復合材料在航空航天中的應用［J］.工程與試驗，2008（4）：36-38.

SU Yunhong，LIU Xiujuan，YANG Yongzhi.Application of composites in aviation and aerospace［J］.Engineering&Test，2008，48（4）：36-38.

［4］ 郭云飛，焦亞男，李嘉祿，等.三維編織復合材料在衛(wèi)星領域的應用［C］//第十三屆全國復合材料學術會議論文集.成都：中國航空學會，2004：1265-1269.

［5］ 夏英偉，沃西源.對中國高模量碳纖維應用中工藝性能問題的分析［J］.航天返回與遙感，2011，32 （3）：83-87.

XIA Yingwei，WO Xiyuan.The operation performance analysis on high-module carbon fiber application in china［J］.Spacecraft Recovery&Remote Sensing，2011，32（3）：83-87.

［6］ 高蘭寧，曹柱子，徐克，等.復合材料衛(wèi)星天線型面精度控制技術研究［C］//第十四屆全國復合材料學術會議論文集.宜昌：中國宇航學會，2006：1285-1288.

［7］ 姜利祥，何世禹，楊土勤.碳（石墨）/環(huán)氧復合材料及其在航天器上應用研究進展［J］.材料工程，2001 （9）：39-46.

JIANG Iixiang，HE Shiyu，YANG Shiqin.Application of carbon（graphite）fiber/epoxy composites in the spacecraft and the research on their behaviors［J］.Journal of Materials Engineering，2001（9）：39-46.

［8］ 田海英，關志軍，丁亞林，等.碳纖維復合材料應用于航天光學遙感器遮光鏡筒［J］.光學技術，2003，29（6）：704-706.

TIAN Haiying，GUAN Zhijun，DING Yalin，et al. Carbon fiber composite material used in space optical instrument［J］.Optical Technique，2003，29（6）：704 -706.

［9］ 盛磊，陳萍.碳纖維復合材料在光學遙感器中的應用探討［J］.航天返回與遙感，2008，29（3）：33-37. SHENG Lei，CHEN Ping.Discussion and application of carbon fiber composites in optical remote sensors［J］. Spacecraft Recovery&Remote Sensing，2008，29 （3）：33-37.

［10］張新元，何碧霞，李建利，等.高性能碳纖維的性能及其應用［J］.棉紡織技術，2011，39（4）：65-68.

ZHANG Xinyuan，HE Bixia，LI Jianli，et al.Property and application of high-performance carbon fiber［J］. Cotton Textile Technology，2011，39（4）：65-68.

［11］錢伯章.國內外碳纖維市場分析［J］.化工新型材料，2007，35（5）：16-24.

QIAN Bozhang.Analysis for market of carbon fiber at home and abroad［J］.New Chemical Materials，2007，35（5）：16-24.

［12］楊云華.宇航級碳纖維穩(wěn)定性評價表征［C］//2013年全國碳纖維產業(yè)發(fā)展大會論文集.寧波：中國化工信息中心，2013：53-57.

［13］盧天豪，陸文晴，童元建.聚丙烯腈基碳纖維高溫石墨化綜述［J］.高科技纖維與應用，2013，38（3）：46-53.

LU Tianhao，LU Wengqing，TONG Yuanjian.High temperature graphitization of PAN-based carbon fiber-a review［J］.Hi-Tech Fiber&Application，2013，38 （3）：46-53.

［14］TZENG Shinn-shyong，LIN Yuhun.The role of electroless Ni-P coating in the catalytic graphitization of PAN-based carbon fibers［J］.Carbon：An International Journal Sponsored by the American Carbon Society，2008，46（3）：555-558.

［15］ZHOU Haihui，YU Qiang，PENG qiling，et al.Catalytic graphitization of carbon fibers with electrodeposited Ni-B alloy coating［J］.Materials Chemistry and Physics，2008，110（2/3）：434-439.

［16］曠亞非，黃振華，周海暉，等.電沉積Fe-P合金鍍層催化碳纖維石墨化研究［J］.湖南大學學報（自然科學版），2012，39（1）：61-66.

KUANG Yafei，HUANG Zhenhua，ZHOU Haihui，et al.Catalytic graphitization of carbon fibers with electrodeposited Fe-P alloy coating［J］.Journal of Hunan U-niversity（Natural Sciences），2012，39（1）：61-66.

［17］薛林兵，王浩靜，李東風.牽伸石墨化對石墨纖維結構和力學性能的影響［J］.新型炭材料，2006，21（3）：243-247.

XUE Linbing，WANG Haojing，LI Dongfeng.Effect of stress graphitization on the microstructure and mechanical properties of graphite fibers［J］.New Carbon Materials，2006，21（3）：243-247.

［18］SUNG M G，SASSA K，TAGAWA T，et al.Application of a high magnetic field in the carbonization process to increase the strength of carbon fibers［J］. Carbon，2002，40（11）：2013-2020.

［19］高愛君.PAN基碳纖維成分、結構及性能的高溫演變機理［D］.北京，北京化工大學，2012.

［20］金立國.中國碳纖維工業(yè)現狀和碳纖維應用［J］.合成纖維，2009（10）：1-6.

JIN Liguo.Resent situation of china carbon fiber industry and application of carbon fiber［J］.Synthetic Fiber in China，2009，38（10）：1-6.

［21］馬祥林.，張黎明，王俊峰.中國碳纖維行業(yè)的發(fā)展現狀及建議［J］.新材料產業(yè)，2014（8）：2-6.

［22］郭玉明，馮志海，王金明.高性能PAN基碳纖維及其復合材料在航天領域的應用［J］.高科技纖維與應用，2007，32（5）：1-7. GUO Yuming，FENG Zhihai，WANG Jinming.Application of Pan-Based carbon fiber and its composites on aerospace［J］.Hi-Tech Fiber&Application，2007，32 （5）：1-7.

［23］李威，郭權鋒.碳纖維復合材料在航天領域的應用［J］.中國光學，2011，4（3）：201-212.

LI Wei，GUO Quanfeng.Application of carbon fiber composites to cosmonautic fields［J］.Chinese Journal of Optics，2011，4（3）：201-212.

［24］張學軍.PAN基高模量碳纖維［J］.新材料產業(yè)，2010 （11）：18-21.

［25］高愛君，羅莎，王小謙，等.碳纖維制造過程中徑向差異表征及演變機理［J］.材料科學與工藝，2012，20 （1）：135-138，143.

GAO Aijun，LUO Sha，WANG Xiaoqian，et al.Characterization and evolution mechanism of radial heterogeneity structure during manufacture of PAN-based carbon fiber［J］.Materials Science and Technology，2012，20（1）：135-138，143.

［26］張如良，黃玉東，劉麗，等.上漿劑使用濃度對碳纖維性能的影響研究［J］.哈爾濱工業(yè)大學學報，2011，43（11）：75-79.

ZHANG Ruliang，HUANG Yudong，LIU Li，et al. Effect of the concentration of sizing agent on the interface properties of carbon fiber［J］.Journal of Harbin Institute of Technology，2011，43（11）：75-79.

［27］陳虹.國內外碳纖維產業(yè)化現狀及發(fā)展建議［C］// 2014年全國碳纖維產業(yè)發(fā)展大會論文集.石嘴山：中國化工信息中心，2014：23-29.

［28］楊朝勇，白榮光.中國聚丙烯腈基碳纖維發(fā)展技術水平及規(guī)模［J］.產業(yè)用紡織品，2010（12）：1-7.

YANG Chaoyong，BAI Rongguang.The development level and scale of PAN-based carbon fiber in China ［J］.Technical Textiles，2010，28（12）：1-7.

［29］寧波市經濟和信息化委員會課題組.中國碳纖維產業(yè)發(fā)展模式研究［J］.新材料產業(yè)，2014（9）：21-23.

［30］TANG Jianmao，STEPHEN K L Lee.Recent progress of applications of advanced composite materials in aerospace industry［J］.Spacecraft Environment Engineering，2010，27（5）：552-557.

［31］楊秀珍，李青山，盧東.聚丙烯腈基碳纖維研究進展［J］.現代紡織技術，2007（1）：45-47.

YANG Xiuzhen，LI Qingshan，LU Dong.Research progress of the polyacrylonitrile-based carbon fiber［J］. Advanced Textile Technology，2007，15（1）：45-47.

［32］黎小平，張小平，王紅偉.碳纖維的發(fā)展及其應用現狀［J］.高科技纖維與應用，2005，30（5）：24-40

LI Xiaoping，ZHANG Xiaoping，WANG Hongwei. Progress in development and application of carbon fiber ［J］.Hi-Tech Fiber&Application，2005，30（5）：24-40.

［33］王恒生，程艷婷.復合材料在航天領域中的研究與應用進展［J］.化工科技，2013，21（2）：67-70.

WANG Hengsheng，CHENG Yanting.Advance on research and application of the composite materials in the aerospace engineering［J］.Science&Technology in Chemical Industry，2013，21（2）：67-70.

［34］王芳，曲婉，趙蘭香.碳纖維產業(yè)發(fā)展狀況與對策建議［J］.中國科技投資，2007（2）：41-42.

［35］趙稼祥.中國碳纖維產業(yè)何去何從［J］.新材料產業(yè)，2012（2）：7-10.

［36］呂春祥，衷淑霞，李永紅.碳纖維國產化的若干技術瓶頸［J］.新材料產業(yè)，2011（2）：48-50.

［37］徐樑華.國產碳纖維產業(yè)化的一點思考［C］//.2013年全國碳纖維產業(yè)發(fā)展大會論文集.寧波：中國化工信息中心，2013：6-13.

（編輯 呂雪梅）

Application-status of high modulus carbon fiber in domestic aerospace structural products and suggestions for self-supply

TAO Jibai，LI Yu，ZHANG Yusheng，LIANG Long，CHEN Weiqiang

（Beijing Spacecrafts，Beijing 100094，China）

High modulus carbon fiber composite is widely used in aerospace structural products due to its excellent properties，such as high specific stiffness，good dimension stability，ablation endurance and integrated design.The proportion of application is increased quickly.As one of critical materials，technology and strategic materials are strictly exported from developed countries.Ensuring self-supply of high modulus carbon fiber composite materials is very important for national defense and aerospace industry.In this paper，application-status and the demand of high modulus carbon fiber in domestic aerospace structural products are introduced firstly.Characteristics，preparation process，key technologies and research status are overviewed secondly.Main problems of high modulus carbon fiber development at the present stage are addressed thirdly. Suggestions to ensure self-supply are made pertinently in the final part.

high modulus carbon fiber；aerospace structural products；application-status；self-supply；suggestions

TB332

A

1005-0299（2015）06-0098-06

10.11951/j.issn.1005-0299.20150618

2015-05-23.

陶積柏（1984—）男，碩士.

黎 昱，E-mail：13381093283@189.cn.