碳纤维材料在防空导弹中的供应难题有哪些?

  碳纤维是重要的战略物资,它的发展历程就充满浓厚的军事背景。1988 年美国国会通过法令,军Y碳纤维PAN原丝要逐步自给。之后,美国的Amoco公司和Hexcel公司相继建成千吨级以上的PAN原丝生产线。目前国际市场供应的成熟碳纤维产品中,日本的碳纤维材料完全实现了商业化生产,其产品也已形成了适合于不同性能要求的全系列化模式,在国际市场上出于垄断地位。美国出于自身军事发展的需要,也有自己的碳纤维产品,并且在PAC-3,THAAD等核心装备上,使用的都是美国赫氏生产的IM7,UHMS等高性能碳纤维,而没有选用性能更好的T800等日本品牌。

  碳纤维、碳纤维制品及其相关设备作为重要的战略物资,被美国为首的西方国家列为禁止向我国提供的物资。我国就是在国际封锁的恶劣环境中进行碳纤维的研发。从“五五”至“十二五”,高性能碳纤维的研制均被列人国家重点科技攻关项目,经过“十五”期间863等计划的攻关我国标准模量T300及T700级碳纤维已基本可以实现自主保障,但是在中模高强及高模高强型碳纤维方面,其技术水平落后于发达国家,质量和数量均无法满足要求。

  纵观国外防空导弹结构中碳纤维复合材料的使用情况,可以明显看出中模高强型碳纤维(如T800,T1000, IM7)用量较多,高模高强型碳纤维(如M40J,M55J,UHMS)也有一定的用量。目前我国已建成百吨级T800生产线以及20t以上级高模纤维生产线,并安排相关项目开展国产纤维稳定性化生产和工程应用研究工作,预计2 ~4年时间将初步实现T800H和M40J级纤维的稳定化生产。

  原材料供货、研发成本等因素是CFRP在防空导弹应用过程中不可忽视的问题。该类材料在防空导弹发动机壳体结构中具有广泛的应用前景,可明显提升导弹的性能指标,在选材方面建议优先考虑强度、刚度、工艺性等综合性能较好的高强中模型碳纤维,并结合铺层工艺可有效提高壳体结构抗弯刚度。在导弹舱段结构中采用CFRP主要出于对刚度、强度、耐温性等力学性能的苛刻要求,建议选择高模、高强碳纤维,并与高耐温等级树脂匹配使用。