張承雙，張光喜，張啟偉，徐 雨

(1.西安航天復合材料研究所，西安 710025；2.陜西省航天復合材料重點實驗室，西安 710025)

聚焦空天動力復合材料，共同探討如何推動復合材料先進結(jié)構(gòu)設計的發(fā)展和實現(xiàn)更高水平、更高成熟度的空天動力領域復合材料應用，這是2022年8月在遼寧大連召開的“空天動力復合材料及應用專業(yè)委員會2022年度學術(shù)會議”包括中國科學院、工程院院士在內(nèi)的近200名專家學者研討的主題。

1 行業(yè)專家縱談復合材料技術(shù)前沿

復合材料技術(shù)前沿方面，特邀主旨報告反映了我國在纖維、基體和涂料等方面的研究成果，值得關注。

烯碳纖維作為國家戰(zhàn)略新興材料，在導電塑料、輕質(zhì)高強復合材料、寬頻段輕質(zhì)電磁屏蔽、沖擊防護、智能材料、電子器件等方面具有廣泛的應用。北京大學張錦院士作了“烯碳纖維的控制制備與應用探索”的特邀報告，詳細介紹了烯碳材料(主要包括碳納米管和石墨烯)的可控制備思想，重點面向航空航天、國防軍事、能源、生物等領域?qū)p質(zhì)高強高性能纖維提出的特殊結(jié)構(gòu)和功能需求，提出了高力學性能及結(jié)構(gòu)功能一體化烯碳纖維的制備方法，揭示了烯碳纖維中烯碳材料結(jié)構(gòu)單元的組裝結(jié)構(gòu)調(diào)控及性能傳遞規(guī)律，探索了其在防彈、防護和人工肌肉中的應用前景。

航空、航天等諸多高科技領域輕質(zhì)高強耐高溫的高性能工程塑料需求迫切，但是由于國產(chǎn)傳統(tǒng)塑料耐高溫性差的缺陷，導致其無法滿足應用要求。因此，迫切需要創(chuàng)新研發(fā)綜合性能優(yōu)異的新型耐高溫高分子材料，并開展相應的加工、應用研究。大連理工大學蹇錫高院士團隊在高性能工程塑料、高性能樹脂基復合材料、耐高溫特種絕緣材料等領域取得了諸多創(chuàng)新型成果，蹇院士會上詳細介紹了新型雜環(huán)高性能工程塑料及其加工應用研發(fā)方面的系列成果。該團隊在國際上首次提出了全芳環(huán)非共平面扭曲的分子鏈結(jié)構(gòu)可賦予聚合物既耐高溫又可溶解的優(yōu)異綜合性能的學術(shù)思想，成功研制了含二氮雜萘酮聯(lián)苯結(jié)構(gòu)二酐、二胺、二酸等系列聚合物新單體，開發(fā)出新型聚芳酰胺、聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚芳酯等系列高性能樹脂，形成了獨具特色的高性能聚合物體系，研究成果在航空、航天、核工業(yè)、船舶、交通、石油化工等高技術(shù)領域得到了廣泛應用，有力推動了我國高性能復合材料技術(shù)發(fā)展與進步。

西安電子科技大學周益春教授作了“脆性陶瓷涂層的鐵彈增韌機制”的學術(shù)報告，重點介紹了其團隊對于疇及其與韌性關聯(lián)的認識、鐵彈疇及疇變行為的精細表征、變形與裂紋尖端疇變的理論分析以及鐵彈疇增韌機制，提出了鐵彈疇是脆性陶瓷韌性設計與調(diào)控的重要方向，闡明了鐵彈疇形核與翻轉(zhuǎn)都可誘導涂層增韌的機理，揭示了增韌的本質(zhì)源于納米尺度疇的應變梯度效應，明確了疇的尺寸是調(diào)控宏觀韌性的關鍵參數(shù)等結(jié)論，這些成果對于促進陶瓷涂層技術(shù)發(fā)展具有重要的指導意義。

2 學術(shù)會議交流航天動力應用進展

航空、航天是當今世界最具挑戰(zhàn)性和廣泛帶動性的高技術(shù)領域，空天飛行器等高端裝備的快速發(fā)展對先進復合材料與結(jié)構(gòu)提出了日益迫切的技術(shù)要求。

作為需求方，北京跟蹤與通信技術(shù)研究所楊燦總師詳細介紹了空間飛行器的應用類型及趨勢、空間飛行器對復合材料的應用需求及應用路徑，提出未來空間飛行器用先進復合材料發(fā)展方向是更低成本、更長壽命和更多功能。楊燦總師在“先進復合材料在空間飛行器中的應用需求”特邀報告最后，建議面向未來空間飛行器的結(jié)構(gòu)和功能需求，研發(fā)耐磨性更高、空間適應性更好的潤滑材料和密封材料，結(jié)構(gòu)強度更高、疲勞性更好的結(jié)構(gòu)材料，能量密度更高、服役壽命更長的儲能材料，更好的抗空間或熱輻射/熱吸收/隔熱材料等新材料。

作為應用方，張承雙研究員代表西安航天復合材料研究所作了“高性能熱塑性復合材料原位成型關鍵技術(shù)”的學術(shù)報告，重點面向新一代大型運載火箭對固體發(fā)動機殼體和液體火箭貯箱提出的結(jié)構(gòu)/防熱一體化、抗損傷以及快速高精度制造等技術(shù)需求，詳細介紹了高性能熱塑性復合材料原位成型技術(shù)原理及國內(nèi)外發(fā)展趨勢，提出了面向工程應用的原位成型鋪放單元設計及控制系統(tǒng)開發(fā)、熱塑性復合材料原位成型過程建模與仿真、熱塑性復合材料原位成型過程在線監(jiān)測等技術(shù)發(fā)展建議，該項研究工作對于加快推進國內(nèi)先進復合材料制造技術(shù)在高端裝備領域的示范應用具有重要影響。

從參會作者交流論文可見，我國復合材料應用方面近年取得長足進步，特別表現(xiàn)在如下幾方面：

(1)數(shù)字化建模與仿真技術(shù)應用日益廣泛

通過建立聚合物分子結(jié)構(gòu)模型，對復合材料成型工藝過程進行數(shù)字化仿真分析，不斷完善復合材料性能數(shù)據(jù)庫，能夠更加準確地實現(xiàn)復合材料原材料篩選、工藝設計、質(zhì)量控制及性能檢測，使復合材料研發(fā)成本不斷降低。

(2)智能材料與結(jié)構(gòu)發(fā)展迅速

采用新型磁性纖維作為傳感元件，研究熱塑性聚合物的分子鏈運動行為和具有自修復功能的Vitrimers等樹脂的結(jié)構(gòu)變化，分析材料的固化過程及失效行為，揭示材料的應變、電阻和熱物理性能等參數(shù)隨溫度的變化規(guī)律，能夠?qū)崿F(xiàn)復合材料與結(jié)構(gòu)的自診斷及自修復。

(3)極端環(huán)境材料引發(fā)廣泛關注

針對超高溫、極低溫、強輻射等極端環(huán)境服役要求，開展耐低溫空間復合材料、耐超高溫硅基外防熱涂料以及含苯撐結(jié)構(gòu)的抗輻射聚合物材料研究，引發(fā)廣泛關注。

此次會議還設置了5個分會場，共有56篇學術(shù)報告進行了現(xiàn)場交流。其中，空天復合材料結(jié)構(gòu)設計與仿真分會場11篇、復合材料基礎原材料分會場12篇、復合材料加工與裝配分會場11篇、復合材料性能表征與測試分會場11篇、先進復合材料成型工藝與裝備分會場11篇。這些學術(shù)報告分別從不同維度集中展示了近年來我國航天、航空等領域?qū)＜覍W者和工程技術(shù)人員在先進復合材料設計、制造和應用等方面取得的最新成果，對于推動我國空天動力復合材料基礎研究和工程應用技術(shù)發(fā)展都具有十分重大的意義。