干貨：復合材料研發中的“四位一體”先進復合材料（Advanced Composites Material，簡稱ACM）專指可用于加工主承力結構和次承力結構、其剛度和強度性能相當于或超過鋁合金的復合材料。ACM具有質量輕、較高的比強度、比模量、耐腐蝕、可設計、耐腐蝕、結構尺寸穩定性好以及適用于大面積整體成型等特點。隨著工業領域對于輕質高強材料需求的增加，先進復合材料已經不僅僅應用于航空航天、國防等尖端領域，已經而且將更加廣泛地應用于風電、軌道交通、汽車、新能源、醫學、體育器材、機械、建筑等行業。復合，是材料達到新性能和新功能的重要途徑，有別于普通復合材料，先進樹脂基復合材料都是采用連續高性能纖維與高性能樹脂基體進行復合來實現1+1?2的效果，在制造工藝方面也在強調控制成本（數字化、自動化、智能化）的基礎上注重工藝的可靠性、產業化性，采用更多的設備來實現設計、制造、檢驗方面有別于普通復合材料的高要求。復合材料的應用會使產品更輕量化、會增加使用壽命、減少維護成本，從而達到更輕便、更節能、更環保、從而降低全壽命成本的目的。

在復合材料業界，常會聽到這樣的經典句式：設計是先導、材料是基礎、工藝是關鍵、試驗是保障。這四句話，說明了在復合材料的研發中四個必要環節的作用及相互關聯性，四個環節，相互依存，缺一不可。

設計是先導：設計的先導作用體現在集成上，設計師在綜合考慮使用環境、載荷、壽命、可修復性、功能性等因素的基礎上還要兼顧制造的可行性、成熟度、可檢驗性，另外就是要考慮成本，民用產品更是要考慮成本的可接受性。樹脂基復合材料與金屬材料不同，沒有那么多設計數據可選，它首先在航空航天領域應用，積累的大量設計數據（包括材料的許用值、A級值、B級值等）多為內部使用，即便公開材料數據的材料體系，材料價格民品也很難接受，民用部門需要按照自己的選材積累數據，數據的離散系數還會比較大，這是一個很耗費時間與金錢的過程；設計師還要對樹脂基復合材料的成型過程有所了解，它不是象金屬那樣可以鑄、鍛、焊或機加生產出來的，而是在成型過程中才把纖維與樹脂復合形成了復合材料，特別是熱固性樹脂，這個過程是不可逆的，做成什么樣就是什么樣，所以要制定制品合格的判據，什么樣的制品需要接受什么樣的檢查檢驗，多大的缺陷在多大的范圍不能超過多少，什么樣的允許修理，什么樣的就得報廢，允許的制件外觀、貼模度、厚度公差、零件被加工的精度等等都需要設計師對每一個零件一一作出規定；樹脂基復合材料與金屬不同還在于它的各項異性，這個特點既是優點也是不足，好的方面是設計師可以發揮想象將材料的特點盡情用到極致，比如纖維的拉伸方向，材料性能就會很好，設計師還需要克服材料的弱項，這往往就是木盆的短板，需要特別加以注意；復合材料的結構還可以很豐富，比如純層合結構，蜂窩（泡沫）夾層結構，可以是一層蜂窩兩層面板的A夾層、也可以是兩層蜂窩三層面板的C夾層，面板的材質可選（纖維與樹脂的不同組合），蜂窩的材質、壁厚、高度、密度、孔格尺寸及形狀等都可以根據需要進行選擇與優化，這些給了設計師極大的選擇余地，但也由此增加了復合材料的設計難度；還有，樹脂基復合材料的耐溫性與金屬不可同日而語，需要耐受高溫的部件需要選擇能承受高溫的樹脂體系，否則只能放棄選擇復合材料制品。復合材料制品的設計師之前多年多是軍工系統培養的，現在民品需求多了，懂復合材料設計的人才就顯得十分缺乏，需要在崗的各行各業的設計師們改變觀念，從頭學起，積累經驗，這會是一個較長的過程，需要不斷學習、實踐，結合問題找差距，螺旋式提升，軍工企業的設計師也是這么一步步摸索著發展過來的。

材料是基礎：材料是基礎其實很好理解，材料工作者就是要根據市場需要研發出符合用戶需求的材料體系（纖維及樹脂），擺上貨架，供客戶選擇。材料的制造商應該提供材料的標準，這其中材料的基本性能，出廠檢驗的項目、標準及合格判據，標準狀態下的使用方法，供應的狀態及包裝，產品的運輸、儲存方式等等都應有所交代。復合材料中樹脂基體不同，纖維（或織物）不同，材料的性能就不同。在復合材料生產過程中，一些材料是構成制件的，還有一些只起輔助作用，只在成型過程使用，并不用在制品本身上，如：真空袋、密封膠條、透氣氈等等，我們稱之為輔助材料，這些輔助材料的成本往往也不價廉，需要在制造成本中一并考慮。材料的配套性也很重要，涂層、密封、粘接劑等，它們與主材的相容性需要驗證，耐溫等級、固化溫度要相近，附著力等需要提出指標。熱塑性復合材料由于成型時間短、可多次成型、修復性好，正在成為比熱固性復合材料增長速度快的一大類新材料，配套的工藝及設備也在不斷的出現。材料的供應商一定要經得起質量考驗，能長期提供保質保量、性能穩定、性價比高的材料及售后服務才能稱之為好的供應商。

工藝是關鍵：只有通過成型工藝才能將纖維與樹脂復合起來構成復合材料，也正是在這個過程中給制品賦形、使樹脂基體完成固化，達到預期的強度。復合材料成型顛覆了金屬成型的傳統工藝，一種是層合而成，比如預浸料鋪疊后的真空袋、模壓、熱壓罐成型等，再有就是液體成型，將樹脂注入鋪有纖維的閉合模具中浸透纖維后固化獲得制品。復合材料可以通過整體化設計成型出復雜型面的制品，減少連接件和由此帶來的重量、人工成本的增加，從而達到減重和降低成本的目的。在復合材料總成本中制造成本約占60%～70%，降低制造成本就成為復合材料擴大應用領域的重頭戲。降低成本必須要有批量的概念，否則沒有意義。模具、工裝、制造過程中必要的場地、人工、能源及檢測都是成本構成的因素，后期的機加、裝配、涂裝也必須到位，修理也應在考慮的范疇內，這些環節缺一不可，只有控制好每一個環節，才能把好的制品質量進行傳遞，最終獲得符合技術要求的制件。越來越多的制造設備及控制裝置為復合材料的批量生產做出了重要貢獻。復合材料制造的過程就是滿足設計要求的過程，而使用要求的達到是通過設計滿足的。

試驗是保障：檢測的環節很多，材料性能評價需要，工藝參數摸索需要，產品的最終檢驗也必不可少。一個復合材料產品是否達到了設計要求光目視檢查還很不夠，有的還需要測試“隨爐件”的力學性能和進行內部結構的無損檢測，需要進行尺寸（含厚度方向）、貼模度等檢測，為了考核設計、材料、工藝的可行性和可靠性，有的還需用制品（或裝配件）進行各類功能考核，如靜力試驗、疲勞試驗、雷擊試驗、鳥撞試驗、電性能檢驗等等。如果是軍用材料，還須進行材料的各類環境試驗，如：鹽霧、濕熱、高低溫交變、耐有機溶劑、耐霉菌、老化等等，通過這些考驗的材料才能用在相關的型號產品上。正是有了這么多、這么復雜的檢測環節，才保障了復合材料制件的質量，證明之前的各個過程的正確性。

復合材料行業是一個綜合性很強的行業，需要一段時間的發展、磨合，它需要的配套技術與行業很多，大家必須要目標一致，協同發展。復合材料是我們國家產品更新換代的一類重要材料，我們有幸成為國內的先行者，要想讓更多的人了解復合材料、學會設計、使用復合材料，還需要更多的人為復合材料的科普做貢獻，只有更多的人熟悉復合材料，才會有更多的人把這個行業做大，在做大的基礎上，才能將這個行業逐漸推向成熟，從而做強。我們期待復合材料行業的跨越發展，期待復合材料行業為我們國家的發展和人民的福祉做出更大貢獻！