40年，我們讓“國防”戰(zhàn)力更強(qiáng)

強(qiáng)國必須強(qiáng)國防，強(qiáng)軍必須強(qiáng)科技。在歷史上，煉銅、煉鐵以及火藥等化學(xué)技術(shù)的發(fā)展極大推動了軍事乃至整個(gè)人類文明的前進(jìn)。在今天，化學(xué)工業(yè)對于國防軍事的重要意義依然非凡。改革開放40年，石化行業(yè)通過新材料等技術(shù)突破，為我國國防建設(shè)作出了突出貢獻(xiàn)。 

　　復(fù)合材料規(guī)模應(yīng)用

　　一代材料，一代飛機(jī)。飛機(jī)性能一半取決于設(shè)計(jì)，另一半取決于材料。長期實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，先進(jìn)復(fù)合材料多種性能都優(yōu)于普通的鋁金屬材料與鋼金屬材料，應(yīng)用到航空航天領(lǐng)域中，不僅可以賦予航空航天防熱、吸波等特殊性能，而且還可以有效減輕航空航天設(shè)備本身的重量。復(fù)合材料對航空裝備發(fā)展的重要意義不言而喻。

　　我國從20世紀(jì)70年代開始進(jìn)行復(fù)合材料研究工作。經(jīng)過40年發(fā)展，我國先進(jìn)復(fù)合材料取得了可喜的進(jìn)步，技術(shù)水平也得到了不斷的提高。目前，先進(jìn)復(fù)合材料已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用于軍用航空航天領(lǐng)域，譬如火箭、導(dǎo)彈、宇航器、衛(wèi)星、無人機(jī)、新型驗(yàn)證機(jī)、航空發(fā)動機(jī)、軍機(jī)等，應(yīng)用范圍也逐步從次承力構(gòu)件進(jìn)入到主承力構(gòu)件。近些年來，我國生產(chǎn)的軍用飛機(jī)中先進(jìn)復(fù)合材料占比不斷提升。據(jù)媒體公開報(bào)道，我國殲-20戰(zhàn)斗機(jī)的復(fù)合材料使用率已達(dá)到20%，接近于國際先進(jìn)水平。

　　目前，我國復(fù)合材料市場規(guī)模已發(fā)展到千億元級。根據(jù)公開資料，2017年，全球復(fù)合材料產(chǎn)值約為867億美元，同比增長5.7%。其中，中國大陸的產(chǎn)值占比為25%。2017年，我國復(fù)合材料產(chǎn)量為444萬噸，行業(yè)營收1010億元，整體市場保持逐年增長的發(fā)展態(tài)勢。

　　現(xiàn)階段，我國登記注冊的復(fù)合材料生產(chǎn)企業(yè)在5000家以上，分布在全國各地，其中規(guī)模以上的企業(yè)數(shù)量較少，中小企業(yè)占比達(dá)到90%以上。2011~2017年，我國復(fù)合材料行業(yè)營收保持增長，但整體利潤水平增速較為緩慢。

　　作為復(fù)合材料的主要原材料之一，我國碳纖維產(chǎn)業(yè)近年來的發(fā)展進(jìn)入新階段，初步形成了以山東、江蘇和吉林等地為主的碳纖維產(chǎn)業(yè)聚集地，培育了威海拓展、中復(fù)神鷹和江蘇恒神等碳纖維生產(chǎn)骨干企業(yè)以及一批碳纖維復(fù)合材料及制品企業(yè)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)， 2010~2016年，我國碳纖維產(chǎn)能從6445噸增至23810噸，增長了近3倍。

　　業(yè)內(nèi)專家表示，未來，復(fù)合材料的發(fā)展方向是智能化、低成本。

　　隱身材料實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)

　　隱身，是國防新技術(shù)之一。所謂隱身，是指通過技術(shù)手段，使武器可以不被雷達(dá)、聲吶等探測設(shè)備發(fā)現(xiàn)。隱身技術(shù)的關(guān)鍵是隱身材料，在裝備外形不能改變的前提下，隱身材料是實(shí)現(xiàn)隱身技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)。

　　隱身材料按照形態(tài)可以分為隱身涂層材料和隱身結(jié)構(gòu)材料，按照頻譜劃分，可以分為聲隱身材料、雷達(dá)隱身材料、紅外隱身材料、可見光隱身材料、激光隱身材料和多波段兼容性隱身材料。其中，最常用的雷達(dá)隱身材料中，包括鐵氧體材料、導(dǎo)電高分子材料、吸波材料以及結(jié)構(gòu)吸波復(fù)合材料等類型，這些材料的生產(chǎn)應(yīng)用都需要化工技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

　　改革開放之前，我國關(guān)于隱身材料的研制幾乎處于空白。國內(nèi)毫米波隱身材料的研究起步于上世紀(jì)80年代中期，研究單位主要集中在兵器系統(tǒng)。經(jīng)過多年努力，預(yù)研工作取得了較大進(jìn)展，該項(xiàng)技術(shù)目前已可用于各類地面武器系統(tǒng)的偽裝和隱身，如主戰(zhàn)坦克、155毫米先進(jìn)加榴炮系統(tǒng)及水陸兩用坦克。在雷達(dá)隱身材料方面，國內(nèi)能夠制作吸波涂料30多種，并就吸波結(jié)構(gòu)材料用基體材料樹脂和增強(qiáng)纖維進(jìn)行了大量的篩選研究。

　　目前，國內(nèi)關(guān)于隱身材料的開發(fā)已經(jīng)有了相對完善的體系，除了一些軍工企業(yè)之外，不少高校也加入到這一隊(duì)伍，譬如哈爾濱工業(yè)大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、北京航空材料研究院、青島科技大學(xué)等。

　　據(jù)悉，曾在珠海航展亮相的殲-20重型隱身戰(zhàn)斗機(jī)，就使用了最新的國產(chǎn)隱身涂層。 

　　防彈材料接連突破

　　防彈材料，是國防建設(shè)中應(yīng)用較多的一類材料。改革開放前，中國能夠生產(chǎn)一些簡單的防彈材料，但在今天，中國已是世界第一大防彈材料生產(chǎn)國。

　　國內(nèi)最早的防彈衣研究始于上世紀(jì)50年代末期，當(dāng)時(shí)使用過的材料組合包括玻璃纖維/環(huán)氧樹脂與木棉;玻璃纖維/環(huán)氧樹脂與鉻剛玉;高強(qiáng)度鋁合金等?？陀^地說，這些早期產(chǎn)品的防護(hù)性能都非常有限。

　　改革開放以后，中國尼龍工業(yè)發(fā)展迅速，到了上世紀(jì)80年代，尼龍與鋁合金組成的材料成功用于中國自己定型的81防彈衣。雖然該防彈衣性能比50年代的玻璃鋼纖維版要好得多，但尼龍材料和同時(shí)代的美國凱夫拉(芳綸類)材料相比性能就差遠(yuǎn)了。

　　芳綸生產(chǎn)投資高、技術(shù)難度極大，長期以來只有美國、日本和俄羅斯等極少數(shù)國家生產(chǎn)。我國于1972年開始進(jìn)行芳綸的研制工作，并于1981年通過間位芳綸鑒定，1985年通過對位芳綸鑒定。2004年，泰和新材實(shí)現(xiàn)了芳綸的量產(chǎn)。目前，杜邦公司擁有間位芳綸產(chǎn)能2.5萬噸/年，對位芳綸產(chǎn)能3.3萬噸/年，占據(jù)全球?qū)ξ环季]市場8萬噸/年和間位芳綸市場4萬噸/年的半壁江山，且在性能、應(yīng)用范圍等方面處于領(lǐng)先地位。我國對位芳綸有效產(chǎn)能約2000噸/年左右，主要以泰和新材為主，而國內(nèi)每年需求量超過1萬噸，其中80%以上依賴進(jìn)口。

　　芳綸Ⅲ纖維和高性能含氟芳綸纖維又被稱為超級纖維，是目前國際紡織化纖工業(yè)中最高端的特種合成纖維品種之一，可制作火箭發(fā)動機(jī)殼體、坦克裝甲、避彈衣、避彈頭盔、光纖等復(fù)合增強(qiáng)材料，其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過芳綸Ⅱ。此前，我國尖端軍事工業(yè)和航空航天領(lǐng)域所用高端芳綸類材料只能通過特殊渠道以高昂代價(jià)從國外獲得。2010年，四川輝騰科技有限公司攻克芳綸Ⅲ纖維、高性能含氟芳綸纖維的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)難關(guān)，自行設(shè)計(jì)并建成了全球第一條50噸級工業(yè)化生產(chǎn)線并投入試生產(chǎn)，開始生產(chǎn)國內(nèi)急需的芳綸Ⅲ以及高性能含氟芳綸系列產(chǎn)品。

　　此外，超高相對分子質(zhì)量聚乙烯纖維等也是目前主要的防彈材料之一。該產(chǎn)品是由相對分子質(zhì)量在100萬到500萬的聚乙烯紡成的纖維，是目前世界上強(qiáng)度最高與比重最輕的纖維，其強(qiáng)度比鋼絲高15倍，但是很輕，最多可比芳綸等材料輕40%。該纖維的耐沖擊性能好，比能量吸收大，在軍事上可以制成防護(hù)衣料、頭盔、防彈材料。

　　該產(chǎn)品發(fā)展初期，市場被荷蘭帝斯曼、美國霍尼韋爾、日本三井所壟斷。通過十幾年研發(fā)，我國于上世紀(jì)90年代末實(shí)現(xiàn)了超高相對分子質(zhì)量聚乙烯纖維的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，成為繼荷蘭、日本、美國之后，第四個(gè)掌握這種纖維生產(chǎn)及應(yīng)用技術(shù)的國家。此后，國內(nèi)多家企業(yè)實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，建成了數(shù)十條超高相對分子質(zhì)量聚乙烯纖維生產(chǎn)線，形成了較為完善的規(guī)?；a(chǎn)能力。

　　有公開數(shù)據(jù)顯示，截至2016年，國內(nèi)超高相對分子質(zhì)量聚乙烯纖維設(shè)計(jì)總產(chǎn)能2.2萬噸/年，超過2000噸/年的有山東愛地、湖南中泰、九九久、上海斯瑞和寧波大成等企業(yè)。

　　另外，在未來防彈材料的發(fā)展方向碳納米管、石墨烯等領(lǐng)域，中國也有了較強(qiáng)的技術(shù)積累。

特種橡膠種類漸多

　　所謂特種橡膠，主要包括氯丁橡膠、丁腈橡膠、氟橡膠、硅橡膠等。特種橡膠制品的彈性和密封性極佳，在武器裝備關(guān)鍵部位中往往能見到他們的身影。例如，導(dǎo)彈和運(yùn)載火箭發(fā)動機(jī)、推進(jìn)劑管路活門、儀器艙、控制系統(tǒng)以及發(fā)射系統(tǒng)會使用特種橡膠。殲擊機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、轟炸機(jī)等貯存燃料油的容器是用特種橡膠制作的軟油箱，防止介質(zhì)泄漏要用O形圈，滑行、起飛和著陸時(shí)緩沖要靠航空輪胎。防化兵使用的防毒衣、防毒面具、防毒手套，裝甲兵部隊(duì)使用的橡膠減震墊、防彈輪胎，炮兵使用的實(shí)心輪胎，工程兵部隊(duì)用的橡膠舟、橡膠橋，軍工氣象部門使用的乳膠探空氣球，哪個(gè)也離不開特種橡膠。

　　從整體上看，我國特種合成橡膠發(fā)展比較緩慢。雖然國外有的特種橡膠膠種我國都有，但是達(dá)到規(guī)?；a(chǎn)的很少，多數(shù)膠種的制備還處于試生產(chǎn)階段，產(chǎn)量小，且產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，產(chǎn)品品種少，先進(jìn)牌號基本上都沒有系列產(chǎn)品。

　　就產(chǎn)品來看，氟橡膠方面，國內(nèi)有晨光化工研究院、上海三愛富新材料有限公司、浙江巨化股份有限公司、東岳集團(tuán)等單位生產(chǎn)，主要有23型、26型、246型3種型號。此外，國內(nèi)已開發(fā)出全氟醚橡膠、羧基亞硝基氟橡膠及耐低溫等特殊性能新品種以適應(yīng)各種特殊需求。目前，國內(nèi)氟橡膠生產(chǎn)能力約4000～5000噸/年。

　　硅橡膠方面，國內(nèi)主要有晨光化工研究院、吉林化工公司、南京高爾特硅橡膠制品公司、江蘇宏達(dá)新材料股份有限公司等生產(chǎn)單位。

　　氫化丁腈橡膠(HNBR)方面，我國蘭州化工研究中心于1999年研制出LH-9901和LH-9902兩種型號;吉化公司研制成功HNBR-JH，達(dá)到日本Zeon公司Zeptol2020的性能水平;贊南科技的HNBR也已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。不過，國內(nèi)所用HNBR仍然要從國外進(jìn)口。

　　鹵化丁基膠方面，該產(chǎn)品也曾長期由美國埃克森美孚、德國朗盛和俄羅斯企業(yè)壟斷。近些年，國內(nèi)石化企業(yè)相繼突破關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了鹵化丁基橡膠的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，目前主要生產(chǎn)廠家有浙江信匯新材料、盤錦和運(yùn)集團(tuán)、中石化燕山石化等。

　　推進(jìn)劑送“嫦娥”登月

　　2018年12月8日，我國月球探測器“嫦娥四號”于西昌發(fā)射升空，將在人類歷史上首次登陸月球背面。本次發(fā)射使用的是長征三號乙運(yùn)載火箭， 其推進(jìn)劑也出自化工行業(yè)。

　　推進(jìn)劑是把火箭送出大氣層并為航天器在太空遨游提供動力的關(guān)鍵，這是一類在燃燒時(shí)能迅速產(chǎn)生大量高溫氣體的化學(xué)物質(zhì)，通過有規(guī)律地燃燒釋放出能量，產(chǎn)生氣體，推送火箭和導(dǎo)彈。

　　根據(jù)已知的技術(shù)參數(shù)，“長三乙”火箭一級、二級發(fā)動機(jī)推進(jìn)劑為偏二甲肼/四氧化二氮，三級發(fā)動機(jī)推進(jìn)劑為液氫/液氧。液氫是當(dāng)今已使用的高能液體燃料中燃燒能量最大、比沖最高的一種。而且液氫、液氧推進(jìn)劑十分環(huán)保，燃燒后產(chǎn)生的是水，不會造成污染。

　　其實(shí)，中國航空航天的發(fā)展一直伴隨著推進(jìn)劑的進(jìn)步。經(jīng)過多年發(fā)展，目前我國火箭推進(jìn)劑主要來自黎明化工研究院和江西星火航天新材料有限公司兩家企業(yè)。其中，黎明院從組建開始，一直承擔(dān)著國家液體化學(xué)推進(jìn)劑和固體化學(xué)推進(jìn)劑原材料的研制生產(chǎn)任務(wù)，研發(fā)的一系列液體推進(jìn)劑、固體推進(jìn)劑原材料以及其他軍工配套材料，廣泛應(yīng)用于多種戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)武器以及長征系列運(yùn)載火箭、載人航天工程、月球探測工程等國家重點(diǎn)工程，為國防現(xiàn)代化建設(shè)和航天航空事業(yè)作出了突出貢獻(xiàn)。