苏-57碳纤维复合材料使用的聚丙烯原丝的进口替代
在俄罗斯国产聚丙烯原丝基础上开发并推广碳纤维及基于该纤维的聚合物复合材料预浸料制造技术，用于前线战术航空武器装备
在严厉制裁限制及UMT49S-12K碳纤维生产工艺依赖进口聚丙烯原丝（来自某友好国家）供应的背景下，前线战术航空关键武器装备：苏-57（年总价值逾600亿卢布）的生产面临巨大风险。碳纤维、预浸料及基于复合材料的最终产品的技术特性稳定性、物理机械性能水平，直接取决于聚丙烯原丝的性能稳定性。
业已完成一项涵盖多个工序的综合、技术闭环工作，成果如下：– 成功将性能改进的UMT49S-12K碳纤维转用俄罗斯国产聚丙烯原丝，且国产原丝特性相比进口同类产品具有更高稳定性。该技术已在批量生产中推广，确保了UMT49S-12K碳纤维的不间断生产。
– 开发并在批量生产中掌握了一种预浸料КМКУ-3м.150.UMT49.45，这是一种基于国产聚丙烯原丝制UMT49S-12K碳纤维的聚合物复合材料（碳纤维增强塑料）ВКУ-30К.UMT49。该预浸料具有高且稳定的强度特性，已成功通过“联合航空制造集团”分公司——苏霍伊设计局条件下的工艺验证。基于预浸料КМКУ-3м.150.UMT49.45的碳纤维增强塑料ВКУ-30К.UMT49，用于批量生产的前线战术航空武器装备（苏-57）。
完成的工作代表了一个从所开发碳纤维的基础研究，到基于其的聚合物复合材料的推广及工业供货的完整创新循环，为巩固俄罗斯联邦的技术独立与国防能力做出了重大贡献。
🔹工作的主要科技构想与实际成果
工作的主要科技构想在于：开发UMT49S-12K碳纤维、国产聚丙烯原丝、预浸料及ВКУ-30К.UMT49聚合物复合材料的制备工艺；创建一套评估碳纤维性能稳定性的完整方法、标准和软件工具体系；建立确认进口替代材料等效性的理念体系，从而能够在保证质量不降低的前提下将开发成果引入现有生产，这一点已通过综合试验和全面鉴定确认。
鉴于将战略用户（苏霍伊设计局）尽快转用国产原料，以及加快生产日益增长的需求，本工作以最大强度、在极短时间内完成。
本工作的实际成果如下：– 根据预先、首次开发的工艺（聚丙烯合成及原丝成形），确保了聚丙烯原丝（用于UMT49S-12K碳纤维）技术上稳定的批量工业生产；– 确保了聚丙烯原丝性能可制备出特性等同于（多项指标更优、特性更稳定）从友好国家进口的聚丙烯原丝相应产品的碳纤维；– 确保了基于俄罗斯聚丙烯原丝的UMT49S-12K碳纤维稳定批量生产，其特性等同于（多项指标更优）从友好国家进口的聚丙烯原丝相应产品；– 完成了基于所开发国产聚丙烯原丝制UMT49S-12K碳纤维的预浸料КМКУ-3м.150.UMT49.45的ВКУ-30К.UMT49聚合物复合材料的全面鉴定。综合试验及该材料在苏霍伊设计局的工艺验证证明，该材料完全符合所有规定要求。所得结果证实，在ВКУ-30К.UMT49聚合物复合材料中使用所开发的国产UMT49S-12K碳纤维，可保证前线战术航空武器装备（苏-57）现有战术技术性能指标得以保持；– 碳纤维增强填料（基于国产聚丙烯原丝的碳纤维）所达到的质量可控性，主要决定了聚合物复合材料的性能，并直接影响最终产品的性能稳定性，这确保了前线战术航空武器装备结构中所蕴含设计参数的再现性。此工作成果对于实际应用尤为重要，因为它可以避免进行昂贵且耗时的武器装备（苏-57）寿命试验以及对设计文件进行更改；
– 所创建的方法、标准、软件工具和工艺文件已在生产实践中得到应用，并为向现代技术（包括碳纤维及基于其的聚合物复合材料质量控制技术）的过渡提供了保障。
🔹工作的科学新颖性
工作的科学新颖性在于：– 在首次于俄罗斯联邦境内研发并达到批量生产水平的国产聚丙烯原丝基础上，开发了性能改进的UMT49S-12K碳纤维的生产工艺；在工业生产规模内实现了这些工艺的推广和启动。此前，俄罗斯联邦境内未曾生产过基于国产聚丙烯原丝、与UMT49S-12K类似的碳纤维。– 创建了一套评估基于国产聚丙烯原丝开发的碳纤维性能稳定性的完整方法、标准和软件工具体系，从而能够在保证质量不降低的前提下，将该材料引入现有的ВКУ-30К.UMT49聚合物复合材料生产中，这一点已通过综合试验和全面鉴定得到证实；– 创建了确认进口替代材料等效性的理念体系，据此，在主要用户苏霍伊设计局条件下，对开发的碳纤维增强塑料预浸料进行了工艺验证，制定了制造工艺，并采用基于国产聚丙烯原丝碳纤维的聚合物复合材料，制造了结构相似试样，以确认其应用于批量生产的前线航空武器装备（苏-57）的可能性。
所进行的研究成果为国产碳纤维及基于其的聚合物复合材料的进一步优化建立了科学技术基础，有助于降低对进口材料的依赖并提高本行业的技术独立性。所完成的研究具有高度的科学新颖性和实际意义，为国产材料科学的发展做出了重大贡献。
🔹与国内外现有同类产品的比较，已取得的经济和/或社会效益
基于国产聚丙烯原丝的UMT49S-12K碳纤维，是为替代基于友好国家生产的进口聚丙烯原丝的碳纤维而开发的。
基于国产聚丙烯原丝开发的碳纤维具有更高的质量：– 可稳定达到特定的力学性能，而使用进口聚丙烯原丝的碳纤维要达到此性能，只能通过选择性分拣材料的方式；– 在整个丝筒上，单丝横截面形状和尺寸保持稳定，这与基于进口聚丙烯原丝的碳纤维不同。根据工作成果，制定了技术标准文件，并对现行的UMT49S-12K碳纤维技术标准文件进行了修订，这些修订涉及验收检验时对微塑料中碳纤维束拉伸强度及环圈断裂比载荷要求的加严，确保了基于国产聚丙烯原丝开发的碳纤维具有高且稳定的特性。基于国产聚丙烯原丝制UMT49S-12K碳纤维的碳纤维增强塑料ВКУ-30К.UMT49，其性能不逊于基于进口聚丙烯原丝碳纤维的碳纤维增强塑料ВКУ-30К.UMT49，且在多项关键强度指标上具有优势。
消除了航空用高强度聚合物复合材料对国外原材料供应的严重依赖，从而化解了战略脆弱性，并为新技术的发展奠定了基础。基于国产聚丙烯原丝的碳纤维及基于其的聚合物复合材料预浸料制造技术的推广，能够保障按照国家国防订货对前线战术航空武器装备（苏-57）生产计划的需求，并考虑到可能增加的供货量，包括通过军事技术合作渠道及外国客户的供货。推广应用的规模还将考虑到所推广材料与苏霍伊设计局研发的其他产品（S-70、T-75）的统一化适配。截至推广工作的已完成阶段：– 基于国产聚丙烯原丝碳纤维的碳纤维增强塑料ВКУ-30К.UMT49预浸料КМКУ-3м.150.UMT49.45的产量为2000延长米。基于国产聚丙烯原丝碳纤维的碳纤维增强塑料ВКУ-30К.UMT49预浸料КМКУ-3м.150.UMT49.45的销售额为1,406,040卢布；– 由国产聚丙烯原丝制成的UMT49S-12K碳纤维产量为1080公斤。由国产聚丙烯原丝制成的UMT49S-12K碳纤维销售额为9,491,904卢布；– 聚丙烯原丝产量为3,542公斤。聚丙烯原丝销售额为4,495,660卢布。在俄罗斯联邦鞑靼斯坦共和国“阿拉布加-纤维”有限责任公司（“俄罗斯国家原子能公司”，聚丙烯原丝及碳纤维生产单位），创造了超过300个高技术工作岗位。在俄罗斯联邦境内实现的批量生产规模下，基于国产聚丙烯原丝的碳纤维及基于其的聚合物复合材料预浸料制造技术的推广，使关键用户（苏霍伊设计局）能够获得具有完全可追溯质量保证体系的产品，且价格协商一致，不受国外对价格和质量的影响风险。使用国产聚丙烯原丝制造国产碳纤维，可保证材料供应不间断，并降低国家国防订货合同延期的风险。使用国产聚丙烯原丝制造碳纤维，可确保材料供应价格稳定，不受外币汇率波动影响。本工作的落实为解决俄罗斯联邦技术主权发展任务做出了重大贡献，因为工作成果将用于保障以国产材料、国产原料为基础，依托俄罗斯技术生产武器装备。
工作成果对保障俄罗斯联邦国防工业综合体的原料独立性具有战略重要意义。
