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创新奖获奖产品
一、原料类

1. 产品名称:干喷湿纺SYT45级高性能碳纤维
    参展单位:中复神鹰碳纤维有限责任公司
       SYT45高性能碳纤维以丙烯腈等为单体,以二甲基亚砜(DMSO)为溶剂,与东丽T700级碳纤维一样,采用干喷湿纺纺丝技术获得高性能碳纤维原丝,随后经预氧化、碳化工艺制得碳纤维。产品各项性能指标达到国标GQ4522要求,强度达到4.5GPa以上,模量达到230GPa以上。广泛应用于工业、土木工程、体育用品、军事和航空航天等领域。
       产品采用二甲基亚砜一步法、干喷湿纺等生产工艺,研制过程中相继突破了高粘度纺丝原液制备、空气成纤、干喷湿纺、高压蒸汽牵伸、表面处理、层式外热预氧化炉等关键工艺,在建立大型聚合釜连续稳定导热体系、高效脱单脱泡体系、高粘度物料过滤体系、干喷湿纺系统平衡体系中形成了一系列创新性成果。
       产品经过北京化工大学、江苏省高性能纤维测试中心等权威部门测试鉴定:拉伸强度≥4.5GPa;拉伸模量220-260GPa;断裂伸长率1.8-2.5%;密度≥1.8g/cm³;线密度780-820g/km(12k)。
       产品完全达到国标GQ4522性能指标要求。采用干喷湿纺先进工艺,使产品毛丝率控制在较低水平,在下游制品加工制作过程中有较大的工艺优势,保证了产品较强的市场竞争力。
       以干喷湿纺技术生产的SYT45级高性能碳纤维具有生产效率高、碳纤维品质好、纤维缠绕和预浸加工工艺性良好,生产成本较之湿纺纺丝大幅降低等特点和优势。一经推出,迅速得到用户的认可,直接冲击到湿法T300碳纤维的市场份额。


2. 产品名称:符合食品行业GMP标准的高性能树脂Atlac® 5200 FC
 参展单位:帝斯曼
       Atlac® 5200 FC树脂用于制造与食品或饮用水接触的复合材料产品,包括储罐、管道等,按照食品行业通用的GMP标准生产。
       传统的不锈钢储罐设备投资成本高昂,材质对多种食品原料成分的耐腐蚀性能不强,表面容易形成裂缝或渗漏,从而造成产品受到污染,影响产品品质,耽误生产进程并有可能给环境带来危害。因此越来越多的食品生产商采用复合材料替代不锈钢,用作盛放容器和内部输送管道,因为复合材料耐腐蚀性能出色,其接触食品、饮用水的材料可靠性已经得到有关立法的验证和许可,且对于食品生产商来说,维护和安装成本相对更加经济。
       帝斯曼与欧洲著名的复合材料制造商Christen & Laudon合作,开发了一系列用于存放食品的复合材料储罐,并通过后者销售给食品生产商。这项创新结合了帝斯曼在食品立法和GMP规范方面的专业知识,并成功运用了帝斯曼的新款乙烯基树脂Atlac® 5200 FC。
       Atlac® 5200 FC针对与食品及饮用水接触的高性能复合材料,按照食品行业通用的GMP标准开发和生产,保证Atlac® 5200 FC树脂所含的成分属于欧盟食品接触法规EU10/2011允许使用物质,这对帝斯曼的直接客户——复合材料制品制造商来说简化了审批程序。
       全球知名的生命科学与材料科学专业公司帝斯曼从消费者的食品安全和生命健康出发,将其在生命科学领域的积累的专业知识运用在材料科学的产品研发和生产,并为生命科学行业提供复合材料解决方案,成功地实施GMP标准,整个生产过程可追溯、可控制,最大限度避免在食品生产过程中由于容器产生的污染。同时,这一方案的实施能有效地降低维护成本,延长设备使用寿命。
       此外,通过对复合材料(玻璃钢)和不锈钢材料进行LCA生命周期评估(Life Cycle Assessment),结果显示相同容积和厚度的容器,使用复合材料(玻璃钢)在整个生命周期(指某一产品或服务从取得原材料,经生产、使用直至废弃的整个过程,即从摇篮到坟墓的过程)产生的碳足迹和生态足迹均明显低于不锈钢,换言之,从长远来看,复合材料对生态环境产生的影响远远小于不锈钢。
 
 
 
二、制品类

3. 产品名称:新型玻璃钢节能窗型材
    参展单位:江苏源盛复合材料技术股份有限公司
       技术创新:聚氨酯树脂常温胶凝时间仅约为普通不饱和树脂的1/100,我公司采用专门的计量/混合装置与专用树脂注射箱和全封闭注射拉挤工艺,成功将此胶凝时间极短的聚氨酯树脂用作连续拉挤成型复合材料的基体材料,工艺填补了国内空白。
       性能创新:型材克服了传统材料不能兼顾保温和力学性能的弱势,将良好的保温性能和卓越的力学性能集于一身。型材制成的成窗在隔音、隔热保温、抗风压等各种性能方面均有卓越表现。
       型材的主要技术指标:导热系数仅为0.22W/mK;线性膨胀系数为6.94×10-6;弯曲模量为50.14GPa;拉伸模量为51.90GPa
       型材制成的窗的主要技术指标:聚氨酯节能窗的水密性为4级;气密性为8级;抗风压9级;保温性能1.1W/m2K;隔声37dB。
       源盛聚氨酯节能窗最大的优势在于其是较低的传热系数和最高级抗风压的结合。65系列抗风压达到国家最高要求9级,采用普通中空玻璃K值可以达到2.2,远低于市面上断桥铝合金的2.8,各大设计院均对此十分关注。节能是未来门窗的趋势,结合政府近年来的节能政策和节能75%口号,新型节能窗将在市场上掀起一场技术的革命。
 
 
 
4. 产品名称:高海拔低风速叶片-Sinoma45.2-1.5MW
    参展单位:中材科技风电叶片股份有限公司
       风机叶片是风力发电设备中的关键部件,是风力机进行风能转化的主要部件之一,其风能转化效率决定了风力机的发电效率;Sinoma45.2-1.5MW复合材料风机叶片应用于高海拔地区和低风速区风力发电领域。
       与国内同类产品相比,在技术方面的创新有:
  • 叶片长度的确定,在对高海拔与低风速区风场资源的进行充分调研前提下,与主机厂紧密合作分析风资源的特点,研究叶片长度与发电效率、风速和空气密度的关系,确定叶片长度为45.17m,解决了叶片长度适应于风场风资源要求的问题;
  • 低载高效的气动设计,叶片长度的增加,气动载荷随之迅速增加,为体现Sinoma45.2在高海拔和低风速区的优势,叶片的气动效率在该风区下性能最高,年发电量最大,经过气动与结构的多次循环迭代设计,最终达到了气动与结构的平衡,实现了叶片的低载高效;
  • 结构设计方面,在关键承载部件主梁设计上采用了刚度最优化理论,通过研究主梁中心线与桨矩轴之间的位置关系,实现了主梁铺层结构的最优化设计,既提高了叶片刚度,又减轻了叶片重量,还降低了叶片载荷,从而实现结构的最优化设计。
  • 叶片避雷设计方面,采用“3+1”避雷法,即叶身有3处接闪器(每处在迎风面和背风面各有1个接闪点),叶尖有一个接闪器,经检测,该避雷系统的最大阻值均小于20毫欧,该避雷设计可以最大程度减少叶片遭受雷击的可能性;
  • 叶根粘接设计方面,在叶根粘接面区域设计为“┏”型和“┛”型相扣结构,该设计能够保证叶片重量的前提下提高粘接层的承载能力,同时还有利于叶片合模时叶根的粘接定位,增强粘接效果,该设计已申请专利,目前已获得专利申请受理。
       叶片技术指标如下:额定功率:1.5MW;叶片长度:45.17m;最大弦长:3.15m
       扫风面积:6746m2;适应风况:IIIB/IVA;温度范围:-30°C  +45°C;最大风能利用系数:0.482;切入风速:3m/s;切出风速:20m/s;额定风速:9.4m/s;额定转速:16.6;尖速比:10。
       该产品于2012年10月12日获得德国DEWI-OCC颁发的设计认证证书。
 

5. 产品名称:纤维增强塑料车厢板及拖车底板
    参展单位:北京中材汽车复合材料有限公司
       北京中材汽车复合材料有限公司研发的复合材料车厢板及拖车底板的成型技术在我国重型货车的应用中尚属首例,该技术产品主要用于货车的车厢制造及拖板车的底板,同比金属车厢,载重能力不变,车厢或拖板自重最大可减轻30%以上。具有与金属车厢同等用途,同时与原金属车厢有相通用的装配尺寸,可以等效替代原金属车厢。
       高科技复合材料车厢部件成功开发,推进了我国轻量化货车车厢的轻量化进程,使我国复合材料在汽车轻量化领域的应用技术达到国际领先水平。该产品属于国内首创,具有以下技术创新点:
  • 进行了复合材料轻量化板材的结构设计
       设计采用了夹芯和加筋结构,通过分析与优化,实现结构互补,使车厢部件产品在较轻的自重下,实现与金属车厢部件同级别的承重和使用要求。
  • 非对称碳玻混杂纤维增强内置梁的创新设计。
       为充分挖掘碳纤维复合材料的高承载优势,首次成功进行碳玻纤维混杂增强复合材料承载梁的研发,并应用到车厢主体结构中,采用大丝束碳纤维,有效降低成本;采用单侧混杂拉挤成型,充分发挥碳纤维的优势。此种承载结构可以应用到更多的厢体,厢板,包括平板拖的承载结构中,有着广阔的发展空间。
  • 真空渗透成型工艺创新
       轻量化车厢板成型过程中,采用改进型的真空袋成型工艺,我们称为:真空渗透成型工艺。该工艺是以树脂浇铸和真空辅助为主要方式的一种改良工艺,特别适用于大型产品和夹层产品,成型效率和缺陷率都较传统的真空袋成型有所提高。
采用该技术板材的车厢,同比原金属结构车厢,达到减重32%。同时,与原金属车厢有相通用的装配尺寸,可以等效替代原金属车厢。经测试最大承载在30吨以上。
       该产品使用的复合材料本体拉伸强度达到1500MPa,超过普通钢材的拉伸强度。由于复合材料板的耐冲击性良好,防锈等性能更优,预计在恶劣的使用条件中寿命可达10年以上,而同等条件下金属车厢使用3年后,即会有严重变形。并且复合材料具有耐腐蚀、耐老化等特点,产品成型后不需进行涂装,减少了对环境的污染。并且,本产品可通过“再制造”技术,实现低成本的寿命延续。凭此所能带来的经济、环境、生态等方面的利益将非常明显。
       本产品的投入使用,将填补我国复合材料在重型货车车厢上应用的空白,并且,将大大增加运营经济效益,增加我国运输业的利润空间,为我国经济发展起到不可估量的作用。
 

6. 产品名称:碳纤维复合绞线产品
    参展单位:南京诺尔泰复合材料设备制造有限公司
    合作单位:东南大学
       新型材料碳纤维增强聚合绞线(CFRP筋)由碳纤维和环氧树脂复合而成,具有强度高、比重小、耐腐蚀等特点。可以替代混凝土桥梁中的钢筋拉索,规避钢筋锈蚀带来的桥梁承载力减弱等问题。CFRP筋可加工成绞线束的形式,称为碳纤维复合绞线,因其耐腐蚀、柔韧性好,在桥梁结构中可以用作体外预应力束,这在国外已有少量应用先例。本产品已属国内首创,国际先进产品,其主要性能指标上均达到或优于国外先进产品。
       碳纤维复合绞线是将一定数量的小直径(7mm)碳纤维复合筋绞缠后,再经环氧树脂浸润固化而成的筋束,外形类似于钢绞线,最大直径可达40mm,其材性见下表,与目前国内的钢绞线相比,碳纤维复合绞线的抗拉强度离散性较大。
       碳纤维复合绞线材料性能:

弹性模量/GPa

伸长率/%

松弛率/%

线膨胀系数

/(10-6oC)

耐热性/oC

保证抗拉强度/GPa

疲劳强度/MPa

耐酸性

耐碱性

137

1.6

2.3

0.6

130

1.370

>400

优于钢材

与钢材相同

 
       我公司碳纤维复合绞线生产采用国际首创拉挤-缠绕-绞合一体化连续成型装备一步成型法生产,双感应器闭环控制系统和多维运动控制程序,张力包覆缠绕抵消反向加捻技术,突破了纱线轴向、局部异向、整体环向的多维多向机构精确控制的瓶颈,比国际上其他装备(二步成型法)生产效率提高3~5倍,单线人工从12人降为1人。纱线张力能控制在0.08N范围内,目前国际上最先进的技术也只能控制在为0.9N内。同时采用国际首创正拉粘结强度评价FRP-混凝土界面性能测试方法,攻克了局部弯拉耦合应力对FRP有效强度影响的理论难题,成果已纳入国家标准。与国内外同类技术的产品的主要技术、性能对比,我公司生产的碳纤维复合绞线其拉伸强度达到2900MPa而国际上最高只有2600MPa。
       综上所述,本产品生产综合运用了筋索加肋成绞技术、超薄超大拉挤技术、拉缠绞一体化技术、恒张力控制技术、特征指标测定方法、设计指标取值方法、FRP筋/索结构技术等,其性能达到或超过国际同性能达到或超过国际同类产品,成本低30--70%。
       本产品适用于抢险救灾、快速架设与施工应急等情况,为我国各类灾害防治和应急救助提供了一个高效的技术手段,同时也是海洋环境下应用的首选建筑材料。

 
 
7. 产品名称:碳纤维增强复合材料防偏磨连续抽油杆
    参展单位:胜利油田新大管业科技发展有限责任公司
       碳纤维增强复合材料防偏磨连续抽油杆主要用于石油工业中的有杆采油系统,以解决油田采油生产中的腐蚀和偏磨问题为主要目的。与传统金属抽油杆相比,该产品耐腐蚀和耐偏磨性能好、接头少、断脱几率小、活塞效应小、作业使用方便。
       碳纤维增强复合材料防偏磨连续抽油杆创新性地采用注射拉挤和塑料挤出组合成型工艺,实现了热固性基体复合材料与热塑性塑料的一体化连续成型,结合强度高,尺寸稳定性好,生产效率高。
       碳纤维增强复合材料防偏磨连续抽油杆表面被覆热塑性塑料耐磨层,热塑性塑料耐磨层赋予了抽油杆优异的耐偏磨性能。产品结合了热固性复合材料与热塑性塑料,实现了结构功能一体化。
       与传统金属抽油杆相比,碳纤维增强复合材料防偏磨连续抽油杆具有材质本身决定的优异的耐腐蚀性,而且杆体连续,接头少、断脱几率小、活塞效应小、作业使用方便;
       与玻璃钢抽油杆相比,碳纤维增强复合材料防偏磨连续抽油杆杆体连续,接头少、断脱几率小、活塞效应小、作业使用方便。
依据SY/T 5029 《抽油杆》,经胜利石油管理局质量监督检验所检测,碳纤维增强复合材料防偏磨连续抽油杆主要技术指标如下:
巴氏硬度43;树脂含量19.2%;拉伸强度2525MPa;拉伸弹性模量135GPa;断裂延伸率1.81%;弯曲强度1479MPa;弯曲弹性模量121GPa;表观水平剪切强度82MPa。
       石油工业有杆采油系统中,目前多以金属抽油杆为主,而腐蚀和偏磨问题造成的金属抽油杆年报废率高达30%。碳纤维增强复合材料防偏磨连续抽油杆实现了结构功能一体化,综合解决腐蚀和偏磨问题,延长了抽油杆的使用寿命。



8. 产品名称:220KV复合材料门型杆塔
    参展单位:北京玻钢院复合材料有限公司
       创新点一:通过对不同材料自身抗拉、抗弯性能以及浸透树脂后的抗拉、抗弯性能进行研究,确定了几种生物质纤维复合材料作为复合材料主杆结构层。
       创新点二:通过对复合材料杆塔结构的仿生设计技术研究,在确保塔体本身的强度要求下,大大减轻了复合材料杆塔的整体重量,并大幅度降低了杆塔的成本及使用期后对环境的影响。
       创新点三:通过开展对全复合材料节点连接件的设计与研究,并经过拉伸、疲劳等力学测试,最终确定复合材料锥形管插接技术、复合材料抱箍连接技术等全复合材料连接技术,解决以往在复合材料节点连接效率低、可靠性低、成本高等问题。
       在中国电力科学研究院进行真型验证试验,试验的环境条件:温度5-25℃,相对湿度30%,风力(风速)4m/s。
       共进行4个工况试验,如工况一:0度大风,试验载荷为100%设计载荷;工况二:安装右导线,其他导线已安装,试验载荷为100%设计载荷;工况三:90度大风(超载),试验载荷为200%设计载荷;工况四:事故断中导线,试验载荷为100%设计载荷。
220KV复合材料门型杆塔自2013年1月开始,在辽宁丹东长凤线上挂网运行,状态良好。
       复合材料杆塔具有安装方便快捷,减少后期线路维护运行成本,使用寿命长,大幅度降低输电线路的走廊宽度、塔高和塔身重量,降低线路雷击闪络故障率等优势,在沿海、高污秽等级地区及工业发达地区等均有广阔应用前景。




三、装备类

9. 产品名称:模塑格栅自动化铺放设备
 参展单位:南京诺尔泰复合材料设备制造有限公司
 合作单位:南通强力塑胶、南通盛世等
       本设备用于生产各类FRP模塑格栅,其制造工艺效率高生产能耗低。此格栅产品运用广泛,多用于一、建筑装饰,如:建筑幕墙、围墙、门窗、屏风、楼梯、阳台等;二、工业,如:化工、制药、机械、造纸、造船、电子等(常见产品有地沟盖板、操作平台、耐腐蚀结构钢梁等);三、市政,如:桥梁分隔带、桥栏修饰块、整体桥面、轨道交通安全止滑带、绿化护树、太阳能绿化屏阻等;四、其他,宠物屋、禽类笼等。本设备属国内首创,国际先进。
       本设备相对于其他国内原有的生产工艺,生产效率、成品率、原材料利用率等均有很大的提高,于此同时废料的产生也大大的降低了,本设备生产的制品无需修补,对生产环境的污染几乎为零。
       我们采用的是先进的成套伺服驱动控制和电子配料混料机供胶系统,使产品的性能、创造性达到了一致,同时解决了人工供胶浪费、大气泡多、耗时长、气味大环境污染等诸多问题。
       与国外相比,本设备采用单层一次铺放和逐层气动加压(即随着铺放的同时加压,铺放结束加压结束),生产效率提高了1倍,其次采用铺放注胶,注胶均匀。
       本设备由模具、铺放装置机械手、电子配料供胶系统、伺服控制系统轨道位移装置购成。
       本设备生产工艺流程:铺纱→单层铺纱→单层供胶→单层加压多组循环后到下一个工位,通过轨道位移装置运行到下一组模具。
       本设备采用国际先进的自动化铺放机并配电子配料供胶加压系统,对生产过程中供胶不均匀、浪费大,人工加压时气泡多,产品性能不统一的技术难点进行研究,实现了模塑格栅自动化技术。
       使用本设备生产格栅制品,成品率达到99%,人工减少了90%,经济效益相对国内其他生产模式提高了10倍以上。
       原先生产模式每生产一片格栅产生5公斤废品,现在不到0.5公斤,减少了FRP的浪费。由于生产中产生的废品回收利用难度大、利用率低,因此对于环境而言我们大大降低了对环境的影响。


10. 产品名称:高温精密环氧注射机
      参展单位:北京恒吉星工贸有限责任公司
       高温精密环氧注射机在国内尚无同类产品,该设备填补了这一领域国内空白。与国外同类产品相比,除绝大多数性能参数基本相当外,高温精密环氧注射机具有以下优势:
  • 能实现树脂注射/混合速度更快(最大4L/min);
  • 效率更高(至少提高100%,能无停顿地进行树脂的注射/混合);
  • 能实现固化剂比例调节的自动化控制(只需提供树脂和固化剂的密度及固化剂比例要求,设备能自动完成比例调节);
  • 清洗更彻底、更环保(使用清洗液和压缩空气交替清洗的形式进行),且清洗可实现自动化;
  • 设备工作部分整体为不锈钢/聚四氟乙烯材料,耐腐蚀性能优异;
  • 自动化程度大大高于同类产品。
                                国外设备                          本设备
       加热温度            150℃                            150℃
       组分                   双组分                           双组分
       注射速度      120-1000ml/min         30-4000ml/min
       固化剂比例    1:1-30:1                1:1-30:1
       精度                     1%                                  1%