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第21届中国复材展 “CCE-JEC 创新产品奖”获奖产品介绍(二)应用类
来源:中国复材展组委会  2015-09-07 15:55:36
本文阅读次数:5193

原文:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news.php?news_id=1987
应用类获奖者:

1、参展单位:中国科学院宁波材料技术与工程研究院
  合作单位:奇瑞汽车股份有限公司
  产品名称:连续碳纤维增强聚苯硫醚(CF/PPS)复合材料汽车前保险杠
  产品用途:汽车轻量化车身技术是节省能源、提高行驶性能的有效方法之一,前保险杠是应用复合材料的一个典型部件。本产品连续碳纤维增强聚苯硫醚(CF/PPS)复合材料防撞梁可用作各类承载式或非承载式汽车车身防撞梁,其制备技术亦可推广用于制备汽车车身覆盖件以及其它领域用复合材料制品。
  生产地:中国科学院宁波材料技术与工程研究院,浙江省宁波市
  技术特点:高性能碳纤维增强热塑性树脂基复合材料的力学性能十分突出,被广泛应用于航空航天、航海、国防、汽车、土木建筑、能源、化工机械、体育娱乐等领域,近年来在汽车行业的应用尤其引人注目,但同时其制备效率瓶颈日益明显。本产品主要展现了连续碳纤维增强聚苯硫醚(CF/PPS)复合材料前保险杠的低成本、高效率连续自动化制备过程,其中包含熔融浸渍技术、层合板连续热压制备技术和复合材料部件快速冲压成型技术,实现CF/PPS复合材料前保险杠单模成型高达8件/小时的成型效率,满足汽车工艺的量产需求。该技术可克服传统车用热固性树脂工艺、性能和成本的局限性,实现汽车典型零部件复合材料的低成本化、连续化、自动化、热塑化、规模化批量快速生产能力。
  (1)成型后前保险杠尺寸精度测量:尺寸偏差控制在5%以内,前保险杠内板与外板达到了设计尺寸精度要求,组合件也达到了装配尺寸精度要求。
  (2)前保险杠碰撞性能测试结果:
 
  

  (3)连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料力学性能(斜纹+单向预浸料)
  拉伸强度:1080.34MPa  拉伸模量:80.29GPa
  弯曲强度:982.28 MPa弯曲模量:62.99 GPa
  层间剪切强度:50.57MPa
  冲击强度:54.11kJ/m2
  市场评价:为适应安全、节能、环保等汽车工业发展的主流趋势,电动汽车成为解决能源和环境问题的一个新型战略产品。热塑性复合材料是突破新结构、新材料电动汽车轻量化车身的关键技术之一,在汽车等领域有着广泛的市场应用前景。目前纤维复合材料在汽车工业的应用以非连续纤维复合材料为主,大部分应用于次结构件,主承力结构件由于较高的力学性能要求对连续纤维复合材料的需求较大。本产品突破传统复合材料工艺和成本的局限性,可实现规模化批量快速生产能力,是一种市场容量大、经济效益好、技术含量高、带动作用强的新材料和新产品,应用前景极为广阔,预计产业规模可达数百亿元,且可提升行业技术水平,具有显著社会效益。


2、参展单位:哈尔滨玻璃钢研究院
  产品名称:火箭碳纤维复合材料发动机支架
  生产地:哈尔滨玻璃钢研究院
  技术特点:哈尔滨玻璃钢研究院为上海空间动力研究所配套研发的碳纤维复合材料支架,是国内首次将航天飞行器中的金属发动机支架用碳纤维支架替换。与同等金属支架相比,重量减少了三分之一。在工艺上与金属不同,采用一体成型工艺,大大的提高了产品的性能。通过对多开口复杂结构进行真实有效的有限元模拟和分析,准确分析结构,并优化复合材料结构,解决复杂结构的强度和刚度设计和校核问题。目前国内,没有同类产品的报道。
  市场评价:该系列产品为我院争取到较高的效益,具有较高的经济效益和市场前景。由于该系列产品所处型号在国内航天领域都具有一定的重要性,将在业内为我院带来巨大的声誉,具有显著的社会效益。此类产品的研制成功得到了用户的认可,哈尔滨玻璃钢研究后续又进行了多种型号复合材料支架的配套。嫦娥三号的承载推进系统中的多台小型姿控发动机支架全部由我院生产,已经成功完成使命。目前国内的大多数型号的发动机支架还采用金属材料,通过近几年的研制实验总结,对未来采用复合材料支架替换金属支架提供有力的保证。


3、参展单位:武汉理工大学
       湖北华舟重工应急装备股份有限公司
  产品名称:模块化全复合材料快速架设重载应急桥
       产品用途:该应急桥梁可用于应急架设领域,最大通载能力40吨。采用模块组合方式,单组件重量轻、可人力转运、快速架设。与传统的钢结构桥梁相比,减重20%,安装时间短,维修费用低。生产地:湖北省武汉市。
       技术特点:目前,传统应急桥梁一般采用中高度钢材或铝合金制成,通过焊接或螺栓等方式连接在桥梁的端部。为了达到应急桥梁轻型化要求,设计满足应急桥梁荷载要求(40吨)前提下,有效降低应急桥梁重量、节省安装时间。
       本重载桥全长8m、分为单跨长为4m多个组合单元,整体为复合材料制备,最大设计通载能力40吨。主要特点如下:
       1)复合材料多箱梁模块结构。车辙由3个复合材料多箱梁模块组成,横向设计为凸凹插接自锁结构,通过横向拉杆锁紧组装而成,每个模块重量轻、整桥安装迅捷;
       2)该桥通过合理铺层设计,多箱梁模块采用整体真空辅助成型多箱梁,保证局部稳定性;
       3)每个模块之间采用单向碳纤维与金属耳制备的大力接头连接,并和下腹板形成一个整体。每个单耳承载最大拉力大于17吨,每个多箱梁单元下设计5个单耳,能共同承载85吨的最大拉力。
       复合材料快速架设应急桥由武汉理工大学和湖北华舟重工应急装备股份有限公司共同设计,武汉理工大学生产制备。其力学性能由湖北华舟重工应急装备股份有限公司及武汉理工大学共同测试。性能如下:
       1)单组合模块<140Kg;
       2)可使用跨距7.5m,42吨静载荷下,中心挠度< 90mm;
       3)通过了500次43吨轮式通载、200次40吨履带通载测试,结构无损伤。
       各项技术指标均达到应急桥梁的使用要求。
       市场评价:在欧美发达国家,由于复合材料应急桥具有优异的综合性能,近年来已经开始研究并研制出了相应的样品桥;我国是多自然灾害国家,应急装备越来越受到重视,而复合材料应急桥才处于起步阶段,充分发挥复合材料自身的特点,可以设计制造出有很好应用前景的桥梁,已得到相关装备部门的高度重视。该产品的研制成功,在战时遂行及后勤支援保障、自然地质灾害等突发事件应急救援、工程建设等场合均可有所应用,具有广阔的应用前景。

4、参展单位:北京中材汽车复合材料有限公司
  合作单位:中材科技股份有限公司中空复材事业部
  产品名称:高性能整体成型低损耗中空结构天线罩体
        产品用途:高性能整体成型低损耗中空结构天线罩体可以有效提升天线系统的透波性能,主要用于航空航天、通讯车辆、气象雷达及移动基站等领域。
  生产地点:北京,南京。
  技术特点:整体成型中空天线罩体是一种新型的透波结构理念,诸多性能远远优于传统的蜂窝夹层及泡沫结构,具有强度高、抗分层、高抗压、防渗漏、防腐蚀,抗老化、易成型、透波性能优异、低成本等特性,特别适用雷达罩、天线罩、美化罩等电磁窗的结构设计与开发应用。现有天线防护装置由天线罩加美化罩逐渐向天线美化一体化方向发展,这对罩体的透波率、强度、老化性能方面提出了更高的要求,但目前所用的电性能较差(介电常数3.8-4.2,损耗角正切值大于0.009),整体成型中空天线罩体的透波性能优异(介电常数1.8-2.5,损耗角正切值小于0.007)。
  在研制整体成型中空天线罩体过程中开发了专用预浸料、攻克了罩体连续成型技术,开展了电性能及结构强度设计与评价研究。
  密度≤1g/cm3,拉伸≥100MPa,弯曲≥50MPa,平面压缩强度≥2MPa,平面拉伸强度≥3MPa,巴氏硬度≥40,冲击韧性≥35KJ/m2。
  介电常数1.6~2.5,损耗角正切值≤0.007,在2~18GHz频段内平均透波率≥85%。检测报告及专利证书请见附件13
  市场评价:目前,整体成型中空天线罩体已开展航空及航天宽频天线罩的研制,产品电性能及结构强度较蜂窝、泡沫结构有显著提升;此外,随着4G/5G业务的发展,对低损耗、宽频天线罩体出了升级换代需求,预计市场需求量将达到40万件/年,具有较好的市场开发应用前景。

5、参展单位:中材科技(苏州)有限公司
  产品名称:复合长管运气单元
  产品用途:管束式集装箱主要用于压缩天然气的存储、运输。生产地四川成都
  技术特点:碳纤维缠绕大口径复合长管,技术集成度高,研发周期短,成本远低于同类相关产品。“中材”是快速大规模生产制造商,综合性价比最优。
  产品采用碳纤维的高强度轻量化缠绕、防电化学腐蚀的涂层和绝缘结构、缠绕层防疲劳开裂结构以及多管组装固定技术特制而成,可满足气体工业、天然气行业储运要求,产品符合国际ISO11515标准。
  碳纤维缠绕大口径复合长管的容重比比市场上传统的钢制长管大至少30%,即在相同重量限制范围内可以提供更多的容积以运输更多的气体。
  碳纤维缠绕大口径复合长管作为一种储运交通工具,以其适应性强、高效便捷等优势,为气体工业和天然气储运提供了一种新型解决方案,对增加运输量及缓解成本压力,具有重要作用,市场应用前景广阔。
  该产品四大核心技术:
  (1)高强度轻量化缠绕层设计;
  (2)缠绕层防疲劳开裂结构;
  (3)防电化学腐蚀的涂层和绝缘结构;
  (4)多管组装固定技术
  市场评价:该产品推出后受到国内外客户的广泛专注,目前已接到多项国际订单,由于该产品轻量、大容积的特点,市场潜力巨大。


6、参展单位:常州市宏发纵横新材料科技股份有限公司
  合作单位:常州市格维创联汽车科技有限公司北京航空航天大学
  产品名称:模块轻量化高性能复合材料大巴
  产品用途:该产品的推出具有安全、低噪音、保温隔热等优良性能。由于汽车的质量减轻,滚动阻力减少,能节约能源、减少环境污染以及保证安全等一系列效能。产品的各部件于宏发纵横新材料科技股份有限公司的研发车间生产成型。
  技术特点:
  (1)技术方面:
  ①产品采用模块轻量化复合材料车身结构,打破了传统巴士车身和底盘焊接合为一体的车型结构,使汽车的重量大大降低的同时赋予其较高的力学性能。②本产品涉及到的模块化包括复合材料车身的模块化以及整车框架结构的模块化,可以按照用户的需求制造出不同长度、种类的汽车。③本产品所有连接区域均采用螺栓连接。其中螺母采用国外特殊的防松螺母,螺栓连接属于可拆卸连接,在保证连接强度的同时满足可集装化运输。无论是国内用户还是国外用户均可方便、快捷购买该产品,按照说明即可组装成汽车,同时便于使用过程中的维护与更换。
  (2)性能方面:
  本产品车身采用热塑、热固性复合材料夹芯结构的特殊设计,内外面板为纤维增强热塑或热固性复合材料,夹芯材料采用热塑材料。通过对内外面板的铺层设计,既保证了车身所需的强度、刚度、冲击等性能,又大幅度降低车身重量。
  (3)工艺方面:
  本产品车身的制造采用高压RTM制造工艺,生产系统包括了预成型加工、压制过程、修正工艺。相比于传统的RTM工艺,该工艺减少了树脂注射次数,提高了预制件的浸渍质量,并缩短了成型周期。产品具有如下特点:①高生产效率;②高度自动化;③较短的加工周期;④无论是预成型加工还是注射过程都无需使用辅助材料;⑤出色的表面质量,低孔隙率。
  (4)环境方面:
  本产品主要动力为电池驱动,在使用中基本上不排放有害气体。在能量转换方面,电能也比直接燃烧燃油更为清洁。同时通过对蓄电池的充电提高了能量利用率,减少了对石油的依赖程度,提高了国家的能源和经济的安全性。
  市场评价:汽车工业是我国国民经济的支柱产业,近几年来已取得迅猛的发展。汽车工业的快速发展导致了汽车保有量的急剧增加,同时也给社会带来了三大问题:能源匮乏、环境污染、安全问题。汽车节能、环保、安全既是国际汽车技术的发展方向,也是我国汽车产业政策的要求。减少燃料消耗和降低对环境的污染已成为汽车工业发展和社会可持续发展急需解决的关键问题。实现汽车轻量化,是节省能源的最有效的途径之一,也是国际先进汽车制造商所追求的重要目标。
 

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