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大咖聚涪陵 论道“新”材料 ——2023中国(重庆)国际高性能纤维复合材料产业创新大会主旨报告摘登
日期:2023-10-23
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10月18日至20日,2023中国(重庆)国际高性能纤维复合材料产业创新大会在涪陵举行。来自中国工程院、德国工程院、英国皇家工程院及国内外知名高校和研究机构的专家学者,聚焦高性能纤维复合材料前沿技术、产业创新和应用前景,进行了交流探讨。以下是中国工程院院士杜善义、蹇锡高,德国工程院院士Klaus Drechsler,英国皇家工程院院士Michael R. Wisnom在大会期间发表的主旨报告摘登。

先进复合材料应用和创新发展

中国工程院院士、力学和复合材料学家 杜善义

复合材料具有可设计性强、结构/功能一体化、结构整体优化、可降低全生命周期成本等优势。

从先进复合材料的技术现状来说,复合材料基体以树脂基为主,金属基、陶瓷基、碳基也有所发展。基体树脂发展的趋势主要有:树脂强韧化、提高耐温性、多种工艺适应性,以及低成本、可回收。增强相有碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、UHMWPE纤维、PI纤维、SiC纤维等,近年来国内产品技术获得了长足发展。例如,碳纤维需求量、产能和产量均为世界第一,芳纶纤维已建立年产达1000吨的对位芳纶生产线,PI纤维力学、耐热等综合性能已超出国外的P84纤维。在设计方面,要提高结构效率,保证可靠性,考虑制造工艺对结构的影响,基于数字化、网络化、智能化设计的新技术、新方法不断涌现,可能产生“颠覆性”效果。

复合材料的应用范围很广泛,目前主要运用在航空、航天、国防等方面。因为其有非常优越的性能和功能,现在已逐渐在新能源、海岸工程、船舶建设、交通、土木等众多领域得到了充分应用,所以它是一个非常重要的战略性材料。

复合材料的需求在不断增加,因为产业本身在发展,主要是技术方面的发展,其次就是规模在发展。现在中国复合材料已经是世界上用量第一,产量和产能也是第一。我想复合材料将来在中国会推动更多领域产业的发展,它会起到非常基础的作用。

降低复合材料结构制造成本是复合材料应用的核心。“绿色”和“低成本”制造,让先进复合材料更具生命力。先进复合材料以航空航天等需求为牵引,应用逐步拓展到人类社会的各个领域,从“贵族型”材料向“平民化”材料发展。

新型杂环高性能工程塑料及其复合材料应用研发进展

中国工程院院士、大连理工大学教授 蹇锡高

新型杂环高性能工程塑料及其复合材料应用研发进展材料是一切科技的载体,人类发展史的标志。其中复合材料的应用最早,高分子材料发展最晚。

传统的高性能复合材料,耐热性与溶解性呈反向变化关系,耐热性越高,溶解性越差,甚至不溶解,致使其合成难、成本高、加工方式单一(只能热成型加工),应用领域受限。所以科学界、工业界比较关注既耐高温又耐溶解的高分子材料。

我们将扭曲非共平面的二氮杂萘酮联苯结构成功引入到聚芳醚分子主链,研制出结构全新、综合性能优异、既耐高温又可溶解的杂萘联苯聚芳醚系列树脂,成功实现了可溶性耐高温高性能树脂零的突破。该材料既可在300℃长期使用,还可溶解于氯仿和N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺等常用的非质子极性溶剂,因此可采用多种方式进行加工应用,且成本较低,其应用领域大大扩展。

高性能碳纤维复合材料的塑韧化技术

英国皇家工程院院士,英国布里斯托大学先进复合材料创新与科学中心主任 Michael R.Wisnom

为了推动材料行业的发展,我们专注于材料、材料的结构、制造、教育等各个方面。在大学,我们专注于这些材料的设计研究,同时和行业进行合作,推进科技的使用。

在实现新材料产业化过程中,合作是最重要的因素。大学推动基础科学、研究教育,行业企业面向市场有着产业化的敏感度和专业性,两者的合作既能解决技术成果转换问题,又能减少行业解决方案带来的风险。基于此,我们创新了一套“产学研”模式即联合全球60家大学进行基础面研究,再通过“国家复合材料中心”进行设计研究,最后再和行业进行合作,推进科技成果市场化使用。在这一模式下,目前我们已与劳斯莱斯等多家企业实现成功合作。

复合材料技术在大规模量产应用领域的现状和未来发展趋势

德国工程院院士,德国萨克森科学院院士Klaus rechsler

汽车和航空领域既对材料韧性、强度、减重等性能非常重视,又需要考虑成本效应要求价格亲民且高质量量产,保持可持续性、降低碳足迹。这推动着我们不仅关注性能,还需要我们进行技术优化,对技术附加值进行探讨。因为复合材料不是单质材料,它需要跟其他材料进行复合或者在结构层面进行结合。所以我们不仅要保证生态效率,技术的附加效应,此外也可以通过多种方式进行数字化和标准化的改革,包括减重技术、材料回收以及结构件回收闭环使用。(记者 冉富月 何乾健)


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