一、中心總體定位
本技術創新中心的總體定位是緊緊圍繞國家中長期科學與技術發展規劃,結合國家和本地區的發展特點,将先進複合材料設計、複合材料成型新工藝、計算機仿真、機器人技術、網絡控制技術、智能工藝優化、機電一體化裝備研制等應用到複合材料制品制造工業,進行複合材料制品高效成型技術及智能裝備的研究和工程推廣應用,包括:先進樹脂基複合材料設計及成型;基于機器人的纖維纏繞工藝與裝備研究與開發;複合材料快速模壓工藝及裝備;幹纖維纏繞壓力容器新型結構及成型工藝關鍵技術研究;植物纖維複合材料制造關鍵技術研究;複合材料纏繞、模壓成型全自動生産線研制;複合材料智能在線監測技術及設備研制等。本中心将解決複合材料制品從基礎理論、工藝設計優化、到高效成型裝備研制的一系列核心工程問題,全面提升我國複合材料制品制造工業水平,實現複合材料制品高效、優質且低成本成型。
二、中心研究方向與研究内容
技術創新中心的主要研究方向:幹纖維纏繞壓力容器新型結構及成型工藝關鍵技術研究;竹基多維異型結構複合材料制造關鍵技術研究;基于機器人的纖維纏繞工藝與裝備研發;複合材料纏繞、模壓成型全自動生産線研制。将複合材料基礎理論研究新成果、數值模拟分析優化、計算機仿真、有限元分析、數控技術、網絡控制技術、機器人技術、智能工藝優化算法等應用到複合材料制品制造工業,進行複合材料制品高效成型技術的研究和工程推廣應用。
技術創新中心的研究内容:
(1)幹纖維纏繞壓力容器新型結構及成型工藝關鍵技術研究
樹脂基體的脆性導緻傳統複合材料壓力容器缺乏沖擊韌性,嚴重制約該結構在沖擊載荷或極端環境(如低溫)下的應用。突破上述瓶頸問題的一種新思路是設計不用樹脂進行纖維粘接及應力傳遞的幹纖維纏繞壓力容器新型結構。因此提出由聚乙烯彈性内襯層(或橡膠)、幹纖維纏繞結構層及高強橡膠外防護層構成的耐沖擊壓力容器結構,拟圍繞此結構的數學模型、力學模型、成型工藝原理及調控機理三個方面展開研究。
(2)竹基多維異型結構複合材料制造關鍵技術研究
針對竹材産品同質化嚴重、适用領域窄、附加值低等問題,發揮竹材縱向拉伸強度高、柔韌性好的特點,開發連續竹纖維和柔性短纖維及其配套的加工設備,突破林産工業平面層積闆材制造模式,形成竹纖維增強複合材料多維纏繞、編織及異型模塑成型的創新技術,研發多維異型竹纖維增強聚合物基複合材料及其構件,形成植物纖維增強複合材料加工新技術,促進竹纖維複合材料的産業結構調整和轉型升級,實現竹纖維複合材料在水利管道、汽車内襯和建築工程領域的拓展應用。
(3)基于機器人的纖維纏繞工藝與裝備
纖維纏繞增強樹脂基複合材料(如管道、壓力容器、傳動軸、絕緣子等)具有強度高、耐腐蝕性強、可設計性好等諸多優點,使其廣泛應用于航空航天、國防軍工、能源化工、交通運輸等領域。纖維纏繞工藝及裝備是決定複合材料制品性能和成本的關鍵要素,我國纖維纏繞工藝及裝備在國際市場上基本是圍繞低端纏繞裝備以價格換市場,企業創新能力及裝備核心競争力差,産品利潤率低,針對高端市場的基于機器人的先進複合材料纏繞工藝及全自動、柔性化纏繞裝備處于空白。基于機器人的纖維纏繞工藝與裝備,解決纏繞複合材料制品從成型理論、工藝設計優化到高效成型裝備研制的一系列核心工程問題。
(4)複合材料纏繞、模壓成型全自動生産線研制
複合材料的應用不同于其他材料,是以零部件作為最終形态的産品。新工藝及其裝備研制十分重要,特定結構、特定工藝和特定裝備是複合材料發揮最大效益的關鍵。當前限制高性能複合材料在工業、汽車、軌道交通、能源等領域應用的主要瓶頸是制品成本和生産效率問題,國外發展的成功經驗已證明,解決該問題的核心技術在于低成本結構設計、快速固化樹脂體系開發、高效率節拍化的自動化生産線研制。
(5)複合材料加工工藝及機加裝備研制
為突破纖維增強複合材料的高效低損加工技術瓶頸,研制複材專用加工刀具,分析複材結構對機械加工的影響,考慮刀具、加工工藝等對複合材料制品加工的影響,改進及優化現有加工工藝,并建立複合材料自動化加工制造技術規範。基于複材加工專用刀具及加工工藝突破複合材料數控加工關鍵技術。
(6)複合材料制造過程在線檢測及成型工藝優化研究
為保障複合材料制品質量和使用過程安全,通過機器視覺、圖像處理、激光掃描、在線傳感檢測等方式進行複合材料制造過程、生産質量、服役狀态下的智能檢測研究。具體内容包括:對纖維、樹脂、預浸料等原材料進行形态和質量在線檢測,并根據纖維形态和質量對成型工藝進行在線自适應控制;對複合材料成型過程中工藝參數及固化反應過程進行在線檢測,采用數據同化技術,結合成型過程數值模拟預測實現複合材料成型過程優化控制;對成型後的複材制品進行表面質量、外形尺寸、纖維走向等參數檢測,實現複合材料制品高效質量檢測及評價。