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武汉理工大学 材料学院复合材料系 王 钧 教 授

武汉理工大学 材料学院复合材料系 王 钧 教 授. 复合材料制品创新设计探索. 感谢中国复合材料工业协会提供给我这个交流机会！. 感悟是创新的起点. 感 --- 实践 复合材料是以实验为基础的学科和行业，实践是第一位。. 悟 --- 思考 通过实践基础上的思考，才能实现质的跨越。. 材 料. 制 品. 结 构. 测 试. 工 艺. 影响复合材料的因素及关系. 材料、工艺、结构相互联系，相互制约； 材料是基础、制品是目的， 工艺、结构是实现材料向制品转换的桥梁和手段。. 复合材料特点与创新.

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武汉理工大学 材料学院复合材料系 王 钧 教 授

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Presentation Transcript

  1. 武汉理工大学材料学院复合材料系 王 钧 教 授 复合材料制品创新设计探索 蔡浩鹏

  2. 感谢中国复合材料工业协会提供给我这个交流机会！感谢中国复合材料工业协会提供给我这个交流机会！ 蔡浩鹏

  3. 感悟是创新的起点 感---实践 复合材料是以实验为基础的学科和行业，实践是第一位。 悟---思考 通过实践基础上的思考，才能实现质的跨越。 蔡浩鹏

  4. 材 料 制 品 结 构 测 试 工 艺 影响复合材料的因素及关系 材料、工艺、结构相互联系，相互制约； 材料是基础、制品是目的， 工艺、结构是实现材料向制品转换的桥梁和手段。 蔡浩鹏

  5. 复合材料特点与创新 复合材料的最大特点----可设计性 充分发挥设计性就是创新 材料的可设计性 ----树脂种类的优选、改性 工艺的可设计性 ----工艺的集合、改进 结构的可设计性 ----构成优化、结构组合 蔡浩鹏

  6. 复合材料制品创新的基础与方法 创新的基础： 相关知识的积累、吸收、运用 关键是运用 运用的原则—合理原则 任何 材料、工艺、结构没有优劣之分，有运用的是否合理之别 蔡浩鹏

  7. 材料 ----工艺---- 结构 材料-材料 工艺-工艺 结构-结构 运用的方法—集合创新 综合优势、扬长避短 蔡浩鹏

  8. 复合材料及制品创新实例探索 材料设计方面 • 以低粘度不饱和聚酯树脂为例 • 降低粘度最常用的方法： • 多加交联剂单体 • 降低不饱和聚酯的分子量 • 重新设计配方 1、2两种方式是以牺牲树脂固化物的物理、机械性能为代价。 蔡浩鹏

  9. 如何在保持性能不变的前提下降低粘度？ • 我们设计并研究了一类共混树脂体系 • 树脂体系组成： • 低分子量、高端羟基含量不饱和聚酯树脂 • 二异氰酸酯或低分子量预聚体 • 树脂体系固化反应： • 不饱和聚酯树脂中双键发生的自由基加成 • 羟基与异氰酸基发生的加成 低分子量——达到树脂低粘度 两类反应——保证了树脂的性能 蔡浩鹏

  10. O O O O O O O O O O 扩链反应 (-O-UP-O-C-N-R-N-C-O-UP-)n HO-UP-OH + ONC-R-CNO H H (-O-UP-O-C-N-R-N-C-O-UP-)n (-O-UP-O-C-N-R-N-C-O-UP-)n (-O-UP-O-C-N-R-N-C-O-UP-)n (-O-UP-O-C-N-R-N-C-O-UP-)n H H H H H H H H St St St St St St St St 进行扩链后的固化反应 蔡浩鹏

  11. PU PU PU PU PU PU 未进行扩链的固化示意图 进行扩链后的固化示意图 蔡浩鹏

  12. ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● 未进行扩链反应 进行扩链反应 固化后网络结构示意图 蔡浩鹏

  13. WHUT-UPR低粘度不饱和聚酯树脂浇铸体性能 蔡浩鹏

  14. 运用相似的原理和方法我们还研制出了一系列改性树脂体系运用相似的原理和方法我们还研制出了一系列改性树脂体系 WHUT-LV 低粘度环氧树脂 WHUT-UPR 低粘度不饱和聚酯树脂 WHUT-RH 系列耐热环氧树脂 WHUT-EP 风机叶片专用环氧树脂 蔡浩鹏

  15. 结构与工艺方面 1000kV空心复合支柱绝缘子 技术要求 长度：12000 mm外径：600 mm 弯矩：192 kN ·m扭矩：8 kN·m 挠度：＜0.5 %绝缘：1000kV 蔡浩鹏

  16. 缠绕工艺无法满足轴向刚度要求 拉挤工艺无法满足环向强度要求 蔡浩鹏

  17. 提高环向的强度 保证结构整体性 缠绕成型 提高轴向刚度 降低结构总重 拉挤型材 充分发挥不同工艺制备复合材料性能特点： 拉挤工艺： 0° 弯曲强度≥1000 MPa 模量≥50 GPa 90°弯曲强度≤100 MPa　 模量≤15 GPa 缠绕工艺： 0° 弯曲强度≤ 200 MPa 模量≤15 GPa 90°弯曲强度≥ 400 MPa 模量≥25 GPa 蔡浩鹏

  18. 结构设计与工艺方案确定 内外层缠绕，中间层拉挤的组合结构及工艺方案 蔡浩鹏

  19. 材料选择 树脂基体选用自主研制的高绝缘性能环氧树脂。 抗电强度： 37.0 kV/mm 体积电阻率： 1.34×1017 相对介电常数： 2.74 介质损耗角正切值：4.31 ×10-3 蔡浩鹏

  20. 制品测试 蔡浩鹏

  21. 蔡浩鹏

  22. 大扭矩 动载 低温 扭矩： 低温 弯矩 常温 绝热 复合材料低温力矩管 该复合材料低温力矩管是低温超导电机推进装备中的绝热和传力部件。 使用要求 低温（-261℃） 绝热 动载荷传递 蔡浩鹏

  23. 内补强法兰 内加压 方案设计 树脂基体采用耐低温、低粘度环氧树脂； 为了满足动载疲劳性、提高层间剪切采用正交三维； 真空浸渍、内气囊加压工艺。 蔡浩鹏

  24. 真空浸渍 + 气囊加压 蔡浩鹏

  25. 制品测试 这是我国第一个具有自主知识产权的耐低温复合材料力矩管，成功地在现有功率最大的低温超导电机中使用。 蔡浩鹏

  26. 悬吊式安装脱硫塔及密封方案设计 复合材料性能特点： σ拉≈ 2～3σ压； 传统安装方式设计壁厚达40mm ； 悬吊方式设计壁厚，仅为传统方式的1/3； 传统安装方式 悬吊安装方式 蔡浩鹏

  27. 优点：悬吊方式安装能有效减小复合材料壁厚，减轻重量，同时还能很好的解决密封、热膨胀等工程问题。优点：悬吊方式安装能有效减小复合材料壁厚，减轻重量，同时还能很好的解决密封、热膨胀等工程问题。 蔡浩鹏

  28. 复合材料 柔性树脂 钢结构 悬吊方式安装示意图 蔡浩鹏

  29. 希望和各位同仁携手 共创我国复合材料的美好未来！ 谢谢 ！ 武汉理工大学材料学院复合材料系 电话：0086-027-87211850 传真：0086-027-87211850 E-mail: wgdfrp@mail.whut.edu.cn http://www.whutfrp.com.cn 地址：中国 湖北 武汉 珞狮路122号 蔡浩鹏

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