气凝胶材料是一种纳米多孔性固体材料，孔隙率高达80.0-99.8%，是最轻的固体材料，比表面积非常大，隔热性能好。 本项目除可生产耐650ºC二氧化硅气凝胶隔热复合材料外，还可生产耐1100ºC透波型二氧化硅气凝胶隔热复合材料。气凝胶隔热复合材料可用于冷库保温、石油管道保温、LNG保温、高速铁路保温隔音等领域；还可用于防爆、防弹，气凝胶材料具有吸能的特点，在防爆领域应用前景广阔。 本项目研制的二氧化硅气凝胶隔热复合材料性能指标优于国外同类产品，耐1100ºC的两种二氧化

汽车车身复合材料主要以经编结构复合材料为主，将刚性纱线成圈技术、针织结构增强设计和异型结构织造技术三者相结合，生产质量轻、强度高的相关产品，满足汽车车身材料的使用要求。汽车车身的材料主要是多轴向经编复合材料和异型结构经编复合材料。 关键技术 ① 多轴向经编复合材料的定义 轴向织物是由带有纬纱衬入系统的织机生产的一类独特的织物。在织物的纵向和横向以及斜向都可以衬入纱线，并且这些纱线能够按照要求平行伸直地衬在需要的方向上。因此这类织物亦称为取向结构。多轴向经编复合材料指在经编结构基础上形成的轴向织物。 ② 多轴向经编织物特点 需求量大、生产效率高、生产成本低（卡尔迈耶的 Malimo Multiaxial 型多轴向经编机最高机速可达 1400r/min，相应产量可达 240m/h）原料适应性好，力学性能优异 ③ 多轴向经编复合材料结构特点 较好力学性能：由于经编多轴向织物纤维平行且伸直排列，所以纤维强度与刚度在复合材料中可以充分发挥。机织物的经纬纱线呈波浪形，其力学性能贡献只有 50%左右。如在平纹布中碳纤维拉伸强度仅为 1100N/mm2，而同样材料在双轴向经编织物中拉伸强度为 2200N/mm2。 降低应力集中，提高材料性能：在普通机织复合材料中，当材料受拉伸载荷时，其应力转移有一个过程，由于树脂模量低，纤维处于不断伸长过程中，应力载荷也逐步加到纤维上，纤维在伸长过程中破坏，树脂与纱线受到剪切应力，在纤维还未断裂时，反复的剪应力作用也使复合材料界面被破坏，导致复合材料强度损失。 知识产权及项目获奖情况 论文 5 篇，专利 1 篇，SCI6 篇 项目成熟度 小批量生产阶段 投资期望及应用情况 多轴向经编复合材料在汽车领域应用，经编复合材料可用于制造车辆壳体、发动机引擎盖、保险杠等

项目成果/简介: 该项目通过铝合金压铸、铝/钢复合压铸、伺服电机高效相变热控等方法，实现机械臂、减速机与伺服电机等工业机器人成套的变革性轻量化技术突破；研发高性能控制系统，实现具有动力学特征的智能运动控制关键技术；项目采用制造工艺及控制系统自主开发，高度可控，将降低工业机器人的应用成本，提升我国工业机器人产业的整体技术水平及产业竞争力。 在前期研究中已获得工业机器人关键部件相关专利授权20余项，获得广东省科技计划多个项目支持及国家重点研发计划“智能机器人专项”立项：工业机器人整机性能提升与验证，并已建成广东省功能结构与器件智能制造工程实验室、广东省节能与新能源绿色制造工程技术研究中心等平台。 该项目具有低成本轻量化特征的核心部件及其规模制造技术；具有动力学特征的智能运动控制关键技术。在广东省两项重大战略专项支持下，已成功开发出精密RV减速机、相变热控伺服电机、仿生轻量化机械臂等产品。自主研发减速机核心零部件自主设计并组装的轻量化机器人整机知识产权类型:发明专利技术先进程度:达到国内领先水平成果获得方式:独立研究获得政府支持情况:无

该项目通过铝合金压铸、铝/钢复合压铸、伺服电机高效相变热控等方法，实现机械臂、减速机与伺服电机等工业机器人成套的变革性轻量化技术突破；研发高性能控制系统，实现具有动力学特征的智能运动控制关键技术；项目采用制造工艺及控制系统自主开发，高度可控，将降低工业机器人的应用成本，提升我国工业机器人产业的整体技术水平及产业竞争力。 在前期研究中已获得工业机器人关键部件相关专利授权20余项，获得广东省科技计划多个项目支持及国家重点研发计划“智能机器人专项”立项：工业机器人整机性能提升与验证，并已建成广东省功能结构与器件智能制造工程实验室、广东省节能与新能源绿色制造工程技术研究中心等平台。 该项目具有低成本轻量化特征的核心部件及其规模制造技术；具有动力学特征的智能运动控制关键技术。在广东省两项重大战略专项支持下，已成功开发出精密RV减速机、相变热控伺服电机、仿生轻量化机械臂等产品。 自主研发减速机核心零部件 自主设计并组装的轻量化机器人整机

碳纤维复合材料是由碳纤维与树脂、金属、陶瓷等基体复合制成的纤维增强材料，因其具有重量轻，强度高，耐高低温等优良特点，近年来广泛应用于航空航天、体育休闲、高铁汽车、土木建筑等领域。碳纤维复合材料在质轻高强的同时，还具有优良的耐疲劳性、耐腐蚀性以及比强度高导致的优良施工性能等，使得它在对于材料性能有着特殊要求的海洋领域的应用前景同样不可小觑。近年来，北京化工大学碳纤维复合材料在船舶制造、海上能源开发、海洋工程修复等领域不断探索新技术。 在船舶上的应用 相比于传统的造船材料，碳纤维复合材料具有天然的优势。首先，碳纤维复合材料具有良好的机械性能。用其制造船体，具有质轻低油耗的特性，而且建造工艺相对简单、周期短、成型方便，因此施工和维护费用远低于钢制船舶。同时由于碳纤维与树脂基体的界面能有效的阻止裂纹扩展，故材料具有良好的耐疲劳性能；此外，由于碳纤维表面的化学惰性，船体具有水生物难以附生，耐腐蚀的特性，这也是船舶建造选材非常重要的因素之一。 碳纤维复合材料具有良好的声、磁、电性能：透波、透声性好，无磁性，因此可以用于提高军舰的隐身性能。在舰船的上层建筑中使用复合材料不仅可以减轻船体的重量，而且通过在夹层中嵌入有滤波功能的频率选择层，就可以在预定的频率下发射和接受电磁波，从而屏蔽敌方的雷达电磁波。各种天线和有关设备都统一组合装备在该结构内，不易被腐蚀，更有利于设备的保养。研制出类似的封闭综合传感器桅杆，这种桅杆是由纳米技术制造的玻璃纤维与碳纤维复合后作为增强体而制成。它可以让各种雷达波束和通信信号相互之间不受干扰地通过，并且损耗极低。碳纤维复合材料还可应用在舰船的其他方面。例如，在推进系统上可用作螺旋桨［和推进轴系，减轻船体的振动效应和噪声，多用于侦察舰和快速巡航舰。在机械和装备上可用作方向舵，某些特殊的机械装置和管道系统等。此外，高强度的碳纤维绳索在海军军舰的缆绳和其他军用物品上也有较为广泛的应用。 民用游艇大型游艇一般为私人所有，价格昂贵，要求质量轻，强度高，耐用性好。碳纤维复合材料可以应用于游艇的仪器表盘和天线，方向舵以及甲板、船舱、船舱壁等增强结构中。传统的复合材料游艇主要由玻璃钢制成，但是由于刚度不足，满足刚度设计要求后往往船体过重，而且玻璃纤维是致癌物质，国外逐步禁用。如今的复合材料游艇中碳纤维复合材料的使用比例大大增加，有的甚至全部采用碳纤维复合材料。例如超级游艇“巴拿马”号双桅船，船身和甲板采用了以碳纤维／环氧树脂为蒙皮。乙烯酯树脂夹层复合材料，pvc泡沫和碳纤维复合材料，桅杆吊杆均是定制的碳纤维复合材料，只有部分的船身使用了玻璃钢。空载重量仅有45t。速度快，油耗低，性能卓越。 在海洋能源开发上的应用 海底油气田近年来，碳纤维复合材料在海洋油气开发领域的应用越来越广泛。海洋环境下的腐蚀，高压，水底暗流流动带来的强剪切作用对材料的耐腐蚀性，强度和疲劳性能提出了严格的要求。碳纤维复合材料在海洋油田开发中有着明显的质轻、耐久、抗蚀方面的优势：一个1500m水深的钻井平台，其钢制系缆的质量就达6500t左右，而碳纤维复合材料密度是普通钢材的1/4，若使用碳纤维复合材料取代部分钢材将显著减少钻井平台的载重负荷，节省平台的建造成本；抽油杆的往复运动，由于管外海水压力与管内压力不平衡极易引发材料的疲劳断裂，而用碳纤维复合材料即可解决这一问题；由于海水环境耐腐蚀，其在海水中使用寿命比钢材要长，且使用深度更深。碳纤维复合材料可以用作油田钻井平台中的生产井管、抽油杆、储藏槽、海底输油管、甲板等部件。制造工艺分为拉挤成型工艺和湿法缠绕工艺。拉挤成型法一般用在普通管材和连接管上。缠绕法一般用作储槽和压力容器的表面，也可用在各向异性的柔性管道之中，其中碳纤维复合材料以特定的角度缠绕排列在铠装层之中。碳纤维复合材料的连续抽油杆是一种类似胶片的带状结构，柔韧性很好。使用碳纤维抽油杆能明显提高出油量，减少电机的载荷，相比之下更节能。而且碳纤维复合材料抽油杆比钢制抽油杆更耐疲劳，抗腐蚀性能更好，更适合应用在海底油田的开发中。 海上风电资源丰富，是未来发展的重要领域，也是风电技术最先进、要求最高的领域。我国海岸线约1800km，岛屿6000多个，东南沿海及岛屿地区风力资源丰富且易于开发。近年来大力促进海上风电能源的开发已经得到了有关部门的支持。风力发电叶片90%以上重量由复合材料组成。海上风力大，发电功率大，势必要求更大的叶片和更优良的比强度和耐久度。显然，碳纤维复合材料能够满足开发大型化、轻量化、高性能、低成本的发电叶片的要求，和玻璃纤维复合材料相比更适合应用于海洋领域。碳纤维复合材料在海洋风力发电中具有显著的优势。碳纤维复合材料叶片质量低，刚度大，模量是玻璃纤维制品的3~8倍；海洋环境下湿度大，气候多变，且风机24h工作。叶片耐疲劳性较好，能较好的抵御恶劣的天气；改善了叶片的空气动力学性能，减少对塔和轮轴的负载，从而使风机的输出功率更平滑更均衡，提高能量效率；利用碳纤维的导电性能，通过特殊的结构设计，可有效地避免雷击对叶片造成的损伤；降低风力机叶片的制造和运输成本；具有振动阻尼特性等。 碳纤维复合材料用于海洋工程建筑，主要利用其轻质高强耐腐的特性，以筋索材及结构件的形式，替代传统钢筋建材，解决海水侵蚀钢筋、运输路途遥远运输成本高的问题。已应用于海上岛礁建筑、码头、浮动平台、灯塔塔架等。

我国作为一个农业大国，每年会产生大量的以麦秸秆为代表的农作物废弃物，但绝大多数都采用焚烧和填埋方式进行处理，这样不仅污染了环境而且还造成了宝贵资源的严重浪费。聚丙烯无毒、无味、密度小，高的强度、刚度、硬度以及耐热性,可在100度左右使用，这些优点使其产量与用量急剧扩大，有关汽车行业统计表明，1990年世界范围内平均每辆汽车用聚丙烯为22.5kg，1995年达到了38kg，2008年增加到45kg。随着PP用量的不断增加，回收利用这些PP材料已成为当今世界范围内需要迫切解决的一个问题。

项目背景： AUV 是新一代水下机器人，具有活动范围大、 机动性好、安全、智能化等优点，是完成各种水下任务（民用和 军用等）的重要工具。配备复合材料的 AUV 耐压舱体在满足强度 和稳定性要求下，可增大壳体内部容积，减小壳体重量，增大 AUV 的航程，提高 AUV 的综合性能，因此，进行 AUV 耐压壳体设 计有着重要的意义。 所需技术需求简要描述：1.适用于深海工作深度 2000 米以 上无人潜航壳体的新型耐压复合材料及其成型工艺与产业化制 备技术。2.开发的新型复合材料耐压壳体应具有强度高、模量大、 密度小、尺寸稳定性好、线膨胀系数低、耐海水、耐酸、耐溶剂 腐蚀等特性，外压应不小于 20MPa，内压不小于 80MPa，满足深 海无人潜航器壳体的制造要求，并可进行健康诊断。  对技术提供方的要求:1.可用于 2000 米以上深海作业的无 人潜航器壳体制备材料与制备工艺；具备产业化生产的工艺技术 及量产条件； 2.新型耐压壳体，外压不低于 20MPa、内压不低 于 80MPa，可实现 1500 公里以上，50 小时以上水下连续航行和任务执行。 

碳纤维复合材料要真正应用于汽车领域，必须适应高产量汽车生产的成本和生产速度，因此对复合材料的规模化、自动化、快速成型技术提出了更高的要求。高效率批量化生产要求新型的快速固化成型环氧树脂复合材料。其中主要涉及到的是预浸料的模压成型工艺：利用固化时间在2~5min的环氧树脂预浸料模压成型工艺生产。首先使用2～3分钟即可硬化的环氧树脂和碳纤维制造预浸料，然后再放入模具加热，在3～10MPa的高压下冲压成型。成型周期仅为约10分钟，在热硬化性CFRP中生产效率上佳。 北京化工大学先进材料研究院中心将化学流变学理论应用于碳纤维预浸料专用树脂体系的设计指导通过流变学调控树脂体系的初始粘度，实现树脂对纤维的充分浸润。通过化学反应降低预浸料的树脂流动度，提高预浸料的工艺性能。已申请专利6项。在工艺设备创新方面，采用双行星双动力的搅拌方式，低速运转的行星搅拌锚使物料上下翻动混合，高速运转的行星分散盘使物料产生强烈的碰撞和剪切。课题组充分利用北京化工大学的高分子学科优势，基于国产碳纤维的产能扩张，结合不同级别国产碳纤维(T300、T700、T800) 的表面特性，自主设计了不同耐温等级的环氧树脂体系，开发了系列化(80、90、100、120、180度)的预浸料专用树脂体系，以开拓国产碳纤维的下游加工应用。 在快速固化耐高温韧性环氧树脂体系的研制方面，环氧树脂分子设计需要满足几个条件，1、含有噁唑烷酮环的环氧树脂固化后不仅具有较好的耐热性，其玻璃化转变温度和热分解温度亦高于纯环氧树脂和其他的传统环氧热固性材料。2.具备出色的电气绝缘性能，物理机械性能。3.噁唑烷酮结构极性基团的存在使得环氧树脂与碳纤维的粘结强度增加。4.聚氨酯柔性链的存在，使得树脂的柔韧性提高。固化体系设计包括：固化剂的液化改性；储存稳定性；吸水性；分散性。MHT150-PN预浸料树脂是中高温固化快速成型的阻燃环氧树脂体系，具有高耐热、环保阻燃和高韧性等特点，主要用于汽车件等快速固化预浸料领域，具有优异的操作性及贴合性。

一种用于零件或模具的增量制造方法，属于零件或模具的无模 增量制造方法，解决现有零件与模具的无模熔积增量成形过程中，因 反复急热急冷导致的成形件易开裂、变形和残余应力大、组织性能不 足且不稳定，以及熔融材料因重力作用而产生流淌、下落、坍塌的问 题。本发明包括生成数控代码步骤和增量成形步骤，所述增量成形步 骤中，在基体将熔积成形材料逐层熔积成形的同时，逐层进行旋转压 缩成形。采用本发明可以高质量、快速、低成本地获得金属、金属间 化合物、非金属及其复合材料的零件或模具。

一种用于零件或模具的增量制造方法，属于零件或模具的无模 增量制造方法，解决现有零件与模具的无模熔积增量成形过程中，因 反复急热急冷导致的成形件易开裂、变形和残余应力大、组织性能不 足且不稳定，以及熔融材料因重力作用而产生流淌、下落、坍塌的问 题。本发明包括生成数控代码步骤和增量成形步骤，所述增量成形步 骤中，在基体将熔积成形材料逐层熔积成形的同时，逐层进行旋转压 缩成形。采用本发明可以高质量、快速、低成本地获得金属、金属间 化合物、非金属及其复合材料的零件或模具。