黑龙江省复合材料高效成型及智能装备技术创新中心

发布者:国磊发布时间:2021-10-11浏览次数:10

一、中心总体定位

本技术创新中心的总体定位是紧紧围绕国家中长期科学与技术发展规划,结合国家和本地区的发展特点,将先进复合材料设计、复合材料成型新工艺、计算机仿真、机器人技术、网络控制技术、智能工艺优化、机电一体化装备研制等应用到复合材料制品制造工业,进行复合材料制品高效成型技术及智能装备的研究和工程推广应用,包括:先进树脂基复合材料设计及成型;基于机器人的纤维缠绕工艺与装备研究与开发;复合材料快速模压工艺及装备;干纤维缠绕压力容器新型结构及成型工艺关键技术研究;植物纤维复合材料制造关键技术研究;复合材料缠绕、模压成型全自动生产线研制;复合材料智能在线监测技术及设备研制等。本中心将解决复合材料制品从基础理论、工艺设计优化、到高效成型装备研制的一系列核心工程问题,全面提升我国复合材料制品制造工业水平,实现复合材料制品高效、优质且低成本成型。

二、中心研究方向与研究内容

技术创新中心的主要研究方向:干纤维缠绕压力容器新型结构及成型工艺关键技术研究;竹基多维异型结构复合材料制造关键技术研究;基于机器人的纤维缠绕工艺与装备研发;复合材料缠绕、模压成型全自动生产线研制。将复合材料基础理论研究新成果、数值模拟分析优化、计算机仿真、有限元分析、数控技术、网络控制技术、机器人技术、智能工艺优化算法等应用到复合材料制品制造工业,进行复合材料制品高效成型技术的研究和工程推广应用。

技术创新中心的研究内容:

1)干纤维缠绕压力容器新型结构及成型工艺关键技术研究

树脂基体的脆性导致传统复合材料压力容器缺乏冲击韧性,严重制约该结构在冲击载荷或极端环境(如低温)下的应用。突破上述瓶颈问题的一种新思路是设计不用树脂进行纤维粘接及应力传递的干纤维缠绕压力容器新型结构。因此提出由聚乙烯弹性内衬层(或橡胶)、干纤维缠绕结构层及高强橡胶外防护层构成的耐冲击压力容器结构,拟围绕此结构的数学模型、力学模型、成型工艺原理及调控机理三个方面展开研究。

2)竹基多维异型结构复合材料制造关键技术研究

针对竹材产品同质化严重、适用领域窄、附加值低等问题,发挥竹材纵向拉伸强度高、柔韧性好的特点,开发连续竹纤维和柔性短纤维及其配套的加工设备,突破林产工业平面层积板材制造模式,形成竹纤维增强复合材料多维缠绕、编织及异型模塑成型的创新技术,研发多维异型竹纤维增强聚合物基复合材料及其构件,形成植物纤维增强复合材料加工新技术,促进竹纤维复合材料的产业结构调整和转型升级,实现竹纤维复合材料在水利管道、汽车内衬和建筑工程领域的拓展应用。

3)基于机器人的纤维缠绕工艺与装备

纤维缠绕增强树脂基复合材料(如管道、压力容器、传动轴、绝缘子等)具有强度高、耐腐蚀性强、可设计性好等诸多优点,使其广泛应用于航空航天、国防军工、能源化工、交通运输等领域。纤维缠绕工艺及装备是决定复合材料制品性能和成本的关键要素,我国纤维缠绕工艺及装备在国际市场上基本是围绕低端缠绕装备以价格换市场,企业创新能力及装备核心竞争力差,产品利润率低,针对高端市场的基于机器人的先进复合材料缠绕工艺及全自动、柔性化缠绕装备处于空白。基于机器人的纤维缠绕工艺与装备,解决缠绕复合材料制品从成型理论、工艺设计优化到高效成型装备研制的一系列核心工程问题。

4)复合材料缠绕、模压成型全自动生产线研制

复合材料的应用不同于其他材料,是以零部件作为最终形态的产品。新工艺及其装备研制十分重要,特定结构、特定工艺和特定装备是复合材料发挥最大效益的关键。当前限制高性能复合材料在工业、汽车、轨道交通、能源等领域应用的主要瓶颈是制品成本和生产效率问题,国外发展的成功经验已证明,解决该问题的核心技术在于低成本结构设计、快速固化树脂体系开发、高效率节拍化的自动化生产线研制。

5)复合材料加工工艺及机加装备研制

为突破纤维增强复合材料的高效低损加工技术瓶颈,研制复材专用加工刀具,分析复材结构对机械加工的影响,考虑刀具、加工工艺等对复合材料制品加工的影响,改进及优化现有加工工艺,并建立复合材料自动化加工制造技术规范。基于复材加工专用刀具及加工工艺突破复合材料数控加工关键技术。

6)复合材料制造过程在线检测及成型工艺优化研究

为保障复合材料制品质量和使用过程安全,通过机器视觉、图像处理、激光扫描、在线传感检测等方式进行复合材料制造过程、生产质量、服役状态下的智能检测研究。具体内容包括:对纤维、树脂、预浸料等原材料进行形态和质量在线检测,并根据纤维形态和质量对成型工艺进行在线自适应控制;对复合材料成型过程中工艺参数及固化反应过程进行在线检测,采用数据同化技术,结合成型过程数值模拟预测实现复合材料成型过程优化控制;对成型后的复材制品进行表面质量、外形尺寸、纤维走向等参数检测,实现复合材料制品高效质量检测及评价。