【正文】 100nm左右。（3）購(gòu)買(mǎi)全自動(dòng)比表面積及中孔、微孔分析儀可有效分析國(guó)產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料中的微孔缺陷。當(dāng)國(guó)產(chǎn)碳纖維與飛機(jī)用樹(shù)脂體系復(fù)合時(shí)，由于在成型過(guò)程中小物質(zhì)分子的揮發(fā)，溶劑的殘留等等都會(huì)在復(fù)合材料內(nèi)部產(chǎn)生空隙，嚴(yán)重影響材料的性能。全自動(dòng)比表面積及中孔、微孔分析儀可以全自動(dòng)快速有效地分析比表面積及中孔/微孔，進(jìn)行單點(diǎn)、多點(diǎn)BET比表面積、BJH中孔、孔分布、孔大小及總孔體積和面積等多種數(shù)據(jù)分析。（4）購(gòu)買(mǎi)高加速壽命試驗(yàn)箱/環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)箱和應(yīng)力應(yīng)變綜合數(shù)據(jù)采集纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的強(qiáng)度不僅依賴于各組元的性能，更是與損傷積累和失效的機(jī)理有關(guān)，其失效行為通常非常復(fù)雜，所以纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的強(qiáng)度比其彈性模量更難于預(yù)測(cè)。材料中損傷產(chǎn)生的方式以及損傷累積到某種臨界狀態(tài)而發(fā)生最終失效的過(guò)程受復(fù)合材料結(jié)構(gòu)多方面因素的影響，包括纖維類型及其分布、纖維長(zhǎng)徑比、纖維與基體間的界面粘接等。目前，預(yù)測(cè)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料強(qiáng)度的軟件由于在模擬失效時(shí)存在不確定性，應(yīng)用時(shí)需要慎重。對(duì)材料的機(jī)械性能的了解和掌握是進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和應(yīng)用的基礎(chǔ)。每種產(chǎn)品在設(shè)計(jì)之前，都應(yīng)根據(jù)材料的工作環(huán)境，對(duì)材料的基礎(chǔ)參數(shù)和性能進(jìn)行測(cè)試和分析。高加速壽命試驗(yàn)箱/環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)箱和應(yīng)力應(yīng)變綜合數(shù)據(jù)采集主要用于測(cè)試服役環(huán)境下的國(guó)產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料性能演化。（5）購(gòu)買(mǎi)納米壓痕儀和研究級(jí)智能數(shù)字全自動(dòng)立體顯微鏡界面是復(fù)合材料極為重要的微結(jié)構(gòu)，它作為增強(qiáng)纖維與基體連接的“紐帶”對(duì)復(fù)合材料的物理、化學(xué)及力學(xué)性能有著至關(guān)重要的影響。第一，界面影響到纖維與基體之間的應(yīng)力傳遞，從而決定復(fù)合材料的強(qiáng)度，尤其是偏軸強(qiáng)度；第二，界面影響到復(fù)合材料損傷累積與裂紋的傳播歷程，從而決定復(fù)合材料的斷裂韌性；第三，界面直接影響到復(fù)合材料的耐環(huán)境、介質(zhì)穩(wěn)定性，甚至影響到復(fù)合材料的功能。樹(shù)脂基復(fù)合材料之所以具有優(yōu)異的性能，是因?yàn)樗鎮(zhèn)淞嗽鰪?qiáng)纖維與樹(shù)脂基體的優(yōu)點(diǎn)。但由于增強(qiáng)纖維與基體間的結(jié)合及應(yīng)力傳遞均取決于界面的性能，因此，纖維與基體間的界面粘接情況的好壞，將直接影響整個(gè)復(fù)合材料的性能。由于復(fù)合材料的界面附近物質(zhì)含量很少，而且結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，因此界面結(jié)構(gòu)的表征始終是一個(gè)難題。通過(guò)納米壓痕儀和研究級(jí)智能數(shù)字全自動(dòng)立體顯微鏡可有效地表征國(guó)產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)與性能。 采用的技術(shù)路線及技術(shù)特點(diǎn)（1） 技術(shù)路線（見(jiàn)下頁(yè)）不同溫度、濕度下復(fù)合材料性能多參數(shù)試驗(yàn)表征材料組分、界面對(duì)復(fù)合材料性能演化的影響規(guī)律成型工藝對(duì)復(fù)合材料性能影響的規(guī)律和表征環(huán)氧樹(shù)脂體系其它成型方法界面設(shè)計(jì)熱壓罐成型雙馬樹(shù)脂體系多尺度損傷分析復(fù)合材料損傷演化動(dòng)力學(xué)方程濕/熱/力耦合損傷蔓延跟蹤算法復(fù)合材料損傷演化過(guò)程的可視化仿真多體系國(guó)產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料性能預(yù)測(cè)模擬結(jié)果是否與實(shí)際相符YN濕熱、疲勞條件物理化學(xué)變化服役環(huán)境的數(shù)值模擬技術(shù)服役環(huán)境的試驗(yàn)?zāi)M技術(shù)材料性能測(cè)試微觀組織分析脆性韌性轉(zhuǎn)變機(jī)制吸水動(dòng)力學(xué)行為力學(xué)性能測(cè)試DMTA斷口微觀組織形貌微觀結(jié)構(gòu)損傷分析模型微觀結(jié)構(gòu)損傷演化動(dòng)力學(xué)方程微觀結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理微觀結(jié)構(gòu)演變機(jī)制（2）技術(shù)特點(diǎn)通過(guò)本平臺(tái)的建立，圍繞國(guó)產(chǎn)碳纖維及其復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)的量化表征與性能演化規(guī)律，技術(shù)特點(diǎn)如下：（1）采用國(guó)際先進(jìn)測(cè)試分析手段對(duì)國(guó)產(chǎn)碳纖維表面組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行量化表征，為界面增效設(shè)計(jì)奠定關(guān)鍵基礎(chǔ)；（2）以界面擴(kuò)散與界面反應(yīng)理論為基礎(chǔ)，重點(diǎn)研究國(guó)產(chǎn)碳纖維與飛機(jī)用樹(shù)脂體系基體浸潤(rùn)、粘結(jié)過(guò)程的相容性原理，揭示了國(guó)產(chǎn)碳纖維表面形態(tài)對(duì)纖維與樹(shù)脂復(fù)合物理化學(xué)本質(zhì)及相容性的影響；（3）通過(guò)界面微結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)分析，研究復(fù)合材料微結(jié)構(gòu)的物理化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)特性的變化與規(guī)律，建立了復(fù)合材料微結(jié)構(gòu)的表征參量體系；（4）通過(guò)宏微觀匹配對(duì)復(fù)合材料性能影響規(guī)律的研究，建立多目標(biāo)、多參量的界面增效設(shè)計(jì)理論；（5）通過(guò)復(fù)合材料損傷萌生－增長(zhǎng)－累積－蔓延的全程模擬，預(yù)報(bào)復(fù)合材料性能演化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料演化過(guò)程的可視化仿真。（6）建立濕熱環(huán)境下與疲勞載荷作用下國(guó)產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料性能演化的分析預(yù)報(bào)方法。 設(shè)備選型及主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)具體情況如下見(jiàn)表6：表6. 設(shè)備型號(hào)及主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)序號(hào)設(shè)備名稱型號(hào)生產(chǎn)廠家單位數(shù)量設(shè)備價(jià)格（萬(wàn)元、萬(wàn)美元）單價(jià)合計(jì)其中外匯1全自動(dòng)顯微接觸角測(cè)量?jī)xOCA40德國(guó)臺(tái)122222全自動(dòng)激光拉曼光譜儀LabRAM Aramis法國(guó)臺(tái)135353全自動(dòng)比表面積及中孔、微孔分析儀ASAP 2020系列美國(guó)臺(tái)180804哈克模塊化先進(jìn)旋轉(zhuǎn)流變儀HAAKE MARS德國(guó)臺(tái)115155高加速壽命試驗(yàn)箱/環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)箱REAL96美國(guó)臺(tái)115156納米壓痕儀NHT歐洲臺(tái)11601607應(yīng)力應(yīng)變綜合數(shù)據(jù)采集中國(guó)套175758研究級(jí)智能數(shù)字全自動(dòng)立體顯微鏡SteREO Discovery V12德國(guó)臺(tái)19898合計(jì)500 平臺(tái)建設(shè)費(fèi)用 1．建設(shè)工期為三年，即2008～2011年，該平臺(tái)經(jīng)費(fèi)預(yù)算1400萬(wàn)元，具體見(jiàn)下表：。表7. 各項(xiàng)任務(wù)經(jīng)費(fèi)分配及需求科目投資金額（萬(wàn)元）設(shè)計(jì)費(fèi)200材料費(fèi)340外協(xié)加工費(fèi)0專用費(fèi)300試驗(yàn)費(fèi)300固定資產(chǎn)管理費(fèi)60管理費(fèi)150工資費(fèi)50合 計(jì)1400 建立預(yù)浸料制備技術(shù)與適用性評(píng)價(jià)平臺(tái)在我國(guó)有多家研究和制造預(yù)浸料的研究院所和生產(chǎn)廠，一部分是生產(chǎn)高性能的碳纖維及芳綸纖維增強(qiáng)高性能樹(shù)脂基體的預(yù)浸料，用于航天航空工業(yè)中。一部分是普通性能的預(yù)浸料，用于釣魚(yú)竿等體育器材的生產(chǎn)中。但無(wú)論是高性能還是普通預(yù)浸料，其供應(yīng)數(shù)量也不能完全滿足國(guó)內(nèi)需求，尚需一定量的進(jìn)口預(yù)浸料。而且，尚無(wú)利用國(guó)產(chǎn)碳纖維批量生產(chǎn)的預(yù)浸料，也無(wú)專為自動(dòng)帶鋪放工藝研制和生產(chǎn)的預(yù)浸料。因此有必要建立預(yù)浸料制備技術(shù)與適用性評(píng)價(jià)平臺(tái)，以滿足航空制造業(yè)對(duì)原材料的需求。 項(xiàng)目的產(chǎn)能規(guī)模（1）年產(chǎn)500噸碳纖維復(fù)合材料預(yù)浸料。（2）年產(chǎn)500件各類碳纖維復(fù)合材料制品，包括神舟飛船用碳纖維復(fù)合材料主承力結(jié)構(gòu)件、風(fēng)云二號(hào)等衛(wèi)星用碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件等。 建設(shè)的主要內(nèi)容 平臺(tái)技術(shù)建設(shè)采用理論與實(shí)踐相結(jié)合的方法，利用先進(jìn)的儀器設(shè)備、合理的方案開(kāi)展以下主要研究工作：1）預(yù)浸料成型理論與方案的設(shè)計(jì)熱熔預(yù)浸成型方法理論研究樹(shù)脂種類、組分、含膠量的優(yōu)選2）預(yù)浸料成型工藝研究預(yù)浸料成型過(guò)程中多尺度（束間、束內(nèi)）浸漬模型預(yù)浸料成型過(guò)程中介態(tài)材料性能演化預(yù)浸料成型工藝參數(shù)優(yōu)化與質(zhì)量控制 3）預(yù)浸料適用性評(píng)價(jià)預(yù)浸料基本性能測(cè)試表征預(yù)浸料適用性評(píng)價(jià)體系研究4）國(guó)產(chǎn)碳纖維預(yù)浸料工業(yè)化制造技術(shù)研究樹(shù)脂基體與纖維的浸漬溫度、壓力及速度等工藝參數(shù)關(guān)系研究寬幅預(yù)浸料切分和收卷方法研究 平臺(tái)基礎(chǔ)建設(shè)購(gòu)置熱熔預(yù)浸機(jī)、激光投影鋪層定位系統(tǒng)等關(guān)鍵工藝設(shè)備。1）熱熔預(yù)浸機(jī)預(yù)浸機(jī)是一種先進(jìn)的復(fù)合材料半成品生產(chǎn)設(shè)備，由其生產(chǎn)的預(yù)浸料可任意裁減成需要的形狀，鋪放成任意角度，是一種廣泛應(yīng)用于復(fù)合材料模壓和鋪放等工藝的半成品。預(yù)浸料鋪放工藝是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件成型一種不可缺少的重要工藝。哈玻院現(xiàn)有一臺(tái)熱熔預(yù)浸機(jī)，是八十年代中期進(jìn)口美國(guó)自動(dòng)化動(dòng)力公司（Automatic Dynamics）的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，幅寬只有300mm，該機(jī)是專門(mén)為實(shí)驗(yàn)室研究工藝技術(shù)和材料性能而制造的小型設(shè)備，在設(shè)計(jì)上不具備連續(xù)生產(chǎn)功能，主要表現(xiàn)在兩方面：主牽引電機(jī)功率偏小，長(zhǎng)時(shí)間使用易發(fā)熱，需停機(jī)；同時(shí)預(yù)浸料冷卻臺(tái)的冷卻能力不高，長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)預(yù)浸料冷卻不完全，不能正常收卷。生產(chǎn)效率有限。目前該機(jī)使用近二十年，其張力控制系統(tǒng)、樹(shù)脂供應(yīng)系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)等部件經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用已嚴(yán)重老化，設(shè)備聯(lián)動(dòng)性差，長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)出現(xiàn)樹(shù)脂供應(yīng)不穩(wěn)定、纖維張力不均勻等現(xiàn)象，導(dǎo)致預(yù)浸料的厚度、含膠量和力學(xué)性能波動(dòng)較大，嚴(yán)重影響鋪放質(zhì)量。一旦出現(xiàn)這些現(xiàn)象就必須停機(jī)檢查和進(jìn)行調(diào)整。該設(shè)備雖經(jīng)兩次大修改造，但由于型號(hào)已被淘汰，廠家已不生產(chǎn)該設(shè)備，無(wú)法購(gòu)置相應(yīng)配件，改造效果一直不理想。預(yù)浸料生產(chǎn)能力嚴(yán)重不足的問(wèn)題是哈玻院復(fù)合材料批量生產(chǎn)急需解決的最大瓶頸問(wèn)題。急需購(gòu)置一臺(tái)幅寬1000mm預(yù)浸機(jī)，以滿足生產(chǎn)要求。2）激光投影鋪層定位系統(tǒng)復(fù)合材料激光投影鋪層定位系統(tǒng)是近幾年才發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)的復(fù)合材料專用設(shè)備。目前已在飛機(jī)制造、造船、汽車和建筑等領(lǐng)域的復(fù)合材料加工/鋪層、布線、噴漆、定位、切割等工藝中被采用，效果顯著。它采用全數(shù)字化生產(chǎn)過(guò)程：自動(dòng)下料機(jī)切割下料；通過(guò)激光定位進(jìn)行鋪層，顯著提高鋪層的精度、連續(xù)性、質(zhì)量和工作效率。與傳統(tǒng)手工鋪層比主要優(yōu)點(diǎn)如下：精度為手工鋪層的4倍，效率可提高40%?？晒?jié)省鋪層模板及其相關(guān)的裝配、存儲(chǔ)、修理等費(fèi)用，簡(jiǎn)化鋪層過(guò)程，提高精度，減少人為錯(cuò)誤，降低報(bào)廢率，從而降低生產(chǎn)成本。對(duì)生產(chǎn)時(shí)間和材料的使用可進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。通過(guò)改變數(shù)據(jù)文件，可立即完成鋪層尺寸和形狀的改變。自動(dòng)校驗(yàn)，修正工裝位置，避免工裝移動(dòng)造成的鋪層錯(cuò)誤。神舟飛船用碳纖維復(fù)合材料主承力結(jié)構(gòu)件、風(fēng)云二號(hào)等衛(wèi)星用碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件等采用的都是鋪放工藝方式成型，鋪層復(fù)雜，角度變化多。鋪層完全依靠人工鋪放，層數(shù)靠人工計(jì)數(shù)，精度差，產(chǎn)品尺寸不穩(wěn)定，生產(chǎn)效率低，質(zhì)量不易控制。需購(gòu)置1臺(tái)激光跟蹤投影定位系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品的鋪層狀態(tài)和數(shù)量，及時(shí)糾正工藝中的操作失誤，提高產(chǎn)品的鋪層效率、鋪層精度和成品率，保證產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性。 采用的工藝技術(shù)路線及技術(shù)特點(diǎn)1）預(yù)浸料制造和成型工藝技術(shù)路線預(yù)浸料制造結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工藝方案確定預(yù)浸料下料工裝模具設(shè)計(jì)、加工工藝參數(shù)確定鋪放成型固化加工脫模無(wú)損探傷試驗(yàn)總體尺寸及形位公差檢驗(yàn)表面涂裝包裝出廠芯模表面處理原材料復(fù)檢預(yù)浸樹(shù)脂體系研究2）預(yù)浸料制造和成型技術(shù)特點(diǎn)自纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料誕生之日起，人們就不斷地研究和開(kāi)發(fā)新的制造工藝技術(shù)。近年來(lái)，預(yù)浸料成型技術(shù)發(fā)展迅猛。預(yù)浸料生產(chǎn)技術(shù)是一種機(jī)械化程度非常高的工藝技術(shù)，其各種參數(shù)一經(jīng)確定，即可進(jìn)入小批量生產(chǎn)階段，產(chǎn)品質(zhì)量重現(xiàn)性相當(dāng)高，工藝質(zhì)量非常穩(wěn)定。采用預(yù)浸料成型制品則是制造高性能復(fù)合材料的重要方法之一。預(yù)浸料是將增強(qiáng)材料與樹(shù)脂基體充分浸漬形成的帶狀或片狀中間基材，是一種可供流通的半成品。預(yù)浸料可任意裁減成需要的形狀，鋪放成任意角度，可廣泛應(yīng)用于復(fù)合材料模壓和鋪放等工藝。目前，已經(jīng)商品化的預(yù)浸料種類和牌號(hào)很多，其性能不同，用途也不同。但具有特殊用途的預(yù)浸料尚需自行研制?？捎糜陬A(yù)浸料的增強(qiáng)材料種類有玻璃纖維、碳纖維和芳綸纖維等有機(jī)纖維，增強(qiáng)材料的形式有單向纖維、無(wú)緯帶、織物或氈等；可用的基體有熱固性和熱塑性樹(shù)脂。制造預(yù)浸料的工藝方法也有很多種，如：溶液法、熱熔法、纖維混雜法、靜電粉末法、流化床法等等。目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用的熱熔預(yù)浸料，絕大部分樹(shù)脂基體是高性能、高成本的樹(shù)脂體系，加之熱熔預(yù)浸工藝中所用輔助材料較多，而且價(jià)格偏高，致使熱熔預(yù)浸料的成本較高。如果采用碳纖維、芳綸纖維、PBO纖維等高性能纖維作增強(qiáng)材料，就會(huì)生產(chǎn)出高性能高成本的熱熔預(yù)浸料，用于具有高要求的航天航空及軍事產(chǎn)品中。由于樹(shù)脂含量均勻、揮發(fā)物含量低等優(yōu)點(diǎn)，高性能高成本預(yù)浸料被廣泛應(yīng)用于航天航空制品中。哈玻院自九十年代初開(kāi)始研究預(yù)浸料工藝原理和工藝技術(shù)，積累了大量研究數(shù)據(jù)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，已研究開(kāi)發(fā)成功多種規(guī)格的航天用碳纖維預(yù)浸料，在神舟飛船和其他國(guó)家重點(diǎn)軍工項(xiàng)目中得到實(shí)際應(yīng)用。 設(shè)備選型及主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)1）熱熔預(yù)浸機(jī)由于該設(shè)備是制造軍用復(fù)合材料的關(guān)鍵設(shè)備，國(guó)外對(duì)中國(guó)封鎖很嚴(yán)，美國(guó)等國(guó)家禁止向中國(guó)出口。在國(guó)內(nèi)，只有山東光威集團(tuán)、杭州機(jī)電設(shè)計(jì)研究院（以下簡(jiǎn)稱杭州院）等少數(shù)幾家單位生產(chǎn)。擬選用杭州院的設(shè)備，其整套設(shè)備價(jià)格為550萬(wàn)元。技術(shù)參數(shù)如下：基材寬度：1000mm紗筒個(gè)數(shù)：400個(gè)工作車速：110m/min退卷筒芯內(nèi)徑：Φ76毫米 筒芯外徑：Φ100毫米退卷最大直徑：Φ600毫米收卷最大直徑：Φ700毫米收卷筒芯內(nèi)徑：Φ254毫米，筒芯外徑：Φ264毫米傳動(dòng)方式：交流電機(jī)分部傳動(dòng)，全數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)。浸漬工作壓力為（0~）177。，可任意調(diào)節(jié)。加熱方式：熱油循環(huán)加熱加熱板、熱壓輥工作溫度為（90~130℃）177。3℃,可任意調(diào)節(jié)。冷卻方式：循環(huán)介質(zhì)冷卻冷卻板工作溫度≤10℃。年產(chǎn)纖維預(yù)浸料500噸。系統(tǒng)價(jià)格： 550萬(wàn)元2）激光投影鋪層定位系統(tǒng)激光投影跟蹤鋪層定位系統(tǒng)國(guó)內(nèi)沒(méi)有廠家生產(chǎn)。國(guó)外廠家也很少，該設(shè)備僅有美國(guó)LPT公司的LPT1型激光定位系統(tǒng)和加拿大Virtek公司生產(chǎn)的Laseredge系統(tǒng)兩種，兩個(gè)系統(tǒng)的價(jià)位基本相同，功能相近。加拿大Virtek公司生產(chǎn)的Laseredge系統(tǒng)與美國(guó)LPT公司的LPT1型激光定位系統(tǒng)的技術(shù)性能差異如下表：表8 LPT1與Laseredge技術(shù)指標(biāo)比較技術(shù)指標(biāo)LPT1Laseredge工作范圍~15m3~6m或10~15m聚焦功能自動(dòng)聚焦手動(dòng)聚焦通訊接口快速以太網(wǎng)并行接口真實(shí)3D功能（通過(guò)Z軸對(duì)目標(biāo)投影/接收反射）有無(wú)投影頭機(jī)箱冷卻系統(tǒng)有無(wú)投影頭內(nèi)置計(jì)算機(jī)有無(wú)（需要獨(dú)立的計(jì)算機(jī)）（反射式）電流計(jì)CTI6850CTI6820機(jī)箱形式全封閉防塵機(jī)箱不全封閉系統(tǒng)投影精度177?！?77?！蹦嫦蚪＞?77。17