【正文】 100nm左右。（3）購買全自動比表面積及中孔、微孔分析儀可有效分析國產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料中的微孔缺陷。當(dāng)國產(chǎn)碳纖維與飛機用樹脂體系復(fù)合時，由于在成型過程中小物質(zhì)分子的揮發(fā)，溶劑的殘留等等都會在復(fù)合材料內(nèi)部產(chǎn)生空隙，嚴(yán)重影響材料的性能。全自動比表面積及中孔、微孔分析儀可以全自動快速有效地分析比表面積及中孔/微孔，進行單點、多點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）購買高加速壽命試驗箱/環(huán)境應(yīng)力篩選試驗箱和應(yīng)力應(yīng)變綜合數(shù)據(jù)采集纖維增強復(fù)合材料的強度不僅依賴于各組元的性能，更是與損傷積累和失效的機理有關(guān)，其失效行為通常非常復(fù)雜，所以纖維增強復(fù)合材料的強度比其彈性模量更難于預(yù)測。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、纖維長徑比、纖維與基體間的界面粘接等。目前，預(yù)測纖維增強復(fù)合材料強度的軟件由于在模擬失效時存在不確定性，應(yīng)用時需要慎重。對材料的機械性能的了解和掌握是進行結(jié)構(gòu)設(shè)計和應(yīng)用的基礎(chǔ)。每種產(chǎn)品在設(shè)計之前，都應(yīng)根據(jù)材料的工作環(huán)境，對材料的基礎(chǔ)參數(shù)和性能進行測試和分析。高加速壽命試驗箱/環(huán)境應(yīng)力篩選試驗箱和應(yīng)力應(yīng)變綜合數(shù)據(jù)采集主要用于測試服役環(huán)境下的國產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料性能演化。（5）購買納米壓痕儀和研究級智能數(shù)字全自動立體顯微鏡界面是復(fù)合材料極為重要的微結(jié)構(gòu)，它作為增強纖維與基體連接的“紐帶”對復(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)合材料的強度，尤其是偏軸強度；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。樹脂基復(fù)合材料之所以具有優(yōu)異的性能，是因為它兼?zhèn)淞嗽鰪娎w維與樹脂基體的優(yōu)點。但由于增強纖維與基體間的結(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)的表征始終是一個難題。通過納米壓痕儀和研究級智能數(shù)字全自動立體顯微鏡可有效地表征國產(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（1） 技術(shù)路線（見下頁）不同溫度、濕度下復(fù)合材料性能多參數(shù)試驗表征材料組分、界面對復(fù)合材料性能演化的影響規(guī)律成型工藝對復(fù)合材料性能影響的規(guī)律和表征環(huán)氧樹脂體系其它成型方法界面設(shè)計熱壓罐成型雙馬樹脂體系多尺度損傷分析復(fù)合材料損傷演化動力學(xué)方程濕/熱/力耦合損傷蔓延跟蹤算法復(fù)合材料損傷演化過程的可視化仿真多體系國產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料性能預(yù)測模擬結(jié)果是否與實際相符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?zāi)M技術(shù)材料性能測試微觀組織分析脆性韌性轉(zhuǎn)變機制吸水動力學(xué)行為力學(xué)性能測試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)損傷演化動力學(xué)方程微觀結(jié)構(gòu)損傷機理微觀結(jié)構(gòu)演變機制（2）技術(shù)特點通過本平臺的建立，圍繞國產(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)特點如下：（1）采用國際先進測試分析手段對國產(chǎn)碳纖維表面組織結(jié)構(gòu)進行量化表征，為界面增效設(shè)計奠定關(guān)鍵基礎(chǔ)；（2）以界面擴散與界面反應(yīng)理論為基礎(chǔ)，重點研究國產(chǎn)碳纖維與飛機用樹脂體系基體浸潤、粘結(jié)過程的相容性原理，揭示了國產(chǎn)碳纖維表面形態(tài)對纖維與樹脂復(fù)合物理化學(xué)本質(zhì)及相容性的影響；（3）通過界面微結(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）通過宏微觀匹配對復(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)計理論；（5）通過復(fù)合材料損傷萌生－增長－累積－蔓延的全程模擬，預(yù)報復(fù)合材料性能演化規(guī)律，實現(xiàn)復(fù)合材料演化過程的可視化仿真。（6）建立濕熱環(huán)境下與疲勞載荷作用下國產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料性能演化的分析預(yù)報方法。 設(shè)備選型及主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)具體情況如下見表6：表6. 設(shè)備型號及主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)序號設(shè)備名稱型號生產(chǎn)廠家單位數(shù)量設(shè)備價格（萬元、萬美元）單價合計其中外匯1全自動顯微接觸角測量儀OCA40德國臺122222全自動激光拉曼光譜儀LabRAM Aramis法國臺135353全自動比表面積及中孔、微孔分析儀ASAP 2020系列美國臺180804哈克模塊化先進旋轉(zhuǎn)流變儀HAAKE MARS德國臺115155高加速壽命試驗箱/環(huán)境應(yīng)力篩選試驗箱REAL96美國臺115156納米壓痕儀NHT歐洲臺11601607應(yīng)力應(yīng)變綜合數(shù)據(jù)采集中國套175758研究級智能數(shù)字全自動立體顯微鏡SteREO Discovery V12德國臺19898合計500 平臺建設(shè)費用 1．建設(shè)工期為三年，即2008～2011年，該平臺經(jīng)費預(yù)算1400萬元，具體見下表：。表7. 各項任務(wù)經(jīng)費分配及需求科目投資金額（萬元）設(shè)計費200材料費340外協(xié)加工費0專用費300試驗費300固定資產(chǎn)管理費60管理費150工資費50合 計1400 建立預(yù)浸料制備技術(shù)與適用性評價平臺在我國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高性能樹脂基體的預(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，用于釣魚竿等體育器材的生產(chǎn)中。但無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內(nèi)需求，尚需一定量的進口預(yù)浸料。而且，尚無利用國產(chǎn)碳纖維批量生產(chǎn)的預(yù)浸料，也無專為自動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)與適用性評價平臺，以滿足航空制造業(yè)對原材料的需求。 項目的產(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 平臺技術(shù)建設(shè)采用理論與實踐相結(jié)合的方法，利用先進的儀器設(shè)備、合理的方案開展以下主要研究工作：1）預(yù)浸料成型理論與方案的設(shè)計熱熔預(yù)浸成型方法理論研究樹脂種類、組分、含膠量的優(yōu)選2）預(yù)浸料成型工藝研究預(yù)浸料成型過程中多尺度（束間、束內(nèi)）浸漬模型預(yù)浸料成型過程中介態(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)浸料適用性評價預(yù)浸料基本性能測試表征預(yù)浸料適用性評價體系研究4）國產(chǎn)碳纖維預(yù)浸料工業(yè)化制造技術(shù)研究樹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 平臺基礎(chǔ)建設(shè)購置熱熔預(yù)浸機、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)浸機預(yù)浸機是一種先進的復(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)有一臺熱熔預(yù)浸機，是八十年代中期進口美國自動化動力公司（Automatic Dynamics）的實驗室設(shè)備，幅寬只有300mm，該機是專門為實驗室研究工藝技術(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：主牽引電機功率偏小，長時間使用易發(fā)熱，需停機；同時預(yù)浸料冷卻臺的冷卻能力不高，長時間使用時預(yù)浸料冷卻不完全，不能正常收卷。生產(chǎn)效率有限。目前該機使用近二十年，其張力控制系統(tǒng)、樹脂供應(yīng)系統(tǒng)和動力系統(tǒng)等部件經(jīng)過長期使用已嚴(yán)重老化，設(shè)備聯(lián)動性差，長時間使用會出現(xiàn)樹脂供應(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)象就必須停機檢查和進行調(diào)整。該設(shè)備雖經(jīng)兩次大修改造，但由于型號已被淘汰，廠家已不生產(chǎn)該設(shè)備，無法購置相應(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題。急需購置一臺幅寬1000mm預(yù)浸機，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)展起來的一種先進的復(fù)合材料專用設(shè)備。目前已在飛機制造、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)過程：自動下料機切割下料；通過激光定位進行鋪層，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)點如下：精度為手工鋪層的4倍，效率可提高40%。可節(jié)省鋪層模板及其相關(guān)的裝配、存儲、修理等費用，簡化鋪層過程，提高精度，減少人為錯誤，降低報廢率，從而降低生產(chǎn)成本。對生產(chǎn)時間和材料的使用可進行實時跟蹤。通過改變數(shù)據(jù)文件，可立即完成鋪層尺寸和形狀的改變。自動校驗，修正工裝位置，避免工裝移動造成的鋪層錯誤。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。需購置1臺激光跟蹤投影定位系統(tǒng)自動監(jiān)測產(chǎn)品的鋪層狀態(tài)和數(shù)量，及時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)計工藝方案確定預(yù)浸料下料工裝模具設(shè)計、加工工藝參數(shù)確定鋪放成型固化加工脫模無損探傷試驗總體尺寸及形位公差檢驗表面涂裝包裝出廠芯模表面處理原材料復(fù)檢預(yù)浸樹脂體系研究2）預(yù)浸料制造和成型技術(shù)特點自纖維增強聚合物基復(fù)合材料誕生之日起，人們就不斷地研究和開發(fā)新的制造工藝技術(shù)。近年來，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)浸料是將增強材料與樹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。可用于預(yù)浸料的增強材料種類有玻璃纖維、碳纖維和芳綸纖維等有機纖維，增強材料的形式有單向纖維、無緯帶、織物或氈等；可用的基體有熱固性和熱塑性樹脂。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。目前國內(nèi)外應(yīng)用的熱熔預(yù)浸料，絕大部分樹脂基體是高性能、高成本的樹脂體系，加之熱熔預(yù)浸工藝中所用輔助材料較多，而且價格偏高，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材料，就會生產(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。由于樹脂含量均勻、揮發(fā)物含量低等優(yōu)點，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)和實際經(jīng)驗，已研究開發(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家重點軍工項目中得到實際應(yīng)用。 設(shè)備選型及主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)1）熱熔預(yù)浸機由于該設(shè)備是制造軍用復(fù)合材料的關(guān)鍵設(shè)備，國外對中國封鎖很嚴(yán)，美國等國家禁止向中國出口。在國內(nèi)，只有山東光威集團、杭州機電設(shè)計研究院（以下簡稱杭州院）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)備價格為550萬元。技術(shù)參數(shù)如下：基材寬度：1000mm紗筒個數(shù)：400個工作車速：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毫米傳動方式：交流電機分部傳動，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)價格： 550萬元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)國內(nèi)沒有廠家生產(chǎn)。國外廠家也很少，該設(shè)備僅有美國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，兩個系統(tǒng)的價位基本相同，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聚焦功能自動聚焦手動聚焦通訊接口快速以太網(wǎng)并行接口真實3D功能（通過Z軸對目標(biāo)投影/接收反射）有無投影頭機箱冷卻系統(tǒng)有無投影頭內(nèi)置計算機有無（需要獨立的計算機）（反射式）電流計CTI6850CTI6820機箱形式全封閉防塵機箱不全封閉系統(tǒng)投影精度177?！?77?！蹦嫦蚪＞?77。17