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碳纖維復(fù)合材料是由碳纖維與樹脂、金屬、陶瓷等基體復(fù)合制成的纖維增強(qiáng)材料，因其具有重量輕，強(qiáng)度高，耐高低溫等優(yōu)良特點(diǎn)，近年來廣泛應(yīng)用于航空航天、體育休閑、高鐵汽車、土木建筑等領(lǐng)域。碳纖維復(fù)合材料在質(zhì)輕高強(qiáng)的同時(shí)，還具有優(yōu)良的耐疲勞性、耐腐蝕性以及比強(qiáng)度高導(dǎo)致的優(yōu)良施工性能等，使得它在對(duì)于材料性能有著特殊要求的海洋領(lǐng)域的應(yīng)用前景同樣不可小覷。近年來，北京化工大學(xué)碳纖維復(fù)合材料在船舶制造、海上能源開發(fā)、海洋工程修復(fù)等領(lǐng)域不斷探索新技術(shù)。 在船舶上的應(yīng)用 相比于傳統(tǒng)的造船材料，碳纖維復(fù)合材料具有天然的優(yōu)勢(shì)。首先，碳纖維復(fù)合材料具有良好的機(jī)械性能。用其制造船體，具有質(zhì)輕低油耗的特性，而且建造工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、周期短、成型方便，因此施工和維護(hù)費(fèi)用遠(yuǎn)低于鋼制船舶。同時(shí)由于碳纖維與樹脂基體的界面能有效的阻止裂紋擴(kuò)展，故材料具有良好的耐疲勞性能；此外，由于碳纖維表面的化學(xué)惰性，船體具有水生物難以附生，耐腐蝕的特性，這也是船舶建造選材非常重要的因素之一。 碳纖維復(fù)合材料具有良好的聲、磁、電性能：透波、透聲性好，無磁性，因此可以用于提高軍艦的隱身性能。在艦船的上層建筑中使用復(fù)合材料不僅可以減輕船體的重量，而且通過在夾層中嵌入有濾波功能的頻率選擇層，就可以在預(yù)定的頻率下發(fā)射和接受電磁波，從而屏蔽敵方的雷達(dá)電磁波。各種天線和有關(guān)設(shè)備都統(tǒng)一組合裝備在該結(jié)構(gòu)內(nèi)，不易被腐蝕，更有利于設(shè)備的保養(yǎng)。研制出類似的封閉綜合傳感器桅桿，這種桅桿是由納米技術(shù)制造的玻璃纖維與碳纖維復(fù)合后作為增強(qiáng)體而制成。它可以讓各種雷達(dá)波束和通信信號(hào)相互之間不受干擾地通過，并且損耗極低。碳纖維復(fù)合材料還可應(yīng)用在艦船的其他方面。例如，在推進(jìn)系統(tǒng)上可用作螺旋槳［和推進(jìn)軸系，減輕船體的振動(dòng)效應(yīng)和噪聲，多用于偵察艦和快速巡航艦。在機(jī)械和裝備上可用作方向舵，某些特殊的機(jī)械裝置和管道系統(tǒng)等。此外，高強(qiáng)度的碳纖維繩索在海軍軍艦的纜繩和其他軍用物品上也有較為廣泛的應(yīng)用。 民用游艇大型游艇一般為私人所有，價(jià)格昂貴，要求質(zhì)量輕，強(qiáng)度高，耐用性好。碳纖維復(fù)合材料可以應(yīng)用于游艇的儀器表盤和天線，方向舵以及甲板、船艙、船艙壁等增強(qiáng)結(jié)構(gòu)中。傳統(tǒng)的復(fù)合材料游艇主要由玻璃鋼制成，但是由于剛度不足，滿足剛度設(shè)計(jì)要求后往往船體過重，而且玻璃纖維是致癌物質(zhì)，國外逐步禁用。如今的復(fù)合材料游艇中碳纖維復(fù)合材料的使用比例大大增加，有的甚至全部采用碳纖維復(fù)合材料。例如超級(jí)游艇“巴拿馬”號(hào)雙桅船，船身和甲板采用了以碳纖維／環(huán)氧樹脂為蒙皮。乙烯酯樹脂夾層復(fù)合材料，pvc泡沫和碳纖維復(fù)合材料，桅桿吊桿均是定制的碳纖維復(fù)合材料，只有部分的船身使用了玻璃鋼。空載重量?jī)H有45t。速度快，油耗低，性能卓越。 在海洋能源開發(fā)上的應(yīng)用 海底油氣田近年來，碳纖維復(fù)合材料在海洋油氣開發(fā)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。海洋環(huán)境下的腐蝕，高壓，水底暗流流動(dòng)帶來的強(qiáng)剪切作用對(duì)材料的耐腐蝕性，強(qiáng)度和疲勞性能提出了嚴(yán)格的要求。碳纖維復(fù)合材料在海洋油田開發(fā)中有著明顯的質(zhì)輕、耐久、抗蝕方面的優(yōu)勢(shì)：一個(gè)1500m水深的鉆井平臺(tái)，其鋼制系纜的質(zhì)量就達(dá)6500t左右，而碳纖維復(fù)合材料密度是普通鋼材的1/4，若使用碳纖維復(fù)合材料取代部分鋼材將顯著減少鉆井平臺(tái)的載重負(fù)荷，節(jié)省平臺(tái)的建造成本；抽油桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，由于管外海水壓力與管內(nèi)壓力不平衡極易引發(fā)材料的疲勞斷裂，而用碳纖維復(fù)合材料即可解決這一問題；由于海水環(huán)境耐腐蝕，其在海水中使用壽命比鋼材要長，且使用深度更深。碳纖維復(fù)合材料可以用作油田鉆井平臺(tái)中的生產(chǎn)井管、抽油桿、儲(chǔ)藏槽、海底輸油管、甲板等部件。制造工藝分為拉擠成型工藝和濕法纏繞工藝。拉擠成型法一般用在普通管材和連接管上。纏繞法一般用作儲(chǔ)槽和壓力容器的表面，也可用在各向異性的柔性管道之中，其中碳纖維復(fù)合材料以特定的角度纏繞排列在鎧裝層之中。碳纖維復(fù)合材料的連續(xù)抽油桿是一種類似膠片的帶狀結(jié)構(gòu)，柔韌性很好。使用碳纖維抽油桿能明顯提高出油量，減少電機(jī)的載荷，相比之下更節(jié)能。而且碳纖維復(fù)合材料抽油桿比鋼制抽油桿更耐疲勞，抗腐蝕性能更好，更適合應(yīng)用在海底油田的開發(fā)中。 海上風(fēng)電資源豐富，是未來發(fā)展的重要領(lǐng)域，也是風(fēng)電技術(shù)最先進(jìn)、要求最高的領(lǐng)域。我國海岸線約1800km，島嶼6000多個(gè)，東南沿海及島嶼地區(qū)風(fēng)力資源豐富且易于開發(fā)。近年來大力促進(jìn)海上風(fēng)電能源的開發(fā)已經(jīng)得到了有關(guān)部門的支持。風(fēng)力發(fā)電葉片90%以上重量由復(fù)合材料組成。海上風(fēng)力大，發(fā)電功率大，勢(shì)必要求更大的葉片和更優(yōu)良的比強(qiáng)度和耐久度。顯然，碳纖維復(fù)合材料能夠滿足開發(fā)大型化、輕量化、高性能、低成本的發(fā)電葉片的要求，和玻璃纖維復(fù)合材料相比更適合應(yīng)用于海洋領(lǐng)域。碳纖維復(fù)合材料在海洋風(fēng)力發(fā)電中具有顯著的優(yōu)勢(shì)。碳纖維復(fù)合材料葉片質(zhì)量低，剛度大，模量是玻璃纖維制品的3~8倍；海洋環(huán)境下濕度大，氣候多變，且風(fēng)機(jī)24h工作。葉片耐疲勞性較好，能較好的抵御惡劣的天氣；改善了葉片的空氣動(dòng)力學(xué)性能，減少對(duì)塔和輪軸的負(fù)載，從而使風(fēng)機(jī)的輸出功率更平滑更均衡，提高能量效率；利用碳纖維的導(dǎo)電性能，通過特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可有效地避免雷擊對(duì)葉片造成的損傷；降低風(fēng)力機(jī)葉片的制造和運(yùn)輸成本；具有振動(dòng)阻尼特性等。 碳纖維復(fù)合材料用于海洋工程建筑，主要利用其輕質(zhì)高強(qiáng)耐腐的特性，以筋索材及結(jié)構(gòu)件的形式，替代傳統(tǒng)鋼筋建材，解決海水侵蝕鋼筋、運(yùn)輸路途遙遠(yuǎn)運(yùn)輸成本高的問題。已應(yīng)用于海上島礁建筑、碼頭、浮動(dòng)平臺(tái)、燈塔塔架等。

3D打印的種類目前有熔融沉積成型、立體光固化印刷、選區(qū)激光燒結(jié)以及選擇性粉體粘結(jié)等。其中，熔融沉積成型的設(shè)備已逐漸由桌面級(jí)發(fā)展為工業(yè)級(jí)，打印耗材（線材）的市場(chǎng)巨大，當(dāng)前線材市場(chǎng)呈現(xiàn)價(jià)格而非性能的競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)。Market Research Reports.biz報(bào)告稱，到2023年3D打印材料市場(chǎng)的容量將超過3D打印機(jī)市場(chǎng)，到2025年全球3D打印機(jī)市場(chǎng)銷售將到83億美元。BCC研究公司認(rèn)為，熱塑性塑料將成為發(fā)展最快的3D耗材，年增率將達(dá)20％。該公司預(yù)測(cè)，全球高級(jí)3D打印耗材市場(chǎng)到2019年的市值將達(dá)6.5億美元，復(fù)合年增長率將達(dá)17.9%。熔融沉積成型所使用耗材優(yōu)點(diǎn)是材料利用率高、可選材料種類豐富、工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，而其缺點(diǎn)是材料缺乏功能性。 該課題組研發(fā)了一系列功能化3D打印耗材，進(jìn)行了3D打印生物可吸收顱骨材料開發(fā)與制作。

這種生物可降解的吸油材料是利用天然纖維制成的，吸油性能可達(dá)到20~40g／g。 該材料的特點(diǎn)是不吸水僅吸油，可以應(yīng)用于以下領(lǐng)域： 1. 海面油輪船大面積污染的油回收； 2. 建筑物的防水材料； 3. 水廠的進(jìn)水口防油處理； 4. 公路、大堤等的吸油防水材料； 5. 人體內(nèi)外的吸油材料。

滌綸長絲縫紉線是服裝等加工領(lǐng)域，其要求強(qiáng)度高，伸長低，熱穩(wěn)定性好，總體表現(xiàn)出高的尺寸穩(wěn)定性。隨著紡織面料及服裝品牌意識(shí)的加強(qiáng)，對(duì)縫紉線的要求越來越高，而目前縫紉線由于其收縮尺寸穩(wěn)定性差，且強(qiáng)度偏低，而不能用于高檔面料及服裝加工。 本研究立足國內(nèi)紡絲設(shè)備，利用PET切片進(jìn)行紡絲，再結(jié)合多級(jí)拉伸或高強(qiáng)高倍牽伸工藝，達(dá)到高強(qiáng)低伸，低熱收縮的目的，預(yù)計(jì)強(qiáng)度6.6~7.7cN/dtex，伸長＜15%，熱收縮（160℃）＜6%，具有較高的利潤。

課題組自1994年進(jìn)行Lyocell纖維實(shí)驗(yàn)室小試；2001年與上海紡織控股集團(tuán)公司共同申請(qǐng)的“年產(chǎn)1000噸Lyocell纖維項(xiàng)目”被國家發(fā)改委列入國家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展項(xiàng)目計(jì)劃新材料專項(xiàng)項(xiàng)目，又于2004年被批準(zhǔn)為上海市首批“科教興市”重大產(chǎn)業(yè)科技攻關(guān)項(xiàng)目，年產(chǎn)千噸規(guī)模Lyocell纖維工業(yè)化生產(chǎn)線正在生產(chǎn)。成果獲“2000年度中國高等學(xué)校十大科技進(jìn)展”稱號(hào)。課題組還開發(fā)各種改性Lyocell纖維。

項(xiàng)目背景： 超高強(qiáng)汽車用鋼具有超高的強(qiáng)度和優(yōu)異的塑性，是汽車輕量化的理想材料，受到汽車制造行業(yè)的廣泛關(guān)注。根據(jù)國家強(qiáng)國戰(zhàn)略咨詢委員會(huì)發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》，汽車輕量化近期和中期目標(biāo)為：重點(diǎn)發(fā)展超高強(qiáng)鋼和先進(jìn)高強(qiáng)鋼技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)鋼在汽車中的應(yīng)用比例達(dá)到 50%以上；重點(diǎn)發(fā)展第三代汽車鋼和鋁合金技術(shù)，并推進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。因此，在車身結(jié)構(gòu)件上應(yīng)用超高強(qiáng)鋼是汽車行業(yè)極具潛力的發(fā)展方向之一。然而，超高強(qiáng)鋼在使用中還存在較多的應(yīng)用瓶頸，比如其成形窗口窄、邊部開裂、回彈、可焊性差等問題。在所有問題中，回彈最為突出，并且隨著強(qiáng)度增加，回彈的傾向和嚴(yán)重程度不斷增大。在此背景下，開展針對(duì)超高強(qiáng)鋼回彈技術(shù)的研究，采取有效手段控制回彈，可有效推進(jìn)高強(qiáng)鋼在汽車車身上的應(yīng)用。 關(guān)鍵工藝技術(shù)： 項(xiàng)目的關(guān)鍵工藝技術(shù)為：基于組織演變的回彈行為控制技術(shù)，即基于超高強(qiáng)鋼成形過程中的組織演變與回彈的內(nèi)在關(guān)系，提出回彈行為的控制技術(shù)。通過分析超高強(qiáng)汽車用鋼在成形過程中的 local misorientation 等微觀組織、力學(xué)性能和彈性模量的變化，總結(jié)影響超高強(qiáng)鋼的回彈機(jī)理，建立超高強(qiáng)鋼回彈預(yù)測(cè)模型，最終實(shí)現(xiàn)超高強(qiáng)鋼的回彈行為控制。

本項(xiàng)目所用的微生物為細(xì)菌，該菌在高溫、厭氧、好氧、高鹽濃度等環(huán)境下均能很好的生長。大量試驗(yàn)證明菌種在石油乳化降粘方面有比較理想的效果：通過該菌作用的原油，在比較短的時(shí)間內(nèi)即可起到乳化效果，油水混合均勻，原油粘度大大下降，且具有不掛瓶的特點(diǎn)。與目前現(xiàn)有的用于石油乳化和降粘作用的微生物比較，本菌具有一定的優(yōu)勢(shì)：首先，本微生物是直接接種到原油體系中，無需額外加入其他營養(yǎng)物質(zhì)；其次，微生物在生長過程不但會(huì)分泌生物多糖和低分子量的有機(jī)酸，而且還會(huì)產(chǎn)生生物氣體，這有別于以往用于降解石油的微生物；再者，本微生物乳化原油迅速，微生物加入原油十幾個(gè)小時(shí)即可乳化、降粘，大大提高了采油效率。 1、微生物種生命力強(qiáng)，在高溫、厭氧、好氧、兼性、高鹽濃度等環(huán)境下均能很好的生長，而且微生物體直接可以在原油體系中生長，無需額外加入其他培養(yǎng)基成分，大大降低采油成本； 2、微生物種在生長過程會(huì)分泌生物多糖，生物多糖的存在一方面增加水的粘度，降低水相的流動(dòng)性，減少指進(jìn)和過早的水淹，提高波及系數(shù)，增大掃油效率；另一方面，生物多糖增加了油水混合，有利于油水形成乳濁液，使原油更容易乳化、潤濕和分散；再者，作為分泌產(chǎn)物的生物多糖，是以莢膜形式包裹在細(xì)胞周圍，這種形式可以有效的保護(hù)微生物體細(xì)胞免遭外界環(huán)境的傷害，所以，微生物體具有更強(qiáng)的生命力，可以在比較極端的環(huán)境下生長（如高溫、高壓、高鹽等）； 3、微生物種在生長過程中會(huì)代謝低分子量的有機(jī)酸，它們能溶解碳酸鹽，增加孔隙度，提高滲透率； 4、微生物種在生長過程會(huì)釋放生物氣體，這可以提高油層壓力，降低原油粘度，提高原油流動(dòng)能力。 5、利用微生物種采出的原油，油品后繼處理工序相對(duì)簡(jiǎn)單，降低了油品后繼處理成本。

開發(fā)了一系列高效聚丙烯成核劑以及相關(guān)的生產(chǎn)工藝，并應(yīng)用所開發(fā)的高效成核劑開發(fā)了高性能聚丙烯專用料。具體成果如下： （1）開發(fā)了具有非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的山梨醇類聚丙烯透明成核劑，應(yīng)用此類成核劑可以開發(fā)高透明聚丙烯專用料，可以應(yīng)用在食品包裝、日用品以及醫(yī)用注射器等領(lǐng)域。目前此類成核劑已經(jīng)小批量生產(chǎn)。 （2）開發(fā)了制備有機(jī)磷酸鹽類成核劑NA-40的一步法新工藝，將傳統(tǒng)工藝中的三步反應(yīng)集于一釜完成，工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品的總收率達(dá)到86%，達(dá)到國際先進(jìn)水平。制備了納米有機(jī)磷酸鹽類成核劑，對(duì)聚丙烯的力學(xué)性能和光學(xué)性能都有比較明顯的改善，具有良好的應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。納米成核劑與市場(chǎng)未納米化的同類產(chǎn)品相比，在達(dá)到相同改性效果時(shí)，成核劑的應(yīng)用量可減少一半，具有較好的推廣價(jià)值。應(yīng)用這類成核劑可以開發(fā)高透明、高剛性、高耐熱的聚丙烯材料。目前，此類成核劑已經(jīng)批量生產(chǎn)（上海科塑高分子材料有限公司）。 （3）開發(fā)了一種新型高效羧酸金屬鹽類聚丙烯β晶型成核劑，結(jié)構(gòu)屬國內(nèi)外首創(chuàng)，已經(jīng)申請(qǐng)國家專利。這種成核劑具有較高的成核效率和選擇性，能夠誘導(dǎo)聚丙烯產(chǎn)生高含量的β晶型，聚丙烯的抗沖擊強(qiáng)度提高3-4倍，熱變形溫度提高10-15℃，解決了聚丙烯一直存在的抗沖擊強(qiáng)度和熱變形溫度不能同時(shí)提高的矛盾，應(yīng)用這種成核劑能夠開發(fā)高抗沖高耐熱的聚丙烯材料。目前，此類成核劑目前處于中試階段。

路面病害分為表面破損（如裂縫）、路面變形（如沉降）和結(jié)構(gòu)病害（如層間脫空）三大類。該技術(shù)以路面檢測(cè)成果為全卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入信號(hào)，對(duì)于表面破損，其輸入為多功能檢測(cè)車拍攝的路表圖像；對(duì)于路面變形，輸入為三維檢測(cè)車測(cè)取的三維路面模型；對(duì)于結(jié)構(gòu)病害，輸入為探地雷達(dá)信號(hào)圖像。通過海量數(shù)據(jù)的訓(xùn)練、測(cè)試，可實(shí)現(xiàn)上述三類病害的自動(dòng)化識(shí)別、分類和測(cè)量，為路面養(yǎng)護(hù)工程提供數(shù)據(jù)支撐。此外，該技術(shù)在保證與人工識(shí)別結(jié)果相同的精度下，可將數(shù)據(jù)處理速度提高千倍以上。 

本實(shí)用新型涉及一種車床加工薄壁工件的專用夾具。包括用于裝夾薄壁工件的夾具體，在夾具體左側(cè)設(shè)有限制薄壁工件水平方向移動(dòng)自由度的擋環(huán)和螺母，通過旋緊螺母使擋環(huán)與機(jī)床三爪卡盤配合頂緊。夾具體的右后部為里側(cè)大端部小的圓錐體形，在錐體外側(cè)裝有與錐體移動(dòng)配合的彈性套，在彈性套與錐體之間裝有彈簧，彈性套由導(dǎo)向壓蓋頂緊。通過導(dǎo)向壓蓋對(duì)彈性套的推動(dòng)，使其在夾具體錐體左移并脹緊，很容易地將薄壁工件固定。加工完成后退出頂尖使彈性套松動(dòng)，薄壁工件也隨之容易取下，保證了加工精度和最小裝夾變形。