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第20届中国复材展“CCE-JEC”创新产品奖获奖产品介绍(二)应用类

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-09-12  来源:中国国际复材展  浏览次数:58

1. 产品名称:连续玻璃纤维增强热塑性缠绕管(RTP)
  参展单位:江苏奇一科技有限公司 

Ø 石油化工行业-原油集输输管线;特别适用于高含硫的油、气、水等介质输送、天然气输送、集输管线、码头油品输送管线;
  Ø 化工行业-用于酸碱盐制造业,精细化工、化肥、农药、制药等行业中的中、低温腐蚀性介质输送的工艺配管和排放管道;
  Ø 采矿行业-盐矿的输卤管道,矿井提取、集输管道;煤矿中洗煤水输送管,煤矿井下消防洒水管,井下乳化液管,井下水平或中低压排水管,井下填充,供水管道;

 采用独特的工艺技术使得高强度的连续纤维与热塑性树脂相互间“完全浸渍”制成的,纤维含量大于60%的新型复合材料,即连续纤维增强热塑性复合材料,简称CFP;连续玻纤增强聚乙烯(PE)复合带材是理想的RTP管缠绕增强层材料:

Ø 密度小于1.5克/cm3;
  Ø 拉伸强度大于600MPa;
  Ø 断裂延长率小于2%;
  Ø 在温度范围-40℃~+100℃,仍具有良好的的强度性能;
  Ø 良好的抗冲击性、耐腐蚀和耐盐雾性;
  Ø 可采用热熔法进行粘接、修补;

1) RTP管内外管壁均具有良好的防腐性能,适用于多种腐蚀性介质及各种腐蚀性环境;使用寿命长,裸露铺设使用寿命为20年,埋地铺设可达50年;
  2) 重量轻,同样工作压力、管径条件下每米重量比钢管轻30~50%;
  3) 使用温度范围宽为-40℃~102℃,可满足大多数场合的温度需求;在温差30℃的情况下,每百米温降不到1℃,不需要热补偿装置;
  4) 管内壁十分光滑,不结垢,不结蜡,流动阻力小,耐磨损,输送能力持久不变,减少了输送管线的维护成本;
  5) 韧性强,具有良好的耐冲击性,抗地面车载荷、土壤沉降、地震等能力强;
  6) 单根管长度可达150-600米,因此接头少,可象电缆一样盘卷铺放施工,每天可铺设1-2千米,不但可靠性高,而且降低了安装、施工成本;与钢管道比较,RTP管网可节约投资25%以上;
  7) 采用穿引法即可方便地更换因埋地锈蚀、破坏的钢管,避免了挖路/凿地等工程费用。 

据“环球企业家”杂志第266期报道,目前美国已有天然气管网管道长达55万公里,而中国只有约4万公里的天然气管道;与发达国家相比,国内的天然气应用还处于刚起步阶段。作为国家发展战略的“城镇化”政策势必极大地推动清洁化能源-天然气的应用和需求;进而言之,安全可靠、经久耐用的高质量输气管有着巨大的市场前景。
 

2. 产品名称:碳纤维自动缠绕车圈
  参展单位:厦门鸿基伟业复材科技有限公司 

该车圈适用于公路自行车车圈。目前国内外生产的碳纤维自行车车圈,主要采用人工包覆作业,不仅效率较低,产品质量也不稳定。基于此,我司于2012年自主研发了自行车内外圈自动缠绕机台,实现了自行车车圈的自动化作业生产,使得产品碳纤叠层更加紧密、品质也更稳定。该车圈结合公司特有的高玻璃化转变温度,高韧性树脂基体,大大提升了车圈的各项物理强度,同时也可承受极高的刹车摩擦热量,克服了目前碳纤公路车圈刹车受力后变形的技术难点。

本产品所使用的碳纤维材料具有耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳等特点,产品通过了厂内自主检测设备的充气、正向抗压、侧向强度、辐条孔拉力、车圈外胎防脱、刹车测试、路况疲劳、车圈冲击等全方面的物性技术测试,其中刹车边温度可达到220度,平行度达到0.15mm。在国家“节能环保、绿色出行”的号召下,碳纤维作为环保形材料,并有着低碳、环保的特性,可促进生态环境各方面的良性发展,满足国家的规划需求。

 时下,国内越来越多的城市开始建设自行车绿道,自行车运动再次受到人们的追捧,对碳纤维自行车的发展是一个重要的契机。碳纤维内外圈自动缠绕车圈主要应用于公路车,从量产开始就受到了国内外客户的肯定,其各项性能均已通过客户的鉴定,由于其刹车边温度耐热程度可达到220度,适合在各种环境下骑行,受到客户的青睐,基于此,本产品前景较为广阔。

3. 产品名称:LFT发动机进气歧管
  参展单位:长城汽车股份有限公司、天水锐森特汽车部件有限公司、中国汽车工程研究院股份有限公司 

LFT发动机进气歧管主要用于替代PA+30%GF-30的进气歧管,在满足水爆压力和其他性能指标的条件下,可以减重15%-17%,同时生产过程中还可以节能减排。目前所做的新产品的进气歧管水爆压力为0.63-0.70MPa,与尼龙制品相当或超过其水爆压力,价格较尼龙制品有一定的优势。LFT粒料由天水锐森特汽车部件有限公司生产,并可批量供货。经过注塑和焊接的进气歧管也可批量供货。开发出具有我国自主知识产权的长纤维增强釜内合金聚丙烯(LFT/PP)汽车发动机进气歧管专用材料,实现了性能提升和产品减重,完全满足发动机进气歧管焊接强度达到0.63MPa以上性能技术要求,足以改变我国长期依赖国外传统的短纤维增强尼龙(PA6+GF30)材料生产进气歧管的现状。 

进气歧管是汽车发动机上的重要部件,最初选用的材料为铸铁,后来改成铸造铝合金,与钢铁相比其减重50%。目前广泛应用由聚酰胺(PA)和玻璃纤维(GF)复合而成的短纤维增强热塑性复合材料(PA6+GF30)制作,其又比铸铝件减重40%—50%。(PA6+GF30)材料虽然是目前制作进气歧管比较理想的材料,但材料成型收缩率大,加工出的制件表面容易出现明显收缩与变形,废品率高、零件价格较高。 

由长城公司牵头,天水锐森特公司和中汽院联合研发的LFT发动机进气歧管专用材料,不仅克服了用(PA6+GF30)材料制作进气歧管成本高、废品率较大等缺陷,较PA6+GF30又减重15-17%,同时原材料和生产成本进一步下降,即可轻量化又有高的性价比。目前该进气歧管的水爆压力为0.63-0.70MPa,现用的尼龙制品的水爆压力为0.69MPa。 

所制的LFT进气歧管已经过1000小时的老化试验,各项性能指标均满足进气歧管的要求。在这一新产品开发中,进行了LFT粒料的制作工艺研究,所做粒料的性能与国外同类产品性能相当,同时对进气歧管结构和焊缝进行了优化设计,并用计算机进行了LFT注塑成形的工艺模拟,进行了大量的焊接试验,解决了焊缝强度和水爆压力的不足的难题。该项目已申报发明专利一项。是一项既量化,又性价比高的新材料、新产品、新工艺。 

产品经中国汽车工程研究院股份有限公司及长城汽车股份有限公司技术中心联合测试,证明该产品质量完全满足汽车发动机进气歧管性能要求,特别是材料的综合性能优异,性价比高,用该材料制作的进气歧管焊接强度已达到0.7MPa以上。
 

国家发改委要求国内乘用新车平均油耗必须降低15%,为实现该目标,国内各汽车企业将轻量化作为技术发展的重要方向,新材料所制的进气歧管内表面光滑,进气阻力小,同时实现了轻量化,和尼龙制品比较减重17%,产品的性价比高,LFT可回收利用,符合国家汽车回收政策。
 

该产品属长城汽车股份有限公司、天水锐森特汽车部件有限公司及中国汽车工程研究院股份有限公司联合开发合作的产品,经过多年的研发、试验,产品质量最终达到性能指标,数家汽车企业对市场前景看好并有采购意向。

 据中国汽车工程学会预测,2015年我国汽车销量达到2500—3200万辆,其中乘用车将达到2000万辆以上,每款车均装有进气歧管,每一个进气歧管平均按2kg计,仅这一个零部件年需要这类复合材料就达4万吨以上,按每吨2万元计将形成近8亿元/年以上的产值。如制成进气歧管,可创产值18亿元,和尼龙的相比,可节约成本2个亿。 

长纤维增强热塑性复合材料具有优异的性能和广阔的应用前景,已引起国内外塑料复合材料研究部门与工业界的高度重视,我们研发的LFT专用料还可以用到其他零部件如仪表盘支架、前端模块、备胎支架、后保险杠支撑等,有广阔的应用前景。 

4. 产品名称:碳纤维复合材料电动汽车
  参展单位:奇瑞汽车股份有限公司
  合作单位:中国科学院宁波材料技术与工程研究所 

碳纤维复合材料轻量化汽车是解决能源和环境问题的新型战略产品。本产品是国内首款车身主体由碳纤维复合材料与先进工艺制作的车型。该款车型也是奇瑞首款采用PHEV插电式混合动力车型,为节能环保提供高效解决方案。本产品的先进材料和先进制作工艺亦可推广用于制备其它类型的轻量化交通运输工具等产品。
 

 碳纤维复合材料具有轻质高强、独特的轻量化效果等优异的综合性能被广泛应用于航空航天、航海、国防、汽车、土木建筑、能源、化工机械、体育娱乐等领域,近年来在汽车行业的应用尤其引人注目。本产品是车身主体由碳纤维复合材料和先进工艺制作而成的插电式混合动力车型,主要创新点如下:

 1) 轻量科技:采用碳纤维复合材料轻量化车身,整车重量1340Kg,其中车身主体部分仅218Kg,车身减重200Kg;
  2) 节能环保:整车重量减轻15%,每行驶一百公里节省油耗0.5L,有效减少污染物排放;
  3) 安全可靠:平均单位重量的能量吸收比钢约高2.5倍,显著提高了抗冲撞性能;
  4) 操控性强:车身减重48%,带来更为出色的加速感受和畅快驾驶感受;
  5) 靓炫造型:黑色炫酷外观造型时尚美观,带来更强的视觉效果体验;
  6) PHEV混动:先进的单电机双离合器混合动力系统构型,平台化的前置前驱混合动力总成,动力耦合机构联合驱动电机,行驶更平顺、快速、更长。

 本产品碳纤维复合材料车身主体部分218Kg,相对金属车身(418Kg)减重48%,整车重量1340Kg,比传统车减轻245Kg。同时,本产品采用PHEV插电式混合动力。碳纤维复合材料车身轻量化技术和插电式混合动力可减少污染物排放,有效达到节能减排的目的,推进生态文明建设。

 车身减重节能减排效果分析如下:


 

整车重量(Kg)

综合油耗(L/100Km)

按汽油每升7.5元计算,该车型每行驶一百公里节省费用3.75元。每年运行2万公里,每年节约费用约750元。

减重前

1585

2.5

减重后

1340

2.0

适应安全、节能、环保等汽车工业发展的主流趋势,电动汽车成为解决能源和环境问题的一个新型战略产品,而碳纤维复合材料轻量化技术是突破新结构、新材料电动汽车轻量化车身的关键技术之一,在汽车等领域有着广泛的市场应用前景。在车身结构中,等刚度和等强度条件下碳纤维复合材料比钢铁材料可减重50%以上,零配件数量和装配成本有效减少;其高强抗冲击性能和能量吸收能力可改善汽车的安全性能;优异的抗疲劳、耐腐蚀性能可以延长车身寿命;灵活可设计性以及可视的碳纤维外观使汽车造型更加靓炫时尚。本产品是一种市场容量大、经济效益好、技术含量高、带动作用强的新材料和新产品,应用前景极为广阔,且可提升行业技术水平,具有显著社会和经济效益。 

5. 产品名称:内网格加筋结构体
  参展单位:哈尔滨玻璃钢研究院 

主承力结构应用于某型号卫星,卫星上的主镜头、遮光罩、桁架及大多数设备支架,都在其上面安装。 

内网格加筋结构体是中空、内部网格加筋的封闭结构,筋格3mm厚,上下面分别为4mm、6mm厚。内部的预埋件与复合材料采用一体成型。主背板的技术难点一是主背板为封闭结构,较难成型。采用分瓣式芯模和金属外模结合来成型复合材料件,简化了成型工艺。

 其次是结构较复杂,预埋件与主背板采用一体成型方式,由于金属和复合材料的热胀系数不匹配,存在界面的问题。为了解决这一问题,项目组在金属与复合材料的界面贴一层胶膜,胶膜是一种弹性材料,可以抵消金属受热膨胀的力,使金属和复合材料有效地粘接在一起,不会产生界面分层现象。

 通过情报检索,该产品模具材料,模具制造方法、内网格加筋复合材料封闭构件一体成型工艺等技术,在国内均没有报道。该项目的完成填补了国内空白,使我院在该领域处于国内领先的地位。

 6. 产品名称:超低风速超细长叶片-Sinoma51.9-1.8MW
  参展单位:中材科技风电叶片股份有限公司
  合作单位:远景能源(江苏)有限公司 

全球环境和能源问题,促使以风力发电为代表的新能源蓬勃发展。作为风机的核心部件之一,Sinoma51.9-1.8MW叶片是针对占据中国68%范围低风速区开发的超细长柔性叶片,尤其是平均风速5.5m/s量级的中部超低风速地区。 

与国内同类产品相比,在技术方面的创新有:
  Ø 利用弯扭耦合设计理念,实现超细长叶片设计
  通过控制结构的弯扭耦合效应,来实现细长叶片的轻质化和智能降载效用,使得该产品低载高效的优势突出。与长度相近的50.4m叶片相比,该产品以低于5%的结构成本的上升换取高于5%的发电量的增加,载荷水平比同类产品低20%。 

Ø 在叶根引入优势材料,解决叶根螺栓疲劳问题,降低设计成本

通过优化叶根结构改善载荷分布水平,通过在叶根引入新型材料,在较高的叶根疲劳和极限载荷水平下,避免了由螺栓数量增加导致的成本上升,解决了轴承变更带来的材料成本和设计周期成本的上升的难题。与国内50米以上叶片相比,节圆直径小17%,叶片重量轻10%以上。

 Ø 引入主梁变幅宽两面错位设计理念

为解决超细长叶片净空和主梁装配的冲突,在主梁变幅宽设计基础上,引入了迎风面和背风面主梁变幅宽位置错位并首尾相接的设计理念,在保证叶尖净空的情况下,解决了主梁由于空间狭小带来的装配问题。

 Ø 提出叶根刚度对称设计理念

为解决叶根螺栓的疲劳寿命不足的难题,引入新型材料,通过叶根铺层刚度对称设计理念,降低螺栓弯曲效应,提高螺栓和玻璃钢的疲劳性能。

 Ø 目前全球50m长度以上最轻质叶片

通过弯扭耦合原理和新材料引入等措施,该叶片是目前国内2MW以下机组中长度最大的叶片,同时也是全球50m以上重量最小的叶片。

 叶片技术指标如下:

Ø 额定功率:1.8MW

Ø 叶片长度:51.9m

Ø 最大弦长:2.7m

Ø 扫风面积:8826m2

Ø 适应风况:IVA

Ø 温度范围:-30°C +45°C

Ø 最大风能利用系数:0.475

Ø 尖速比: 11.0

Ø 年平均风速:5.5m/s

Ø 切入风速:3m/s;切出风速:20m/s;额定风速:9.5m/s;额定转速:15.6

 该产品于2014年3月15日获得德国DEWI-OCC颁发的设计认证证书;2014年1月通过了静力测试,6月底,疲劳测试即将完成。

 2014年第一季度该叶片在安徽成功挂机,年发电量超过2100小时,目前该产品供不应求,现有市场需求在80万千瓦以上,得到众多业主的认可与青睐;该产品开启了5.5米/秒超低风区开发的时代。
 

 
关键词: 复合材料 复材展
 
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