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北航針對復合材料結構制造低成本化和數字化的發展需求，在多項國家重大研究項目的支持下，對熱壓工藝和液體成型工藝的固化成型基礎理論、制造缺陷形成機理與控制方法、工藝過程數值模擬與優化技術、材料工藝特性測試表征方法與工藝特性數據庫等方面進行了系統深入的研究，在復合材料制造過程數字化技術上填補了多項國內外空白。 已建立先進樹脂基復合材料制造模擬與優化技術及相應的軟件，用于先進復合材料制造過程的分析、缺陷預測和工藝參數的優化，適用于各種結構形式和制造方法，可明顯提高產品質量，降低制造成本，縮短研制周期，提高材料的利用率，對促進復合材料用量和應用水平的提高具有非常重要的意義，在航空航天、風電葉片、汽車等領域具有廣泛的應用前景。 研究成果已在多家航空航天研究院所及主機廠的工程實際中得以應用，如雷達罩、防熱套、波形梁、飛機鴨翼梁以及直升機起落架等，取得了良好的效果，顯著縮短了制造周期、降低了制造成本、提高了產品合格率。 相關成果在2009年獲得了國防科技進步一等獎和國家科技進步二等獎，并獲批國家發明專利5項。

本發明涉及用于鐵路路基基床底層的泡沫輕質混凝土材料。本發明針對由散粒巖土體材料填筑而成的鐵路路基存在的缺點，公開了一種替代常規鐵路路基基床底層填料的工程材料。本發明的技術方案是，用于鐵路路基基床底層的泡沫輕質混凝土材料，由適當配比的水泥、水、發泡劑及外加劑，采用混凝土工藝經物理化學反應硬化形成。本發明的泡沫輕質混凝土材料可替代常規鐵路路基基床底層填料，其主要特點是：輕質、整體性強、強度高、性能穩定、無塑性變形、施工周期短、地基層處理深度減少等。可保證列車運行的平穩與舒適性，減少路基病害，節約運營期間的維護成本。本發明的泡沫輕質混凝土材料特別適合高速鐵路路基填筑。

本技術利用微噴射粘結3D打印技術將鎢粉和非晶合金粉末制成預壓坯，將預壓坯進行加熱抽真空，采用熱等靜壓進行熱壓成形，制備出鎢顆粒體積分數高、非晶合金基體為完全非晶態結構且力學性能好的復合材料。 一、項目分類 關鍵核心技術突破 二、成果簡介 非晶合金因其獨特的非晶態結構，具有明顯優于傳統晶態合金的力學、物理和化學性能，如高強度，良好的耐磨性和耐腐蝕性等性能，但是非晶合金最大的的缺陷是缺乏宏觀室溫塑性，僅表現出極小的塑性變形能力。在非晶合金中添加晶體鎢，既能增加材料密度，也可以在非晶基復合材料的塑性變形過程中誘發非晶基體中多剪切帶的萌生和擴展，保證相應的非晶基復合材料具有高強度、剪切“自銳性”等特性，同時又增加塑性與韌性，使其應用范圍更加廣泛。粉末冶金可以突破尺寸和形狀限制，相比傳統制備方法具有眾多有益效果，但是金屬鎢與非晶合金的密度差異顯著，通過直接球磨混粉的方式很難將兩種粉末混合均勻。 本技術利用微噴射粘結3D打印技術將鎢粉和非晶合金粉末制成預壓坯，將預壓坯進行加熱抽真空，采用熱等靜壓進行熱壓成形，制備出鎢顆粒體積分數高、非晶合金基體為完全非晶態結構且力學性能好的復合材料。項目旨在得到一種大尺寸、外加高含量且能均勻分布的小顆粒韌性相非晶基復合材料的制備方法。對于制備粉末密度差異大的其他復合材料同樣具有重要的指導意義。

本項目對氨基硅油直接進行陰離子化改性，產品既保留了部分未改性的氨基硅油，又引入了陰離子親水基團。經過本產品處理過的織物，既有經過氨基硅油處理后的手感特點，同時又增加了織物的親水透氣性，降低了處理后織物的黃變，同時產品中含有磺酸基和羧基等陰離子，增加了產品在織物上的耐久性，洗滌時不易脫落。該工藝直接對氨基硅油進行陰離子改性，與傳統通過硅氧烷單體與功能性單體反應即先制得含有特定基團的硅氧烷低聚物，再經平衡化反應得到產品的方法相比，原料廉價容易得到，反應步驟簡單、反應條件溫和簡單易行，易于工業化生產。

本成果適用于具有一定沖擊載荷條件下的抗磨部件，如火電廠風扇磨沖擊板、鄂式破碎機沖擊板等。其主要特點是不僅具有較高的沖擊韌性，且兼有顯著的加工硬化能力。主要性能指標≥100J/cm2。該成果已用于的風扇磨沖擊板，裝機運轉后的結果表明：其壽命達到1200小時，是普通高錳鋼的2倍多，而成本僅僅略高于普通高錳鋼。 

隨著我國四個現代的高速發展，對高分子材料制品提出了各種新的要求。為了滿足不同用途的需要，除了積極發展新的合成橡膠和合成樹脂之外，還應該在現有樹脂或橡膠加工成制品的過程中，利用化學方法或物理方法改變制品的一些性能，以達到預期的目的，這就是高分子材料改性。高分子材料改性一般可分為化學改性和物理改性。物理改性分為填充改性和共混改性等。填充改性是指在高分子材料成型加工過程中加入無機或有機填充劑，不僅能使高分子材料制品價格大大降低，而且更重要的是能顯著改善高分子材料的機械性能或增加其他功能性，如導熱性能、導電性能、光學性能等等。然而，無機填料和高分子材料間密度的差異妨礙了填料在基體中的均勻分散，因而給混煉成型加工帶來了困難。又因為兩者表面能不同，在遇到外力時，高分子材料與填料界面上應力集中易產生空隙，加速材料的老化。為了提高填料與高分子材料的親和能力，需要對填料進行活化處理。本項目即涉及用于塑料和橡膠中大部分填料的表面處理技術，包括多種填料，如炭黑、碳納米管、硅灰石、滑石粉、云母、碳酸鈣、鐵粉等等。該處理技術簡單，易產業化，并具有成功產業化案例：某企業要求向再生丁基橡膠中加入鐵粉和鈣粉，需大量填充使膠料密度達到2.7，但直接添加，根本加不進去如此大量的填料，經本技術改性后，成功添加到膠料中，且密度達到要求。

該成果 2013 年獲全國商業科技進步獎二等獎。本研究采用納米 ZnO 和 SBS 為外摻劑，尋求合適的制備工藝，制備納米材料/聚合物復合改性瀝青。借鑒聚合物改性瀝青的研究方法、試驗手段及評價方法，探討納米材料/聚合物復合材料改性瀝青及混合料的路用技術性能；并通過微觀、化學分析手段，研究納米 ZnO 和 SBS 加入到基質瀝青中，與基質瀝青的相互作用機理，以期望達到較為良好的改性效果，促進納米材料/聚合物復合改性瀝青的發展與應用。

項目簡介： 常規聚丙烯 ( PP) 材料存在強度低、韌性差、單位體積質量難以進一步降低等缺陷。本項目基于這一現狀，利用分子

南開大學蓖麻生物航油集成技術，是在“應對氣候變化、綠色低碳發展”的前瞻理念下，集成南開十幾年蓖麻產業鏈開發基礎及化學化工科研優勢，自主研發，現已取得階段性成果：建立了“生物航油基礎研發基地”，突破了催化劑關鍵技術，打通了工藝流程，產品全項達標，成本在目前所有生物質航油中最低，申請中國發明專利 7 項，列入國家發改委《戰略新興產業重點產品目錄》、《國家重點推廣的低碳技術項目指南》等，獲第四屆國家和天津市創新創業大賽獎項，具有拉動千億元綠色低碳產業鏈的巨大發展潛力。 生物航空煤油（生物航煤）就是以動植物油脂或農林廢棄物等生物質為原料生產的航空煤油，可在航空煤油中大比例的添加使用（50%），且不需要對發動機做任何改進。2012 年開始的歐盟航空碳稅之爭已迫使各國爭相開發生物航煤技術來實現航空業的碳減排。生物航煤的研發契合國家十三五發展戰略規劃，對我國航空業減排、根治霧霾、維護能源安全、以及拉動三農等都有重要作用，是國家大力支持的綠色低碳產業創新增長點，是當前國家急需解決的重大科學難題之一。目前，該項目的技術難題就是核心催化劑脫氧活性不佳、航煤選擇性低、穩定性差。 南開大學李偉教授科研團隊目前已開發出具有完全自主知識產權的蓖麻航油制備及配套催化劑關鍵技術，使原料油轉化率＞99%，蓖麻生物航油產品收率＞80%；經中石化石科院按國際生物航煤最高標準的 ASTM D7566 和國家噴氣 3 號燃料（GB 6537-2006）等指標檢測，全項達標。相關研究內容在《Bioresource Technology》發表論文 1 片、申報中國發明專利 7 項、國際發明專利 2 項。相關技術受到國內外高度重視及新聞媒體關注。在第四屆中國創新創業大賽中以天津賽區第一名成績進入全國總決賽，最終以第 6 名榮獲“全國優秀團隊”稱號。

南開大學蓖麻生物航油集成技術，是在“應對氣候變化、綠色低 碳發展”的前瞻理念下，集成南開十幾年蓖麻產業鏈開發基礎及化學 化工科研優勢，自主研發，現已取得階段性成果：建立了“生物航油基礎研發基地”，突破了催化劑關鍵技術，打通了工藝流程，產品全 項達標，成本在目前所有生物質航油中最低，申請中國發明專利 7 項， 列入國家發改委《戰略新興產業重點產品目錄》、《國家重點推廣的低 碳技術項目指南》等，獲第四屆國家和天津市創新創業大賽獎項，具 有拉動千億元綠色低碳產業鏈的巨大發展潛力。 生物航空煤油（生物航煤）就是以動植物油脂或農林廢棄物等生 物質為原料生產的航空煤油，可在航空煤油中大比例的添加使用 （50%），且不需要對發動機做任何改進。2012 年開始的歐盟航空碳 稅之爭已迫使各國爭相開發生物航煤技術來實現航空業的碳減排。生 物航煤的研發契合國家十三五發展戰略規劃，對我國航空業減排、根 治霧霾、維護能源安全、以及拉動三農等都有重要作用，是國家大力 支持的綠色低碳產業創新增長點，是當前國家急需解決的重大科學難 題之一。目前，該項目的技術難題就是核心催化劑脫氧活性不佳、航 煤選擇性低、穩定性差。 南開大學李偉教授科研團隊目前已開發出具有完全自主知識產 權的蓖麻航油制備及配套催化劑關鍵技術，使原料油轉化率＞99%， 蓖麻生物航油產品收率＞80%；經中石化石科院按國際生物航煤最高 標準的 ASTM D7566 和國家噴氣 3 號燃料（GB 6537-2006）等指標 檢測，全項達標。相關研究內容在《Bioresource Technology》發表論 文 1 片、申報中國發明專利 7 項、國際發明專利 2 項。相關技術受到 國內外高度重視及新聞媒體關注。在第四屆中國創新創業大賽中以天 津賽區第一名成績進入全國總決賽，最終以第 6 名榮獲“全國優秀團 隊”稱號。 市場應用前景： 生物航油市場需求巨大，據國際民航組織規定，2020 年中國航空燃油的 30%（約 1200 萬噸）要打上“生物質標簽”，如果按“50%生 物質航油：50%化石航油”摻混，需要 600 萬噸“純”生物質航油， 總產值達數千億元。但 2014 年全國生物航油產量不足 100 噸，離規 模化相差甚遠。蓖麻航油具備占據 50%市場份額的可能性，按 5 年生 產蓖麻生物航油 300 萬噸計算，僅技術轉讓和催化劑銷售利潤就可達 5 億元以上。同時，使用生物航油可降低 50%以上的污染物排放，可 有效減排治霾，維護我們的環境安全。 擬開展合作方式： 現已申請中國發明專利 7 項，擬開展合作方式：建設年產萬噸級生物航油 及配套催化劑示范生產裝置，采用股權合作或實施許可的方式合作。