碳纖維復(fù)合材料
碳纖維復(fù)合材料是指將碳纖維與樹(shù)脂、金屬、陶瓷等基體復(fù)合制成的復(fù)合材料。其中，碳纖維環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料是由碳纖維作為增強(qiáng)體、環(huán)氧樹(shù)脂作為基體，通過(guò)特定工藝復(fù)合而成，具有優(yōu)異的力學(xué)性能、輕質(zhì)高強(qiáng)特性和化學(xué)穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用于航空航天、軌道交通、體育休閑等領(lǐng)域。
碳纖維的比重不到鋼的1/4，強(qiáng)度卻是鋼的7～9倍。通過(guò)將碳纖維及碳纖維織物與樹(shù)脂復(fù)合成型，做成碳纖維復(fù)合材料替代金屬，可大幅減輕飛行器的結(jié)構(gòu)重量，增強(qiáng)其耐疲勞和耐腐蝕性，提高載荷能力、延長(zhǎng)續(xù)航時(shí)間。
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外大量的先進(jìn)無(wú)人機(jī)都使用了碳纖維復(fù)合材料。例如，歐洲空中客車(chē)公司研發(fā)的Zephyr無(wú)人機(jī)采用了碳纖維復(fù)合材料機(jī)身，飛機(jī)重量?jī)H為75千克，輕巧的結(jié)構(gòu)使其能在2萬(wàn)米以上的高空攜帶重達(dá)23千克的有效載荷，創(chuàng)造了42天持續(xù)無(wú)人飛行的時(shí)間紀(jì)錄。中國(guó)“翼龍”無(wú)人機(jī)機(jī)身全部采用碳纖維復(fù)合材料，因其性能穩(wěn)定，被廣泛應(yīng)用于災(zāi)情巡查、反毒緝私、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、大氣成分研究、復(fù)雜地形勘探、高空氣象觀(guān)測(cè)、農(nóng)田藥物噴灑和森林防火等多領(lǐng)域。
上海石化自主研發(fā)的PAN基碳纖維，具有耐高溫、耐腐蝕、高比強(qiáng)度和高比模量的特性，可加工成碳纖維預(yù)浸料、碳纖維布、碳纖維拉擠型材、熱塑性粒料等多種中間品。碳纖維熱固性預(yù)浸料是一種碳纖維預(yù)先與熱固性樹(shù)脂浸潤(rùn)的半固化材料，也是用于低空經(jīng)濟(jì)飛行器零部件制造的主要材料。上海石化圍繞低空經(jīng)濟(jì)等新興產(chǎn)業(yè)和未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向持續(xù)發(fā)力，與華東無(wú)人機(jī)基地建立長(zhǎng)期友好交流合作關(guān)系，積極對(duì)接碳纖維及其復(fù)合材料需求。去年8月，上海石化碳纖維復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)基地建成啟用，建成熱塑預(yù)浸料線(xiàn)、熱固預(yù)浸料線(xiàn)、螺紋筋拉擠線(xiàn)、高性能樹(shù)脂線(xiàn)等，具備熱固性與熱塑性、通用型與高性能、制備工藝多樣化的復(fù)合材料中試和批量生產(chǎn)能力。目前，該基地正推進(jìn)高性能碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)品研發(fā)應(yīng)用，助力低空經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
聚酰亞胺
聚酰亞胺（PI）是一種高性能聚合物，有“高分子材料之王”的美譽(yù)。它的耐溫差性能突出，能在零下269攝氏度至400攝氏度的環(huán)境下長(zhǎng)期使用。同時(shí)，該產(chǎn)品高強(qiáng)度、高韌性、高尺寸穩(wěn)定性，且介電常數(shù)和介電損耗低，真空環(huán)境下?lián)]發(fā)分少、可凝物少。
聚酰亞胺分子結(jié)構(gòu)中含有的剛性芳雜環(huán)，使其擁有卓越的熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能。通過(guò)增強(qiáng)、共聚、發(fā)泡等改性方式，可滿(mǎn)足不同場(chǎng)景的應(yīng)用需求，因此在航空航天及深空探測(cè)領(lǐng)域價(jià)值顯著。經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外已成功研制出一系列適用于成型工藝的聚酰亞胺樹(shù)脂體系（熱固性和熱塑性）。用這些樹(shù)脂制備的復(fù)合材料，已在飛行器制造中替代金屬，用于生產(chǎn)耐高溫的結(jié)構(gòu)件和功能件。比如eVTOL機(jī)身框架采用碳纖維/PI復(fù)合材料，比金屬減重30%，且在溫差環(huán)境下強(qiáng)度保持率超過(guò)95%；PI模塑料制成的高壓連接器，介電強(qiáng)度超過(guò)30千伏/毫米，可保障800伏系統(tǒng)安全運(yùn)行；耐400攝氏度的PI氣凝膠隔熱片能抑制電池?zé)崾Э兀籔I纖維氈可屏蔽發(fā)動(dòng)機(jī)500攝氏度的熱流。
北化院聚焦低空經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的材料替代需求，針對(duì)輕量化結(jié)構(gòu)、耐磨部件、隔熱/絕緣部件等應(yīng)用場(chǎng)景，積極推進(jìn)輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐高溫、低磨損的聚酰亞胺復(fù)合材料成套技術(shù)開(kāi)發(fā)，并重點(diǎn)攻關(guān)核心成型工藝。同時(shí)，著力構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的PI樹(shù)脂分子設(shè)計(jì)-性能預(yù)測(cè)平臺(tái)。這一平臺(tái)集成了自主開(kāi)發(fā)的PI性能預(yù)測(cè)模型和分子結(jié)構(gòu)生成式模型，目前已實(shí)現(xiàn)基于單體結(jié)構(gòu)對(duì)聚酰亞胺膜材料氣體分離性能的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和對(duì)新結(jié)構(gòu)的定向生成，形成了“生成設(shè)計(jì)-預(yù)測(cè)篩選-實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”的研發(fā)閉環(huán)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這一平臺(tái)可輔助科研團(tuán)隊(duì)將聚酰亞胺新結(jié)構(gòu)的篩選和設(shè)計(jì)時(shí)間縮短80%。
未來(lái)，這一平臺(tái)也將繼續(xù)完善PI模塑料相關(guān)性能開(kāi)發(fā)模塊，從而實(shí)現(xiàn)高性能PI模塑料及復(fù)合材料的“性能可定制化”開(kāi)發(fā)。
無(wú)鹵阻燃PC/ABS合金材料
無(wú)鹵阻燃PC/ABS合金材料是一種具有較低密度、優(yōu)異力學(xué)性能的塑料合金產(chǎn)品，克服了鋁合金材料密度高、制件生產(chǎn)較復(fù)雜的問(wèn)題，加工性能優(yōu)異，且能降低制件的成本和重量，可用于汽車(chē)、電子電器等領(lǐng)域。
低空飛行器與電動(dòng)汽車(chē)類(lèi)似，輕量化是其提高飛行效率、延長(zhǎng)續(xù)航時(shí)間的重要途徑。無(wú)鹵阻燃PC/ABS可用于低空飛行器，其力學(xué)性能不僅能夠承受外部的沖擊和振動(dòng)，確保電池在不同環(huán)境下保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)，而且有助于降低低空飛行器自身的重量，提升續(xù)航能力。同時(shí)，該產(chǎn)品較強(qiáng)的阻燃性能夠在電池著火時(shí)有效阻止火焰蔓延，提升低空飛行器的安全性。
我國(guó)是全球低空飛行器技術(shù)和制造強(qiáng)國(guó)。隨著低空飛行器行業(yè)不斷發(fā)展，其電動(dòng)化的特點(diǎn)對(duì)具備輕量化、高強(qiáng)度、耐腐蝕、抗疲勞、阻燃等特性的高性能材料需求顯著提升。在低空飛行器使用中，電池可能遇到過(guò)載、短路等問(wèn)題，導(dǎo)致著火風(fēng)險(xiǎn)，影響飛行安全。上海院發(fā)揮基礎(chǔ)原料優(yōu)勢(shì)，攻克阻燃聚碳酸酯合金耐熱性等難題并開(kāi)發(fā)出無(wú)鹵阻燃PC/ABS合金，其阻燃性能可達(dá)V0級(jí)。與現(xiàn)有金屬材料相比，該產(chǎn)品可減重20%以上，良好的流動(dòng)性和注塑成型性更適合制造復(fù)雜形狀部件，滿(mǎn)足低空飛行器加工成型方面的應(yīng)用要求。
聚酰胺特種尼龍
尼龍612（PA612）化學(xué)名稱(chēng)為聚十二烷二酰己二胺，是一種半結(jié)晶性、長(zhǎng)碳鏈特種尼龍。相較常見(jiàn)的尼龍產(chǎn)品，因其單體中更長(zhǎng)的二酸碳鏈（12個(gè)碳原子），具有高韌性、低吸水性、耐磨性和高尺寸穩(wěn)定性等特性。
聚己二酰間苯二甲胺（MXD6）是由間苯二甲胺（MXDA）和己二酸縮聚而成，分子鏈中含剛性苯環(huán)結(jié)構(gòu)，賦予其獨(dú)特性能，具有高剛性、低翹曲、優(yōu)異的氣體阻隔特性。
耐高溫尼龍10T(PA10T）化學(xué)名稱(chēng)為聚對(duì)苯二甲酰癸二胺，由癸二胺與對(duì)苯二甲酸縮聚而成，兼具長(zhǎng)碳鏈柔性與芳香環(huán)剛性，具有耐高溫、低吸濕、高尺寸穩(wěn)定性、耐化學(xué)等特性。
上述3種聚酰胺特種尼龍產(chǎn)品在無(wú)人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域可用于生產(chǎn)電機(jī)支架、旋翼卡扣、起落架、機(jī)身框架、電池艙蓋、無(wú)刷電機(jī)端蓋、電調(diào)（ESC）殼體、電池管理系統(tǒng)（BMS）支架、云臺(tái)結(jié)構(gòu)件（抗沖擊且輕量化）、高強(qiáng)度連接件（替代金屬減輕重量）及高溫環(huán)境用齒輪（如高速傳動(dòng)部位）等。
湖南石化在PA612、MXD6、耐高溫PA10T技術(shù)方面已完成小試研究，產(chǎn)品性能達(dá)到市場(chǎng)同類(lèi)產(chǎn)品指標(biāo)，目前在建2000噸/年P(guān)A612連續(xù)聚合中試裝置、2000噸/年MXD6連續(xù)聚合中試裝置、百公斤級(jí)PA10T中試裝置，預(yù)計(jì)兩年內(nèi)完成中試研究，有望在無(wú)人機(jī)、機(jī)器人領(lǐng)域滿(mǎn)足用戶(hù)要求。此外，該公司擬建設(shè)1萬(wàn)噸/年P(guān)A612、2萬(wàn)噸/年MXD6、5000噸/年P(guān)A10T工業(yè)化裝置，建成后將實(shí)現(xiàn)批量穩(wěn)定生產(chǎn)，可在無(wú)人機(jī)、機(jī)器人領(lǐng)域批量應(yīng)用。
聚丙烯發(fā)泡材料
聚丙烯發(fā)泡材料是一種性能優(yōu)良的輕量化高分子材料，兼具高強(qiáng)度與質(zhì)輕特點(diǎn)，還具備耐腐蝕、耐溫、三維尺寸精度高和環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)，在實(shí)現(xiàn)輕量化減重的同時(shí)，隔熱和緩震性能也十分出色，且發(fā)泡倍率與泡孔直徑的可調(diào)整范圍較廣。相比熱固性泡沫，它更適合作為“三明治”復(fù)合材料的芯材進(jìn)行加工應(yīng)用。
通過(guò)不同加工方式制成的聚丙烯發(fā)泡材料，各有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：釜壓發(fā)泡聚丙烯（EPP）適合制作形狀復(fù)雜、三維尺寸精度高的部件；模壓發(fā)泡聚丙烯（MPP）可生產(chǎn)物理性能優(yōu)異的納米級(jí)超微孔發(fā)泡產(chǎn)品；擠出發(fā)泡聚丙烯（XPP）能高效、低成本地連續(xù)生產(chǎn)高剛性發(fā)泡板片材。這些材料在低空經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的有人/無(wú)人駕駛飛行器非結(jié)構(gòu)部件中有廣闊的應(yīng)用空間，可用于機(jī)頂、機(jī)門(mén)或機(jī)身的保溫層、緩沖層、電磁屏蔽層、阻燃防護(hù)層，以及高剛性高耐熱復(fù)合材料的芯材等。它們?cè)跐M(mǎn)足低空飛行器對(duì)安全性、舒適性和功能性要求的同時(shí)，還能有效減輕重量，進(jìn)而提升運(yùn)輸載荷，增加運(yùn)行里程。
北化院在聚丙烯發(fā)泡材料領(lǐng)域陸續(xù)開(kāi)展了多項(xiàng)技術(shù)開(kāi)發(fā)工作，包括高性能聚丙烯發(fā)泡專(zhuān)用料的研發(fā)、不同聚丙烯發(fā)泡技術(shù)的小試與中試工藝研究、聚丙烯發(fā)泡用功能化改性體系的設(shè)計(jì)與推廣，以及多種聚丙烯發(fā)泡中試平臺(tái)乃至產(chǎn)業(yè)化示范裝置的設(shè)計(jì)搭建等。截至目前，中國(guó)石化已在多家煉化企業(yè)實(shí)現(xiàn)發(fā)泡用聚丙烯的工業(yè)化應(yīng)用，開(kāi)發(fā)出多個(gè)牌號(hào)的EPP專(zhuān)用料和MPP專(zhuān)用料，累計(jì)產(chǎn)銷(xiāo)量20余萬(wàn)噸，使發(fā)泡用聚丙烯的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率從空白提升至35%以上，打破了國(guó)外公司在該領(lǐng)域的技術(shù)與市場(chǎng)壟斷。如今，北化院已建成EPP珠粒與成型體的工業(yè)化示范成套裝置，形成了具有中國(guó)石化自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的EPP成套技術(shù)；開(kāi)發(fā)出的性能優(yōu)良的功能化發(fā)泡聚丙烯改性料，其終端制品已廣泛應(yīng)用于我國(guó)高端制造領(lǐng)域。
長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料
長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料是一種新型纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料，具有高強(qiáng)度、高剛性、高尺寸穩(wěn)定性、耐高溫、低吸水率、低翹曲度、使用壽命長(zhǎng)、高低溫耐蠕變性能優(yōu)良、可回收再利用等顯著特點(diǎn)，在汽車(chē)、電子、家電、通信、機(jī)械、化工、軍工、體育器材、醫(yī)療器械等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。
長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料具有玻璃纖維復(fù)合材料輕量化、高強(qiáng)度、耐腐蝕等特性，機(jī)械性能逼近金屬卻成本更低，能精準(zhǔn)適配低空飛行器重量敏感、使用環(huán)境廣泛、面向大眾市場(chǎng)推廣等需求，主要應(yīng)用在低空飛行器機(jī)身與機(jī)翼制造，為關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件減重提效，助力續(xù)航能力與飛行效率雙提升。此外，該材料還可通過(guò)調(diào)整纖維鋪層、樹(shù)脂類(lèi)型等，靈活優(yōu)化性能、拓展應(yīng)用場(chǎng)景，如與尼龍等材料協(xié)同制作螺旋槳，強(qiáng)化其剛性與耐久性，保障飛行器在復(fù)雜情況下飛行穩(wěn)定。
長(zhǎng)期以來(lái)，長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯材料國(guó)內(nèi)市場(chǎng)被進(jìn)口產(chǎn)品占據(jù)。揚(yáng)子石化研究院在調(diào)研國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，組成專(zhuān)項(xiàng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，從催化劑選擇到工藝條件探索，先后完成了小試、中試，于2016年首次實(shí)現(xiàn)工業(yè)裝置放大生產(chǎn)。由于該材料工藝復(fù)雜，生產(chǎn)難度大，之后的近5年時(shí)間，揚(yáng)子石化持續(xù)攻關(guān)，通過(guò)工藝技術(shù)改進(jìn)和造粒工序優(yōu)化提高生產(chǎn)平穩(wěn)性和質(zhì)量穩(wěn)定性，開(kāi)發(fā)出長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)聚丙烯專(zhuān)用料系列產(chǎn)品，涵蓋由低到高三種不同的熔融指數(shù)，各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)外先進(jìn)水平。
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