項(xiàng)目以國(guó)家戰(zhàn)略需求為牽引，聚焦航天/深海極端環(huán)境對(duì)高性能殼體的迫切需求，通過(guò)碳纖維復(fù)合材料殼體的“結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-樹(shù)脂開(kāi)發(fā)-工藝裝備”協(xié)同攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)極端環(huán)境用碳纖維復(fù)合材料殼體制備技術(shù)突破。項(xiàng)目產(chǎn)品已應(yīng)用于快舟火箭、潛航器任務(wù)段外殼等航天/深海用關(guān)鍵裝備，為維護(hù)我國(guó)太空發(fā)展自主權(quán)及深海戰(zhàn)略主動(dòng)權(quán)提供了核心技術(shù)保障，奠定了長(zhǎng)期戰(zhàn)略安全基礎(chǔ)。

 

1為大國(guó)重器鑄造“韌性之軀”

航天/深海裝備是捍衛(wèi)國(guó)家太空發(fā)展權(quán)、深海控制權(quán)的重要支撐，也是我國(guó)國(guó)家安全的戰(zhàn)略基石。在極端服役環(huán)境下，不僅要求材料滿足高承載、高耐腐、輕質(zhì)等要求，還須滿足耐超高溫、高透聲等功能。殼體結(jié)構(gòu)是固體火箭和潛航器等裝備的核心承力構(gòu)件，傳統(tǒng)航天/深海裝備殼體大量采用金屬材料，存在重量大、比強(qiáng)度和比模量低、耐腐蝕性差等問(wèn)題，難以滿足新一代航天/深海裝備服役的戰(zhàn)略需求。歐美等先進(jìn)國(guó)家在航天/深海裝備的碳纖維復(fù)合材料及技術(shù)對(duì)我國(guó)實(shí)施嚴(yán)苛的禁運(yùn)封鎖。因此，突破極端環(huán)境用碳纖維復(fù)合材料殼體制備技術(shù)，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵材料自主可控意義重大。

武漢紡織大學(xué)孫九霄教授團(tuán)隊(duì)自2017年起，深耕高性能復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制備技術(shù)以及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，團(tuán)隊(duì)聯(lián)合湖北三江航天、咸寧海威、百思通等單位承擔(dān)了多項(xiàng)復(fù)合材料研制與工程應(yīng)用，積累了研究經(jīng)驗(yàn)，逐步趕上并部分超過(guò)了國(guó)外先進(jìn)水平。合作單位之間優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，為突破國(guó)外在航天/深海極端環(huán)境用碳纖維復(fù)合材料領(lǐng)域的技術(shù)封鎖，以及我國(guó)航天/深海裝備等大國(guó)重器的研究發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。

 

2為國(guó)攻堅(jiān)，破解“材”局

碳纖維復(fù)合材料殼體制造存在如下技術(shù)瓶頸：

• （1）纏繞-固化精準(zhǔn)調(diào)控困難導(dǎo)致殼體性能不穩(wěn)定，密封連接結(jié)構(gòu)承受高壓高溫時(shí)易失效；
• （2）現(xiàn)有樹(shù)脂體系耐高溫及界面相容性差，導(dǎo)致殼體在極端環(huán)境下易超高溫?zé)峤鉄g、分層、強(qiáng)度降低，引發(fā)結(jié)構(gòu)失效；
• （3）大尺寸殼體纏繞成型控制復(fù)雜，殼體因芯模形變導(dǎo)致壁厚偏差，殼體質(zhì)量不穩(wěn)定，不能滿足極端環(huán)境的使用要求，易出現(xiàn)嚴(yán)重事故。這些短板嚴(yán)重削弱了航天/深海裝備的綜合效能與持久運(yùn)行能力，掣肘了國(guó)防裝備現(xiàn)代化進(jìn)程。

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)針對(duì)航天/深海極端環(huán)境用碳纖維復(fù)合材料殼體存在纏繞-固化精準(zhǔn)調(diào)控困難、現(xiàn)有樹(shù)脂體系耐高溫及界面相容性差、大尺寸殼體纏繞成型控制復(fù)雜等技術(shù)瓶頸，攻克了航天/深海極端環(huán)境用碳纖維復(fù)合材料殼體關(guān)鍵技術(shù)和裝備，形成如下技術(shù)突破：在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，開(kāi)發(fā)了精準(zhǔn)調(diào)控預(yù)測(cè)方法、無(wú)筋多場(chǎng)耦合結(jié)構(gòu)和梯度密封連接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了碳纖維復(fù)合材料殼體在極端環(huán)境下高承載、高透聲及高耐蝕功能的一體化；在樹(shù)脂體系上，研制了耐高溫長(zhǎng)時(shí)效環(huán)氧與高界面相容乙烯基酯兩類高性能樹(shù)脂，解決了濕法纏繞均相穩(wěn)定性差與界面相容性差難題，大幅提升了碳纖維復(fù)合材料殼體的耐高溫高壓性能；在工藝裝備上，研制了大尺度碳纖維復(fù)合材料殼體多絲束同步多級(jí)展紗多自由度協(xié)同纏繞技術(shù)及裝備，實(shí)現(xiàn)了碳纖維復(fù)合材料殼體的高可靠批量化生產(chǎn)。

 

項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了碳纖維復(fù)合材料殼體制備技術(shù)的高精度、高可靠、高效率批量化生產(chǎn)。項(xiàng)目產(chǎn)品已應(yīng)用于快舟火箭、潛航器任務(wù)段外殼等航天/深海用關(guān)鍵裝備以及耐壓容器等領(lǐng)域，其配套的生產(chǎn)裝備升級(jí)改造為提高產(chǎn)能奠定了基礎(chǔ)，為國(guó)防建設(shè)等領(lǐng)域提供了技術(shù)及產(chǎn)品保障，對(duì)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)技術(shù)進(jìn)步、產(chǎn)品升級(jí)換代具有積極的促進(jìn)作用。

3聯(lián)合攻關(guān)，自主可控

武漢紡織大學(xué)聯(lián)合湖北三江航天、北玻院、咸寧海威、百思通等多家單位突破了碳纖維復(fù)合材料材料殼體生產(chǎn)中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題與產(chǎn)品品質(zhì)問(wèn)題，相關(guān)成果獲得應(yīng)用單位高度認(rèn)可。項(xiàng)目在實(shí)施期間獲授權(quán)發(fā)明專利11件，建立了多條碳纖維復(fù)合材料殼體產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)線，具備年產(chǎn)3000件碳纖維復(fù)合材料殼體的生產(chǎn)能力，累計(jì)銷售收入9億元，新增利潤(rùn)7000萬(wàn)元。

在技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)方面，項(xiàng)目聯(lián)合武漢理工大學(xué)、湖北三江航天等單位，共同推動(dòng)湖北省高性能纖維增強(qiáng)復(fù)合材料企校聯(lián)合創(chuàng)新中心、咸寧市新材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院等科研平臺(tái)的建設(shè)，為后續(xù)技術(shù)迭代和產(chǎn)品升級(jí)提供持續(xù)支撐。項(xiàng)目成果被中央廣播電視總臺(tái)、湖北日?qǐng)?bào)、北京日?qǐng)?bào)等新聞媒體宣傳報(bào)道。

項(xiàng)目成果在航天/深海裝備領(lǐng)域的拓展應(yīng)用，為國(guó)家航天強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略與深海安全提供關(guān)鍵技術(shù)支撐，對(duì)保障國(guó)家國(guó)防安全、推動(dòng)高端裝備自主可控具有重大戰(zhàn)略意義。