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碳纖維復合材料是由碳纖維與樹脂、金屬、陶瓷等基體復合制成的纖維增強材料，因其具有重量輕，強度高，耐高低溫等優(yōu)良特點，近年來廣泛應用于航空航天、體育休閑、高鐵汽車、土木建筑等領域。碳纖維復合材料在質輕高強的同時，還具有優(yōu)良的耐疲勞性、耐腐蝕性以及比強度高導致的優(yōu)良施工性能等，使得它在對于材料性能有著特殊要求的海洋領域的應用前景同樣不可小覷。近年來，北京化工大學碳纖維復合材料在船舶制造、海上能源開發(fā)、海洋工程修復等領域不斷探索新技術。 在船舶上的應用 相比于傳統(tǒng)的造船材料，碳纖維復合材料具有天然的優(yōu)勢。首先，碳纖維復合材料具有良好的機械性能。用其制造船體，具有質輕低油耗的特性，而且建造工藝相對簡單、周期短、成型方便，因此施工和維護費用遠低于鋼制船舶。同時由于碳纖維與樹脂基體的界面能有效的阻止裂紋擴展，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，就可以在預定的頻率下發(fā)射和接受電磁波，從而屏蔽敵方的雷達電磁波。各種天線和有關設備都統(tǒng)一組合裝備在該結構內，不易被腐蝕，更有利于設備的保養(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制造的玻璃纖維與碳纖維復合后作為增強體而制成。它可以讓各種雷達波束和通信信號相互之間不受干擾地通過，并且損耗極低。碳纖維復合材料還可應用在艦船的其他方面。例如，在推進系統(tǒng)上可用作螺旋槳［和推進軸系，減輕船體的振動效應和噪聲，多用于偵察艦和快速巡航艦。在機械和裝備上可用作方向舵，某些特殊的機械裝置和管道系統(tǒng)等。此外，高強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用。 民用游艇大型游艇一般為私人所有，價格昂貴，要求質量輕，強度高，耐用性好。碳纖維復合材料可以應用于游艇的儀器表盤和天線，方向舵以及甲板、船艙、船艙壁等增強結構中。傳統(tǒng)的復合材料游艇主要由玻璃鋼制成，但是由于剛度不足，滿足剛度設計要求后往往船體過重，而且玻璃纖維是致癌物質，國外逐步禁用。如今的復合材料游艇中碳纖維復合材料的使用比例大大增加，有的甚至全部采用碳纖維復合材料。例如超級游艇“巴拿馬”號雙桅船，船身和甲板采用了以碳纖維／環(huán)氧樹脂為蒙皮。乙烯酯樹脂夾層復合材料，pvc泡沫和碳纖維復合材料，桅桿吊桿均是定制的碳纖維復合材料，只有部分的船身使用了玻璃鋼。空載重量僅有45t。速度快，油耗低，性能卓越。 在海洋能源開發(fā)上的應用 海底油氣田近年來，碳纖維復合材料在海洋油氣開發(fā)領域的應用越來越廣泛。海洋環(huán)境下的腐蝕，高壓，水底暗流流動帶來的強剪切作用對材料的耐腐蝕性，強度和疲勞性能提出了嚴格的要求。碳纖維復合材料在海洋油田開發(fā)中有著明顯的質輕、耐久、抗蝕方面的優(yōu)勢：一個1500m水深的鉆井平臺，其鋼制系纜的質量就達6500t左右，而碳纖維復合材料密度是普通鋼材的1/4，若使用碳纖維復合材料取代部分鋼材將顯著減少鉆井平臺的載重負荷，節(jié)省平臺的建造成本；抽油桿的往復運動，由于管外海水壓力與管內壓力不平衡極易引發(fā)材料的疲勞斷裂，而用碳纖維復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。碳纖維復合材料可以用作油田鉆井平臺中的生產井管、抽油桿、儲藏槽、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，其中碳纖維復合材料以特定的角度纏繞排列在鎧裝層之中。碳纖維復合材料的連續(xù)抽油桿是一種類似膠片的帶狀結構，柔韌性很好。使用碳纖維抽油桿能明顯提高出油量，減少電機的載荷，相比之下更節(jié)能。而且碳纖維復合材料抽油桿比鋼制抽油桿更耐疲勞，抗腐蝕性能更好，更適合應用在海底油田的開發(fā)中。 海上風電資源豐富，是未來發(fā)展的重要領域，也是風電技術最先進、要求最高的領域。我國海岸線約1800km，島嶼6000多個，東南沿海及島嶼地區(qū)風力資源豐富且易于開發(fā)。近年來大力促進海上風電能源的開發(fā)已經得到了有關部門的支持。風力發(fā)電葉片90%以上重量由復合材料組成。海上風力大，發(fā)電功率大，勢必要求更大的葉片和更優(yōu)良的比強度和耐久度。顯然，碳纖維復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，和玻璃纖維復合材料相比更適合應用于海洋領域。碳纖維復合材料在海洋風力發(fā)電中具有顯著的優(yōu)勢。碳纖維復合材料葉片質量低，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，且風機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力學性能，減少對塔和輪軸的負載，從而使風機的輸出功率更平滑更均衡，提高能量效率；利用碳纖維的導電性能，通過特殊的結構設計，可有效地避免雷擊對葉片造成的損傷；降低風力機葉片的制造和運輸成本；具有振動阻尼特性等。 碳纖維復合材料用于海洋工程建筑，主要利用其輕質高強耐腐的特性，以筋索材及結構件的形式，替代傳統(tǒng)鋼筋建材，解決海水侵蝕鋼筋、運輸路途遙遠運輸成本高的問題。已應用于海上島礁建筑、碼頭、浮動平臺、燈塔塔架等。

說   明 1、海事油缸：主要用于海面吊裝設備，活塞桿表面經過特殊化學處理，能有效防止氯離子的腐蝕。采用最先進的設計方案，為吊裝設備的安全使用提供了有力保障。 序號 型    號 安裝距（mm） 行程（mm） 缸徑（mm） 桿徑(mm） 工作壓力（MPa） 油口尺寸(mm） 1 HSG-G180/125*2000-00 2840 2000 180 120 31.5 M30*1.5 2

以酶類結構的金屬卟啉為催化劑，模仿生物氧化歷程，突破溫和條件下高效、專一活化氧氣的技術難 題，實現(xiàn)高附加值含氧有機化物的合成，并致力于實現(xiàn)該技術的工業(yè)應用，填補國內外技術空白，從本質 上解決化工領域氧化過程的安全隱患。

項目成果/簡介: 針對海洋防污涂料向環(huán)保和高性能發(fā)展的前沿，從突破關鍵基礎材料與核心技術入手，研發(fā)了7個系列含天然辣素功能結構樹脂和4個系列綠色防污劑，并針對近海船舶、快艇、潛標、波浪滑翔器和漁網研發(fā)了5種不同性能特點的防污涂料，實現(xiàn)了工程化應用。建立了我國自己的環(huán)保型海洋防污涂料技術體系、產品體系以及知識產權保護網，獲授權發(fā)明專利美國、歐盟、日本各1項、中國28項，相關成果獲國家技術發(fā)明二等獎、教育部技術發(fā)明一等獎和山東省科技進步一等獎各1項。 知識產權類型:發(fā)明專利 、 軟件著作權知識產權編號:ZL200810139149.2 ZL20050081681.X ZL200510081683.9 ZL201410817103.7 ZL201410515220.8 ZL201410817103.7 ZL201410515220.8 EP1810966B1 特許第4789950號 US7442240B2技術成熟度:通過中試技術先進程度:達到國內領先水平成果獲得方式:獨立研究獲得政府支持情況:無

針對海洋防污涂料向環(huán)保和高性能發(fā)展的前沿，從突破關鍵基礎材料與核心技術入手，研發(fā)了7個系列含天然辣素功能結構樹脂和4個系列綠色防污劑，并針對近海船舶、快艇、潛標、波浪滑翔器和漁網研發(fā)了5種不同性能特點的防污涂料，實現(xiàn)了工程化應用。建立了我國自己的環(huán)保型海洋防污涂料技術體系、產品體系以及知識產權保護網，獲授權發(fā)明專利美國、歐盟、日本各1項、中國28項，相關成果獲國家技術發(fā)明二等獎、教育部技術發(fā)明一等獎和山東省科技進步一等獎各1項。  

1、高級（海洋裝備）機械設計人員。2、海洋裝備制造專業(yè)工藝及研發(fā)人員。3、海洋裝備（海洋牧場/旅游/養(yǎng)殖）行業(yè)資深顧問。

塑料制品給現(xiàn)代生活帶來極大便利的同時，也正造成嚴重的環(huán)境問題。大多數(shù)塑料來自于石油產品，由于其極端的穩(wěn)定性，廢棄后在環(huán)境中長時間也難以降解，最終造成持續(xù)性的環(huán)境污染問題。研發(fā)一系列可持續(xù)的高性能結構材料，以部分替代石油基塑料，是該問題最有希望的解決方案之一。現(xiàn)有的生物基可持續(xù)結構材料都受到機械性能較差或制造過程的過于繁瑣的限制，這些因素從成本和生產規(guī)模上制約了這類材料的應用。因此，引入先進的仿生結構設計來制造新型的可持續(xù)高性能結構材料將可以極大地提高這類材料的性能，拓寬其應用范圍，加速可持續(xù)材料替代不可降解塑料的進程。近日，中國科學技術大學俞書宏院士團隊將仿生結構設計理念運用于高性能生物基結構材料的研制，發(fā)展了一種被稱為“定向變形組裝”的新型材料制造方法，實現(xiàn)了具有仿生結構的高性能可持續(xù)材料的規(guī)模化制備。通過這種定向變形組裝方法，團隊成功地將纖維素納米纖維（CNF）和二氧化鈦包覆的云母片（TiO2-Mica）復合制備了具有仿生結構的高性能可持續(xù)結構材料。所獲得的結構材料具有比石油基塑料更好的機械和熱性能，有望成為石油基塑料的替代品。該工藝過程宜于放大，產品具有良好的可加工性和豐富多變的色彩和光澤，使其可以作為一種更加美觀和耐用的結構材料有望替代塑料。 該材料具有仿珍珠母的結構設計，這種仿生設計有效地改善了材料的力學性能。珍珠母所具有的磚-泥結構，使其可以基于普通的天然物質構筑高性能的材料，并兼具高強度和高韌性的優(yōu)良特性。研究人員通過多尺度的仿生結構設計和表面化學調控，成功構筑了這種兼具高強韌特點的天然生物基可持續(xù)結構材料。二氧化鈦包覆的云母片作為仿生結構中的磚塊，一方面為結構材料提供了遠高于工程塑料的強度，另一方面，還通過裂紋偏轉等仿生結構原理，大幅提高了材料的韌性和抗裂紋擴展性能，為該材料作為一種新興的可持續(xù)材料替代現(xiàn)有的不可降解塑料打下了堅實的基礎。

項目成果/簡介:塑料制品給現(xiàn)代生活帶來極大便利的同時，也正造成嚴重的環(huán)境問題。大多數(shù)塑料來自于石油產品，由于其極端的穩(wěn)定性，廢棄后在環(huán)境中長時間也難以降解，最終造成持續(xù)性的環(huán)境污染問題。研發(fā)一系列可持續(xù)的高性能結構材料，以部分替代石油基塑料，是該問題最有希望的解決方案之一。現(xiàn)有的生物基可持續(xù)結構材料都受到機械性能較差或制造過程的過于繁瑣的限制，這些因素從成本和生產規(guī)模上制約了這類材料的應用。因此，引入先進的仿生結構設計來制造新型的可持續(xù)高性能結構材料將可以極大地提高這類材料的性能，拓寬其應用范圍，加速可持續(xù)材料替代不可降解塑料的進程。近日，中國科學技術大學俞書宏院士團隊將仿生結構設計理念運用于高性能生物基結構材料的研制，發(fā)展了一種被稱為“定向變形組裝”的新型材料制造方法，實現(xiàn)了具有仿生結構的高性能可持續(xù)材料的規(guī)模化制備。通過這種定向變形組裝方法，團隊成功地將纖維素納米纖維（CNF）和二氧化鈦包覆的云母片（TiO2-Mica）復合制備了具有仿生結構的高性能可持續(xù)結構材料。所獲得的結構材料具有比石油基塑料更好的機械和熱性能，有望成為石油基塑料的替代品。該工藝過程宜于放大，產品具有良好的可加工性和豐富多變的色彩和光澤，使其可以作為一種更加美觀和耐用的結構材料有望替代塑料。 該材料具有仿珍珠母的結構設計，這種仿生設計有效地改善了材料的力學性能。珍珠母所具有的磚-泥結構，使其可以基于普通的天然物質構筑高性能的材料，并兼具高強度和高韌性的優(yōu)良特性。研究人員通過多尺度的仿生結構設計和表面化學調控，成功構筑了這種兼具高強韌特點的天然生物基可持續(xù)結構材料。二氧化鈦包覆的云母片作為仿生結構中的磚塊，一方面為結構材料提供了遠高于工程塑料的強度，另一方面，還通過裂紋偏轉等仿生結構原理，大幅提高了材料的韌性和抗裂紋擴展性能，為該材料作為一種新興的可持續(xù)材料替代現(xiàn)有的不可降解塑料打下了堅實的基礎。