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北航針對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)制造低成本化和數(shù)字化的發(fā)展需求，在多項(xiàng)國家重大研究項(xiàng)目的支持下，對(duì)熱壓工藝和液體成型工藝的固化成型基礎(chǔ)理論、制造缺陷形成機(jī)理與控制方法、工藝過程數(shù)值模擬與優(yōu)化技術(shù)、材料工藝特性測試表征方法與工藝特性數(shù)據(jù)庫等方面進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究，在復(fù)合材料制造過程數(shù)字化技術(shù)上填補(bǔ)了多項(xiàng)國內(nèi)外空白。 已建立先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料制造模擬與優(yōu)化技術(shù)及相應(yīng)的軟件，用于先進(jìn)復(fù)合材料制造過程的分析、缺陷預(yù)測和工藝參數(shù)的優(yōu)化，適用于各種結(jié)構(gòu)形式和制造方法，可明顯提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低制造成本，縮短研制周期，提高材料的利用率，對(duì)促進(jìn)復(fù)合材料用量和應(yīng)用水平的提高具有非常重要的意義，在航空航天、風(fēng)電葉片、汽車等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。 研究成果已在多家航空航天研究院所及主機(jī)廠的工程實(shí)際中得以應(yīng)用，如雷達(dá)罩、防熱套、波形梁、飛機(jī)鴨翼梁以及直升機(jī)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(chǎn)品合格率。 相關(guān)成果在2009年獲得了國防科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)和國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，并獲批國家發(fā)明專利5項(xiàng)。

本發(fā)明涉及用于鐵路路基基床底層的泡沫輕質(zhì)混凝土材料。本發(fā)明針對(duì)由散粒巖土體材料填筑而成的鐵路路基存在的缺點(diǎn)，公開了一種替代常規(guī)鐵路路基基床底層填料的工程材料。本發(fā)明的技術(shù)方案是，用于鐵路路基基床底層的泡沫輕質(zhì)混凝土材料，由適當(dāng)配比的水泥、水、發(fā)泡劑及外加劑，采用混凝土工藝經(jīng)物理化學(xué)反應(yīng)硬化形成。本發(fā)明的泡沫輕質(zhì)混凝土材料可替代常規(guī)鐵路路基基床底層填料，其主要特點(diǎn)是：輕質(zhì)、整體性強(qiáng)、強(qiáng)度高、性能穩(wěn)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(yùn)行的平穩(wěn)與舒適性，減少路基病害，節(jié)約運(yùn)營期間的維護(hù)成本。本發(fā)明的泡沫輕質(zhì)混凝土材料特別適合高速鐵路路基填筑。

本技術(shù)利用微噴射粘結(jié)3D打印技術(shù)將鎢粉和非晶合金粉末制成預(yù)壓坯，將預(yù)壓坯進(jìn)行加熱抽真空，采用熱等靜壓進(jìn)行熱壓成形，制備出鎢顆粒體積分?jǐn)?shù)高、非晶合金基體為完全非晶態(tài)結(jié)構(gòu)且力學(xué)性能好的復(fù)合材料。 一、項(xiàng)目分類 關(guān)鍵核心技術(shù)突破 二、成果簡介 非晶合金因其獨(dú)特的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，具有明顯優(yōu)于傳統(tǒng)晶態(tài)合金的力學(xué)、物理和化學(xué)性能，如高強(qiáng)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(xiàn)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(fù)合材料的塑性變形過程中誘發(fā)非晶基體中多剪切帶的萌生和擴(kuò)展，保證相應(yīng)的非晶基復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、剪切“自銳性”等特性，同時(shí)又增加塑性與韌性，使其應(yīng)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(tǒng)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(shù)利用微噴射粘結(jié)3D打印技術(shù)將鎢粉和非晶合金粉末制成預(yù)壓坯，將預(yù)壓坯進(jìn)行加熱抽真空，采用熱等靜壓進(jìn)行熱壓成形，制備出鎢顆粒體積分?jǐn)?shù)高、非晶合金基體為完全非晶態(tài)結(jié)構(gòu)且力學(xué)性能好的復(fù)合材料。項(xiàng)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(fù)合材料的制備方法。對(duì)于制備粉末密度差異大的其他復(fù)合材料同樣具有重要的指導(dǎo)意義。

本項(xiàng)目對(duì)氨基硅油直接進(jìn)行陰離子化改性，產(chǎn)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(tuán)。經(jīng)過本產(chǎn)品處理過的織物，既有經(jīng)過氨基硅油處理后的手感特點(diǎn)，同時(shí)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(shí)產(chǎn)品中含有磺酸基和羧基等陰離子，增加了產(chǎn)品在織物上的耐久性，洗滌時(shí)不易脫落。該工藝直接對(duì)氨基硅油進(jìn)行陰離子改性，與傳統(tǒng)通過硅氧烷單體與功能性單體反應(yīng)即先制得含有特定基團(tuán)的硅氧烷低聚物，再經(jīng)平衡化反應(yīng)得到產(chǎn)品的方法相比，原料廉價(jià)容易得到，反應(yīng)步驟簡單、反應(yīng)條件溫和簡單易行，易于工業(yè)化生產(chǎn)。

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(fēng)扇磨沖擊板、鄂式破碎機(jī)沖擊板等。其主要特點(diǎn)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(biāo)≥100J/cm2。該成果已用于的風(fēng)扇磨沖擊板，裝機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后的結(jié)果表明：其壽命達(dá)到1200小時(shí)，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(gè)現(xiàn)代的高速發(fā)展，對(duì)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(fā)展新的合成橡膠和合成樹脂之外，還應(yīng)該在現(xiàn)有樹脂或橡膠加工成制品的過程中，利用化學(xué)方法或物理方法改變制品的一些性能，以達(dá)到預(yù)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(xué)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(jī)或有機(jī)填充劑，不僅能使高分子材料制品價(jià)格大大降低，而且更重要的是能顯著改善高分子材料的機(jī)械性能或增加其他功能性，如導(dǎo)熱性能、導(dǎo)電性能、光學(xué)性能等等。然而，無機(jī)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?yàn)閮烧弑砻婺懿煌谟龅酵饬r(shí)，高分子材料與填料界面上應(yīng)力集中易產(chǎn)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(duì)填料進(jìn)行活化處理。本項(xiàng)目即涉及用于塑料和橡膠中大部分填料的表面處理技術(shù)，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(shù)簡單，易產(chǎn)業(yè)化，并具有成功產(chǎn)業(yè)化案例：某企業(yè)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(dá)到2.7，但直接添加，根本加不進(jìn)去如此大量的填料，經(jīng)本技術(shù)改性后，成功添加到膠料中，且密度達(dá)到要求。

該成果 2013 年獲全國商業(yè)科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。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(fù)合改性瀝青。借鑒聚合物改性瀝青的研究方法、試驗(yàn)手段及評(píng)價(jià)方法，探討納米材料/聚合物復(fù)合材料改性瀝青及混合料的路用技術(shù)性能；并通過微觀、化學(xué)分析手段，研究納米 ZnO 和 SBS 加入到基質(zhì)瀝青中，與基質(zhì)瀝青的相互作用機(jī)理，以期望達(dá)到較為良好的改性效果，促進(jìn)納米材料/聚合物復(fù)合改性瀝青的發(fā)展與應(yīng)用。

項(xiàng)目簡介： 常規(guī)聚丙烯 ( PP) 材料存在強(qiáng)度低、韌性差、單位體積質(zhì)量難以進(jìn)一步降低等缺陷。本項(xiàng)目基于這一現(xiàn)狀，利用分子

南開大學(xué)蓖麻生物航油集成技術(shù)，是在“應(yīng)對(duì)氣候變化、綠色低碳發(fā)展”的前瞻理念下，集成南開十幾年蓖麻產(chǎn)業(yè)鏈開發(fā)基礎(chǔ)及化學(xué)化工科研優(yōu)勢(shì)，自主研發(fā)，現(xiàn)已取得階段性成果：建立了“生物航油基礎(chǔ)研發(fā)基地”，突破了催化劑關(guān)鍵技術(shù)，打通了工藝流程，產(chǎn)品全項(xiàng)達(dá)標(biāo)，成本在目前所有生物質(zhì)航油中最低，申請(qǐng)中國發(fā)明專利 7 項(xiàng)，列入國家發(fā)改委《戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)產(chǎn)品目錄》、《國家重點(diǎn)推廣的低碳技術(shù)項(xiàng)目指南》等，獲第四屆國家和天津市創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽獎(jiǎng)項(xiàng)，具有拉動(dòng)千億元綠色低碳產(chǎn)業(yè)鏈的巨大發(fā)展?jié)摿Α?生物航空煤油（生物航煤）就是以動(dòng)植物油脂或農(nóng)林廢棄物等生物質(zhì)為原料生產(chǎn)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(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)做任何改進(jìn)。2012 年開始的歐盟航空碳稅之爭已迫使各國爭相開發(fā)生物航煤技術(shù)來實(shí)現(xiàn)航空業(yè)的碳減排。生物航煤的研發(fā)契合國家十三五發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，對(duì)我國航空業(yè)減排、根治霧霾、維護(hù)能源安全、以及拉動(dòng)三農(nóng)等都有重要作用，是國家大力支持的綠色低碳產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新增長點(diǎn)，是當(dāng)前國家急需解決的重大科學(xué)難題之一。目前，該項(xiàng)目的技術(shù)難題就是核心催化劑脫氧活性不佳、航煤選擇性低、穩(wěn)定性差。 南開大學(xué)李偉教授科研團(tuán)隊(duì)目前已開發(fā)出具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的蓖麻航油制備及配套催化劑關(guān)鍵技術(shù)，使原料油轉(zhuǎn)化率＞99%，蓖麻生物航油產(chǎn)品收率＞80%；經(jīng)中石化石科院按國際生物航煤最高標(biāo)準(zhǔn)的 ASTM D7566 和國家噴氣 3 號(hào)燃料（GB 6537-2006）等指標(biāo)檢測，全項(xiàng)達(dá)標(biāo)。相關(guān)研究內(nèi)容在《Bioresource Technology》發(fā)表論文 1 片、申報(bào)中國發(fā)明專利 7 項(xiàng)、國際發(fā)明專利 2 項(xiàng)。相關(guān)技術(shù)受到國內(nèi)外高度重視及新聞媒體關(guān)注。在第四屆中國創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中以天津賽區(qū)第一名成績進(jìn)入全國總決賽，最終以第 6 名榮獲“全國優(yōu)秀團(tuán)隊(duì)”稱號(hào)。

南開大學(xué)蓖麻生物航油集成技術(shù)，是在“應(yīng)對(duì)氣候變化、綠色低 碳發(fā)展”的前瞻理念下，集成南開十幾年蓖麻產(chǎn)業(yè)鏈開發(fā)基礎(chǔ)及化學(xué) 化工科研優(yōu)勢(shì)，自主研發(fā)，現(xiàn)已取得階段性成果：建立了“生物航油基礎(chǔ)研發(fā)基地”，突破了催化劑關(guān)鍵技術(shù)，打通了工藝流程，產(chǎn)品全 項(xiàng)達(dá)標(biāo)，成本在目前所有生物質(zhì)航油中最低，申請(qǐng)中國發(fā)明專利 7 項(xiàng)， 列入國家發(fā)改委《戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)產(chǎn)品目錄》、《國家重點(diǎn)推廣的低 碳技術(shù)項(xiàng)目指南》等，獲第四屆國家和天津市創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽獎(jiǎng)項(xiàng)，具 有拉動(dòng)千億元綠色低碳產(chǎn)業(yè)鏈的巨大發(fā)展?jié)摿Α?生物航空煤油（生物航煤）就是以動(dòng)植物油脂或農(nóng)林廢棄物等生 物質(zhì)為原料生產(chǎn)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(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)做任何改進(jìn)。2012 年開始的歐盟航空碳 稅之爭已迫使各國爭相開發(fā)生物航煤技術(shù)來實(shí)現(xiàn)航空業(yè)的碳減排。生 物航煤的研發(fā)契合國家十三五發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，對(duì)我國航空業(yè)減排、根 治霧霾、維護(hù)能源安全、以及拉動(dòng)三農(nóng)等都有重要作用，是國家大力 支持的綠色低碳產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新增長點(diǎn)，是當(dāng)前國家急需解決的重大科學(xué)難 題之一。目前，該項(xiàng)目的技術(shù)難題就是核心催化劑脫氧活性不佳、航 煤選擇性低、穩(wěn)定性差。 南開大學(xué)李偉教授科研團(tuán)隊(duì)目前已開發(fā)出具有完全自主知識(shí)產(chǎn) 權(quán)的蓖麻航油制備及配套催化劑關(guān)鍵技術(shù)，使原料油轉(zhuǎn)化率＞99%， 蓖麻生物航油產(chǎn)品收率＞80%；經(jīng)中石化石科院按國際生物航煤最高 標(biāo)準(zhǔn)的 ASTM D7566 和國家噴氣 3 號(hào)燃料（GB 6537-2006）等指標(biāo) 檢測，全項(xiàng)達(dá)標(biāo)。相關(guān)研究內(nèi)容在《Bioresource Technology》發(fā)表論 文 1 片、申報(bào)中國發(fā)明專利 7 項(xiàng)、國際發(fā)明專利 2 項(xiàng)。相關(guān)技術(shù)受到 國內(nèi)外高度重視及新聞媒體關(guān)注。在第四屆中國創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中以天 津賽區(qū)第一名成績進(jìn)入全國總決賽，最終以第 6 名榮獲“全國優(yōu)秀團(tuán) 隊(duì)”稱號(hào)。 市場應(yīng)用前景： 生物航油市場需求巨大，據(jù)國際民航組織規(guī)定，2020 年中國航空燃油的 30%（約 1200 萬噸）要打上“生物質(zhì)標(biāo)簽”，如果按“50%生 物質(zhì)航油：50%化石航油”摻混，需要 600 萬噸“純”生物質(zhì)航油， 總產(chǎn)值達(dá)數(shù)千億元。但 2014 年全國生物航油產(chǎn)量不足 100 噸，離規(guī) 模化相差甚遠(yuǎn)。蓖麻航油具備占據(jù) 50%市場份額的可能性，按 5 年生 產(chǎn)蓖麻生物航油 300 萬噸計(jì)算，僅技術(shù)轉(zhuǎn)讓和催化劑銷售利潤就可達(dá) 5 億元以上。同時(shí)，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(hù)我們的環(huán)境安全。 擬開展合作方式： 現(xiàn)已申請(qǐng)中國發(fā)明專利 7 項(xiàng)，擬開展合作方式：建設(shè)年產(chǎn)萬噸級(jí)生物航油 及配套催化劑示范生產(chǎn)裝置，采用股權(quán)合作或?qū)嵤┰S可的方式合作。