今日材料所NIMTETODAY-中国科学院宁波材料技术与工程研究所

·温总理视察我所碳纤维复合材料研发成果
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今日材料所│NIMTE Today
近20名。 经过3年多的建设，复合材料制造与装备团队已初步 建立较完备的贯穿复合材料材料研究－结构设计－工艺 开发一体化的科研条件，占地面积484m2，拥有包括高精 度树脂注胶机、干态预浸机、热压罐、纤维织物数控裁 床、预浸料排布机、纤维铺缝机、轨道式干燥箱、真空 干燥箱、模温机、纤维/基体界面粘接强度仪、万能试验 机、粘度仪、机械手、曙光服务器等在内的科研装备20 多台/套。 经过团队全体成员的不懈努力，在“十一五”期间 已完成电动车项目配套示范性碳纤维复合材料车身大面 积异型覆盖件的研制，主要包括发动机罩、翼子板、车 门外板，后箱盖等部件，已在高性能低成本碳纤维复合 材料制备技术和大面积异型复合材料设计与制造技术等 研究方向取得若干重要关键成果，将逐步建成国内第一 条低成本复合材料车身结构件制造示范线。 宁波材料所复合材料制造与装备团队的目标是以自 主创新和集成创新为动力，建立国内具有一流水平的， 集装备、设计、制造、试验体系完整，手段齐全的先进 复合材料技术装备平台。
电动车轻量化技术是节省能源、提 高行驶性能的有效方法之一，也是国内外 汽车制造商追求的关键技术目标之一。汽车轻 量化主要包括车身轻量化、发动机轻量化和底盘轻量 化三个部分，其主要途径是在保证性能的前提下通过合 理的结构设计和使用轻质材料（如碳纤维复合材料、高 强度钢、镁铝合金、塑料等）降低结构重量，从而实现 节能环保功能。据估计，汽车重量每减轻10％，燃油效 率可提高6％～8％。同时，汽车轻量化后加速性提高， 车辆控制灵敏性、稳定性、噪音、振动方面也均有改 善，碰撞时惯性小，制动距离减小。
碳纤维织物 碳纤维部件 碳纤维
·复合材料制造与装备团队
·高性能碳纤维材料有着广泛的应用范围
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碳纤维复合材料电动车研究进展
范欣愉│复合材料制造与装备团队
碳纤维复合材料的比强度和比模量高，其轻量化效 果十分明显，在等效力学性能前提下比钢材制件减重 50%以上，比镁铝合金材料可减重30%左右，同时可以 有效减少零配件数量和装配成本，是汽车工业领域的主 流技术趋势。2010年宝马推出MCV（超大城市汽车）纯 电动车，该款车将于2013年上市销售，将是世界上 第一款碳纤维车身量产车，其LifeDrive架构 （碳纤维复合材料与铝合金复合骨架）在汽 车轻量化设计上占据了国际领先地位。 我们研究团队联合中科院其他5个研
·碳纤维复合材料车门外板
今日材料所│NIMTE Today
碳纤维复合材料
复合材料是指由两种或两种以上具有不同物理、化 学性质的材料，通过复合工艺组合而成的新型材料。它 既能保留原组成材料的主要特色，并通过复合效应获得 原组分所不具备的性能，还可以通过材料设计使各组分 的性能相互补充并彼此关联，从而获得新的优越性能。 复合材料中的组分材料按照所起作用分为增强材料和 基体材料，碳纤维复合材料是指以碳纤维为增强材料的一 类复合材料。碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的 比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都 在3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为 23000~43000Mpa亦高于钢，因此由碳纤维和树脂结合而 成的碳纤维复合材料具有轻质、比强度高、比刚度高、优 良的减振性、抗疲劳性能好、耐高温等优异的特点。鉴于 以上诸多的优异特性，碳纤维复合材料的应用范围越来越 广，从50年代主要应用在火箭、宇航及航空等尖端科学， 到80年代被广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学 领域。随着高性能及超高性能碳纤维的相继出现，碳纤维 复合材料已经在第四代飞机上大显身手，成为新一代大型 飞机机体的主要结构材料，如A380、B787等，碳纤维比 重达15%以上。同时，随着碳纤维制备技术的普及，在民 用工业领域，包括汽车、能源、建筑、船舶等行业，碳纤 维增强复合材料也越来越多地被用来取代传统材料。目前 全球碳纤维复合材料在各个领域的需求比例大致为体育 19%，航空23%，工业58%。 中国科学院宁波材料技术与工程研究所复合材料制 造与装备团队创建于2008年，目前已与国内多家科研单 位和企业建立起良好的合作关系，先后与宁波华缘集团 有限公司、宁波敏实汽车零部件技术研发有限公司、日 升集团有限公司等建立了研发中心，已为企业解决了若 干个生产中的技术难题，合作成果受到了企业好评；已 承担或参与了中科院方向性项目2项，中央级科学事业单 位修缮购置专项资金装备计划一项，宁波市高校院所科 技研发资助项目1项，国家、浙江省和宁波市自然科学基 金项目共6项，宁波市科技创新团队1项，以及多项企业 合作项目等；经过多个项目的锻炼和培养，已形成一支 年轻、业务能力强、合作精神佳、创新风气浓的多学 科、多层次的研究队伍，覆盖了高分子材料、复合材 料、计算力学、机械设计和自动化控制等专业，现有研 究员1名，副研究员2名，高级工程师3名，在站博士后1 名，助研、工程师及其他科研和工程技术人员、研究生
·碳纤维复合材料部件及电动车
究所从2009年7月开始了碳纤维复合材料 电动车的研制，于2010年10月研制成功 首款完全自主研发的新型碳纤维电动汽 车，实现了碳纤维复合材料在车身覆盖件的 大来自百度文库积应用。 在研制碳纤维复合材料车身结构部件过程中，我们 研究团队通过合理有效的力学设计和原材料选择，探索 车用碳纤维复合材料部件的低成本制造技术。采用国产 T300大丝束碳纤维织造的准各向同性多轴向织物结合斜 纹布，在等效弯曲刚度、等效弯曲屈曲载荷和等拉伸失 效载荷的优化设计基础上，制作出铺层合理的增强预成 型体，最终成型复合材料厚度为1.85mm，纤维体积含量 为55%。为达到最快工艺速度，探索了不同不饱和聚酯
2011 August
NIMTE TODAY
LIGHT and STRONG
碳纤维复合材料 02 碳纤维复合材料电动车研究进展 04 热塑性碳纤维复合材料成型技术研究进展 06 碳纤维增强复合材料跨尺度设计和优化仿真 08 热压罐成型技术运用 09 高精度RTM注胶机的研发 10 民之利器：碳纤维复合材料 11