在近期結(jié)束的2019年度天津市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上，由卡本復(fù)合材料（天津）有限公司、天津工業(yè)大學(xué)和東方電氣（天津）風(fēng)電葉片工程有限公司共同完成的《碳纖維結(jié)構(gòu)優(yōu)化與性能調(diào)控技術(shù)的研發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化》項(xiàng)目榮獲2019年度天津市科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

此次研究項(xiàng)目能夠取得一定的成果，核心驅(qū)動(dòng)力在于早期研發(fā)的持續(xù)投入，富有智慧的校企合作以及高水準(zhǔn)、有見識(shí)的專業(yè)人員。他們獨(dú)特的洞察力與專業(yè)的研發(fā)能力帶給加固行業(yè)，乃至社會(huì)新的機(jī)會(huì)。

近日，我們與本次項(xiàng)目參與者，卡本復(fù)合材料（天津）有限公司的復(fù)材研發(fā)工程師閆民杰進(jìn)行了一次詳談，對(duì)于本次項(xiàng)目中的種種細(xì)節(jié)進(jìn)行了分享。

一 、黑金時(shí)代

堅(jiān)如磐石，韌如發(fā)絲。眾所周知，碳纖維是一種輕質(zhì)、高強(qiáng)、高模量和耐高溫的的材料。正是這種獨(dú)具特色的材料，在近二十年來(lái)開啟了它的“黑金時(shí)代”，不僅在國(guó)防航天航空高精尖領(lǐng)域具有著戰(zhàn)略地位，同時(shí)也廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、風(fēng)電、運(yùn)動(dòng)設(shè)備以及土木等民用領(lǐng)域。

這也引起了全世界對(duì)它的廣泛研究：僅2010-2017年，全世界共發(fā)表相關(guān)論文16553篇，申請(qǐng)發(fā)明專利26390項(xiàng)，均呈現(xiàn)出逐年穩(wěn)步上升的態(tài)勢(shì)。與此同時(shí)，世界對(duì)于碳纖維的需求也在不斷提升。

“在過去的二十幾年中，幾乎是碳纖維研究發(fā)展的黃金時(shí)代。國(guó)外相關(guān)的研發(fā)技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，但國(guó)內(nèi)來(lái)說(shuō)在其性能方面還有所欠缺。”閆民杰說(shuō)，“我們想要去進(jìn)行一些研究，以此來(lái)提升碳纖維復(fù)合材料的各類性能。”

無(wú)獨(dú)有偶，力學(xué)性能不達(dá)標(biāo)的問題在以碳纖維為主要原材的加固行業(yè)，同樣存在�？ū咀鳛榻ㄖ�結(jié)構(gòu)加固中的一員，在實(shí)際加固施工中也會(huì)遇到碳纖維加固材料與界面粘貼不牢靠、性能無(wú)法達(dá)到最佳的情況，這都會(huì)導(dǎo)致無(wú)法保障建筑結(jié)構(gòu)安全。

而在那時(shí)，以研究碳纖維力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)為主的天津工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)進(jìn)入了卡本的視線。在短暫的溝通交流后，二者當(dāng)即決定開展緊密而深度的合作，為保障建筑結(jié)構(gòu)安全而努力。

二、合作的力量

2013年，天津工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)開啟了碳纖維結(jié)構(gòu)優(yōu)化與性能調(diào)控技術(shù)的研發(fā)工作。“與工大的合作，將讓卡本在實(shí)際施工中面臨的問題得以緩解。同時(shí)卡本也會(huì)使項(xiàng)目從理論研究走向?qū)嶋H應(yīng)用。”閆民杰談到。

但研發(fā)工作并非一帆風(fēng)順，每一個(gè)研發(fā)成果的背后，離不開過程中無(wú)數(shù)次的糾結(jié)與試錯(cuò)。

在前人有關(guān)碳纖維復(fù)合材料的研究中，針對(duì)其結(jié)構(gòu)性能改變的研究其實(shí)已有很多。質(zhì)子輻照、電子輻照、超聲波、紅外線……種種方式得到的結(jié)果均讓人大失所望。由于材料的復(fù)雜性，使得增強(qiáng)材料碳纖維本身、基體材料環(huán)氧樹脂及二者結(jié)合的界面等因素都可能對(duì)性能產(chǎn)生影響，這使研究工作的開展增加了難度。

談及參與項(xiàng)目的那段時(shí)間，閆民杰表示，由于影響因素過多，準(zhǔn)備大量的樣品進(jìn)行各類對(duì)比測(cè)試是家常便飯，常常是從早忙到晚。“印象最深的一次，我和同伴們制備復(fù)合材料樣品，花費(fèi)三天三夜，連軸轉(zhuǎn)”。

功夫不負(fù)有心人，在多次試錯(cuò)和思考后，他們找到了高能量的γ射線。實(shí)驗(yàn)證明，γ輻照能夠在一定程度上改變碳纖維復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)，對(duì)力學(xué)性能，特別是拉伸強(qiáng)度、抗疲勞等方面均有明顯提升。

當(dāng)研發(fā)結(jié)果出來(lái)的那天，閆民杰喜出望外。原以為也會(huì)如同他人一樣得不到結(jié)果，卻在這一刻得到了最好的回報(bào)。

“這不只是我一個(gè)人努力的結(jié)果，從2013年項(xiàng)目開始，我的老師，還有師兄師姐們花費(fèi)了很多心血在項(xiàng)目上。正因?yàn)橛兴麄冎�前的辛勤付出，才能讓我們后續(xù)的研究得到了階段性的成果。”

三、未來(lái)追夢(mèng)

安全是卡本始終專注的領(lǐng)域，而卡本與天津工業(yè)大學(xué)的合作從未離開過“安全”二字。可以說(shuō)，目前研究項(xiàng)目取得的成果意義巨大，這也是此次能夠榮獲天津市科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)的原因之一。

“這個(gè)研究成果如果廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域，不但能更大程度保障碳纖維復(fù)合材料與界面的粘接效果，護(hù)航結(jié)構(gòu)安全；更能節(jié)省進(jìn)口國(guó)外材料帶來(lái)的成本，直接創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。”

關(guān)于未來(lái)，閆民杰希望此項(xiàng)目的合作能夠在實(shí)際應(yīng)用方面更進(jìn)一步，服務(wù)于更廣泛的用戶。同時(shí)，加快其它材料與技術(shù)的研發(fā)速度，與國(guó)外相匹敵，更好保障建筑結(jié)構(gòu)與人民生命財(cái)產(chǎn)安全，真正做到“創(chuàng)新技術(shù)，鑄就精品，護(hù)航安全”的使命。

要實(shí)現(xiàn)安全又具有高經(jīng)濟(jì)效益的研發(fā)成果應(yīng)用，卡本和其他伙伴們還有很多工作要做。但對(duì)所有人來(lái)說(shuō)，這就是最理想的工作。

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