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全球首張熱塑性太陽能邊框認(rèn)證證書！樹脂基復(fù)合材料開啟新篇
文章來源：賢集網(wǎng)     更新時間：2024-12-21 16:46:39
近日，中國科學(xué)院化學(xué)研究所馬永梅研究員團隊的“熱塑性尼龍基連續(xù)玻纖技術(shù)”于拉擠太陽能邊框的應(yīng)用傳來捷報，成功斬獲全球首張熱塑性太陽能邊框認(rèn)證證書。這一成果不僅是該團隊科研實力的有力彰顯，更是在高性能復(fù)合材料領(lǐng)域樹立起一座新的標(biāo)桿，為樹脂基復(fù)合材料的發(fā)展與應(yīng)用注入了強大動力，其后續(xù)影響將在多個行業(yè)和領(lǐng)域持續(xù)蔓延并產(chǎn)生深遠(yuǎn)變革。



一、熱塑性尼龍基玻纖：引領(lǐng)“以塑代鋼”新潮



近日，于萊茵公司（上海）總部，一場聚焦全球目光的頒證儀式盛大而隆重地舉行，宛如一顆石子投入平靜湖面，激起層層漣漪，吸引著各界人士的廣泛關(guān)注。



中國科學(xué)院化學(xué)研究所馬永梅研究員所率領(lǐng)的精英團隊，憑借其卓越的科研智慧與不懈的探索精神，成功研發(fā)出“熱塑性尼龍基連續(xù)玻纖技術(shù)”。這一前沿技術(shù)在拉擠太陽能邊框領(lǐng)域的創(chuàng)新性應(yīng)用，無疑成為了此次儀式的絕對主角。其成功通過全球最為權(quán)威、標(biāo)準(zhǔn)最為嚴(yán)苛的檢測機構(gòu)——德國萊茵（TUV）的嚴(yán)格檢測，并一舉斬獲全球首張熱塑性太陽能邊框認(rèn)證證書，這一壯舉堪稱我國在高性能復(fù)合材料研究與應(yīng)用征程中的一座耀眼里程碑。



回首往昔，“以塑代鋼”的理念雖早已被提出，但在技術(shù)層面的實現(xiàn)卻始終面臨著諸多挑戰(zhàn)與困境。傳統(tǒng)金屬材料，尤其是鋼鐵和鋁合金，長期以來在建筑、機械制造、交通運輸?shù)缺姸嚓P(guān)鍵領(lǐng)域占據(jù)著牢不可破的主導(dǎo)地位。它們以其出色的強度和穩(wěn)定性，支撐起了現(xiàn)代工業(yè)的龐大架構(gòu)。然而，我們也無法忽視其背后隱藏的諸多弊端。在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，金屬材料的冶煉、加工過程需要消耗大量的能源資源，并且伴隨著高溫、廢氣、廢渣等一系列環(huán)境污染問題；在使用過程中，金屬制品的自重較大，不僅增加了運輸成本與能源消耗，還在一定程度上限制了產(chǎn)品的性能提升與創(chuàng)新設(shè)計。



而樹脂基復(fù)合材料的出現(xiàn)，猶如一道曙光，為解決這些難題帶來了全新的思路與可能。它以獨特的材料構(gòu)成，即以樹脂為基體，巧妙地融入玻璃纖維、碳纖維等高性能增強材料，經(jīng)過精細(xì)的復(fù)合工藝加工而成。這種創(chuàng)新的組合方式賦予了材料一系列令人矚目的卓越性能。其高強度特性使其能夠在承受巨大外力作用時依然保持結(jié)構(gòu)的完整性與穩(wěn)定性；高模量則確保了材料在受力變形過程中的精準(zhǔn)控制與可靠性；耐腐蝕性能使其能夠在酸堿等惡劣化學(xué)環(huán)境中安然無恙，大大延長了產(chǎn)品的使用壽命；耐磨損的特質(zhì)使其在長期使用過程中能夠有效抵御摩擦損耗，保持良好的工作狀態(tài)；而易于加工的特點更是為產(chǎn)品的多樣化設(shè)計與高效生產(chǎn)提供了便利條件。



馬永梅研究員團隊的這一熱塑性尼龍基連續(xù)玻纖復(fù)合材料應(yīng)用于拉擠太陽能邊框項目，絕非偶然的成功，而是在經(jīng)歷了無數(shù)次艱難險阻與漫長探索后的璀璨成果。在項目推進過程中，團隊成員們猶如無畏的勇士，毅然決然地投身于材料設(shè)計的復(fù)雜迷宮之中。他們需要從微觀層面深入研究樹脂與玻纖的最佳配比，探索如何通過分子結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計來實現(xiàn)材料性能的最大化提升；在工藝探索的荊棘道路上，他們不斷嘗試各種成型工藝，從傳統(tǒng)的注塑、擠出到新興的拉擠工藝，每一個環(huán)節(jié)都經(jīng)過了反復(fù)的試驗與優(yōu)化，力求找到最適合該復(fù)合材料的加工方式；而在成套裝備開發(fā)的戰(zhàn)場上，他們更是與機械工程師緊密合作，自主研發(fā)出一套專門針對熱塑性尼龍基連續(xù)玻纖復(fù)合材料的生產(chǎn)設(shè)備，這套設(shè)備不僅要滿足高精度、高效率的生產(chǎn)要求，還要能夠應(yīng)對材料在加工過程中的特殊性能需求，如溫度控制、壓力調(diào)節(jié)以及纖維分散均勻性等關(guān)鍵問題。



正是憑借著這種堅韌不拔的毅力與精益求精的態(tài)度，團隊最終成功攻克了材料一體成型的技術(shù)難關(guān)。這一重大突破帶來的效益是多方面且極為顯著的。在生產(chǎn)效率方面，一體成型工藝極大地簡化了傳統(tǒng)生產(chǎn)流程中繁瑣的拼接、組裝環(huán)節(jié)，使得生產(chǎn)周期大幅縮短，產(chǎn)能得到了質(zhì)的飛躍。原本需要多個工序、多臺設(shè)備協(xié)同完成的生產(chǎn)任務(wù)，如今在一體化設(shè)備上能夠一次性高效完成，大大提高了企業(yè)的生產(chǎn)效益與市場競爭力。在產(chǎn)品質(zhì)量上，一體成型有效避免了傳統(tǒng)拼接工藝中可能出現(xiàn)的縫隙、應(yīng)力集中等問題，使得產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)更加緊密、均勻，力學(xué)性能更加穩(wěn)定可靠。無論是產(chǎn)品的強度、剛度還是耐候性等關(guān)鍵指標(biāo)，都得到了顯著提升，從而為產(chǎn)品在實際應(yīng)用中的長期穩(wěn)定運行提供了堅實保障。



這一具有劃時代意義的成果，其影響力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了太陽能邊框行業(yè)本身的范疇。對于太陽能邊框行業(yè)而言，它無疑是一場革命性的變革，為行業(yè)帶來了全新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與發(fā)展方向。傳統(tǒng)的金屬邊框在面對日益增長的太陽能產(chǎn)業(yè)需求時，逐漸暴露出成本高、重量大、耐腐蝕性能不足等諸多短板。而熱塑性尼龍基連續(xù)玻纖復(fù)合材料邊框的出現(xiàn)，以其輕量化、高強度、耐腐蝕且成本可控的優(yōu)勢，迅速成為了行業(yè)內(nèi)眾多企業(yè)關(guān)注與追捧的焦點。它不僅能夠有效降低太陽能電池板的整體重量，提高其安裝效率與運輸便利性，還能夠在復(fù)雜的戶外環(huán)境中長時間保持良好的性能狀態(tài)，大大延長了太陽能設(shè)備的使用壽命，降低了維護成本。



更為重要的是，這一成果為其他眾多領(lǐng)域的輕量化、節(jié)能與防腐蝕需求提供了極具價值的技術(shù)借鑒與解決方案。在汽車制造領(lǐng)域，隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格與消費者對燃油經(jīng)濟性的關(guān)注度不斷提高，汽車輕量化成為了行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。樹脂基復(fù)合材料的應(yīng)用能夠使汽車零部件在減輕重量的同時，不降低甚至提升其力學(xué)性能與安全性能，從而實現(xiàn)整車重量的降低，減少燃油消耗與尾氣排放。在航空航天領(lǐng)域，對于飛行器結(jié)構(gòu)材料而言，輕量化與高強度是永恒的追求目標(biāo)。這種復(fù)合材料能夠在滿足嚴(yán)苛的航空航天標(biāo)準(zhǔn)要求下，有效減輕飛行器的自重，增加有效載荷，提升飛行性能與燃油效率，為航空航天事業(yè)的發(fā)展注入新的活力。在海洋工程領(lǐng)域，面對惡劣的海洋腐蝕環(huán)境，傳統(tǒng)金屬材料往往需要采取復(fù)雜的防腐措施且使用壽命有限。而樹脂基復(fù)合材料的優(yōu)異耐腐蝕性能使其能夠在海洋平臺、船舶制造等領(lǐng)域大顯身手，降低維護成本，提高設(shè)備的可靠性與使用壽命。



從實驗室的最初創(chuàng)意構(gòu)思，到無數(shù)次的實驗失敗與挫折，再到最終產(chǎn)業(yè)化制品的成功問世，這一路走來，凝聚了無數(shù)科研人員的心血、汗水與智慧。他們來自不同的學(xué)科領(lǐng)域，有化學(xué)專家專注于材料配方的研究與優(yōu)化，有材料工程師致力于工藝技術(shù)的創(chuàng)新與改進，有機械工程師全力攻克裝備制造的難題，還有物理學(xué)家從微觀結(jié)構(gòu)角度為材料性能提升提供理論支持。他們跨越了學(xué)科之間的界限，打破了行業(yè)之間的壁壘，通過緊密的跨學(xué)科、跨行業(yè)合作，形成了一股強大的創(chuàng)新合力。正是這股合力，成功地將一種原本僅存在于實驗室中的新型高性能復(fù)合材料，一步一步地推向了廣闊的市場舞臺，使其從理論概念轉(zhuǎn)化為實實在在的生產(chǎn)力，為我國在結(jié)構(gòu)性材料領(lǐng)域的自主創(chuàng)新注入了源源不斷的新活力，也為我國在全球高性能復(fù)合材料領(lǐng)域贏得了尊重與聲譽，更為“以塑代鋼”新材料時代的加速到來奏響了最為激昂的序曲。



二、樹脂基復(fù)合材料的發(fā)展歷程與多元應(yīng)用



樹脂基復(fù)合材料發(fā)展歷程悠長，1932 年美國以手糊成型工藝制成玻璃纖維增強聚酯飛機雷達(dá)罩，1940 年相關(guān)飛機試飛成功，二戰(zhàn)后在民用領(lǐng)域迅速普及。



發(fā)展中，纖維纏繞成型、玻璃纖維預(yù)混料研制、真空袋和壓力袋成型等技術(shù)工藝相繼涌現(xiàn)，60 年代美國用纖維纏繞技術(shù)制造大型固體火箭發(fā)動機殼體等。其常用樹脂有環(huán)氧樹脂等多種類型，以熱固性樹脂為主，不同時期在飛機等多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用且不斷升級材料。其剛度特性受組分等因素影響，層合結(jié)構(gòu)分析復(fù)雜但可設(shè)計滿足需求；強度與破壞緊密相關(guān)，破壞過程復(fù)雜，單向、雜亂短纖維、編織纖維等增強的復(fù)合材料各有破壞特點，層合材料和混雜復(fù)合材料有強度協(xié)同效應(yīng)，且受多種因素作用。



片狀模塑料 1961 年在法國誕生，多種成型工藝及生產(chǎn)線不斷發(fā)展推動其規(guī)模化生產(chǎn)。70 年代后開發(fā)出高性能增強材料制成先進復(fù)合材料，如環(huán)氧乙烯基酯樹脂在氯堿、造紙、金屬表面處理等工業(yè)有應(yīng)用，環(huán)氧樹脂以其形態(tài)在化工防腐領(lǐng)域大量應(yīng)用且有改性品種拓展用途。在航空航天領(lǐng)域成果顯著，美國里爾芳 2100 號商用飛機、哥倫比亞號航天飛機、波音 - 767 大型客機都因采用先進復(fù)合材料在重量、性能上有出色表現(xiàn)，充分彰顯其優(yōu)良性能與成熟技術(shù)并助力在重要工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。



展望未來，熱塑性尼龍基連續(xù)玻纖復(fù)合材料在拉擠太陽能邊框的應(yīng)用僅僅是樹脂基復(fù)合材料應(yīng)用的開端。隨著技術(shù)進步與成本降低，其將在建材門窗、管道、汽車輕量化、航空航天等眾多領(lǐng)域發(fā)揮愈發(fā)關(guān)鍵的作用。它不僅能顯著減輕產(chǎn)品重量、提升能效與環(huán)保性能，還可有效延長產(chǎn)品使用壽命、降低維護成本。然而，正如馬永梅研究員所提醒，金屬材料在諸多方面仍具有不可替代的優(yōu)勢。因此，在材料選擇時，需依據(jù)具體應(yīng)用環(huán)境與要求綜合考量，切不可盲目跟風(fēng)或盲目投入新賽道。唯有充分了解各種材料的性能與特點，才能做出最優(yōu)抉擇，推動科技與工業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。總之，樹脂基復(fù)合材料以其獨特優(yōu)勢在材料領(lǐng)域占據(jù)重要地位，未來必將在更多領(lǐng)域綻放光彩，為人類社會的可持續(xù)發(fā)展貢獻更多力量。

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來源：賢集網(wǎng)
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