高性能纤维增强热塑性复合材料制备及成型的关键技术

项目名称：高性能纤维增强热塑性复合材料制备及成型的关键技术

奖励类别：教育部高校科研成果科技进步奖

获奖等级：二等

授予单位：中华人民共和国教育部

获奖单位：华东理工大学

项目完成人：周晓东、林群芳、范传杰、方立、郭兵兵、邓双辉、陈袁熙

获奖时间：2016

成果介绍：

    本项目属于聚合物基复合材料、塑料加工领域，列入国家863计划、国家自然科学基金、上海市科技发展基金资助计划，并得到企业的大力资助。

    热塑性复合材料便于回收再生、可重复使用，成型周期短、预浸料可长期储存，其研发越来越受到关注，国外已在此领域取得长足进步，我国在这方面的研究起步较晚。

    本课题组从1996年起致力于热塑性复合材料制备与成型工艺的研究，取得的创新性成果如下：

(1)首次提出经大分子偶联剂组装控制复合材料界面结构的新方法，在增强材料与基体间形成强相互作用，同时形成能松弛热应力、缓解应力集中使应力均匀传递的界面柔性层，并大幅提高复合材料吸收冲击能量的能力，形成增强、增韧的界面设计方法。

(2) 针对不同体系及用途，采用熔融浸渍、粉体浸渍、梳理结合气流分散等工艺，获得良好的浸渍效果，形成玻璃纤维毡增强热塑性复合材料、长纤维粒料、长纤维增强片状模塑料及团状模塑料、连续纤维增强热塑性预浸料、可变密度长纤维增强热塑性复合材料等的工业化制备成套技术。

(3) 对基体进行接枝改性，实现对基体及复合材料的增韧，在基体分子链上引入可反应的活性基团，有效改善复合材料的界面粘结及可涂装性能。

(4) 采用双螺杆直接挤出混炼工艺，设计特殊结构的切割、混炼元件，在保证纤维与树脂充分分散的前提下，保持较长的纤维长度，自主设计、建成国内第一条双螺杆直接挤出混炼长纤维增强热塑性复合模塑料及在线模压成型的工业生产装置；形成热塑性复合材料制品成型的成套技术；解决高机头压力与纤维损伤的矛盾，减缓纤维由于拉伸、剪切等作用所引起的取向，建成的幅宽为1500mm双螺杆直接混炼挤出长纤维增强热塑性复合材料片状模塑料生产线为国内外首创。

(5) 通过多组元、多尺度增强材料的组合，形成协同效应，获得力学性能及成型加工性能优异、可设计性强的结构；连续纤维增强热塑性聚合物预浸带经编织形成编织物，该编织物通过层压或与长纤维增强热塑性复合材料模塑料组合获得高性能、高可设计性的复合材料及其制品；连续纤维及其编织物、长纤维与功能性组分组合，形成结构、功能一体化的低成本、高性能、多功能复合材料。

权威检测认证、用户应用证明表明本项目取得了系列创新性成果，采用本项目技术生产的材料及制品达到国外产品的先进水平，部分性能优于国外产品，而成本及设备投资远低于国外技术。研究成果申请中国发明专利23项，实用新型1项，其中已获授权11项。在国内外期刊发表论文150余篇（SCI收录国外期刊64篇），论文被引用1400余次(SCI引用超过690次)。

    开发的技术已在多家企业实现产业化，生产的材料及其制品已在汽车、轨道交通等领域获得应用，替代了大量进口材料，取得了很大的经济效益。提升了我国在热塑性复合材料及其制品的研发水平，带动了相关行业的发展，社会效益显著。