“听材料之声,探未来之路。由中国复合材料学会推出的《复材之声》,聚焦复合材料前沿科技、产业动态和专家观点。致力于搭建一个交流平台,汇行业精英,享真知灼见,共同推动中国复合材料产业蓬勃发展!”
复合材料,是科技创新的重要基石,也是推动产业变革的关键力量。在新能源、航空航天、电子信息等领域,高性能复合材料正发挥着不可替代的作用。然而,如何突破材料性能的极限?如何实现从实验室到产业化的跨越?这些问题不仅关乎技术本身,更关乎国家科技竞争力的提升。
当纤维复合材料以“柔”的姿态实现“刚”的防护,当黄河堵漏技术助推两栖坦克驶过天安门——材料科学的突破,正悄然重塑国防与民生的安全边界。
本期《复材之声》对话中国兵器工业集团第五三研究所翟文研究员,揭开高效抗冲击材料背后的科学逻辑与实战智慧:
机理创新:如何通过“厚向梯度叠层设计”破解纤维复合材料“知其然不知其所以然”的困境?
技术体系:“以柔克刚”理念如何实现减重20%-50%的轻量化防护突破?
军民融合:聚氨酯弹性体如何从黄河堵漏“跨界”至两栖坦克,并三次亮相阅兵式?
产学研协同:高校、科研院所与企业如何打好科技成果转化的“排球赛”?

一、翟教授,您在“纤维复合材料防护机理与结构设计”方面有哪些颠覆性创新?
翟教授的回答:也谈不上颠覆性的创新,可以说在前期研究工作中做出了一些贡献吧。第一点是我们团队提出了抗弹纤维拉伸强度和横向抗压强度要协同提高的设计理念,丰富了抗弹基础原理。第二个是阐明了纤维复合材料结构-工艺-性能之间的耦合作用机制以及厚向界面结合特性与防弹性能之间的作用机制,提出了厚向增强梯度叠层复合的设计理念,突破了叠层织物结构设计及可控织造技术,实现了防护装备的模块化设计。第三点是我们研究了纤维复合材料能量耗散机理,构建了多尺度参数化模型,开发了评估软件和数据库,建立了试验验证平台,使设计验证优化快速迭代。实现了抗弹复合材料及防护装备的数字化/模型化,解决了防护结构设计存在的知其然而不知其所以然和简单的画加打问题。
二、翟教授,您建立的“高效抗冲击复合材料技术体系”如何平衡“轻量化”与“高防护等级”之间的矛盾?
翟教授的回答:可以用一句话概括那就是以柔克刚。我们采用有机纤维复合材料和高吸能弹性体代替传统的防弹钢板,通过材料创新、结构优化、多尺度协同设计三大核心路径,突破了单向正交UD布预浸料和半浸渗机织布预浸料的设计自备技术,与同等防护能力的装甲钢相比,重量减轻了20%到50%,解决了传统防护材料‘轻量化’与‘高防护等级’的矛盾,攻克了“高防护与轻量化难以兼顾”的行业瓶颈难题。
三、翟教授,您主持开发的功能聚氨酯材料等军转民技术,在民用领域(如安全防护、应急救援)实现了哪些成功应用?
翟教授的回答:在应用方面,一是军转民,二是民参军,还有军民融合发展,下面举例说明。
第一个是我们研究的无溶剂功能聚氨酯弹性体涂料,国内装甲车辆因重量增加,其扭杆采用了高强度钢制造,高强度钢对“氢脆”非常敏感,原带绕底漆保护法无法满足防护要求。我们研制的这种涂料集防腐防护于一体,在保持优异防腐性能的同时,大幅提高涂层抗冲击和耐磨损性能,解决了我国“高强度扭杆保护”的关键技术难题,使扭杆抗磕碰和防腐蚀性提高,使用寿命提升25%以上。此成果获国防科技进步三等奖,已在我国四种重点型号上应用,还推广至高铁平衡轴和车轴。另外,我们研制的复合夹层板已在70多个重点装备型号上应用,并推广到民航飞机的防鸟撞板。这两个成果均为先军用后民用。
第二个是我们采用聚氨酯弹性体和有机纤维增强复合材料设计了柔性防爆罐,高防护性能低附带毁伤。这个成果获首届中国军民两用技术创新应用大赛奖励。中央电视台科教频道也对我们团队进行了专题报道。这个项目是军队、武警、社会公共安全领域都可以用,军民融合。
第三个是我们研制的黄河堵漏用高强度聚氨酯/脲互贯网络微孔结构泡沫,原本用于黄河堵漏,后推广至我国水陆两栖坦克。当时水陆两栖坦克设计定型,其他方面都达技术指标,仅航速距指标差0.7海里每小时。原因是吃水线太深导致航速不达标,于是我们用该结构泡沫制备了浮力材料抬高吃水线,使装备航速提高1.5海里每小时,满足设计指标并顺利定型。该装备还带着我的产品多次通过天安门接受检阅。我常给新员工讲这个故事,鼓励他们我们多突破一点,装备性能就强一分,国家的底气就足一分。
四、翟教授,您负责论证建设的‘高效抗冲击与功能防护材料工程技术中心’,如何推动产学研协同创新?
翟教授的回答:高效抗冲击与功能防护材料工程技术中心通过构建“需求牵引—联合攻关—中试熟化—市场应用” 的全链条产学研协同模式,缩短了从实验室到产业化的周期,推动产学研协同创新,在行业技术升级中发挥了关键引领作用。
该中心在行业技术升级中从核心技术突破、标准体系构建、产业链协同、军转民民参军应用拓展、人才与创新生态培育五个维度,形成科研到市场的闭环推进,发挥独特作用:打破国外垄断、规范生产与质量、形成完整产业链、实现军民深度融合、营造持续创新氛围。我们与烟台泰和新材的联合创新成果获山东省科技进步一等奖并推荐国家奖,培养的研究生周子言等获山东省研究生创新成果奖,负责人翟文研究员获评山东省优秀研究生导师,团队获评2023年度山东省优秀研究生导学团队。总之,中心涵盖高校、科研院所和企业,高校解决科学问题、开展技术科研,科研院所突破关键技术,企业进行产业化。产业化建设如排球赛,高校是一传手,科研院所是二传手,企业是主攻手,三者配合才能成功。所以,我国未来发展采取高校、科研院所和企业联合进行产业化攻关是最佳途径。
从实验室的“多尺度参数化模型”到阅兵场的“两栖坦克浮力材料”,翟文教授用科研实践诠释了材料创新的三重境界:机理突破是根基,体系构建是路径,军民融合是价值。
“高校是一传手,科研院所是二传手,企业是主攻手——三者配合,才能打赢产业化这场‘排球赛’。”
当功能聚氨酯涂料从装甲车辆走向高铁车轴,当柔性防爆罐通过央视镜头传递公共安全信念,我们看到的不仅是技术迁移的智慧,更是一代材料人“国家需求在哪里,创新战场就在哪里”的使命担当。
下期内容,敬请期待!