2026年03月31日 星期二
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【復(fù)材之聲】人物專訪第八期丨以柔克剛:翟文教授解密纖維復(fù)合材料的“防護(hù)密碼”
來源: 時(shí)間: 2025-11-12 瀏覽: 6136

“聽材料之聲,探未來之路。由中國復(fù)合材料學(xué)會推出的《復(fù)材之聲》,聚焦復(fù)合材料前沿科技、產(chǎn)業(yè)動態(tài)和專家觀點(diǎn)。致力于搭建一個(gè)交流平臺,匯行業(yè)精英,享真知灼見,共同推動中國復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展!”

復(fù)合材料,是科技創(chuàng)新的重要基石,也是推動產(chǎn)業(yè)變革的關(guān)鍵力量。在新能源、航空航天、電子信息等領(lǐng)域,高性能復(fù)合材料正發(fā)揮著不可替代的作用。然而,如何突破材料性能的極限?如何實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)化的跨越?這些問題不僅關(guān)乎技術(shù)本身,更關(guān)乎國家科技競爭力的提升。

當(dāng)纖維復(fù)合材料以“柔”的姿態(tài)實(shí)現(xiàn)“剛”的防護(hù),當(dāng)黃河堵漏技術(shù)助推兩棲坦克駛過天安門——材料科學(xué)的突破,正悄然重塑國防與民生的安全邊界。

本期《復(fù)材之聲》對話中國兵器工業(yè)集團(tuán)第五三研究所翟文研究員,揭開高效抗沖擊材料背后的科學(xué)邏輯與實(shí)戰(zhàn)智慧:

機(jī)理創(chuàng)新:如何通過“厚向梯度疊層設(shè)計(jì)”破解纖維復(fù)合材料“知其然不知其所以然”的困境?

技術(shù)體系:“以柔克剛”理念如何實(shí)現(xiàn)減重20%-50%的輕量化防護(hù)突破?

軍民融合:聚氨酯彈性體如何從黃河堵漏“跨界”至兩棲坦克,并三次亮相閱兵式?

產(chǎn)學(xué)研協(xié)同:高校、科研院所與企業(yè)如何打好科技成果轉(zhuǎn)化的“排球賽”?

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一、翟教授,您在“纖維復(fù)合材料防護(hù)機(jī)理與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”方面有哪些顛覆性創(chuàng)新?

翟教授的回答:也談不上顛覆性的創(chuàng)新,可以說在前期研究工作中做出了一些貢獻(xiàn)吧。第一點(diǎn)是我們團(tuán)隊(duì)提出了抗彈纖維拉伸強(qiáng)度和橫向抗壓強(qiáng)度要協(xié)同提高的設(shè)計(jì)理念,豐富了抗彈基礎(chǔ)原理。第二個(gè)是闡明了纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)-工藝-性能之間的耦合作用機(jī)制以及厚向界面結(jié)合特性與防彈性能之間的作用機(jī)制,提出了厚向增強(qiáng)梯度疊層復(fù)合的設(shè)計(jì)理念,突破了疊層織物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及可控織造技術(shù),實(shí)現(xiàn)了防護(hù)裝備的模塊化設(shè)計(jì)。第三點(diǎn)是我們研究了纖維復(fù)合材料能量耗散機(jī)理,構(gòu)建了多尺度參數(shù)化模型,開發(fā)了評估軟件和數(shù)據(jù)庫,建立了試驗(yàn)驗(yàn)證平臺,使設(shè)計(jì)驗(yàn)證優(yōu)化快速迭代。實(shí)現(xiàn)了抗彈復(fù)合材料及防護(hù)裝備的數(shù)字化/模型化,解決了防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的知其然而不知其所以然和簡單的畫加打問題。

二、翟教授,您建立的“高效抗沖擊復(fù)合材料技術(shù)體系”如何平衡“輕量化”與“高防護(hù)等級”之間的矛盾?

翟教授的回答:可以用一句話概括那就是以柔克剛。我們采用有機(jī)纖維復(fù)合材料和高吸能彈性體代替?zhèn)鹘y(tǒng)的防彈鋼板,通過材料創(chuàng)新、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、多尺度協(xié)同設(shè)計(jì)三大核心路徑,突破了單向正交UD布預(yù)浸料和半浸滲機(jī)織布預(yù)浸料的設(shè)計(jì)自備技術(shù),與同等防護(hù)能力的裝甲鋼相比,重量減輕了20%到50%,解決了傳統(tǒng)防護(hù)材料‘輕量化’與‘高防護(hù)等級’的矛盾,攻克了“高防護(hù)與輕量化難以兼顧”的行業(yè)瓶頸難題。

三、翟教授,您主持開發(fā)的功能聚氨酯材料等軍轉(zhuǎn)民技術(shù),在民用領(lǐng)域(如安全防護(hù)、應(yīng)急救援)實(shí)現(xiàn)了哪些成功應(yīng)用?

翟教授的回答:在應(yīng)用方面,一是軍轉(zhuǎn)民,二是民參軍,還有軍民融合發(fā)展,下面舉例說明。

第一個(gè)是我們研究的無溶劑功能聚氨酯彈性體涂料,國內(nèi)裝甲車輛因重量增加,其扭桿采用了高強(qiáng)度鋼制造,高強(qiáng)度鋼對“氫脆”非常敏感,原帶繞底漆保護(hù)法無法滿足防護(hù)要求。我們研制的這種涂料集防腐防護(hù)于一體,在保持優(yōu)異防腐性能的同時(shí),大幅提高涂層抗沖擊和耐磨損性能,解決了我國“高強(qiáng)度扭桿保護(hù)”的關(guān)鍵技術(shù)難題,使扭桿抗磕碰和防腐蝕性提高,使用壽命提升25%以上。此成果獲國防科技進(jìn)步三等獎(jiǎng),已在我國四種重點(diǎn)型號上應(yīng)用,還推廣至高鐵平衡軸和車軸。另外,我們研制的復(fù)合夾層板已在70多個(gè)重點(diǎn)裝備型號上應(yīng)用,并推廣到民航飛機(jī)的防鳥撞板。這兩個(gè)成果均為先軍用后民用。

第二個(gè)是我們采用聚氨酯彈性體和有機(jī)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料設(shè)計(jì)了柔性防爆罐,高防護(hù)性能低附帶毀傷。這個(gè)成果獲首屆中國軍民兩用技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用大賽獎(jiǎng)勵(lì)。中央電視臺科教頻道也對我們團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了專題報(bào)道。這個(gè)項(xiàng)目是軍隊(duì)、武警、社會公共安全領(lǐng)域都可以用,軍民融合。

第三個(gè)是我們研制的黃河堵漏用高強(qiáng)度聚氨酯/脲互貫網(wǎng)絡(luò)微孔結(jié)構(gòu)泡沫,原本用于黃河堵漏,后推廣至我國水陸兩棲坦克。當(dāng)時(shí)水陸兩棲坦克設(shè)計(jì)定型,其他方面都達(dá)技術(shù)指標(biāo),僅航速距指標(biāo)差0.7海里每小時(shí)。原因是吃水線太深導(dǎo)致航速不達(dá)標(biāo),于是我們用該結(jié)構(gòu)泡沫制備了浮力材料抬高吃水線,使裝備航速提高1.5海里每小時(shí),滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)并順利定型。該裝備還帶著我的產(chǎn)品多次通過天安門接受檢閱。我常給新員工講這個(gè)故事,鼓勵(lì)他們我們多突破一點(diǎn),裝備性能就強(qiáng)一分,國家的底氣就足一分。

四、翟教授,您負(fù)責(zé)論證建設(shè)的‘高效抗沖擊與功能防護(hù)材料工程技術(shù)中心’,如何推動產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新?

翟教授的回答:高效抗沖擊與功能防護(hù)材料工程技術(shù)中心通過構(gòu)建“需求牽引—聯(lián)合攻關(guān)—中試熟化—市場應(yīng)用” 的全鏈條產(chǎn)學(xué)研協(xié)同模式,縮短了從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)化的周期,推動產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新,在行業(yè)技術(shù)升級中發(fā)揮了關(guān)鍵引領(lǐng)作用。

該中心在行業(yè)技術(shù)升級中從核心技術(shù)突破、標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同、軍轉(zhuǎn)民民參軍應(yīng)用拓展、人才與創(chuàng)新生態(tài)培育五個(gè)維度,形成科研到市場的閉環(huán)推進(jìn),發(fā)揮獨(dú)特作用:打破國外壟斷、規(guī)范生產(chǎn)與質(zhì)量、形成完整產(chǎn)業(yè)鏈、實(shí)現(xiàn)軍民深度融合、營造持續(xù)創(chuàng)新氛圍。我們與煙臺泰和新材的聯(lián)合創(chuàng)新成果獲山東省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)并推薦國家獎(jiǎng),培養(yǎng)的研究生周子言等獲山東省研究生創(chuàng)新成果獎(jiǎng),負(fù)責(zé)人翟文研究員獲評山東省優(yōu)秀研究生導(dǎo)師,團(tuán)隊(duì)獲評2023年度山東省優(yōu)秀研究生導(dǎo)學(xué)團(tuán)隊(duì)??傊?,中心涵蓋高校、科研院所和企業(yè),高校解決科學(xué)問題、開展技術(shù)科研,科研院所突破關(guān)鍵技術(shù),企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化。產(chǎn)業(yè)化建設(shè)如排球賽,高校是一傳手,科研院所是二傳手,企業(yè)是主攻手,三者配合才能成功。所以,我國未來發(fā)展采取高校、科研院所和企業(yè)聯(lián)合進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)是最佳途徑。  

從實(shí)驗(yàn)室的“多尺度參數(shù)化模型”到閱兵場的“兩棲坦克浮力材料”,翟文教授用科研實(shí)踐詮釋了材料創(chuàng)新的三重境界:機(jī)理突破是根基,體系構(gòu)建是路徑,軍民融合是價(jià)值

“高校是一傳手,科研院所是二傳手,企業(yè)是主攻手——三者配合,才能打贏產(chǎn)業(yè)化這場‘排球賽’?!?/span>

當(dāng)功能聚氨酯涂料從裝甲車輛走向高鐵車軸,當(dāng)柔性防爆罐通過央視鏡頭傳遞公共安全信念,我們看到的不僅是技術(shù)遷移的智慧,更是一代材料人“國家需求在哪里,創(chuàng)新戰(zhàn)場就在哪里”的使命擔(dān)當(dāng)。

下期內(nèi)容,敬請期待!

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