
陳祥寶,材料科學家、複合材料專(zhuan) 家,中國工程院院士。1978~1984年就讀於(yu) 北京航空航天大學材料科學與(yu) 工程學院,獲學士和碩士學位,1991年畢業(ye) 於(yu) 比利時魯汶大學,獲工學博士學位。2011年當選為(wei) 中國工程院院士。現任中航工業(ye) 北京航空材料研究院研究員、博士生導師、副院長、總裝先進材料技術專(zhuan) 業(ye) 組副組長,兼任先進複合材料國防科技重點實驗室主任。
陳祥寶長期從(cong) 事先進樹脂基結構複合材料和結構/功能一體(ti) 化複合材料研究工作,帶領團隊研製了耐高溫高韌性複合材料、低溫固化高性能複合材料和結構功能一體(ti) 化複合材料,發展了複合材料製造過程模擬優(you) 化和自動鋪放技術,提升了樹脂基複合材料性能、功能和製造技術水平,並得到大量應用,為(wei) 我國樹脂基複合材料的發展和應用作出了重要貢獻。
低溫固化,推進複合材料製造低成本
先進樹脂基複合材料的高成本是製約其大規模應用的重要因素。複合材料60%-70%的成本來自製造過程,包括能耗、模具和輔助材料成本,這三者同時被什麽(me) 因素影響呢?答案是:複合材料的固化溫度!固化溫度越高,能耗就越高、模具和輔助材料的成本就越高,如果把複合材料的固化溫度降低到80℃以下,複合材料的製造成本就會(hui) 大大降低。
陳祥寶及其團隊抓住低溫固化這個(ge) 降低製造成本的關(guan) 鍵,但說時容易做時難,當把環氧樹脂降低到80℃以下低溫固化,隨即帶來的問題是如何使低溫固化的複合材料預浸料在室溫下有足夠長的保存時間。
麵對這樣一些問題,陳祥寶帶領團隊曆時5年多,合成了新型潛伏性固化劑,這種固化劑在室溫下跟環氧樹脂反應非常緩慢,但在60℃-80℃時能夠迅速和環氧樹脂發生化學反應;通過控製固化劑在環氧樹脂的溶解性和形態,將固化劑做成了在室溫狀態下不溶於(yu) 環氧樹脂的顆粒,當升溫到60℃的時候,固化劑顆粒就會(hui) 融化,擴大了反應麵積,使得複合材料迅速固化。
低溫固化高性能複合材料的成功研製,解決(jue) 了複合材料成本過高的問題,而且還具有與(yu) 常用中溫、高溫固化複合材料一樣的高性能,極大地促進了高性能複合材料應用領域的擴大。目前低溫固化高性能複合材料已經在預警機、無人機和直升機構件獲得應用。該項目獲得了國家技術發明二等獎。
模擬優(you) 化,引領複合材料研究新時代
傳(chuan) 統的材料學是一門實驗學科,要製造出理想的複合材料,也需要一次次去反複實驗,才能優(you) 化材料的製造工藝,會(hui) 耗費大量的人力、財力、物力,材料研製周期長、成本高。
如何提高複合材料研究過程的效率呢?陳祥寶帶領科研團隊首先係統研究了樹脂基複合材料製造過程的熱化學、熱物理規律,然後摒棄從(cong) 物理本質去模擬的傳(chuan) 統思路,而是化繁為(wei) 簡,利用反應熱和溫度這兩(liang) 個(ge) 核心要素來表征實際的固化反應,采用製造過程固化動力學方程和溫度場分布模型。之後,陳祥寶帶領團隊又建立了樹脂流動浸潤模型,發展了固化變形控製和製造過程工藝優(you) 化技術,形成了結構完整、實用的“先進樹脂基複合材料製造模擬與(yu) 優(you) 化係統”,該係統具有樹脂基複合材料製造過程樹脂固化和流動模擬、製造成本和固化變形預測、製造過程工藝參數優(you) 化等多種功能。
該係統的成功研製,縮短了複合材料的研製周期,提高了研製水平,同時也間接降低了複合材料的製造成本。例如,某種複合材料的固化時間之前被認為(wei) 是12小時,但通過該係統工藝優(you) 化後,發現隻需經過6小時固化,就能達到之前12小時固化後的性能,明顯提高了複合材料的固化效率。
“先進樹脂基複合材料製造模擬與(yu) 優(you) 化技術”目前已在複合材料研製過程中大量應用。該技術最終獲得了國家科技進步二等獎。一位著名的複合材料專(zhuan) 家這樣評價(jia) 道:這項成果“將樹脂基複合材料製造工藝從(cong) 實驗研究推進到實驗研究和數值模擬相結合的新時期”。
除此之外,陳祥寶和他的團隊持續開展了複合材料增韌技術研究,發展了複合材料樹脂基體(ti) 分子結構改性、高性能熱塑性樹脂本體(ti) 增韌及“層間協同增韌”技術,建立了高韌性複合材料技術體(ti) 係,成功研製了高韌性和 RTM 環氧複合材料及高韌性雙馬複合材料;開展了國產(chan) 碳纖維增強高性能複合材料應用技術研究,牽引和促進了國產(chan) 碳纖維 CCF—300實現穩定生產(chan) 和工程應用;主持了複合材料自動鋪帶技術研究,建立了複合材料預浸帶技術標準和自動鋪帶工藝規範,明顯提高了製造效率,提升了複合材料構件自動化製造技術水平。
報國不止,踏上複合材料發展新征途
陳祥寶堅持查閱文獻資料,整理發展思路,撰寫(xie) 學術論文,無私地向社會(hui) 公開他的科研經驗,至今已先後出版著(譯)作11部,發表論文70多篇。與(yu) 他人合著的《高性能樹脂基體(ti) 》出版3個(ge) 月內(nei) 就銷售一空。他編寫(xie) 的國內(nei) 第一本《聚合物基複合材料手冊(ce) 》,被認為(wei) 是國內(nei) 最具權威的複合材料手冊(ce) 。
憑著對航空事業(ye) 的堅定執著和無限忠誠,陳祥寶主持的一係列科研成果大大促進了先進樹脂基複合材料在新一代裝備上的發展和應用。相關(guan) 成果獲國家技術發明二等獎1項,國家科技進步二等獎1項,國防科學技術一等獎4項,部級科技二等獎3項;申請國防專(zhuan) 利50項(30項授權)。
陳祥寶說,現代飛機的複合材料用量會(hui) 越來越大,技術要求也越來越高,目前波音787客機上的複合材料用量已經達到了50%,盡管我國複合材料的研究正在逐漸接近世界先進水平,但在複合材料應用方麵,我們(men) 仍然差距很大。
關(guan) 於(yu) 我國複合材料研究未來發展方向,陳祥寶認為(wei) ,發動機用耐高溫複合材料、結構功能一體(ti) 化複合材料、超高韌性複合材料、複合材料與(yu) 納米技術的融合等應該是重點發展方向。對於(yu) 複合材料製造的發展,陳祥寶希望有一天,我們(men) 能實現複合材料結構的整體(ti) 化、製造的自動化、製造過程的數字化、過程控製的智能化。
這就是陳祥寶——一個(ge) 航空技術發展的耕耘者!一個(ge) 複合材料研究的領航人!#p#分頁標題#e#
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