河南省碳纖維復(fù)合材料國際合作實(shí)驗(yàn)室依托河南工業(yè)大學(xué)“機(jī)械工程”一級學(xué)科博士點(diǎn)及博士后科研流動站、“機(jī)械設(shè)計及其自動化制造”國家一流本科專業(yè)，立足河南，面向國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)主戰(zhàn)場，是河南省碳纖維復(fù)合材料的科學(xué)研究基地，也是國內(nèi)以超薄碳纖維紗、帶、織物增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料為研究特色的國際合作實(shí)驗(yàn)室，圍繞該研究方向已獲國家授權(quán)發(fā)明專利12項(xiàng)。

總體定位與研究方向

實(shí)驗(yàn)室以航空、航天、航海領(lǐng)域新產(chǎn)品開發(fā)對輕質(zhì)高強(qiáng)碳纖維復(fù)合材料需求為牽引，開展超薄碳纖維紗、帶、織物增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料及其功能化的應(yīng)用基礎(chǔ)理論研究，探索碳纖維復(fù)合材料高性能化、功能化的關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)問題。通過國際合作，取得國際領(lǐng)先、對我國復(fù)合材料行業(yè)進(jìn)步具有推動作用的理論研究和技術(shù)創(chuàng)新成果，形成“基礎(chǔ)理論研究- 技術(shù)創(chuàng)新- 研究成果轉(zhuǎn)化”的新型創(chuàng)新體系，促進(jìn)國際交流，推進(jìn)科研成果轉(zhuǎn)化。

實(shí)驗(yàn)室特色鮮明的研究方向包括：

（1）超薄、超輕碳纖維紗、帶、織物增強(qiáng)樹脂基（特別是熱塑性樹脂）復(fù)合材料高性能化及功能化微觀、細(xì)觀結(jié)構(gòu)調(diào)控關(guān)鍵基礎(chǔ)問題；

（2）超薄碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)- 功能一體化設(shè)計理論及設(shè)計方法。

實(shí)驗(yàn)室除常規(guī)的復(fù)合材料力學(xué)性能測試、內(nèi)部缺陷無損檢測平臺外，還自主設(shè)計、建設(shè)了3個特色實(shí)驗(yàn)平臺，開展高性能纖維超薄化展紗工藝、超薄碳纖維熱塑性復(fù)合材料成型工藝以及超薄碳纖維預(yù)浸料層合板特種環(huán)境下的性能衰減方面的研究。

關(guān)鍵技術(shù)突破

在鋼鐵材料中利用細(xì)晶強(qiáng)化機(jī)制獲得超高強(qiáng)度鋼已得到廣泛應(yīng)用。如何在碳纖維復(fù)合材料中構(gòu)筑精細(xì)微觀結(jié)構(gòu)，大幅提高其力學(xué)性能，對于發(fā)揮碳纖維的力學(xué)性能潛能，提高復(fù)合材料性能，降低復(fù)合材料使用成本具有重要意義。本實(shí)驗(yàn)室交叉、融合了金屬材料微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控與強(qiáng)化理論，不斷豐富、創(chuàng)新復(fù)合材料基礎(chǔ)理論研究。

實(shí)驗(yàn)室采用碳纖維超薄化精確排列構(gòu)型調(diào)控技術(shù)，減少了纖維偏轉(zhuǎn)、屈曲帶來的力學(xué)性能折損，有利于獲得均勻、細(xì)小的樹脂微觀分布狀態(tài)，提高裂紋擴(kuò)展功能，顯著提高復(fù)合材料的力學(xué)性能，使碳纖維拉伸強(qiáng)度利用率達(dá)到90% 以上。與常規(guī)熱固性碳纖維預(yù)浸料層合板相比，在相同纖維體積分?jǐn)?shù)條件下，超薄碳纖維復(fù)合材料拉伸性能提高了近20%。與常規(guī)熱塑性碳纖維預(yù)浸料層合板相比，其拉伸性能提高了30%。實(shí)驗(yàn)室引入碳纖維空間排列因子，修正了復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)的經(jīng)典理論：兩項(xiàng)混合律。從細(xì)觀力學(xué)的角度揭示了超薄化碳纖維復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)制。

突破的關(guān)鍵技術(shù)方面包括：

（1）建立了流 - 固力場作用下，碳纖維超薄化寬展過程中的均勻、穩(wěn)定、精確排列的工藝參數(shù)優(yōu)化及控制條件，為碳纖維高速、穩(wěn)定超薄寬展提供了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用基礎(chǔ)。

（2）建立了超薄碳纖維熱塑性預(yù)浸料混雜編織的新工藝，自主開發(fā)了相應(yīng)的編織機(jī)，為開發(fā)較復(fù)雜構(gòu)型的碳纖維熱塑性編織預(yù)成型體提供了基礎(chǔ)。

科研成果及轉(zhuǎn)化

（1）與悉尼大學(xué)航空機(jī)電學(xué)院合作開發(fā)了結(jié)構(gòu)電池?zé)o人機(jī)。該無人機(jī)的主承載板采用超薄碳纖維復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)與動力電池組成的結(jié)構(gòu)- 功能一體化設(shè)計，在原設(shè)計的基礎(chǔ)上減重31%，續(xù)航里程增加54%。由于超薄碳纖維復(fù)合材料優(yōu)異的力學(xué)性能，結(jié)構(gòu)電池的抗擠壓、彎曲、沖擊性能均有不同程度的改善。

（2）與安徽卓爾航空科技有限公司合作進(jìn)行超薄預(yù)浸料在航空螺旋槳中應(yīng)用研究及其性能評估。

該螺旋槳直徑較大，厚度較小，截面扭角較大，通過引入一定比例的超薄預(yù)浸料鋪層，提高了該產(chǎn)品的抗疲勞性能和可靠性。

實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人為吳海宏教授、博士生導(dǎo)師，學(xué)術(shù)顧問為中科院院士申長雨教授。實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有研究人員35人，其中教授8人，副教授19人，具有博士學(xué)位研究人員31人。

實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有5個合作研究團(tuán)隊(duì)：

（1）河南工業(yè)大學(xué)吳海宏教授帶領(lǐng)的航空復(fù)合材料研究團(tuán)隊(duì)，負(fù)責(zé)開展超薄碳纖維細(xì)觀結(jié)構(gòu)調(diào)控理論及其預(yù)浸、編織、層合板制造工藝及性能評價研究；

（2）鄭州大學(xué)國家橡塑模具工程研究中心劉春太教授帶領(lǐng)的輕量化設(shè)計團(tuán)隊(duì)，負(fù)責(zé)開展復(fù)合材料性能計算的力學(xué)建模研究；

（3）澳大利亞悉尼大學(xué)航空機(jī)電學(xué)院仝立勇教授帶領(lǐng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計團(tuán)隊(duì)與河南工業(yè)大學(xué)聯(lián)合開展結(jié)構(gòu)- 功能一體化設(shè)計研究；

（4）美國威斯康辛-麥迪遜分校童立生教授負(fù)責(zé)的團(tuán)隊(duì)與河南工業(yè)大學(xué)、江蘇科技大學(xué)周應(yīng)國教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合開展三明治發(fā)泡結(jié)構(gòu)制造及性能評價研究；

（5）意大利COMI 公司與河南工業(yè)大學(xué)合作研究熱塑性層合板制造裝備設(shè)計研究。

實(shí)驗(yàn)室多次參加全國復(fù)合材料大賽，連續(xù)三次獲得超輕機(jī)翼比賽項(xiàng)目前兩名、復(fù)合材料橋梁第三名的好成績，是本科生、碩士研究生的課后創(chuàng)新實(shí)踐平臺。依托實(shí)驗(yàn)室及其相關(guān)項(xiàng)目培養(yǎng)的部分本科生、碩士研究生已經(jīng)成為C929、彩虹號無人機(jī)、高速動車等國家重大項(xiàng)目組成員。

實(shí)驗(yàn)室與清華大學(xué)、大連理工大學(xué)、西安交通大學(xué)、浙江大學(xué)及都靈理工大學(xué)、堪薩斯州立大學(xué)、曼尼托巴大學(xué)、悉尼大學(xué)、威斯康星- 麥迪遜分校、鄭州機(jī)械研究所、鄭州磨料磨具磨削研究所等國內(nèi)外知名院校和科研院所建立了合作關(guān)系，共同推進(jìn)產(chǎn)、學(xué)、研協(xié)同創(chuàng)新。

實(shí)驗(yàn)室與光威復(fù)材、南京玻璃纖維設(shè)計研究院就T800 碳纖維、高強(qiáng)玻璃纖維的展紗工藝及其性能評價開展了合作探索研究。