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【復材之聲】人物專訪第八期丨以柔克剛:翟文教授解密纖維復合材料的“防護密碼”
來源: 時間: 2025-11-12 瀏覽: 6619

“聽材料之聲,探未來之路。由中國復合材料學會推出的《復材之聲》,聚焦復合材料前沿科技、產業動態和專家觀點。致力于搭建一個交流平臺,匯行業精英,享真知灼見,共同推動中國復合材料產業蓬勃發展!”

復合材料,是科技創新的重要基石,也是推動產業變革的關鍵力量。在新能源、航空航天、電子信息等領域,高性能復合材料正發揮著不可替代的作用。然而,如何突破材料性能的極限?如何實現從實驗室到產業化的跨越?這些問題不僅關乎技術本身,更關乎國家科技競爭力的提升。

當纖維復合材料以“柔”的姿態實現“剛”的防護,當黃河堵漏技術助推兩棲坦克駛過天安門——材料科學的突破,正悄然重塑國防與民生的安全邊界。

本期《復材之聲》對話中國兵器工業集團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邏輯與實戰智慧:

機理創新:如何通過“厚向梯度疊層設計”破解纖維復合材料“知其然不知其所以然”的困境?

技術體系:“以柔克剛”理念如何實現減重20%-50%的輕量化防護突破?

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?

產學研協同:高校、科研院所與企業如何打好科技成果轉化的“排球賽”?

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一、翟教授,您在“纖維復合材料防護機理與結構設計”方面有哪些顛覆性創新?

翟教授的回答:也談不上顛覆性的創新,可以說在前期研究工作中做出了一些貢獻吧。第一點是我們團隊提出了抗彈纖維拉伸強度和橫向抗壓強度要協同提高的設計理念,豐富了抗彈基礎原理。第二個是闡明了纖維復合材料結構-工藝-性能之間的耦合作用機制以及厚向界面結合特性與防彈性能之間的作用機制,提出了厚向增強梯度疊層復合的設計理念,突破了疊層織物結構設計及可控織造技術,實現了防護裝備的模塊化設計。第三點是我們研究了纖維復合材料能量耗散機理,構建了多尺度參數化模型,開發了評估軟件和數據庫,建立了試驗驗證平臺,使設計驗證優化快速迭代。實現了抗彈復合材料及防護裝備的數字化/模型化,解決了防護結構設計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“高效抗沖擊復合材料技術體系”如何平衡“輕量化”與“高防護等級”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。我們采用有機纖維復合材料和高吸能彈性體代替傳統的防彈鋼板,通過材料創新、結構優化、多尺度協同設計三大核心路徑,突破了單向正交UD布預浸料和半浸滲機織布預浸料的設計自備技術,與同等防護能力的裝甲鋼相比,重量減輕了20%到50%,解決了傳統防護材料‘輕量化’與‘高防護等級’的矛盾,攻克了“高防護與輕量化難以兼顧”的行業瓶頸難題。

三、翟教授,您主持開發的功能聚氨酯材料等軍轉民技術,在民用領域(如安全防護、應急救援)實現了哪些成功應用?

翟教授的回答:在應用方面,一是軍轉民,二是民參軍,還有軍民融合發展,下面舉例說明。

第一個是我們研究的無溶劑功能聚氨酯彈性體涂料,國內裝甲車輛因重量增加,其扭桿采用了高強度鋼制造,高強度鋼對“氫脆”非常敏感,原帶繞底漆保護法無法滿足防護要求。我們研制的這種涂料集防腐防護于一體,在保持優異防腐性能的同時,大幅提高涂層抗沖擊和耐磨損性能,解決了我國“高強度扭桿保護”的關鍵技術難題,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步三等獎,已在我國四種重點型號上應用,還推廣至高鐵平衡軸和車軸。另外,我們研制的復合夾層板已在70多個重點裝備型號上應用,并推廣到民航飛機的防鳥撞板。這兩個成果均為先軍用后民用。

第二個是我們采用聚氨酯彈性體和有機纖維增強復合材料設計了柔性防爆罐,高防護性能低附帶毀傷。這個成果獲首屆中國軍民兩用技術創新應用大賽獎勵。中央電視臺科教頻道也對我們團隊進行了專題報道。這個項目是軍隊、武警、社會公共安全領域都可以用,軍民融合。

第三個是我們研制的黃河堵漏用高強度聚氨酯/脲互貫網絡微孔結構泡沫,原本用于黃河堵漏,后推廣至我國水陸兩棲坦克。當時水陸兩棲坦克設計定型,其他方面都達技術指標,僅航速距指標差0.7海里每小時。原因是吃水線太深導致航速不達標,于是我們用該結構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,滿足設計指標并順利定型。該裝備還帶著我的產品多次通過天安門接受檢閱。我常給新員工講這個故事,鼓勵他們我們多突破一點,裝備性能就強一分,國家的底氣就足一分。

四、翟教授,您負責論證建設的‘高效抗沖擊與功能防護材料工程技術中心’,如何推動產學研協同創新?

翟教授的回答:高效抗沖擊與功能防護材料工程技術中心通過構建“需求牽引—聯合攻關—中試熟化—市場應用” 的全鏈條產學研協同模式,縮短了從實驗室到產業化的周期,推動產學研協同創新,在行業技術升級中發揮了關鍵引領作用。

該中心在行業技術升級中從核心技術突破、標準體系構建、產業鏈協同、軍轉民民參軍應用拓展、人才與創新生態培育五個維度,形成科研到市場的閉環推進,發揮獨特作用:打破國外壟斷、規范生產與質量、形成完整產業鏈、實現軍民深度融合、營造持續創新氛圍。我們與煙臺泰和新材的聯合創新成果獲山東省科技進步一等獎并推薦國家獎,培養的研究生周子言等獲山東省研究生創新成果獎,負責人翟文研究員獲評山東省優秀研究生導師,團隊獲評2023年度山東省優秀研究生導學團隊。總之,中心涵蓋高校、科研院所和企業,高校解決科學問題、開展技術科研,科研院所突破關鍵技術,企業進行產業化。產業化建設如排球賽,高校是一傳手,科研院所是二傳手,企業是主攻手,三者配合才能成功。所以,我國未來發展采取高校、科研院所和企業聯合進行產業化攻關是最佳途徑。  

從實驗室的“多尺度參數化模型”到閱兵場的“兩棲坦克浮力材料”,翟文教授用科研實踐詮釋了材料創新的三重境界:機理突破是根基,體系構建是路徑,軍民融合是價值。

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

當功能聚氨酯涂料從裝甲車輛走向高鐵車軸,當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遷移的智慧,更是一代材料人“國家需求在哪里,創新戰場就在哪里”的使命擔當。

下期內容,敬請期待!

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