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戴宏波:在产业风口处突围 筑牢复合材料的国产底气

戴宏波:在产业风口处突围 筑牢复合材料的国产底气

2026-07-03 18:45:53 来源:中新网新疆

  当低空经济的产业浪潮加速袭来,高端装备轻量化需求持续升级,碳纤维复合材料早已走出实验室,成为支撑国家战略产业发展的核心基础材料。然而长期以来,国产大丝束碳纤维始终面临成本下探与性能升级难以兼顾的困境,立体编织成型精度不足、复杂结构件量产效率偏低、服役状态无法实时感知、废弃制品回收路径不畅等问题,共同构成产业规模化应用的核心堵点。

  依托现代纺织技术创新中心,戴宏波始终以国家战略需求为锚点,构建起材料制备、结构成型、智能感知、绿色循环四位一体的复合材料全生命周期技术体系。从基础研究的底层突破到产业一线的技术落地,他沿着全链条技术路线持续攻坚,在多重产业风口下精准突围,为高端制造与新兴产业筑牢国产材料的技术底气。

  攻坚材料底座:突破大丝束复材的量产瓶颈

  大丝束碳纤维是降低复合材料制造成本的核心路径,也是推动碳纤维复材从高端小众向通用工业领域渗透的关键抓手。但我国大丝束碳纤维产业长期处于原料供给稳步提升、终端制品性能不足的阶段,多维立体增强体编织效率低、纤维织造损伤控制难、大断面异型结构一体成型工艺不成熟,直接制约了下游产业的国产替代进程。

  作为浙江省“尖兵领雁+X”研发攻关计划大丝束碳纤维多维编织复合材料及其循环利用关键技术项目负责人,戴宏波主导突破了大丝束碳纤维立体编织与复合成型的系列核心卡点。他带领团队打通从纤维增强体到复合成型的全链条技术,重点攻克三维碳/玻纤维增强体环形连续编织、多轴向碳纤维高效织造与损伤控制技术,在提升织造效率的同时最大限度保留纤维力学性能;突破大断面、异型复杂结构件一体成型工艺,通过空间联锁纤维结构弥补传统层合复合材料层间强度弱、受冲击易分层的短板,最终复合材料型材纤维浸渍度突破90%、纤维体积含量达60%以上,核心力学性能比肩进口同类制品。

  技术突破不止停留在实验室。戴宏波团队主动对接产业端,与制造企业联合开展装备与工艺的产业化适配,从三维多层联锁编织预制体参数化设计,到编织-拉挤-缠绕一体化制造系统集成改造,一步步将实验室工艺转化为可规模化复制的产线方案。在他的推动下,高性能大丝束碳纤维复合材料不再是依赖进口的高成本稀缺材料,而是成为支撑风电、海洋工程、交通运输等多领域升级的国产材料底座。

  锚定低空风口:让轻量化技术落地核心场景

  如果说材料技术是产业发展的底层支撑,那么产业场景就是技术突围的核心战场。随着低空经济被纳入国家战略性新兴产业赛道,低空飞行器对桨叶、传动轴等核心结构件的轻量化、高强高韧需求呈爆发式增长。减重直接关系到装备的载荷上限、续航里程与安全性能,碳纤维复合材料正是实现这一目标的核心技术路径。

  戴宏波敏锐把握低空经济的产业风口,牵头开展面向低空飞行器的高强高韧轻量化碳纤维编织复合结构型材研发。针对低空装备结构件交变载荷、抗冲击等特殊工况,他带领团队优化三维编织增强体细观结构,匹配树脂基体界面粘合性能,遵循材料设计、成型制造、服役适配的一体化全链条路线,反向设计纤维编织角度与铺层结构,最终开发的碳纤维复合材料传动轴管减重比例超30%,拉伸强度达1.3GPa以上、拉伸模量突破100GPa,完全满足低空飞行器核心传动与承力部件的性能要求。

  不同于传统先研发材料再匹配结构的研发逻辑,戴宏波团队的一体化路线实现了复杂构件无余量快速制造,解决了传统工艺工序多、周期长、一致性差的痛点。目前,相关技术已逐步向桨叶、传动轴等典型低空飞行器部件落地示范,推动低空制造产业高质化迭代。

  深耕感知协同:开辟结构功能一体化新路径

  在复合材料领域深耕多年,戴宏波始终认为,高性能结构件不只是承担载荷的结构骨架,更应成为具备状态感知能力的功能载体。传统复合材料结构的损伤检测依赖停机离线检测,不仅效率低、成本高,更难以及时发现内部隐性损伤,成为制约复合材料在高端装备中大规模应用的另一重瓶颈。

  这也是戴宏波研究体系中极具原创性的方向,即结构与感知协同技术。围绕复合材料成型与服役全周期的监测需求,他先后承担国家自然科学基金、浙江省自然科学基金等基础研究项目,开辟了导电纳米纤网传感层、分布式原位监测、可视化损伤识别逐层递进的完整技术路径,揭示了导电网络构建与分布式应变响应机制。团队开发的基于碳纳米管导电纤网的压阻型复合材料传感器,可直接嵌入复合材料液体模塑成型过程,实现成型阶段原位质量监控;服役阶段,传感层可精准捕捉结构应变与裂纹扩展,弹性应变敏感系数突破50、裂纹最小分辨率达0.1mm,结合二维电阻抗层析技术可实现内部损伤可视化呈现。

  这种结构承载与健康感知一体的设计,让复合材料结构件拥有了自主感知的神经单元,突破了传统复合材料侧重结构性能、忽略功能集成的局限。对低空飞行器、风电叶片等长期服役于复杂工况的装备而言,这项技术推动运维模式从定期检修向实时预警升级,既提升装备运行安全性,也大幅降低全生命周期运维成本。

  锚定“双碳”闭环:探索绿色循环的产业新范式

  技术突围的终点,从来不是单一产品的性能达标,而是产业全链条的可持续发展。在“双碳”目标背景下,复合材料固有的回收难题愈发凸显。传统热固性复合材料三维交联网络难以降解,回收纤维性能衰减严重、高值化利用率低,既造成资源浪费,也带来环境压力。

  戴宏波的研究布局从一开始就将绿色循环纳入考量,与大丝束复材成型技术形成完整闭环。在尖兵领雁项目研发体系中,他同步布局高效可回收的连续纤维增强热塑性复合材料基体技术,探索大丝束碳纤维解聚回收与原级再利用路径,让制品服役结束后可通过工艺手段实现纤维与树脂高效分离,最大程度保留回收纤维力学性能,实现高值化复用。从材料选型阶段嵌入可回收设计,到成型工艺低能耗优化,再到末端回收技术储备,他的研究形成了绿色制备、高效应用、循环回收的完整产业闭环,推动大丝束碳纤维复合材料向通用级、高性能、绿色化方向持续演进。

  从基础研究深耕到产业场景落地,从材料性能突破到功能边界拓展,戴宏波始终走在产业需求前沿。在低空经济爆发、高端制造升级、“双碳”战略推进的多重风口下,他以科研尖兵的姿态持续突围,把技术突破写在产业一线,让国产复合材料真正成为支撑国家战略产业的硬核力量。

【编辑:程勇】
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