一、作品简介  
  本团队研发的碳纤维泡沫夹层材料，以“让每一辆车都能用得起轻量且高性能的材料”为出发点，通过分析市场对碳纤维夹层材料的需求，结合本团队对节能车辆研究的经验以及所掌握的复合材料结构设计技术、成型工艺技术、材料加工技术，最终研发出了这种新型的碳纤维泡沫夹层材料。本产品比刚度比强度优于纯碳纤维结构，在相同质量条件下，夹层结构的抗弯刚度更好，更不易变形。在未来，本公司的碳纤维夹层材料更是能运用到汽车、无人机、医疗器械、航空航天、测量设备等多种领域，并在轨道交通、工业装备以及体育用品等行业也有广阔的发展前景。

二、创作背景
  自20世纪60年代碳纤维首次商业化以来，碳纤维产业规模不断扩大，产品的品质不断提高2023年全球碳纤维产能已达到23-25万吨（按照365天连续生产12K/24K碳纤维丝束的标准计算）。高性能碳纤维以其高比强度、高模量、可设计、防腐蚀和抗疲劳等突出特点，具有玻璃纤维所不能比拟的优势，已成为发展先进武器装备的关键材料。
  当前，国际复合材料产业呈现蓬勃发展态势，据估计，未来五年内先进复合材料将以每年8%的增长速度发展，而随着民用航空、汽车工业等领域的快速发展，全球高性能碳纤维材料的需求量年增幅可达12%，亚太地区将会有更高的增长率。碳纤维及其复合材料产业将面临前所未有的发展空间和机遇。
  我国在碳纤维复合材料的研究方面起步不晚,但由于在复合材料的制备、性能分析和设计等方面还比较落后，与发达国家相比，碳纤维复合材料在国内相关领域特别是航空航天领域的应用还存在较大差距。要扩大碳纤维及其复合材料的应用范围，应该一方面开发高性能的碳纤维，打破国外对我国的封锁，满足我国军事、航空航天等行业的要求；另一方面研究开发有特色的具有自主知识产权的低成本碳纤维生产技术以及成型费用低的复合材料制造新工艺。随着我国在碳纤维生产以及复合材料制备工艺领域的进一步发展，碳纤维及其复合材料在建筑、交通、化工等民用领域的应用前景将十分乐观，而其在航空航天及军事领域的应用也会更加的广泛。
  在碳纤维及其复合材料产业将面临前所未有的机遇下，本公司通过分析市场对碳纤维夹层车身材料的需求，结合本公司研发团队对节能车辆研究的经验以及所掌握的复合材料结构设计技术、成型工艺技术、材料加工技术，最终研发出了这种新型的碳纤维/泡沫夹层车身。而当前市场对于夹层结构的研究仍然匮乏，市场对碳纤维夹层材料的需求却处于高速增长阶段，因此本公司的碳纤维夹层材料，具有较高的市场运用前景。本公司生产的碳纤维夹层车身既充分利用了纤维材料强度高、重量轻的优势，又巧妙地借助轻质芯材所获得的截面惯性矩，可以达到理想的结构性能。由于其具有比强度和比刚度高、可设计性强、质量轻等其他材料不可比拟的特点，以及适应于轻质、高速、安全、抗疲劳、耐腐蚀、隐形等材料特性的发展趋势，未来可涉及车辆、工业装备、军事设施、国防工程、舰船、建筑等领域。由此可见，碳纤维夹层车身材料是一种具有广阔发展前景的材料与结构形式，这对促进我国汽车领域转型，提高车辆水平以及提升我国汽车行业材料应用领域的核心竞争力具有重要意义。

三、作品介绍
1.主要技术
①基于结构功能的定向设计技术；
②复合材料泡沫夹层结构成型技术；
③碳纤维复合材料高质高效加工技术；
④高稳定碳纤维制品设计与成型技术；
⑤大型弱刚性高精度基准件设计及成型技术。
2.核心技术
  本项目将复合材料结构设计技术、成型工艺技术与材料加工技术结合起来，开发出了新型的碳纤维/泡沫夹层结构产品。同时，采用高效低成本的生产模式，以及对工艺过程严格的质量控制，从而实现结构产品的产业化。
  本项目的特点是设计/工艺/加工一体化，将复合材料结构设计、工艺设计、成型过程以及质量控制密切结合，充分利用复合材料性能的可设计性，优化结构形式，在严格的质量控制体系下，提高产品的综合性能。
①基于结构功能的定向设计技术
  复合材料夹层结构分为三部分，最外层是面板，主要承受弯曲变形引起的正应力，采用高强、高模量的材料制造；中间是芯材，为夹层结构提供足够的截面惯性矩，主要承受剪应力；面板和芯材之间是胶接层，芯材带有阵列小孔，通过树脂将两者粘接在一起，阵列小孔使上下表面与芯材形成了柱状加强筋。根据产品实际载荷以及接口条件，通过仿真计算得出夹芯材料的规格尺寸，碳纤维的铺层方向及层数，反复进行迭代计算后，获得最优的设计结果。
②复合材料泡沫夹层结构成型技术
  使用具有阵列增强孔的PVC泡沫作为芯材，在加热加压的条件下制备出网格碳纤维面板，然后将碳纤维面板与PVC泡沫芯材用增强纤维和环氧树脂胶接到一起，接着用热压机层压工艺在指定的压力和温度条件下完成固化，固化完成后脱模即可获得最终产品。通过该方法获得的复合材料夹层结构具有良好的整体性能，较高的剥离强度以及尺寸精度。
③夹层结构干法成型技术
  碳纤维夹层结构的干法成型工艺是指以碳纤维预浸料、胶膜、PMI板为基材，通过热压工艺一体成型的一种方法。该方法适合异形壳体结构，此处以大曲率夹层结构的成型过程为例。
  小曲率复合材料泡沫夹层结构中芯材形状可采用传统机械加工实现，对于大曲率芯材加工实现较难，且成本高效率低。本项目利用PMI芯材的物理特性，创新性地采用真空热吸附+热压成型方法，能够获得与实物型面相近的预成型体。
  将预成型体和预浸料、胶膜铺放好，放入模具内根据工艺参数进行固化。
④碳纤维复合材料成型技术
  传统的碳纤维复合材料成型工艺有热压罐工艺、真空导入工艺、RTM工艺、气囊成型工艺等，相关的工艺研究都已成熟，这里不作赘述。本项目所涉及的工艺方法以热压和真空导入工艺为基础。根据实际的生产条件，优化工艺步骤，增加多个质检节点，保证产品的合格率。
⑤夹层结构预埋/后埋技术
  后埋工艺是制造复合材料夹层结构的一种方法，针对接口定型的结构产品，一般采用预埋/后埋的工艺。即在夹层结构板上打加工孔，将埋件胶粘于工艺板上连同埋件埋入夹层结构版内并灌胶和固化，去掉工艺板后清洗，即完成后埋，从而使夹层板达到所需的功能。
⑥缺陷修补技术
  复合材料特点之一是材料与结构同时成型，生产工序多，工艺条件复杂，由失误造成缺陷的几率较大，如果有缺陷的产品就报废，会造成经济损失和延误产品研制进度。因此，对有缺陷的产品进行修补，达到设计要求，避免不必要的损失，是生产者最为关心的问题。
  本公司在工作中积累了一套针对各种缺陷的修补方法，如对层合板的填平、补强、嵌接，对蜂窝板的灌注、补片等，能减少40%的废品率。
3.作品概述
①作品简介
  本团队生产的碳纤维夹层材料，以“让每一辆车都能用得起轻量且高性能的材料”为出发点，通过分析市场对碳纤维夹层车身材料的需求，结合本公司研发团队对节能车辆研究的经验以及所掌握的复合材料结构设计技术、成型工艺技术、材料加工技术，最终研发出了这种新型的碳纤维/泡沫夹层车身。本公司的碳纤维夹层车壳面板其比刚度比强度优于纯碳纤维结构，在相同质量条件下，夹层结构的抗弯刚度更好，更不易变形。在未来，本公司的碳纤维夹层材料更是能运用到汽车、无人机、医疗器械、航空航天、测量设备等多种领域。并在轨道交通、新能源汽车以及体育用品等行业也有广阔的发展前景。
②作品特点
  本团队的碳纤维夹层车壳面板与芯材剥离强度高达100MPa，产品的尺寸精度优于0.05mm，其比刚度比强度优于纯碳纤维结构。在相同质量条件下，这种夹层结构的抗弯刚度更好，更不易变形。在同强度的条件下将本公司的碳纤维夹层车壳与纯碳纤维车壳比较，本团队的碳纤维夹层车壳具有更高的比刚度，但质量仅为纯碳纤维车壳的1/2，价格却不到纯碳纤维车壳的2/3。
③应用前景
  本团队所掌握的核心技术，可将碳纤维夹层材料运用到汽车，无人机，医疗器械，航空航天等领域。例如：汽车覆盖件上，代替原本沉重的覆盖件，使汽车轻量化得到更大的突破，从而提升车辆的操纵性，提高整车的燃油经济性。除了汽车领域，这种碳纤维复合材料还可以应用于测量设备等领域，并在轨道交通、新能源汽车以及体育用品等行业，同样具有广阔的发展前景。本团队的碳纤维夹层材料对促进我国制造业转型，提高技术装备水平具有重要意义。
④未来产品与服务规划
  在面对未来碳纤维夹层材料在汽车、无人机、医疗器械、航空航天、测量设备等多种领域都具有广阔发展前景的条件下，本团队对未来的产品做了以下的规划：
（1）非标件的量身定制，节能车的设计与制作；
（2）各类复合材料（包括碳纤维、玻璃纤维以及芳纶纤维等）结构件；
（3）量产各型号规格MS、GS、HGS系列碳纤维夹层板；
（4）经销合作企业的医疗器械及无人机平台等产品；
（5）碳纤维夹层材料的改造。