科创中国

行业领域

新材料技术,新一代信息技术产业

需求背景

碳纤维复合材料技术：碳纤维是一种轻质且高强度的材料，具有优异的力学性能和化学稳定性。碳纤维在机械制造领域中广泛应用，可以用于生产轻量化的零部件和结构件。碳纤维复合材料的制造涉及纤维预浸料、层压成型、自动化剪裁等工艺，需要掌握材料特性、复合材料制造工艺以及相关的机械加工和连接技术。

智能控制技术：智能控制技术是指利用传感器、执行器和控制算法等手段，对机械系统进行精确的控制和调节。在碳纤维机械制造中，智能控制技术可以用于实现机械系统的自动化、智能化和精确控制。例如，采用传感器可以实时监测和反馈碳纤维材料的应力和变形情况，通过智能控制算法可以实现自适应控制和优化控制，从而提高制造过程的效率和质量。

仿真与优化技术：在碳纤维机械制造及智能控制设计中，借助计算机仿真和优化技术可以对产品设计和制造过程进行模拟和优化。通过建立碳纤维材料的数学模型，可以预测其力学性能和损伤行为，为产品设计提供参考。同时，结合智能控制技术，可以通过仿真和优化来改进加工过程、减少能耗和提高生产效率。

数据分析与人工智能：随着大数据和人工智能技术的发展，碳纤维机械制造及智能控制设计中的数据分析和机器学习技术得到了广泛应用。通过对大量生产数据的分析和挖掘，可以发现制造过程中的关键参数和影响因素，并进行优化和控制。此外，结合人工智能技术，可以实现机械系统的自主决策和智能化优化，提高碳纤维机械制造的效率和质量。

需解决的主要技术难题

材料性能与加工技术：碳纤维具有轻质、高强度和高刚度等特点，但其加工难度较高。如何克服碳纤维的脆性、易断裂的特性，确保制造过程中不引入结构缺陷，并实现高效的加工和制造工艺是一个技术难题。此外，还需要开发适应碳纤维特性的切削工具、焊接技术和表面处理方法。

设计与优化：碳纤维机械的设计需要考虑材料的特性、强度需求、结构设计以及性能优化等方面。如何进行合理的设计和结构优化，使碳纤维机械在实际工作条件下具有良好的性能和可靠性是一个挑战。此外，需要考虑碳纤维与其他材料的接合技术和界面设计，确保机械的整体性能。

智能控制与传感技术：智能控制是提高碳纤维机械性能和精度的关键。如何选择合适的传感器技术，实时监测和反馈碳纤维机械的状态和变形信息，以及开发高精度的控制算法和策略是一个技术难题。此外，还需要考虑碳纤维材料的非线性特性和时变性对控制系统的影响，设计稳定、鲁棒的智能控制系统。

质量检测与可靠性评估：由于碳纤维机械制造的复杂性和特殊性，质量检测和可靠性评估是确保产品质量和性能的关键环节。如何开发适应碳纤维机械制造的质检技术和方法，实现对结构缺陷、材料疲劳和失效机理等的准确检测和分析是一个挑战。同时，需要进行可靠性评估和寿命预测，确保碳纤维机械的安全可靠运行。

工业化与成本控制：将碳纤维机械制造技术应用于工业化生产，同时控制制造成本是一个重要的技术难题。目前，碳纤维材料的成本较高，加工过程复杂，因此如何降低碳纤维机械的制造成本，提高制造效率和工艺稳定性，实现规模化生产是一个挑战。

期望实现的主要技术目标

1、大容量原丝收丝机研发 2、智能化碳纤维氧化碳化生产线研发 3、全自动切换和张力控制 4、精准控制卷径形状和重量 5、微张力的精确控制 6、在线实时采集和储存各种技术参数及异常情况报警 7、研发多型号智能收丝机。

期望的性能参数：张力控制***以上、卷径重量控制***、收丝速度200米/min、排线速度25米/min、信号响应速度10ms。

需求解析

解析单位：“科创中国”天津中科院先进科技成果技术转移转化专业科技服务团（天津中科先进技术产业有限公司） 解析时间：2023-08-30

吴正斌

天津中科先进院

院长

综合评价

高新能复合材料是一类具有高性能、高强度、轻质、耐腐蚀等特点的材料，其开发涉及多个领域的研究和创新。 1. 市场需求分析： 首先，需要分析市场上的需求，确定需要开发哪种类型的高新能复合材料，以满足特定领域的需求，如航空航天、汽车制造、能源领域等。 2. 材料选择： 根据应用需求，选择合适的基础材料和增强材料，如碳纤维、玻璃纤维、陶瓷等，以及合适的基体材料，如聚合物、金属等。 3. 材料设计与合成： 设计并合成复合材料的结构和组分，确定材料的比例、层叠方式等。这涉及到材料的物理性能、化学性质等方面的考虑。 4. 加工工艺开发： 开发适用于高新能复合材料的加工工艺，包括成型、固化、热处理等步骤。要考虑如何将基础材料和增强材料有效地结合在一起，以及如何控制复合材料的微观结构。 5. 性能测试与评价： 进行复合材料的性能测试，包括强度、刚度、耐热性、耐腐蚀性等方面的测试。这有助于验证材料是否满足预期的性能指标。 6. 模拟与仿真： 使用计算机模拟和仿真工具，预测复合材料在不同工况下的性能，优化设计和材料选择。

查看更多>

解析单位：“科创中国”先进结构材料科技服务团（中国有色金属学会） 解析时间：2023-08-17

罗群

上海大学

教授

综合评价

该项技术需求清晰。碳纤维复合材料的制造涉及纤维预浸料、层压成型、自动化剪裁等工艺，需要掌握材料特性、复合材料制造工艺以及相关的机械加工和连接技术，目前，碳纤维材料的成本较高，加工过程复杂，优化碳纤维机械制造及智能控制设计成为企业的技术难题。希望实现：张力控制0.2N以上、卷径重量控制0.1Kg、收丝速度200米/min、排线速度25米/min、信号响应速度10ms的性能参数。

查看更多>

处理进度