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一、1—7月份建材工业经济运行概况
1—7月规模以上建材工业完成工业总产值2万亿元,工业增加值按可比价格计算比去年同期增长11.1%,增幅比去年同期回落18.8个百分点。7月份当月建材工业增加值同比增长7%,低于年初7.7%的同比增长率,是今年以来最低月同比增长速度。1—7月全国水泥产量12亿吨,同比增长4.4%。5、6两个月全国水泥当月产量都突破2亿吨,7月份季节性回落到1.9亿吨。1—7月全国平板玻璃产量4.3亿重量箱,同比下降5.7%。4月份以后全国平板玻璃当月产量同比持续下降。
5月份以后由于人民币贬值刺激,建材及主要出口商品增速都有所回升。上半年建材商品出口122.3亿美元,同比增长15.3%,高于1—5月份增速,比去年同期仍然低5.2个百分点,比去年全年低9.8个百分点。6月份建筑卫生陶瓷、建筑用石、玻璃纤维及制品、水泥制品等建材主要出口商品同比增速都比5月份回落。上半年建材及非矿商品出口离岸价格平均比去年同期上涨11.8%。剔除价格因素,建材出口数量实际增长3.1%,二季度各月同比实际增长率分别为0.4%、4.5%、2.7%,建材实际出口数量已经趋向零增长,对建材部分出口依存度较高的产品产量增长拉动刺激作用在减弱。今年一季度花岗石制品、其它建筑玻璃、玻璃纤维纱、水泥和水泥熟料等商品出口数量下降,二季度卫生陶瓷、大理石制品、平板玻璃出口数量也开始下降,陶瓷砖出口数量在二季度也出现明显的增速下滑态势。
1—7月份建材及非矿产品出厂价格总水平比去年同期下降1.9%,其中水泥和水泥熟料同比下降8.9%,平板玻璃出厂价格近两个月探底小幅回升,1—7月份平均同比仍然下降10%,技术玻璃下降7.2%。
1—6月份规模以上建材工业完成销售收入1.6万亿元,同比增长12.3%,增幅比1—5月份下降1个百分点;实现利润952亿元,同比下降16.3%,下降幅度比1—5月份收窄2.3个百分点。平板玻璃制造业亏损额继续扩大,1—6月份亏损4.9亿元,水泥、技术玻璃、玻璃纤维及制品、卫生陶瓷制造业实现利润同比分别下降51.4%、21.7%、0.1%、6.2%。
1—7月,建材工业完成固定资产投资5819亿元,同比增长19.1%,增速同比回落14.2个百分点,比今年1—6月回落0.3个百分点,增速低于同期全国固定资产投资增速1.3个百分点。水泥和平板玻璃制造业固定资产投资增速下降,同比分别下降3%和8.9%;砖瓦及建筑砌块制造业完成固定资产投资同比增长21.5%,玻璃纤维及制品制造业完成固定资产投资同比增长25.8%,建筑卫生陶瓷制造业完成固定资产投资由1—6月的下降0.3%转为增长0.1%。混凝土与水泥制品业完成固定资产投资982亿元,同比增长33.1%,是建材工业固定资产投资规模最大的行业。
二、今年建材工业发展中的主要问题
(一)建材工业增速继续下滑
7月份建材工业生产增速继续下降。值得关注的是,继平板玻璃制造业之后,防水材料制造业今年5月份以后当月同比增速出现负增长,6月份以后建筑卫生陶瓷、粘土及土砂石开采业也出现负增长。在一季度表现尚可的砖瓦及建筑砌块、混凝土与水泥制品、轻质建材、隔热和隔音材料等行业在二季度也出现增速下滑态势。进入7月份,除了轻质建材、隔热和隔音材料等行业生产企稳回升外,主要受投资和出口拉动行业生产增速继续下降。
今年5月份以后陶瓷砖出口数量增速急剧回落,卫生陶瓷出口数量在年初和二季度3个月同比出现负增长,上半年卫生陶瓷出口数量同比下降2.9%。私营经济为主要成份的建筑卫生陶瓷生产企业对国际国内市场变化反应极为敏锐,7月份全国陶瓷砖产量同比下降10.9%,1—7月份产量50.6亿平方米,同比仅增长1.8%。1—7月份全国卫生陶瓷产量8436万件,同比下降7%。7月份水泥排水管和压力管、规模以上砖月产量同比都出现负增长。
(二)部分地区水泥价格大幅度下跌
7月份,浙江、安徽、上海、北京、天津等地水泥价格大幅度下跌,“价格战”已经在部分区域的全国性大企业集团之间展开。需求不旺,产业集中度不高,产能严重过剩,是水泥价格下跌和价格战的直接原因,而企业之间的成本差异,因为单位产品能耗、劳动生产率等技术和管理水平的差距产生的成本差异,是产生“价格战”这种初级市场竞争形态的根本原因。水泥工业控制总量,更要优化以技术管理水平提升和经济效益为标志的存量。在当前经济形势下,应充分利用倒逼机制,以先进生产力淘汰置换经济协作区域内的落后生产力,促进企业提升技术和管理水平,提高核心竞争力,促进水泥工业健康发展。
(三)经济效益全面下降
建材企业电力、天然气购进价格继续上涨,煤炭、重油、柴油、纯碱价格虽然下降,但还处于高价位。人工成本和财务费用继续大幅度上升。今年1—6月份规模以上建材工业主营业务成本同比上升14.9%,营业、管理和财务三项费用同比增长17.8%,都超过主营业务收入增幅,是建材工业多年来所罕见。建材主要产品价格的下降和成本费用的上升,1—6月份规模以上建材工业销售利润率5.89%,比去年同期下降2.01个百分点。
水泥、混凝土与水泥制品、平板玻璃、技术玻璃、建筑陶瓷、卫生陶瓷、玻璃纤维、玻璃纤维增强塑料、轻质建材、隔热和隔音材料、石灰石石膏开采与石灰石膏制造、防水材料等12个行业销售利润率下降,销售利润率下降行业比1—5月份减少2个。建筑用石、粘土与土砂石开采、石棉云母采选与制品、石墨滑石采选等行业实现利润增长,销售利润率与去年同期相比也有所恢复,但低于同期最好水平。
今年6月份规模以上建材工业存货占用资金2504亿元,其中产成品1034亿元,同比增长16.3%,增速超过产品销售收入增长。库存的增加使存货占用资金增加,1—6月份存货周转率11.82次,比去年同期减少1.46次;货款回笼速度减慢,应收账款增加,6月份应收账款净额同比增加622亿元,增长27.6%,1—6月份应收账款周转率12.59次,比去年同期减少2.61次。流动资金周转速度减慢,1—6月份流动资产周转率2.76次,比去年同期减少0.15次。
三、三季度和全年建材工业发展趋势预测
今年以来我国固定资产投资和国内生产总值增速回落,国际金融危机的深层次影响还在继续显现,建材行业内部结构性矛盾与市场因素交织,今年建材工业增长速度将有所回落。从今年以来建材经济运行情况分析,支撑建材工业平稳增长的有利条件和积极因素仍然较多,建材工业有望实现稳中有进。
固定资产投资,特别是中部地区对建材行业的拉动作用仍将持续。今年1—7月份建材全行业11.1%的增长率中,中部地区建材工业增长贡献5.7个百分点。预计全国固定资产投资仍然将保持一定增长速度,对建材工业增长的拉动作用仍然较强。
世界经济不景气对我国建材出口的影响仍在延续和扩大,但出口产品结构提升和出口地区多元化增强了我国建材产品在国际市场的抗风险能力。今年一季度建材对欧盟出口同比下降2.6%,上半年回升到增长5.5%。对亚太地区建材产品出口从一季度的增长11.9%上升到上半年15.9%,对东盟出口增长从12.9%上升到23.2%。建材部分行业和产品,出口仍然是重要促进因素。
复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料,它可以发挥各种材料的优点,克服单一材料的缺陷,扩大材料的应用范围。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点,已逐步取代木材及金属合金,广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域,在近几年更是得到了飞速发展。
随着科技的发展,树脂与玻璃纤维在技术上不断进步,生产厂家的制造能力普遍提高,使得玻纤增强复合材料的价格成本已被许多行业接受,但玻纤增强复合材料的强度尚不足以和金属匹敌。因此,碳纤维、硼纤维等增强复合材料相继问世,使高分子复合材料家族更加完备,已经成为众多产业的必备材料。目前全世界复合材料的年产量已达550多万吨,年产值达1300亿美元以上,若将欧、美的军事航空航天的高价值产品计入,其产值将更为惊人。从全球范围看,世界复合材料的生产主要集中在欧美和东亚地区。近几年欧美复合材料产需均持续增长,而亚洲的日本则因经济不景气,发展较为缓慢,但中国尤其是中国内地的市场发展迅速。据世界主要复合材料生产商PPG公司统计,2000年欧洲的复合材料全球占有率约为32%,年产量约200万吨。与此同时,美国复合材料在20世纪90年代年均增长率约为美国GDP增长率的2倍,达到4%~6%。2000年,美国复合材料的年产量达170万吨左右。特别是汽车用复合材料的迅速增加使得美国汽车在全球市场上重新崛起。亚洲近几年复合材料的发展情况与政治经济的整体变化密切相关,各国的占有率变化很大。总体而言,亚洲的复合材料仍将继续增长,2000年的总产量约为145万吨,预计2005年总产量将达180万吨。
从应用上看,复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。2000年美国汽车零件的复合材料用量达14.8万吨,欧洲汽车复合材料用量到2003年估计可达10.5万吨。而在日本,复合材料主要用于住宅建设,如卫浴设备等,此类产品在2000年的用量达7.5万吨,汽车等领域的用量仅为2.4万吨。不过从全球范围看,汽车工业是复合材料最大的用户,今后发展潜力仍十分巨大,目前还有许多新技术正在开发中。例如,为降低发动机噪声,增加轿车的舒适性,正着力开发两层冷轧板间粘附热塑性树脂的减振钢板;为满足发动机向高速、增压、高负荷方向发展的要求,发动机活塞、连杆、轴瓦已开始应用金属基复合材料。为满足汽车轻量化要求,必将会有越来越多的新型复合材料将被应用到汽车制造业中。与此同时,随着近年来人们对环保问题的日益重视,高分子复合材料取代木材方面的应用也得到了进一步推广。例如,用植物纤维与废塑料加工而成的复合材料,在北美已被大量用作托盘和包装箱,用以替代木制产品;而可降解复合材料也成为国内外开发研究的重点。
另外,纳米技术逐渐引起人们的关注,纳米复合材料的研究开发也成为新的热点。以纳米改性塑料,可使塑料的聚集态及结晶形态发生改变,从而使之具有新的性能,在克服传统材料刚性与韧性难以相容的矛盾的同时,大大提高了材料的综合性能。
树脂基复合材料的增强材料
树脂基复合材料采用的增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。
1、玻璃纤维
目前用于高性能复合材料的玻璃纤维主要有高强度玻璃纤维、石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维等。由于高强度玻璃纤维性价比较高,因此增长率也比较快,年增长率达到10%以上。高强度玻璃纤维复合材料不仅应用在军用方面,近年来民用产品也有广泛应用,如防弹头盔、防弹服、直升飞机机翼、预警机雷达罩、各种高压压力容器、民用飞机直板、体育用品、各类耐高温制品以及近期报道的性能优异的轮胎帘子线等。石英玻璃纤维及高硅氧玻璃纤维属于耐高温的玻璃纤维,是比较理想的耐热防火材料,用其增强酚醛树脂可制成各种结构的耐高温、耐烧蚀的复合材料部件,大量应用于火箭、导弹的防热材料。迄今为止,我国已经实用化的高性能树脂基复合材料用的碳纤维、芳纶纤维、高强度玻璃纤维三大增强纤维中,只有高强度玻璃纤维已达到国际先进水平,且拥有自主知识产权,形成了小规模的产业,现阶段年产可达500吨。
2、碳纤维
碳纤维具有强度高、模量高、耐高温、导电等一系列性能,首先在航空航天领域得到广泛应用,近年来在运动器具和体育用品方面也广泛采用。据预测,土木建筑、交通运输、汽车、能源等领域将会大规模采用工业级碳纤维。1997~2000年间,宇航用碳纤维的年增长率估计为31%,而工业用碳纤维的年增长率估计会达到130%。我国的碳纤维总体水平还比较低,相当于国外七十年代中、末期水平,与国外差距达20年左右。国产碳纤维的主要问题是性能不太稳定且离散系数大、无高性能碳纤维、品种单一、规格不全、连续长度不够、未经表面处理、价格偏高等。
3、芳纶纤维
20世纪80年代以来,荷兰、日本、前苏联也先后开展了芳纶纤维的研制开发工作。日本及俄罗斯的芳纶纤维已投入市场,年增长速度也达到20%左右。芳纶纤维比强度、比模量较高,因此被广泛应用于航空航天领域的高性能复合材料零部件(如火箭发动机壳体、飞机发动机舱、整流罩、方向舵等)、舰船(如航空母舰、核潜艇、游艇、救生艇等)、汽车(如轮胎帘子线、高压软管、摩擦材料、高压气瓶等)以及耐热运输带、体育运动器材等。
4、超高分子量聚乙烯纤维
超高分子量聚乙烯纤维的比强度在各种纤维中位居第一,尤其是它的抗化学试剂侵蚀性能和抗老化性能优良。它还具有优良的高频声纳透过性和耐海水腐蚀性,许多国家已用它来制造舰艇的高频声纳导流罩,大大提高了舰艇的探雷、扫雷能力。除在军事领域,在汽车制造、船舶制造、医疗器械、体育运动器材等领域超高分子量聚乙烯纤维也有广阔的应用前景。该纤维一经问世就引起了世界发达国家的极大兴趣和重视。
5、热固性树脂基复合材料
热固性树脂基复合材料是指以热固性树脂如不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂等为基体,以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等为增强材料制成的复合材料。环氧树脂的特点是具有优良的化学稳定性、电绝缘性、耐腐蚀性、良好的粘接性能和较高的机械强度,广泛应用于化工、轻工、机械、电子、水利、交通、汽车、家电和宇航等各个领域。1993年世界环氧树脂生产能力为130万吨,1996年递增到143万吨,1997年为148万吨,1999年150万吨,2003年达到180万吨左右。我国从1975年开始研究环氧树脂,据不完全统计,目前我国环氧树脂生产企业约有170多家,总生产能力为50多万吨,设备利用率为80%左右。酚醛树脂具有耐热性、耐磨擦性、机械强度高、电绝缘性优异、低发烟性和耐酸性优异等特点,因而在复合材料产业的各个领域得到广泛的应用。1997年全球酚醛树脂的产量为300万吨,其中美国为164万吨。我国的产量为18万吨,进口4万吨。乙烯基酯树脂是20世纪60年展起来的一类新型热固性树脂,其特点是耐腐蚀性好,耐溶剂性好,机械强度高,延伸率大,与金属、塑料、混凝土等材料的粘结性能好,耐疲劳性能好,电性能佳,耐热老化,固化收缩率低,可常温固化也可加热固化。南京金陵帝斯曼树脂有限公司引进荷兰Atlac系列强耐腐蚀性乙烯基酯树脂,已广泛用于贮罐、容器、管道等,有的品种还能用于防水和热压成型。南京聚隆复合材料有限公司、上海新华树脂厂、南通明佳聚合物有限公司等厂家也生产乙烯基酯树脂。
1971年以前我国的热固性树脂基复合材料工业主要是军工产品,70年代后开始转向民用。从1987年起,各地大量引进国外先进技术如池窑拉丝、短切毡、表面毡生产线及各种牌号的聚酯树脂(美、德、荷、英、意、日)和环氧树脂(日、德)生产技术;在成型工艺方面,引进了缠绕管、罐生产线、拉挤工艺生产线、SMC生产线、连续制板机组、树脂传递模塑(RTM)成型机、喷射成型技术、树脂注射成型技术及渔竿生产线等,形成了从研究、设计、生产及原材料配套的完整的工业体系,截止2000年底,我国热固性树脂基复合材料生产企业达3000多家,已有51家通过ISO9000质量体系认证,产品品种3000多种,总产量达73万吨/年,居世界第二位。产品主要用于建筑、防腐、轻工、交通运输、造船等工业领域。在建筑方面,有内外墙板、透明瓦、冷却塔、空调罩、风机、玻璃钢水箱、卫生洁具、净化槽等;在石油化工方面,主要用于管道及贮罐;在交通运输方面,汽车上主要有车身、引擎盖、保险杠等配件,火车上有车厢板、门窗、座椅等,船艇方面主要有气垫船、救生艇、侦察艇、渔船等;在机械及电器领域如屋顶风机、轴流风机、电缆桥架、绝缘棒、集成电路板等产品都具有相当的规模;在航空航天及军事领域,轻型飞机、尾翼、卫星天线、火箭喷管、防弹板、防弹衣、鱼雷等都取得了重大突破。
热塑性树脂基复合材料
热塑性树脂基复合材料是20世纪80年展起来的,主要有长纤维增强粒料(LFP)、连续纤维增强预浸带(MITT)和玻璃纤维毡增强型热塑性复合材料(GMT)。根据使用要求不同,树脂基体主要有PP、PE、PA、PBT、PEI、PC、PES、PEEK、PI、PAI等热塑性工程塑料,纤维种类包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和硼纤维等一切可能的纤维品种。随着热塑性树脂基复合材料技术的不断成熟以及可回收利用的优势,该品种的复合材料发展较快,欧美发达国家热塑性树脂基复合材料已经占到树脂基复合材料总量的30%以上。
高性能热塑性树脂基复合材料以注射件居多,基体以PP、PA为主。产品有管件(弯头、三通、法兰)、阀门、叶轮、轴承、电器及汽车零件、挤出成型管道、GMT模压制品(如吉普车座椅支架)、汽车踏板、座椅等。玻璃纤维增强聚丙烯在汽车中的应用包括通风和供暖系统、空气过滤器外壳、变速箱盖、座椅架、挡泥板垫片、传动皮带保护罩等。
滑石粉填充的PP具有高刚性、高强度、极好的耐热老化性能及耐寒性。滑石粉增强PP在车内装饰方面有着重要的应用,如用作通风系统零部件,仪表盘和自动刹车控制杠等,例如美国HPM公司用20%滑石粉填充PP制成的蜂窝状结构的吸音天花板和轿车的摇窗升降器卷绳筒外壳。
云母复合材料具有高刚性、高热变形温度、低收缩率、低挠曲性、尺寸稳定以及低密度、低价格等特点,利用云母/聚丙烯复合材料可制作汽车仪表盘、前灯保护圈、挡板罩、车门护栏、电机风扇、百叶窗等部件,利用该材料的阻尼性可制作音响零件,利用其屏蔽性可制作蓄电池箱等。
我国的热塑性树脂基复合材料的研究开始于20世纪80年代末期,近十年来取得了快速发展,2000年产量达到12万吨,约占树脂基复合材料总产量的17%,,所用的基体材料仍以PP、PA为主,增强材料以玻璃纤维为主,少量为碳纤维,在热塑性复合材料方面未能有重大突破,与发达国家尚有差距。
我国复合材料的发展潜力和热点
我国复合材料发展潜力很大,但须处理好以下热点问题。
1、复合材料创新
复合材料创新包括复合材料的技术发展、复合材料的工艺发展、复合材料的产品发展和复合材料的应用,具体要抓住树脂基体发展创新、增强材料发展创新、生产工艺发展创新和产品应用发展创新。到2007年,亚洲占世界复合材料总销售量的比例将从18%增加到25%,目前亚洲人均消费量仅为0.29kg,而美国为6.8kg,亚洲地区具有极大的增长潜力。
2、聚丙烯腈基纤维发展
我国碳纤维工业发展缓慢,从CF发展回顾、特点、国内碳纤维发展过程、中国PAN基CF市场概况、特点、“十五”科技攻关情况看,发展聚丙烯腈基纤维既有需要也有可能。
3、玻璃纤维结构调整
我国玻璃纤维70%以上用于增强基材,在国际市场上具有成本优势,但在品种规格和质量上与先进国家尚有差距,必须改进和发展纱类、机织物、无纺毡、编织物、缝编织物、复合毡,推进玻纤与玻钢两行业密切合作,促进玻璃纤维增强材料的新发展。
4、开发能源、交通用复合材料市场
一是清洁、可再生能源用复合材料,包括风力发电用复合材料、烟气脱硫装置用复合材料、输变电设备用复合材料和天然气、氢气高压容器;二是汽车、城市轨道交通用复合材料,包括汽车车身、构架和车体外覆盖件,轨道交通车体、车门、座椅、电缆槽、电缆架、格栅、电器箱等;三是民航客机用复合材料,主要为碳纤维复合材料。热塑性复合材料约占10%,主要产品为机翼部件、垂直尾翼、机头罩等。我国未来20年间需新增支线飞机661架,将形成民航客机的大产业,复合材料可建成新产业与之相配套;四是船艇用复合材料,主要为游艇和渔船,游艇作为高级娱乐耐用消费品在欧美有很大市场,由于我国鱼类资源的减少、渔船虽发展缓慢,但复合材料特有的优点仍有发展的空间。
5、纤维复合材料基础设施应用
国内外复合材料在桥梁、房屋、道路中的基础应用广泛,与传统材料相比有很多优点,特别是在桥梁上和在房屋补强、隧道工程以及大型储仓修补和加固中市场广阔。
6、复合材料综合处理与再生
关键词:四轴飞行器、机架、结构、可行性分析
一、四轴飞行器简介
四轴飞行器是一种多轴飞行器,依靠四个电机和螺旋桨产生升力使得飞行器离地,飞行。和固定翼飞机不同,它通过旋翼的旋转使飞机升空,可垂直起降,无需速度即可产生升力。它的四个旋翼大小相同,分布位置对称。当飞行器四个电机转速发生改变时,就可以实现升力的变化控制,从而控制飞行器的姿态和位置。当4个旋翼的转速相等且所产生的升力之和等行器自身重力时,飞行器处于悬停状态;在悬停的基础上,飞行器的任意一组旋翼转速等量增大或减小而另一组旋翼转速不变时,飞行器将产生偏航运动;同时等量增大或减小4个旋翼转速时,飞行器将向上或向下运动;当其中一个旋翼转速增大或减小,对角线上旋翼转速等量的减小或增大时,飞行器将向旋翼转速减小的一侧倾斜,产生俯仰运动或者滚转运动。【1】四轴飞行器主要由机架、电动机、螺旋桨、电子调速器、飞行控制板、遥控接收机、电池等部件构成。其中,机架为主要的受力部件,承受飞行时电机的拉力、飞行器自身的重力以及做机动动作时的过载等。机架是飞行器的骨架,是整个飞行器中最重要的承重结构。
近年来,得益于微型自动控制系统的发展,四旋翼飞行器发展十分迅速,其应用领域不断扩展,被广泛地使用与航拍、遥感、测量、灾害监测、环境监测和一些商业活动中。
二、四轴飞行器机架的分析
四轴飞行器机架可分为机臂、中心板两部分。4个机臂用螺丝与中心板结合为一体,构成机架。其中,机臂圆形末端安装电机,另一端与中心板相连,中心板上搭载飞行控制板、接收机、电池等设备。为保证飞行性能,目前市场上的机架多为十字对称型,也有少数轴对称型。而出于强度和厂家生产成本考虑,中心板多使用玻璃纤维板制作,机臂多使用尼龙材料制作。还有一些专业人士出于重量和强度的特殊要求,使用更为昂贵的碳纤维材料制作机架,其强度和重量都是普通机架无法比拟的。
三、使用KT板代替普通机架的初步可行性分析
1.KT板特性
KT板是一种PS(聚苯乙烯)发泡板材,板体挺括、轻盈、不易变质、易于加工,并可直接在板上丝网印刷、油漆(需要检测油漆适应性)及喷绘,广泛用于广告展示、建筑装饰、文化艺术及包装等方面。KT板比较成熟的生产工艺可分为冷复合与热复合,对应的称为冷板和热板。冷板板面平整,板材整体硬度高,因而在航模制作当中,常使用冷板。
2.初步可行性分析
在航模运动中,KT板材料飞机屡见不鲜。一方面是因为飞机本身低速、重量轻、过载小的特点,另一方面也是由于KT板本身的强度基本上符合飞行要求。在面积大,受力强的地方,需要用一到两根3~6mm直径的玻璃纤维杆或者碳纤维杆做加强,这样的组合,使强度和重量有了最佳的配比和平衡。
四轴飞行器在飞行过程中,不会像固定翼航模那样有较高的速度,较大的过载。但由于结构的特殊性,四轴飞行器自身的重量比固定翼航模稍重,在使用KT板材料做主体的同时,使用玻璃纤维杆来加强,理论上能承受住飞行时电机的拉力、飞行器自身的重力等。因此,使用这种KT板加玻璃纤维杆的组合,来代替普通机架是可行的。
四、试制KT板四轴飞行器
为了对比,准备一个成品四轴飞行器,使用的是普通机架。
1、设计阶段。
在AutoCAD软件中参照市场上销售的普通机架,画出适合KT板机架的零件设计图。其中,每个机臂使用KT板,三层,其中间用两根直径5mm的玻璃纤维杆加强。中心板使用轻木板,上下两层,使用热熔胶和尼龙扎带连接机臂,不可拆卸式。将图纸送至模型店加工,为了制作精确,使用激光切割机加工,制出KT板四轴飞行器所需零件。
2、制作阶段。
KT板与KT板之间、KT板与玻璃纤维杆之间、KT板与中心板之间均主要使用热熔胶粘接,强度符合要求。两层中心板之间夹玻璃纤维杆,用尼龙扎带扎紧,上热熔胶固定。
机架制作完成后做了初步形变测试:将质量与成品四轴(包括电池)相同的重物放在中心板上,用钢卷尺测量其形变,以测试其强度。结果:放上重物后,中心板下沉越2mm,整个机架无抖动。强度符合要求。
机架制作完成后,开始安装电子设备。为控制变量,力求精确,电子设备的使用与上面提到的成品四轴在品牌、外形、重量、参数上均一致,安装方法略有不同。
3、试飞阶段。
试飞场地选择在宽阔的室外,周围无树木、房屋、电线杆等影响飞行的地物。试飞时间选择在无风或微风的下午至傍晚时间段。
测试结果:KT板四轴飞行时各项性能均良好,飞行时稳定,无震颤。俯仰、侧倾、旋转等动作均能正常完成,与普通四轴无异。
综上,KT板四轴试制成功。
五、KT板四轴飞行器与普通四轴飞行器的对比测试
本次要对比的项目有:悬停油门、重量(不含电池)、续航时间、价格。
测试方法:悬停油门和续航时间同时测试。测试场地为宽敞无风的室内。测试悬停油门和续航时间时,先将两块相同的电池一起充满电,然后分别装在两架飞机上测试。然后再次同时充满电,将两块电池互换后再分别装在两架飞机上测试。从遥控器上获取两组数据,取平均值。测量重量时,取下电池,分别将两架飞行器放置于电子秤(精确到g)上,直接读取数据。由于电子设备为同品牌同型号,不考虑在内,只考虑机架的成本。机架的价格取样5家淘宝网店(销量、人气接近),取平均。
从对比结果可以看出,在重量上,KT板四轴飞行器有着明显的优势,因而所需的悬停油门比普通四轴低,续航时间较普通四轴飞行器有所延长。而在价格方面,由于所用材料简单,KT板四轴飞行器也比普通四轴有优势。但是在强度方面,KT板机架有所欠缺。
六、结论
经过以上的测试,可以得出结论,使用KT板代替普通尼龙来制作机架是可行的。KT板机架有着重量、价格上的优势,但也有强度上的短板。所以在小载重、低过载的四轴飞行器上,KT板机架比普通机架有优势。但是在大载重、高过载的四轴飞行器上,KT板与玻璃纤维杆的组合已经不再符合强度要求,只能使用普通机架或者其它材料的机架。
配套设施:珠海市游艇工业区位于珠江四大出海口之一的鸡啼门西海岸,鸡啼门水道河宽水深,河海相连,环境优美,出海方便,距离国际大西水道约5海里,可行走千吨级船只。鸡啼门出海口处天然的避风港湾,是建设游艇俱乐部的首选。工业区区内宽70米、深4米的连湾运河,高标准修建的宽13米、净空11米、深3.5米的连湾水闸,可使游艇免受海潮影响,水闸内可行走300吨以上的船只,运河两岸非常适合修建游艇专用下水码头。珠海大道和珠港大道贯穿游艇工业区,距离珠海港10公里,距离珠海机场25公里,距离市中心35公里,与江珠高速公路、沿海高速的出口相距10分钟车程,交通运输方便快捷。
核心业务: 目前珠海市平沙镇已有游艇制造企业20多家,配套制造企业近10家,商贸配套企业30多家,总投资3亿多美元。企业主要有美国的宾士域游艇、三洋造船、澳大利亚的佳航游艇、加拿大的云辉游艇、台湾的杰腾造船、铎洋游艇、香港的先歌游艇、恒力游艇;以及国内的太阳鸟、江龙、雄达、江华等企业。配套企业主要有德国企业投资、世界著名ZF宏昌船用推动系统公司;珠海第一家大型综合性游艇俱乐部―南国游艇俱乐部;平沙东方水星游艇公司,为广东省两家游艇驾驶培训和颁发游艇驾照的机构之一。
澳新专业生产护舷气囊,该项目生产技术、产品质量属世界领先水平。ZF-faster专业生产船舶螺旋桨、传动轴等产品,生产技术、产品质量属世界领先水平。东荣专业开发生产金属拉杆、扶手等游艇的金属配件。博胜专业开发生产树脂、蜂窝甲板及铝合金制品等游艇配件。US高分子采用世界最先进技术生产玻璃钢船舶专用树脂。游艇工业区中还有众多著名品牌的商,包括雅马哈发动机、volvo发动机、康明斯发动机、美国水星公司的全套游艇配套产品、Huntsman的胶水等。珠海的加工制造业近年来迅猛发展,化工专区不断壮大,仅在珠海范围内就可以满足游艇制造所需的如玻璃纤维(珠海工控玻纤)、树脂(长兴化工)、涂料、家用电器、家私、五金、木料等的材料需求。
发展规划:平沙正在依托平沙游艇工业区及珠海市其他区域游艇产业,建设世界级的豪华游艇产业设计、制造、展示和销售中心,打造南中国游艇休闲娱乐中心、游艇驾驶培训中心、游艇产业会展中心,不断提升珠海游艇产业在中国以至在世界游艇产业的地位。
关键词:碳纤维产品,国际贸易, 现状分析
碳纤维是以碳元素为主体(碳质量分数在90%~95%)的高分子纤维,是一种新型非金属材料,它是利用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下碳化而制得。根据所采用原料不同,可以分为三大类,即:聚丙烯腈基(PAN)、沥青基和黏胶基碳纤维。其中产量最大、用途最广泛的是PAN基碳纤维。
与碳纤维是一种力学性能优异的新型材料,与传统高性能材料相比,它具有最高的比强度(是一般金属的3-5倍)和最高的比模量,特别是较高的热稳定性(空气中400C缓慢氧化和在2000C以上的高温惰性环境中,碳材料是唯一强度不下降的物质,是其他主要结构材料(金属及其合金)所无法比拟的)和化学惰性,使其具有耐烧蚀和耐腐蚀的优势。此外,碳纤维还兼具其他多种优良性能, 如低密度(是一般金属的1/4-1/5)使其成为减重、增强的最佳材料;耐摩擦、 抗疲劳、震动衰减性高、电及热传导性高、热膨胀系数低、光穿透性高,非磁体但有电磁屏蔽性等。[1]
碳纤维复合材料(CFRP)作为一种先进的复合材料,具有重量轻、模量高、比强度大、热膨胀系数低、耐高温、耐热冲击、耐腐蚀、吸振性好等一系列优点,在航空航天、汽车等领域已有广泛的应用。[2]
1 我国碳纤维制品产业国际贸易现状
我国在八十年代初开始研制CFRP体育运动器材。1983哈尔滨玻璃钢研究所研制的CFRP羽毛球拍,1987年研制成功碳纤维,玻璃纤维混杂增强环氧树脂的蜂窝夹层结构四人皮艇。八十年代中期,由于中国的改革开放政策和劳动力低廉等原因,台湾逐步把劳动力密集,污染严重的CFRP体育器材制造业转往大陆沿海地区。例如,台湾80%的高尔夫球杆、40.50%的网球拍、羽毛球拍,60%以上的自行车架制造业转移到深圳、东莞、福州和厦门等地;一些发达国家也把该种体育器材制造业转来中国。例如,韩国把其大部分CFRP钓鱼杆制造业转来中国天津、威海和宁波等地。据统计,2002年国产CFRP钓鱼杆、高尔夫球杆、网球拍、自行车等已分别占到世界同类产品产量的60%、60%、75%、65%。这些CFRP体育休闲用品所消耗的CF量,约占当年世界CF消耗总量的16%。然而,由于国际CFRP体育休闲用品已处于饱和状态。[3]
向宇宙空间发射物体需要极大的推力,重量的减轻将会带来极大的效益,此外宇宙空间温度变化剧烈,要求材料耐热、耐低温及尺寸稳定。碳纤维增强复合材料是比较理想的材料。因此在人造卫星的主结构、天线、太阳能电池帆板、航天飞机方面均得到应用。由于航空航天方面主要考虑的是材料性能,不太考虑材料的成本,因此碳
纤维及其复合材料才得以被做为不可缺少的材料进行研究开发。
1995年美日共同开发的B777飞机上先进复合材料的用量己达到24%,至于新一代直升飞机,其旋转叶片及机身几乎全部是用碳纤维增强塑料制成。随着碳纤维增强塑料性能的提高,它在航空领域特别是大型民用客机上的应用将会日益增大。
正是因为碳纤维增强复合材料在军事上具有极大的应用空间,碳纤维原丝一直是作为军事资源而言,其技术引进和货物贸易也是受到碳纤维工业发达国家的进出口限制的。根据现有的数据分析,2006年,碳纤维制品出口总额为6039.1343万美元,进口总额为3015.9312万美元, 我们可以得到我国的碳纤维制品的出口大于进口,保持贸易逆差,但是从单价和数额上我们可以看见,我国碳纤维制品进出口的格局是因为数量上的限制,进口的单价高于出口的单价,进口的数量远远少于出口的数量,这说明了一方面发达的碳纤维技术国家对我国进口碳纤维制品有所限制,另一方面说明我国的贸易逆差在于碳纤维制品的加工,利用中国廉价的劳动力和对环境污染的较低成本代价将碳纤维制品的生产设在中国,以较大量的加工厂的模式完成碳纤维制品。根据要素禀赋理论,碳纤维制品在中国的进出口贸易仍旧属于劳动密集型产品。
近年来, 我国的碳纤维市场发展很快, 今年可望达到1200t-1500t/a, 大都由日本、台湾省台塑和韩国产品所占领, 最近美国产品也开始打入中国市场。此外日本的三家原丝小丝束已输入我国东邦也在设法找渠道输入, 这对暂无国产合格原丝的碳纤维厂家来说, 无疑是个机遇, 因为其售价低于国产品, 而性能和质量好但它对生产原丝的厂家和即将引进原丝生产线的企业来说, 又是严峻的挑战, 迫使他们必须不断提高产品质量, 扩大生产规模和降低成本, 不然会有一定的风险, 除非是自己消化掉并发展下游制品。
2、对于我国碳纤维制品进出口贸易的思考
碳纤维制品和我国大部分劳动输出型产品一样,都存在着只是国外的代工厂的问题。正如郎咸平所言:“事实上我们制造的过程当中,破坏我们的环境,浪费我们的资源,剥削我们的劳动。”碳纤维虽然被冠以高科技技术产品,但在掌握了这一领域的技术范畴来看,中国的逆差实际上是以低廉的人力成本,资源成本和环境成本换来的。而改变这一状况最基本的就是要加速我国碳纤维制品的技术研制和高性能碳纤维原丝的研发。
根据波特的竞争优势理论,一个国家或其特定产业的竞争优势主要体现为基于比较优势而形成的一国或企业的核心竞争力。但是单纯的比较优势不能形成竞争优势,在国际竞争中几种具有竞争优势的是具有垄断性的资源和技术,创新能力是竞争优势的关键。但现在总体上粗放型的经济增长方式还没有根本转变,自主创新的能力还比较低,国际竞争力还主要体现在由低人力资源成本主导的劳动密集性进出口产品上。因此,面对保护期之后多元而白热化的国际竞争市场,我们应当在发挥原有比较优势的基础上,通过创新来提升竞争优势,优化产业结构,将潜在的比较优势转化为国际市场的竞争优势,才能真正实现自身国际竞争力的提升,更好地应对当前的新形势。
波特的竞争优势理论指出,在一国的国际竞争力形成过程中,一国的要素禀赋、需求状况、相关产业或辅助产业、公司的策略、结构和竞争等四大因素对一国竞争优势的形成具有促进或阻碍的作用。因此,一国竞争优势的取得最终落实到其资源合理配置和产业结构的改善之上,所以我们可以从我国的产业布局整体来把握竞争优势。
首先,整合资源,走集约化发展道路。中国的持续高速增长,基本上还是一种外延粗放以规模取向的简单增长方式,与国际竞争力提倡的以效率、质量、环保取向的内涵集约式增长有很大的不同。因此,我们应该通过整合资源,避免低水平的重复建设,使经济在高效率水平上运行。并鼓励有实力的企业“走出去”,到国际市场上去“抢蛋糕”,在竞争中提升自己的竞争力。其次,着眼区域经济,走产业集群发展模式。将那些产品关联性强,价值链长的产业通过整合,形成区域性产业集群。通过集群内部技术外溢、资源共享达到成本降低,并形成自己的核心竞争力。最后,积极引导,加强自主创新能力。在国际贸易中,虽然存在有技术外溢和“干中学”(Learn by Doing)的效应,但是我们仍然要强调高新技术的自主创新能力的开发,而这正是我国当前国际竞争力缺乏的主要原因。我们可以通过政府的政策引导和高校、科研机构的成果产业化,来发展自己国家在未来具有竞争能力的战略性产业。
从技术上而言,制约我国基碳纤维发展的基本因素是原丝质量差和无高精度的碳化装置,国家“ 十二五”的重大科技攻关课题或“863”计划应紧紧围绕此项重点同时也要配套考虑辅料问题。此外, 如何正确处理大丝束和小丝束基碳纤维的关系, 也是我国业界十分关心的问题[4]。
大丝束碳纤维无疑是今后的发展方向之一, 对传统材料和许多产业的更新换代有十分重要的意义, 但考虑到我国目前还处于开发初期约95%以上的市场仍依赖于24K以下的小丝束碳纤维, 特别是军工急需的碳纤维100%为小丝束。从国际上看, 目前小丝束的市场仍占居优势, 而且目前世界需求量最大的T300档次的碳纤维正迅速向T700性能水平过渡, 土木建筑和体育用品用的碳纤维有相当一部分采用的12K T700型产品而大丝束碳纤维的强度指标4.9Gpa是很难达到的, 而且其性能离散系数要比小丝束大这就决定在一些高科技和军工领域以及事关生命安全与要求长寿命的应用领域, 仍需要小丝束碳纤维。有些重要的工业领域如土木建筑虽然也可以选用大丝束碳纤维, 但加固层数要比采用同样性能档次的小丝束碳纤维要多, 才能达到相同的加固水平从而抵消了其价格低的优势。为此在今后相当时期内小丝束碳纤维仍将有其强大的生命力。
3、结论
如上所述,碳纤维制品属于劳动密集型产品的输出,要改变这种状况我们必须要加大实验研究。目前而言,我国的大丝束碳纤维应着力于解决其原丝的国产化和市场开发方面。
参考文献
[1]贺福。碳纤维及其应用技术。化学工业出版社,2004,9
[2] 王秋霞。世界复合材料强国与我国的复合材料现状及发展动向。玻璃钢复合材料,1999,1:1-9
[3] 李金涛,宣昌茂。我国碳纤维增强复合材料的市场状况。现代企业文化。2008,20(96):6-23
不过,据记者在会展中采访了解到,不少游艇厂商表示游艇在广州的销售并不理想。作为第一家进驻中国市场的游艇商,宾士域在展会期间一艘游艇都没卖出,“这种现象在其他地区的展会上都很少遇见”。英国圣斯克游艇也表示,在广州游艇毫无销路。是什么制约着广州游艇的发展?
广州游艇业发展限制重重
广州莱茵游艇会总经理高海航表示,“其实政府态度上还是很支持私人游艇发展的,但高端消费的开放总是有个过程。问题在于游艇本身是休闲娱乐工具而不是交通工具,但目前国内将游艇基本等同于交通运输工具管理,因此,手续比较繁多复杂。”另外,购买进口游艇还要征收高达43%的税款,因此一些珠三角的客人更喜欢在香港买船。圣斯克陆利安游艇负责人表示,期望政府降税以促进游艇业发展。
业内人士表示,目前中国还没有针对游艇行业的法律法规,阻碍了中国游艇产业的发展步伐。涉及游艇进出境的政府部门有口岸办、海事局、海关、边检、国检等,每个部门单独审批,报文件,层层下来手续纷繁复杂。即使买了游艇也不能随便去远的地方,种种限制也制约了游艇的发展。万科浪骑游艇会副总经理吴虹透露,除了国家对游艇行业的法律法规建立不健全外,在游艇使用和管理控制上也不是很严格,游艇行业应该是和海洋联合在一起的,海域出行不方便就会影响到游艇行业的发展,也会影响人们参与的兴趣。
宾士域游艇中国区域销售经理陈晋表示,珠三角游艇发展受限制还在于其配套设施不齐全,这包括游艇码头、游艇俱乐部等。“一些广州的顾客反映,根本没有地方停船,也没有人来保养。”码头数量的欠缺导致在广州根本没有地方可以停船。美国水星游艇俱乐部讲师在做培训时曾经强调:对游艇来说,第一重要的是地点,第二是地点,第三还是地点。可见,游艇业要落地发展,码头是命脉所在。华南船舶交易中心总经理杜长江也曾表示,前几年出现的广州游艇热无疾而终的最根本原因就是缺乏优质码头。一个好的游艇码头,需要优良的天然避风港;需要宽阔河道,需要有绝佳的自然景观。
广州游艇发展的有利条件
在2010年广州亚运会的大背景下,广州启动《青山碧水蓝天计划》,以“水变清、岸变绿、恢复河涌自然特征”为目标,编制实施河涌综合整治计划,全面开展污水治理和河涌综合整治,确保在亚运会前实现广州水环境的根本性好转。乘着亚运的东风,广州的游艇产业呼之欲出。
广州与游艇文化与发达的香港相近,无论在政策上还是在消费观念上,都或多或少受到香港的熏陶。在以广州为中心的珠三角地区发展游艇产业得天独厚。广州市区内有七条江河穿流而过,直接进入我国南海海域。且市区内有213条足以航行中小型游艇的河涌与各条江河相连,广州市行政区域水面面积是陆地面积的十倍以上,这在世界所有城市版图中是绝无仅有的。并且,流经广州所有的江河都是潮汐河流,水面宽阔,水流平缓,潮汐落差小,航道航行安全性高,非常适合各类游艇航行。
此外,广州作为水上丝绸之路的发源地之一。沿江而居、临水而建是岭南人民世代流传下来的生活方式,发展游艇经济具有雄厚的民间基础。广州也是华南地区的政治经济文化交流中心,珠三角地区内陆河流纵横交错,水路航运四通八达,水上运输业十分发达。
从上世纪九十年代开始,广州市政府就开始对水资源的治理整治和开发利用,专门成立了《珠江治理整顿办公室》,财政拨款几百亿元治理整治流经广州市区的六江一河(珠江、东江、西江、北江、增江、绥江、流溪河)及市区内213条河涌。连续两年省市领导亲自带头下水横渡珠江,向世人展示了政府治理珠江的成果和继续加大整治珠江的决心。各级政府花大力气打造“碧水蓝天工程”,以便创造一个良好的水上经济发展的硬件环境,而游艇经济则应该是广州乃至华南地区水上经济发展的首选项目。
从经济基础上看,广州及珠三角是中国改革开放和经济发展的前沿阵地。国际经验显示,当一个城市的人均收入达到6000美金,便具备了发展高端水上休闲活动产业的经济基础。广州及珠三角地区人均GDP早在2008年就已经超过一万美元,高居全国首位,已经完全具备发展游艇产业的消费市场基础。就珠三角而言,约十万人买得起游艇。
游艇制造业属于技术、劳动“双密集”型产业,其高新技术的应用和手工作业的比例都比较高。游艇制造业的上游产业主要是与游艇有关的基本材料工业,如如玻璃纤维、树脂、涂料等制造业,这部分产业在珠三角地区已得到蓬勃的发展,特别是随着珠海玻纤二期工程的投产,以及珠海台资长兴树脂厂的投产,再加上珠三角地区多家外资船舶油漆公司的参与,使珠三角游艇制造基础材料工业有了比较成熟的市场环境。在玻璃钢游艇的建造过程中,艇体模具的制造非常重要。游艇的配套工业即游艇零部件制造业和艇内装饰业,涉及的面很广,涉及的工业门类超过 50 个。这些配套产业在珠三角地区有比较雄厚的工业基础,也有众多初级配件产品供货商提供服务。
此外,广州首个大型游艇会码头南沙游艇会项目计划投资2.5亿元,建成后将提供352个各类游艇泊位的专用码头,目标是打造华南地区顶级游艇会。南沙游艇会还将建游艇技术维修、加油、驾驶培训等配套设施。
游艇商看好珠三角游艇业发展
作为中国游艇业第一个吃螃蟹的人,宾士域游艇集团中国区域销售经理陈晋表示,珠三角游艇业发展受限制主要是配套设施不齐全,但他看好中国市场。目前,该公司大部分的客户是深圳私企老板,也有一些公司购买游艇用于接待。
天聚游艇总经理俞彬表示,很看好以广州为中心的珠三角市场。该公司打算在广州设立游艇基地、码头。并提供培训、租赁、商务接待、活动策划等于游艇相关联的服务。
1923年,日本首次举办全国软式网球锦标赛。1975年第一届世界软式网球锦标赛在美国的夏威夷举行。1994年在日本广岛举行的第12届亚运会上,软式网球被正式列为比赛项目。经过近百年的发展,软式网球作为非奥运项目已经在全世界普及,并在二十多个国家及地区建立了软网联合会。2010年,青岛小学教师赵蕾为中国队赢得了该届亚运会软式网球的金牌,实现了中国队软式网球在亚运会历史上的首金梦想。软式网球也因此进入了更多人的视线,成为日常运动健身的热门项目之一。软式网球的大部分装备与网球类似,但又不尽相同。软式网球、球拍等已经随该运动的流行普及受到愈来愈多的关注。
软式网球的诞生就是因为日本在普及网球运动时受当时自身条件环境限制,因利乘便派生出来的一种运动。制作复杂的网球被游戏用的小橡皮球代替,三田橡胶公司开始制作软式网球专用的橡胶球标志了软式网球的诞生。尽管软绵绵没有毛的软式网球与网球十分接近,但软式网球更加柔软和轻便。标准软式网球的球体以橡胶材料制作,重量在30-31克。球体内部充气,充气后球的直径为6.6厘米。按国际规则规定,球应在比赛场上从1.5米高处落下后达到55-80厘米的弹跳高度。由于球体中空,球的弹性、弹跳高度基本由充气的气压决定。这使得软式网球更容易形成对打的局面,对攻比网球更多。对于力量很大的人来说想在软式网球比赛中边线出色并不容易。这也使得在男女混合双打比赛中选手的实力变得更加均衡,非常受普通民众的欢迎。软式网球的充气与篮球相似,将气针插入气孔,打气到适合的压力,拔出气针就可以使用了。软式网球采用纯橡胶质地,球体本身较普通网球更加耐用。由于使用寿命长,软式网球无论在娱乐或是训练中都十分受欢迎。KENKO、AKAEMU等都是目前活跃在各类赛场上的软式网球品牌。
软式网球拍
无论在形状、尺寸和材料方面,软式网球拍与网球拍都几乎没有区别。按世界软网联合会的规定,球拍应是木制、金属或其它复合材料制成,拍框上要穿织网弦。球拍长69厘米,拍框长度为32厘米,宽为22厘米,拍柄长为37厘米。球拍拍框一般成椭圆形。与普通网球拍相比,软式网球拍更加轻便。由于软网球拍与网球拍结构相同,网球拍的知名制造商大多也是软网球拍的著名品牌。尤尼克斯、威尔森、王子等均有自己的软网产品系列。在刚刚结束的广州亚运会上,无论是历史悠久的日本队、实力雄厚的韩国队或是备受关注的中国队,都有尤尼克斯的球拍亮相。而为中国队在亚运会上夺得软式网球项目首枚金牌的赵蕾使用的便是尤尼克斯的产品。
现代网拍制造业中已使用了接近宇航工业和军事工业产品的材质。近二十年来,金属材料和化学材料的高水平提升为网拍制造奠定了坚实基础。这些新材料和新技术的应用,不仅是商业产品激烈竞争所制致,更是运动本身飞速进步所需。目前,碳纤维、玻璃纤维、克维拉纤维、高张力碳纤维、钛、超刚性碳纤维等材质已大量使用到网拍制造材质之中。网拍制造技术的革命至今仍然在继续。为了提高球拍强度,传统技术采用自由增厚石墨和碳素纤维层结构,从而增加了球拍的重量,导致球拍的挥动灵活度下降。纳米技术的应用令复合材料在质轻之外可以兼具高强度和高弹性的特点。纳米级钛纤维具备有力的回缩特性,性能超越传统的拍框材料。当拍面击打来球瞬间,拍框受到冲击而弯沉。这时,纳米级钛纤维的瞬态反应可以将拍框从弯沉状态下回弹至拍框原形,使球能以高度精确的角度并充满威力地从线床反弹回对场。新研发的强韧树脂拥有更好的柔韧性和耐久性,将强韧树脂运用于整把球拍,能使球拍的弹性和韧性都得到提升。伴随线床驻留时间的延长,球员能打出更强烈的上旋球,击球更有威力。
软式网球拍线
一只未拉线的球拍就像一支无弦小提琴。软式网球拍球线的材料与网球拍球线相同,分羊肠线和聚酯尼龙合成线。软式网球的球线与网球线相比更加柔韧,在与较软的软式网球接触时拍压则更低。据专业穿线师介绍,软式网球的穿线与网球相比,要求更高。因为软式网球的球拍拍框比一般的网球拍拍框更柔软,更容易变形。软网的拍线也较网球拍线柔软很多,所以进行穿线的时候对穿线力度的要求更细腻,更精准。
球鞋
软式网球场地的地面与网球相同,根据实际情况红土或是硬地都可以。因此在球鞋的选择上也与网球类似。如果是在红土场地上使用,则应选择底纹凹凸有致,具有良好刹车功能的鞋底。如果是在硬地场打球,则最好选择相反的底纹类型,方便滑步。除了抓地之外,减震、透气、耐磨等都是极其重要的挑选指标。
在无机非金属材料、金属材料、高分子材料以及生物医用材料领域取得了多项成果。
田学科(《科技日报》报驻美国记者)无机非金属材料领域:斯坦福和南加州大学开发出一种设计碳纳米管线路的新方法,首次生产出一种以碳纳米管为基础的全晶片数字电路。整个线路即使在许多纳米管发生扭曲偏向的情况下仍能工作,既不牺牲材料的能效,又能与现有制造设备兼容,易于商业化;莱斯大学研究人员开发出一种可将普通碳纤维制成石墨烯量子点的新方法,其最大优势在于只需一个步骤就能得到大量量子点。这种一步到位的技术比现有的石墨烯量子点研制工艺更为简化,所得到的量子点不足5纳米,具有高溶解性,大小可以通过设定制造时的温度来加以控制,在电子、光学和医学领域有巨大的应用潜力。另外,美科学家在巴基球中加入一种有机二甲苯溶剂进而制造出一种新的碳化合物,混合了晶体和非晶体两种结构,是一种“有序化的无序排列”,堪称“混沌”晶体,这种材料非常坚硬,甚至能在钻石上留下凹痕。
金属材料领域:俄勒冈大学发现可以用非晶体来制造“超材料”并实现负折射,进而研制出一种能以低成本生产负折射材料的新技术,并为该技术申请了专利,这一成果有望带来全新的产品甚至影响制造业。康奈尔大学利用氨基酸将金属原子和硅原子相连,在争取更大的表面面积进行化学反应的同时,使多孔金属薄膜的导电性提高1000倍,这一技术为制造多种可应用于工程和医学领域的金属纳米结构开启了大门。
麻省理工学院利用电子束光刻技术和剥离过程开发出无缺陷半导体纳米晶体薄膜,种材料的导电率约为传统方法制成的有裂缝薄膜的180倍,可广泛应用并开辟潜在的重点研究领域。西北大学和密歇根州立大学基于常用的半导体碲化铅,合作开发出一种稳定的环保型热电材料,热电品质因数(ZT)创下世界纪录,达到2.2,可将15%至20%的废(余)热转换成电力,成为迄今报告的最高效率。
触摸显示屏或太阳能电池板导电涂层透光性越强越好,美研究人员利用一种化学溶液制造出迄今透明度最高的氧化铟锡导电薄膜,厚度只有1460亿分之一米,可使93%的光透过,堪比玻璃。该技术简单、成本低廉,可弯曲的基底使其在制造柔性显示屏方面也具有潜力。
高分子材料领域:西北大学等用名为聚二甲基硅氧烷的聚合物造出一种多孔三维高分子材料,再将液态金属灌入孔中,从而开发出了能够像橡皮筋一样延展拉伸的电子材料,就算被弯曲或拉伸到原始尺寸的200%也能够正常工作,其在医疗器械和消费电子设备制造等领域具有相当广泛的应用价值。
宾夕法尼亚大学研究人员展示了一种硒化镉纳米晶体,能被“印”或“涂”在柔软塑料上,制成多种性能优良的电子设备,且根据硒化镉纳米晶体的性能标准,其运载电子的速度比非晶体硅要快22倍。新型镉硒化纳米晶体电路结合了柔韧性、相对简单的制作工艺和低能耗的优点,为生物医学和安全应用领域的新型设备、各种传感器及其他方面的应用铺平了道路。
生物医用材料领域:匹兹堡大学和麻省理工学院研制出一种会自动收缩舒张的BZ凝胶,施加一定的机械压力后,原本不跳动的BZ凝胶可再次恢复跳动,就像医疗中的心肺复苏术那样。这种特性因很像人类皮肤而具有广泛的应用前景,有助于进一步研究能感知机械刺激和化学反应的先进材料。此外,美科学家开发出的一种新奇混合纳米纤维生物材料,可在整形外科手术中作为载荷支架或受伤组织补丁,既能为细胞提供足够宽松的生长空间,又能指示它们按肌理排列成新组织,利用该技术生长出的半月板组织,几乎能与真正的人体半月板媲美。
美生物工程师开发出一种“聪明”水凝胶,可在几秒钟内凝固形成黏合剂的新型水凝胶,如尼龙搭扣般足以抵受反复拉伸,使一个切口或创面迅速“自修复”,即便反复多次,其焊接强度也不发生任何减弱。该材料可广泛应用于医学和工程领域,如医疗缝合、靶向给药、工业密封剂和自修复塑料等方面。
俄罗斯
开发出可降解的聚乙烯包装材料、使钢材达到“无磨损效果”的锻造技术以及具有生物相容性的新型骨粘固剂。
张浩(《科技日报》驻俄罗斯记者)3月,俄罗斯沃罗涅日技术学院开发出一种采用食品工业废料作为添加剂,生产可降解聚乙烯包装材料的工艺。利用该工艺制成的可降解聚乙烯包装材料硬度高,降解期短。普通聚乙烯材料需要超过300年才能降解,而这种新材料放置8个月后就会变脆,用手即可碾碎。
7月,俄罗斯莫斯科国立鲍曼工程学院、俄罗斯科学院布拉冈拉沃夫机械研究所和全俄航空材料研究院的多位专家宣布研制出了一种技术方法,可以将钢材锻造至接近无损的程度。这种技术可使钢制机械零部件的实际寿命延长10倍,磨损率降低100倍,有望在发动机喷嘴、凸轮轴、齿轮等机械装置上获得应用。
10月,俄罗斯科学院巴依科夫冶金和材料学研究所、俄罗斯国立沃罗涅日大学、莫斯科赫尔岑肿瘤科学研究所的科学家们宣布,他们成功研制出一种新型医用生物材料骨粘固剂。该粘合剂是一种用于填充骨与植入物间隙或骨腔并具有自凝特性的生物材料,与纳米陶瓷材料具有生物相容性,可修复受伤骨组织并溶解到人体组织内,最大限度减少二次手术及术后并发症的概率。
英国
诺贝尔奖得主领头带动石墨烯研究不断出现新成果;富勒烯研究取得重大突破;世界最轻材料问世。
刘海英(《科技日报》驻英国记者)1月,因最早制作出石墨烯而获得2010年诺贝尔物理学奖的英国曼彻斯特大学教授安德烈海姆利用氧化石墨烯制作出了一种新型隔气透水材料,该种材料可隔绝大多数液体和气体,但水蒸气可以畅通无阻透过它,因此拥有广阔的应用前景;2月,另一位2010年诺贝尔奖获奖者,英国曼大的康斯坦丁诺沃肖洛夫在《科学》杂志上撰文称,将一层二硫化钼置于两层石墨烯之间,形成的三明治结构石墨烯晶体管可有效减少电子泄露,这一发现将以石墨烯为基础制造超快计算机的研发进程向前推进了一大步;10月,曼大研究人员研究表明,将石墨烯和氮化硼的单原子层晶体精确地堆叠起来,从而构建出一种“多层糕”式的结构,可作为纳米级的变压器。这一研究证明,将石墨烯及有关单原子厚度晶体以原子精度一层层地搭建平面,能够造出有多种功能的复杂设备。
除石墨烯外,英国科学家在新材料领域研发成果还包括:5月,富勒烯的研究取得了重大进展,英日两国科学家在《自然》杂志上发表文章称,他们对富勒烯结构形成进行解析取得了重大突破,揭开了存在于化学领域二十多年的未解之谜;7月,英德两国科学家们研制出了迄今为止全球最轻的材料“飞行石墨”,其密度仅为0.2毫克/立方厘米,这种材料性能稳定,具有良好的导电性、可延展性而且非常坚固,可广泛应用于电池、航空航天和电气屏蔽等领域。
德国
三个方面值得关注:一是稀土材料的循环利用与替代研究;二是与可再生能源存储和利用相关的材料研究;三是纳米的应用和安全性研究。
李山(《科技日报》驻德国记者)2012年,德国在高技术战略“电动汽车领域关键技术”专项的统筹下,开发稀土材料循环利用关键技术。如报废电机内永磁体部件的拆解、修复及循环使用技术,永磁体内稀土元素的回收技术,适应循环使用电机的设计技术,生产过程的经济与环境影响控制等。为提高能源和资源的利用率,液态金属研究也在德国受到更多重视。2012年,由亥姆霍兹德累斯顿研究中心牵头的液态金属研究联盟在德国成立。液态金属可用于新型液态金属电池储能、零排放氢生产、或是制造太阳能电池,因而被纳入未来技术的行列。
纳米研究方面,2012年,德国联邦环境部、德国联邦职业与健康安全研究所与巴斯夫研究所联合启动实施了《纳米材料安全性》长期研究项目。目标就是要了解各类重要纳米材料可能对周边环境产生的长期影响,特别是在低剂量情况下对工作场所和居住环境的长期影响。
德国慕尼黑大学成功研制出“纳米耳”,可以探测到强度为-60分贝的声波,比人耳的灵敏度高几百万倍。这种“纳米耳”的主要部分是一个直径约60纳米的黄金纳米球,它在激光束的作用下处于悬浮状态,在受到微小声波的作用时会沿声波方向产生纳米级的振动,纳米黄金球的这种运动可以通过暗视场显微镜观察到并进行摄像记录,由此可以测定出微观世界极其微弱的声波。
德国慕尼黑工业大学的研究人员发明一种可回收利用的新型防辐射屏蔽材料。这种材料含有铁颗粒、石蜡油和硼化合物,看起来像湿的黑色砂子。与传统重混凝土相比,这种材料重量要轻20%,而且可重复使用。它填充在钢制容器中,置于实验终端以屏蔽辐射;若此处不再使用,可从容器中取出,异地再用。
法国
采用新技术从工业废水中滤出黄金;证明蛋白质中水化膜并非不可替代。
李钊(《科技日报》驻法国记者)10月,法国巴黎一家名为MagpiePolymers的公司开始售卖一项类似于“炼金术”的专利技术,能从废水中过滤黄金。该技术实际上是一种从工业废水中提取贵金属的方法,即使是含量极微的稀有金属也能提取出来。提取工艺是利用一种微小的塑料树脂小珠,当废水通过这种小球泵出时,金、铂、钯、铑等稀有贵金属会慢慢地粘在珠子上,从水中分离出来。据称1升这种树脂能处理510立方米废水,提取价值30005000欧元的稀有金属。新技术除了提取微量贵金属,还能用来过滤水中的有害金属,如铅、汞、钴、铜和铀。
8月3日,法国国家科研中心发表公报称,一个国际研究小组证实,一种聚合物纳米膜拥有和水化膜类似的特性,能够维持蛋白质活性。这种纳米膜的作用将为工业、药理学和医学等领域开启新的研究方向。
日本
开发出能从饮用水中去除砷的廉价材料、不使用稀土的电动机、低熔点玻璃和转换率达37.7%的太阳能电池。
葛进(《科技日报》驻日本记者)日本物质材料研究机构的研究人员开发出一种新型的廉价材料,可以很方便快捷的去除饮用水中的砷。
日立制作所的研究人员采用非晶硅金属制造马达的铁芯部分,从而成功开发出不使用稀土的高效率永磁同期马达。该马达目前已经发展到产业用的11千瓦级别。
产业技术综合研究所的研究人员开发出一种新材料,该材料在受到光照射时可以在固化和液化之间反复转换,而且不受温度的影响。该研究成果可应用于新型光机能材料等方面。
日立制作所与日立化成工业的研究人员开发出一种在220300摄氏度就可以熔解的低熔点玻璃。该成果可应用于金属与电子部件的焊接材料。由于其可以利用各种光源进行加热熔融,将使各种部件的构造设计与制造程序大大丰富。
新能源产业技术综合研究开发机构与夏普公司开发出世界最高转换率的太阳能电池。该电池的吸光层是由三层铟镓为主的化合物构成,转换率可达到37.7%。
日本科学技术振兴机构与北海道大学的研究人员开发出一种新型晶体管,可以将在电脑等电器中使用的半导体集成回路的消耗电力降低到目前的十分之一以下。人们期待该研究成果在未来可以大幅度降低数码产品和手机的电力消耗。
韩国
以国家层面科研项目为依托,继续加大在纳米领域的研发投入。同时,在燃料电池领域也有新的突破。
薛严(《科技日报》驻韩国记者)6月,韩国知识经济部和教育科学技术部表示,韩国到2020年将投入5130亿韩元(约合人民币28.2亿元)推动“纳米融合2020项目”。为此,韩国政府将从基础研究到产品开发的整个阶段提供资金支持,并成立专门的财团法人机构,赋予其计划制定、课题开发和市场开拓等方面的独立行使权,力促推出10个全球明星级纳米技术融合产品。
6月,韩国汉阳大学能源工程学宣良国教授率领的研究小组表示,已经开发出续航时间达到现有电动车电池5倍左右的新一代电动车高性能锂空气电池系统。该研究小组用碳代替过去制造电池使用的镍、钴等金属开发出锂空气电池。由于把帮助锂离子往返阴阳两极的电解质换成醚系列的新物质,因而提高了效率。
南非
大力推进航空材料制造业发展,制造出纤维素纤维绝缘材料。
一、低碳经济形势下国内外材料科学技术的发展现状
在低碳经济形势下,为争取其经济和科技的领先地位,世界各国都十分重视材料科学技术的应用和发展,把新材料新技术作为科技发展战略的重要组成部分,予以重点支持。美国新材料科技战略目标是保持本领域在全球的领导地位,支撑信息技术、生命科学、环境科学和纳米技术等发展,满足能源、信息等重要部门和领域的需求。美国氢燃料研发主要集中在生产、储存和氢的配送技术及驱动汽车的几乎无空气污染物和温室气体排放的燃料电池技术开发上,研制的高效堆积式多结砷化镓太阳能电池的转换效率达到31%。通过在宇航发动机中增加先进结构材料,把发动机的推重比提高到20,大大降低飞机的重量,节约能源。欧盟新材料科技战略目标是,在航空航天材料、电子信息材料等领域竞争领先优势。欧盟科研公司大力发展光学材料、磁性材料、燃料电池技术、纳米技术、超导体、信息存储技术、钛基复合材料等。通过产品创新和技术创新,在新材料制造装备、加工和应用三个方面来发展低碳经济,并计划到2020年温室效应气体在1990年的基础上至少减少20%。H1日本新材料科技战略目标是保持产品的国际竞争力,注重实用性,在尖端领域赶超欧美。日本对新材料的研发与传统材料的改进采取并进的策略,注重已有材料性能的提高及回收再生。15]在21世纪新材料发展规划中将研究开发与资源、环境协调的材料以及减轻环境污染且有利于再生利用的材料作为主要考核指标。通过开发新的材料科学技术以解决资源短缺和环境污染问题。我国历来重视材料科学技术的发展,在各项国家计划中都给予了材料领域重点支持,如973、863、科技攻关计划等。在低碳经济形势下,我国已形成了比较完善的材料科技体系,在材料领域的研发方面取得了长足进步,某些新材料领域具有明显的资源优势和技术优势,如纳米碳管、有机发光材料、稀土永磁材料等方面进入国际先进行列。但我国自主创新能力弱,缺乏有自主知识产权的新材料产品及技术,严重阻碍新材料新技术的研究发展。因此,我国正通过各方面的不断努力,改进材料的加工制备技术、工艺及装备,大踏步向低碳经济迈进。
二、低碳经济对新材料产业的发展要求
展望世界经济的未来,低碳经济要带动实体经济的发展,必须借助新材料新技术的支撑。低碳经济对新材料产业提…的总体要求是:为推动经济向低消耗、低碳排放的转提供物质基础。具体包括:
1产业结构调整升级。低碳经济形势下,根据传统产业的低碳升级改造和新兴战略性产业发展的需要,新材料产业需要加速调整产业结构,压缩初级材料加工:[业产能,推动产业链向精深升级发展,优化产业结构和区域布局。
2技术创新。制造业的升级对低碳材料的需求层出不穷,必须通过不断的技术创新研发出新型低碳技术,抢占技术主导权,增加产业的柔性和生命力,不断地促进新材料新技术的更新发展。
3优化能源结构改善生态环境。优化能源结构,逐步降低煤炭在一次能源结构中的比例,提高核能、太阳能和风能等清洁、高效、优质能源的比重,以保证经济与环境的可持续发展。
三、材料科学技术在低碳材料领域中的应用前景和发展趋势
(一)碳纤维复合材料
碳纤维是先进复合材料中最重要的增强材料,结构轻质化要求使碳纤维复合材料具有广阔的应用前景。碳纤维复合材料以其独特、卓越的理化性能广泛应用在火箭、导弹和高速飞行器等航空航天领域。采用碳纤维与塑料制成的复合材料制造各种宇宙飞行器,[71不但推力大、噪音小,而且由于其质量较轻,所以动力消耗少,节省大量燃料。在汽车行业中,用碳/玻璃纤维混杂增强复合材料可以大大减轻车重,降低成本,减少污染。在电子工业中,研磨碳纤维加入到热塑性树脂基体制得导电塑料,可有效地解决抗静电问题,制成的部件不需要刷导电底漆,可大大降低低本并减少对环境的污染。
(二)新型信息功能材料
随着电子技术飞速发展,新型信息功能材料正向节能环保、智能化方向发展。电子信息功能材料是以宽禁带半导体材料、光电子材料、磁性材料和纳米材料为主导发展方向。光电子材料正由体材料向薄层、超薄层和纳米结构材料的方向发展,[81美国、日本通过研究Ⅱ一Ⅵ族材料技术制得了以激光、红外为主要应用背景的新型高性能光电子材料。利用第三代半导体材料制成的高效率白光发光二极管作为新型高效节能固体光源,在光显示、光存储、光照明:等领域中有着广阔的应用前景。电磁屏蔽材料是一种防止电子污染所必需的防护材料,是目前高新技术发展领域中的新型电子材料,其电磁波的屏蔽性能将随着我国电子工业的飞速发展而日益改善和提高。
(三)节能建筑材料
低碳经济中,建筑材料正向轻质化、绿色化方向发展。建筑上常将透明绝热材料与:外墙复合成透明隔热墙,大大减少因对流造成的热量损失。复合保温玻璃具有双重保温性能,可保持室温稳定,降低能量的损耗。纳米微胶囊相变材料通过相变技术在恒温状态下进行吸热或放热,在外界温度变化时能有效地保持室内热环境的稳定性,减少能量的损耗,[91达到建筑节能的目的。太阳能光电材料是太阳能电池与建筑材料复合而成的新型建材,太阳能光电屋顶、太阳能电力墙和太阳能光电玻璃不仅能吸收太阳热能,还能将其转换为电能,支持住宅内部用电,甚至还能将多余电力输入电网。随着太阳能技术的发展,太阳能光电玻璃有望在十年之内成为生态建筑中的主流玻璃材料。
(四)新型能源材料
随着人们对环境问题和能源问题的日益重视,清洁能源已成为一种有市场竞争力的能源形式。氢能源以高效、环保等优势应用于汽车上,但由于制氢和运输困难,尚未获得大规模应用。生物燃油随着柴油机性能的改善,已逐渐贴近了实际应用。镍氢电池是近年来开发的一种新型电池,没有记忆效应,没有环境污染,广泛应用在电动汽车上。燃料电池具有高的能量转换效率且不污染环境,广泛用于通讯、汽车等领域。美国在管型固体氧化物燃料电池(SOFC)研究上处于领先地位,德国SIMENS公司开展了平板型SOFC研究,但由于材料、结构、制造技术等问题,SOFC尚处于技术攻关阶段。高温超导材料作为一种新型节能材料,大幅提高电力生产、传输、分配和利用的效率,具有广阔的应用前景。
四、先进低碳技术促进低碳经济的发展
当今时代,高速发展的工业技术要求加工制造的产品精密化、轻量化、集成化;国际竞争更加激烈的市场要求产品性能高、成本低、周期短;日益恶化的环境要求材料加工过程中能耗低、碳排放量低。因此,需要探索先进材料加工技术,使材料由单一的传统型向复合型、多功能型及低碳型方向发展。
(一)无模成形技术
无模成形技术是一种板料的柔性加工工艺,基本无需模具或只需简单模具。该技术成本低,周期短,节省能源,显著提高塑性成形的精度和效率,广泛用于加工小批量多品种产品。在低碳经济形势下,一些新型的板料无模成形技术应运而生,带来巨大的经济价值。旋压是一种典型的连续局部塑性成形工艺,精度高、柔性好、易于实现机械化与自动化、节约材料,是实现薄壁回转体零件少无切削加工的先进制造技术,广泛应用于航空航天、汽车制造、电子、化工等领域,已成为精密塑性成形技术的重要发展方向。数字化渐进成形是日本学者松原茂夫于20世纪90年代提出的,之后世界各国学者对该工艺的成形过程、成形机理、成形性等展开了广泛的研究并取得突破。金属板料数字化渐进成形技术易于实现自动化,广泛用于航空航天领域,解决钛板零件小批量多品种、回弹大和难成形问题。
成形锤渐进成形是90年代新兴的加工技术,使用刚性冲头和弹性下模,对板材各局部区域分别打击成形所需形状的加工工艺。日本静冈大学对自由曲面的渐进成形工艺、加工路径、工序控制等方面做了比较系统的研究,但我国尚未展开。成形锤渐进成形只是成形形状比较简单的工件,而且成形后留下大量的锤击压痕点,影响制品的表面质量,因而后续需要进一步研究处理。
(二)近净成形技术
近净成形技术是指零件成形后,仅需少量加工或不再加工,就可用作机械构件的成形技术。它改造了传统的毛坯成形技术,使得成形的机械构件具有精确的外形,高的尺寸精度、形位精度和好的表面粗糙度。近净成形技术是目前制造技术中发展较快的先进技术,使机械产品毛坯成形实现由粗放到精化的转变,使外部质量做到无余量或接近无余量,内部质量做到无缺陷或接近无缺陷,实现了优质、高效、轻量化、低成本的加工,021广泛用于机械零件制造上。美国、日本等利用气化模铸造、树脂自硬砂组芯造型等近净成形技术加工制造汽车模具、飞机用高强超硬铝合金及铝锂合金零部件等,取得了巨大的技术经济效益,如汽车缸体铸件已经做到壁厚在3mm~4mm。计算机的发展、非线性问题计算方法的改进,推动了非线性有限元等技术发展,近净成形正向虚拟制造和网络制造方向发展,并且将由宏观模拟进一步向微观的组织模拟和质量预测方向发展。近净成形技术改善了生产条件,减少对环境的污染,成为一种清洁的绿色生产技术,为可持续发展创造有利条件。
(三)内高压成形技术
目前,减轻重量以节约能耗、降低排放是航空航天领域及汽车工业应对全球能源危机和环保压力的主要措施。采用轻质材料是实现结构轻量化的主要手段,而内高压成形是生产轻质复杂零件的理想方法。内高压成形也称为液压成形工艺,以管材作坯料,通过管材内部施加高压液体和轴向进给把管材压入到模具型腔使其成形为所需形状的工件。美国T.Altan教授主要进行管材液压成形性能、成形加载路径,有限元自适应仿真方面的研究。日本主要研究成形工艺参数和设备性能,极大的提高了管材成形极限。在这方面我国研究起步较晚,用液压成形工艺制造汽车、飞机等机械零件尚处于起步阶段。内高压成形工艺是一种先进的柔性加工技术,用来整体成形轴线为二维或三维曲线的异型截面空心零件,成形精度高、制造柔性化、节省能源、降低材料消耗、节约成本,有着广泛的应用前景与发展潜力。铝合金、镁合金、钛合金室温下成形性差,采用常温液压成形方法很难成形复杂零件,这时常采用热介质成形,㈣即将管材、模具和液体介质加热到一定温度而成形的空心变截面零件,可显著提高管材内压成形极限、增加零件复杂程度,广泛用于航空航天以及汽车领域。根据目前的应用现状,内高压成形正向着双层管的液压成形、拼焊管液压成形和热态介质内高压成形方向发展。
(四)绿色制造技术
绿色制造技术是在保证产品的功能、质量、成本的前提下,综合考虑环境影响和资源效率的新型制造模式。绿色制造可最大限度地提高资源利用率,减少资源消耗,降低成本,减少或消除环境污染,实现经济效益和社会效益协调优化。㈣少无切削加工技术是一种精密成形加工方法,可以大大减少机械加工余量,节省能量,目前在机械加工中广为使用。快速原型制造技术则是综合利用激光技术、CAD技术和数控技术而形成的少无切削加工的高新技术,节约资源,减少加工废弃物,是很有发展前途的绿色制造技术,广泛应用于模具制造、产品开发、医疗器械等领域。超高速加工技术是近年来发展起来的一种集高效、优质和低耗于一身的先进制造工艺技术。该技术既可保证加工质量和提高加工效率,又能降低能源消耗,减少碳的排放,是绿色制造技术未来的发展方向。虚拟制造技术(VMT)是以信息集成为基础的一种先进制造技术。在虚拟制造环境中生成软产品原型,代替传统的硬样品进行实验,对其性能和可制造性进行预测和评价,从而节省能源和原材料,缩短产品开发周期,降低成本。该技术应用在飞机、汽车等领域,美国波音公司在777新型客机机型设计中,利用VMT和三维模型进行管道布线等复杂装配过程的模拟,获得了前所未有的成功。