中国财富网讯 “一代材料,一代装备”。
新材料是先进武器装备得以快速发展的基石,而先进复合材料更是促进航空航天等领域跨越式发展的助推器。中国科学院化学研究所副研究员周恒就是一位走在筑梦路上的青年复合材料人。
据了解,周恒主要从事耐高温、抗烧蚀、高性能树脂基体及复合材料研究,他及所在团队研制的邻苯二甲腈树脂兼具优异工艺性及高耐热高强度,达到国际同类材料的先进水平,并实现了该树脂体系在国内航天领域的首次应用。
周恒 中国科学技术协会/供图
“家中长辈里面医生较多,高考时大家建议我去学医,但被我以‘手会抖’为由婉拒,当初选择学材料,是因为觉得无论到什么时候,它都是和我们生活息息相关的东西。”采访中,周恒回顾了自己的科研成长历程:2007年从北京航空航天大学本科毕业后,他被保送至中国科学院化学研究所硕博连读,2012年取得理学博士学位,并留所工作至今。
“在我不算漫长的科研路上,2015年称得上是收获颇丰,这年2月晋升为副研究员,同年还幸运地入选了中国科协首批‘青年人才托举工程’(简称‘青托’)。”周恒笑称,“别人都说‘十年磨一剑’,我应该算是已经磨了一把小匕首,不过为了这份热爱的事业,我还需要不懈努力,上下求索。”
周恒正在进行中国科学技术协会项目交流 中国科学技术协会/供图
瞄准航天领域应用,周恒所在课题组在国内新型邻苯二甲腈树脂研究方面形成了自己的特色,多项研究成果实现首次突破,展现出了优秀的创新思想和出色的开拓能力。
“邻苯二甲腈树脂是一类新型耐高温树脂体系,主要难点是熔融温度高,溶解性差,成型加工困难。”据周恒介绍,此前,美国航空航天局(NASA)在这方面研究了近30年,但国内研究较少,在航天领域的应用研究几乎为零。因此,周恒在攻读博士学位期间便将研究目光放在了新型邻苯二甲腈树脂的研制及应用上,留所工作后继续进行深入研究。
经过近10年的努力,周恒及所在团队通过分子结构设计和固化物结构控制,成功研制出具有低熔融温度(≤80℃)、宽加工窗口、高耐温等级以及高力学强度的邻苯二甲腈树脂体系,并完成了该树脂体系的工程化扩试及预浸料成型工艺研究,解决了高分子材料耐高温性能与加工性能互为矛盾的问题。通过与航天材料及工艺研究所科研人员的紧密合作,解决了困扰航天设计部门的技术难题,将邻苯二甲腈树脂成功应用于航天领域某重点型号。
周恒获得“中国复合材料杰出青年工程师”称号 中国科学技术协会/供图
目前,邻苯二甲腈树脂体系适用于复合材料预浸料/热压罐或模压成型工艺,为短期耐温≥400℃的树脂中成型工艺性最好的树脂之一。在2016年英国贝克兰高性能树脂会议上,该项研究获得了美国NASA高级聚合物专家的好评。除此之外,周恒及所在团队研制的耐高温高韧性双马树脂、耐高温低介电双马树脂等也已在我国多个航天型号上得到应用,并为下一代航天装备研制奠定了坚实的材料基础。
通过发挥“青托”项目经费的灵活性,周恒及所在团队深入挖掘邻苯二甲腈树脂特点,成功研制出代表航天下一代材料需求的新型结构-烧蚀一体化邻苯二甲腈树脂体系,并据此申请到了军委科委“颠覆性”前沿创新项目,项目资助达到300万元。
“‘青托’的支持经费不受计划书的限制,这为我们计划外的创新灵感提供了初期保障。”据周恒介绍,该团队将该新型邻苯二甲腈树脂与不同纤维配合,突破工程化整体成型制备技术,完成国内首件结构-烧蚀一体化复合材料构件的制造且首飞成功。
该研究成果实现了第三代航天器耐高温抗烧蚀构件全复合材料一次成型的构想,具有颠覆性的应用意义。由于利用同一种树脂,界面过渡层结合力好,复合材料兼具高温力学性能及抗烧蚀性能优异的特点。目前该树脂处于批量供应阶段,服务于多种导弹武器型号,为我国武器装备、航天领域的升级换代作出了突出贡献。
截至目前,在新型树脂基体的结构设计、合成制备和推广应用方面,周恒及所在团队已取得多项创新性成果,多种牌号树脂已在批产状态,成功应用于多种武器型号,实现直接间接经济价值逾亿元;周恒作为负责人承担了国防科工局、军委科委、自然科学基金委、总装备部等机构资助的项目10余项,发表文章35篇,申请专利14项,授权8项。
与此同时,为顺应国家鼓励科研人员进行成果转移转化的潮流,积极响应军民融合的号召,周恒参考传统航天用抗烧蚀酚醛复合材料方面的成果积累,与团队成员一起成功研制出轻质高强阻燃复合材料。据他介绍,该复合材料阻燃性能满足轨道交通、新能源大客车等领域内饰材料的要求,且相比传统酚醛材料具有更优异的综合性能。
借助中国复合材料学会对“青托”科研成果的宣传,周恒及所在团队成功与江苏某企业签署合作协议,现已开发出密度系列化、性能系列化的轻质阻燃复合材料,并已经在中车长客、中车浦镇、株洲智轨、比亚迪云轨等项目上得到推广应用,经济效益显著,应用前景广阔。
在“青托”项目期间,周恒还先后当选中国复合材料学会青年工作委员会副主任、中国科协青年科学家论坛执行主席、中国科协先进材料学会联合体青年工作委员会委员,并成为中科院化学所应用基础研究方向为数不多加入中国科学院青年创新促进会的科研人员,并于2017年荣获“中国复合材料杰出青年工程师”称号。(温远灏)