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創新是引領發展的第一動力

——訪北京玻鋼院復合材料有限公司科技委常委張為軍

來源:中國建材信息總網  撰稿人:  發布時間:2021年07月09日 瀏覽:
摘要:

“創新是引領發展的第一動力。北京玻鋼院復合材料有限公司(以下簡稱北京玻鋼院)自2008年開始對復合材料疏散平臺進行研制,攻克酚醛樹脂復合材料疏散平臺生產線的全部工藝環節難點,實現了酚醛樹脂復合材料在軌道交通領域的工程化應用。”

  “創新是引領發展的第一動力。北京玻鋼院復合材料有限公司(以下簡稱北京玻鋼院)自2008年開始對復合材料疏散平臺進行研制,在無酸固化酚醛樹脂設計與合成及酚醛樹脂在線預浸拉擠工藝技術等方面取得重大創新,形成了酚醛樹脂及其復合材料制備的核心技術基礎,并攻克酚醛樹脂復合材料疏散平臺生產線的全部工藝環節難點,實現了酚醛樹脂復合材料在軌道交通領域的工程化應用。”

  近日,以北京玻鋼院為主要完成單位的無酸拉擠酚醛及在線預浸拉擠技術在軌道交通中的應用項目,榮獲2020年度中國建筑材料聯合會·中國硅酸鹽學會建筑材料科學技術獎科技進步類二等獎,北京玻鋼院科技委常委、北玻院(滕州)復合材料有限公司副總經理張為軍在接受中國建材信息總網采訪時作出上述表述。

  實現酚醛樹脂復材在軌道交通領域應用

  隨著我國城市建設發展,軌道交通日益成為人們出行的首選,公共交通設施的防火安全性能越來越受到高度重視。地鐵疏散平臺是地鐵運營列車在隧道內出現緊急情況時,疏散乘客的專用通道。相較建設地鐵疏散平臺的傳統材料金屬、水泥等,酚醛樹脂復合材料既克服了后者易銹蝕、安裝困難的缺陷,又能夠充分發揮自身具有的輕質高強、高阻燃性、低發煙性、易操作、安裝效率高等優點,成為地鐵疏散平臺的首選材料。但普通的酚醛樹脂在拉擠成型中工藝性較差,嚴重制約了酚醛樹脂基復合材料產品的應用。

  對此,張為軍認為,主要原因在于拉擠酚醛樹脂酸性催化劑對模具腐蝕嚴重,酚醛樹脂固化反應速度慢,成型周期長,而且酚醛樹脂為縮聚固化反應,固化時有副產物水等小分子物生成。同時,為了適應拉擠成型快速固化的工藝需求,需提高模具加熱溫度來加速酚醛樹脂固化,但其副產物水在高溫下迅速蒸發并在制品中留下氣泡、空穴,從而影響酚醛拉擠制品的機械力學性能。

圖為昆明地鐵4號線應用現場。

  此外,為了降低樹脂粘度,拉擠用酚醛樹脂通常加入高達30%的酒精或丙酮等非活性稀釋劑,非活性稀釋劑在高溫下也會迅速蒸發,這些揮發份同樣會導致成型后的產品型材疏松、強度低、質量差、樹脂含量無法控制,嚴重制約了酚醛樹脂產品的廣泛應用。

  如何有效去除酚醛樹脂拉擠成型反應中所產生的小分子揮發性物質,有效控制成型產品中酚醛樹脂的含量及均勻性,提高拉擠成型產品表觀及力學性能,已成為國內外業界技術人員亟待解決的難題。

  北京玻鋼院無酸拉擠酚醛及在線預浸拉擠技術在軌道交通中的應用項目,通過開展無酸拉擠酚醛樹脂合成技術和在線預浸拉擠成型技術研究,攻克了酚醛樹脂復合材料疏散平臺生產線的全部工藝環節難點,實現了酚醛樹脂復合材料在軌道交通領域的工程化應用。

  據張為軍介紹,該項目成果首次應用于北京地鐵14號線建設項目中,完成6000延米的示范線工程,得到了業主單位和施工單位的高度認可。隨著北京地鐵14號線首條地鐵酚醛復合材料疏散平臺示范線工程的成功運營,該項目的科學技術成果在北京、廣州、石家莊、長春等9個城市29條軌道交通線路中得到廣泛應用,累計完成里程44.6萬延米。

  獲獎更重要的是一種責任

  談及此次獲獎感受,張為軍說:“此次獲獎是對該項目研究工作的認可和褒獎,非常感謝我們團隊成員的辛勤付出。但獲得此獎不只意味著榮耀,更重要的是一種責任。這種責任將促使我和我的團隊繼續努力,為復合材料行業及其在軌道交通和公共安全設施領域應用貢獻力量。”

  張為軍告訴中國建材信息總網,該項目研究過程中他們解決了很多難題。比如,傳統的拉擠酚醛樹脂采用酸固化體系,對模具腐蝕嚴重,固化反應速度慢,成型周期長,他和團隊成員通過采用高活性反應原料和復合催化劑制備了非酸固化拉擠專用酚醛體系,而非酸固化拉擠專用酚醛體系屬于單組份樹脂,使用比較簡單,提高了生產效率。此外,由于該產品不含酸性固化劑,成品樹脂適用期較長,常溫下保質期可達到3個月。

圖為拉擠酚醛制品。

  但在張為軍看來,如何實現將樹脂含量控制在一個穩定的區間,是該項目研究過程中一個最重要的難題。因為在該項目研究過程中,前期制備的復合材料疏散平臺樹脂含量不穩定,導致燃燒性能熱值忽高忽低,熱值高不能滿足技術指標A2級要求;熱值低,型材力學性能相對較差。

  針對上述難點,張為軍和團隊成員創新性地在拉擠工藝中引入在線預浸技術,增加了在線預浸烘干裝置,有效解決了酚醛樹脂傳統拉擠工藝存在的揮發份排除問題;在預浸拉擠工藝中采用膠液再分配浸漬裝置,實現了增強材料的再浸漬、再分配,有效控制了預浸材料樹脂含量的穩定性和均勻性,提高了產品質量。

  張為軍和團隊成員的辛勤付出最終也得到了豐碩回報。該項目研究成果在多方面實現了創新,例如創新性地采用復合催化及分步加料的方法合成該類樹脂,增加了樹脂的反應活性和反應程度,有效解決了傳統酚醛固化反應速度慢、成型周期長、揮發份高、粘度大等問題;創新性地在酚醛樹脂體系中增加了高活性反應原料,制備的樹脂體系避免了普通拉擠酚醛樹脂體系的以酸性物質為固化劑的雙組份體系,有效解決了復配樹脂酸固化體系的適用期短、生產效率低、成型模具酸腐蝕嚴重等問題,

  最值得一提的是,該項目研究成果首次在拉擠工藝中引入在線預浸技術,增加了在線預浸烘干裝置,有效解決了酚醛樹脂傳統拉擠工藝存在的揮發份排除問題;首次在預浸拉擠工藝中設計采用膠液再分配浸漬裝置,實現了增強材料的再浸漬、再分配,有效控制了預浸材料樹脂含量的穩定性和均勻性,提高了產品質量。

  整體成果達到國內領先

  中國建筑材料聯合會對北京玻鋼院“新型酚醛及在線預聚合拉擠阻燃復合材料在軌道交通中的應用”項目成果鑒定認為,該項目研制的酚醛樹脂復合材料疏散平臺已廣泛應用于北京、廣州、石家莊、長春、青島、重慶等城市多條軌道交通線路上,獲得用戶一致好評,經濟社會效益顯著,市場前景廣闊。同時,項目成果的開發與應用推動了我國復合材料行業的技術進步,對提高軌道交通運營安全保障系統的能力及水平,提高公共安全具有重要意義。該項目成果整體達到國內領先水平,其中酚醛樹脂在線預聚合拉擠技術達到國際先進水平。

  據張為軍介紹,與同類產品相比,該項目采用有無酸固化特種酚醛樹脂設計及合成技術、酚醛樹脂在線預聚合拉擠技術,有效解決了傳統酚醛拉擠工藝酸性催化劑腐蝕模具及低分子揮發物引發制品缺陷的行業難題,大大推動了酚醛拉擠復合材料制品的廣泛應用與發展;在線預浸拉擠工藝技術、高精度樹脂含量控制技術的研究,有效除去酚醛樹脂拉擠成型過程中的揮發物,精確控制樹脂含量及均勻性,大大提高酚醛樹脂拉擠產品表面質量及機械性能,同樣可用于環氧樹脂及不飽和聚酯體系的拉擠工藝體系,很好地控制產品的樹脂含量,提高玻纖含量,增強制品強度,推動了整個聚合物基拉擠復合材料行業的發展。疏散平臺整體達到國內領先水平,其中酚醛樹脂在線預浸拉擠技術達到國際先進水平。

  截至目前,該項目已獲授權國家專利7項,其中發明專利3項,實用新型專利4項,發表科技論文3篇。

圖為研發團隊成員在國家重點研發計劃疏散平臺示范工程現場合影。

  如今,張為軍和他的團隊成員已著手該項目的下一步工作:隨著軌道交通車速的提升,隧道采用大盾構的方式,開展與之相匹配的疏散平臺系統結構設計技術和超寬整體酚醛復合材料疏散平臺成型工藝技術研究,同時為保證軌道交通運營的安全可靠性,開展新型耐火疏散平臺技術研究,以及產品持續降本增效技術研究。

責任編輯:褚贊贊
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