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2017年11月10日，由材料委天津研究院承办的IFAM2017 “高性能纤维及复合材料国际论坛”在西安召开。论坛邀请了来自日本、美国、荷兰及中国的碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯等领域专家进行报告，对国内外高性能纤维领域展开深入交流讨论。（大会详情及报告内容请点击此处） 会后，材料委天津研究院对报告专家进行了独家采访。本期采访嘉宾是——日本东京大学万 熠助理教授。 万 熠 “不仅要在预浸带的过程中把握纤维和树脂之间充分的含浸率，同时也要在预浸带堆叠的时候保证没有太严重的形态变化，这样才能保证最后成型的材料质量能足够接近材料的理论值。” 专家介绍 万 熠，日本东京大学助理教授，主要研究热塑性树脂碳纤维复合材料（CFRTP）。参与日本最大的CFRTP国家项目（5年合计项目经费约10亿日元），研究领域涉及CFRTP性能评价、成型过程、量产化应用等方面，发表该领域内顶级期刊第一作者论文5篇。在各类国际学会发表30余次并获奖8次，作为日本复合材料协会会员及日本SAMPE协会会员，在复合材料领域与鲁汶大学、北京航空航天大学、韩国科学技术院（KAIST）、悉尼大学、帝国理工学院等均保持科研合作与交流。 ▲ 万熠助理教授在本次分论坛作精彩报告 Q1 您目前关注的研究点，以及未来的研究方向是什么？ 万 熠：我现在主要做的是复合材料，特别是短切纤维强化热塑性复合材料的内部结构以及力学性能之间的建模以及相互之间的关系。 关于将来的研究方向，首先，我们最终的目的是短切热塑性纤维的量产化应用。但为了达到这个应用，现在我们研究的深度对于材料来说还不够。有限元相关设计以及更精确的力学特性预测和复杂模型的建立，是我们接下来几年的研究重点。  Q2 对于您目前所制备的碳纤维复合材料，您认为应该注意哪些问题？ 万 熠：成型工艺。一个是成型工艺，一个是成型品质。复合材料它是一个多尺度的成型。首先用纤维树脂制成预浸带，然后从预浸带再制出来的是一个复合材料，就是预浸带的堆叠。不仅要在预浸带的过程中把握纤维和树脂之间充分的含浸率，同时也要在预浸带堆叠的时候保证没有太严重的形态变化，这样才能保证最后成型的材料质量能足够接近材料的理论值。这才是需要综合考虑这个技术所能得到的。 Q3 下游应用一直是材料开发方向的驱动，您认为您的技术在下游应用中有哪些突破呢？ 万 熠：我们需要提供的是什么？首先需要提供材料，然后需要提供一个材料的可预测性，也就是提供一套方法，一个能建立的模型。在达到这样的基础之后，下游的厂商才能有勇气或者愿意去使用这种材料，所以我认为与其说有优势，不如说是因为这个部分我们还没有完全做完。 就与我所说的未来的研究方向一样，只有我们把相关的建模以及整个复杂的一套方法，也就是这个材料的评价方法完善之后，企业才能在完善的基础上去设计一个可重复性生产的技术，这样才能达到一个材料的应用。不管材料单体的性能有多强，如果不能连续生产出均一性能的产品，那我觉得下游是不会使用的。 Q4 您认为您所在的材料领域目前还存在哪些问题？并且如何去解决呢？ 万 熠：我使用的这一类短切纤维材料的一个最大问题就是材料特性不均一。但是这个不均一性是与下游厂商的想法是很接近的。比如丰田，如果材料品质不均一，它首先就不会考虑去使用这种材料，因为它会追求利益最大化，它只会把这个材料用到它觉得值得用的地方。但是像一些更豪华的厂商如兰博基尼，它们也做了与我们类似的材料，但是它发现这个材料在不能做结构受力件的时候，就把材料进行了一定的加工，做内饰的饰板。而对于内饰饰板来说，价格就实在太高了，但作为一个豪华级的超级跑车，就可以承担相关的材料费。所以，根据下游厂商的需求，我们在对材料的使用和材料的方向上会有的一定变化。 Q5 除了现有的应用领域，您认为碳纤维复合材料还在哪些应用领域中有潜力？根据我们现在的了解，比如在汽车、波音787上都有所应用。 万 熠：复合材料最初研发出来的时候就是在军工方面的应用。比如像碳碳类的复合材料，导弹的壳体一般用碳碳复合材料的比较多。其实复合材料的应用非常多，而且它开始时主要就应用在需要轻量化并且高力学需求的地方。 其次是在最高力学性能需求和最高价格需求上的应用，一般在运动领域比较常见，比如：自行车、网球拍、鱼竿、高尔夫球杆等。 然后就是航空相关领域：飞机，还有就是汽车、高压容器罐。目前为止主要是以上这些领域应用比较多。还有，比如：人体假肢，因为它（复合材料）够轻，而且够强，所以现在在医学领域也有一定的研发。 您认为拓展到这些新的领域需要克服什么难题？ 万 熠：这些应该是以材料为导向的设计。复合材料特性就是各向异性的，把各向异性的特性发挥出来后，它才能达到最优的轻量化效果，而轻量化和力学结构都和碳纤维的纤维取向有一定关系。 其实与其说要克服什么困难，主要就看你对材料特性理解够不够透彻。材料的所有特性在你知道之后，就看你能否做出相关的CAE（计算机辅助工程）模型。能做出CAE模型并进行验证，能确保它的reliability之后剩下的就是实际的生产运用了。 Q6 您认为碳纤维复合材料领域的技术趋势是什么？ 万 熠：回收会是一个大的技术趋势，毕竟使用量慢慢增加之后，复合材料的工业垃圾也会同比增长。毕竟碳纤维就算受到一千度以下的高温，对其本身的结构破坏其实并不是特别明显。只要能重新赋予其一定的官能团，然后再重新与树脂结合的话，它就又可以作为复合材料再生产。所以，回收相关的技术可能是接下来几年的一个发展重点。 Q7 以您目前对中国复合材料领域的了解，您觉得中国在碳纤维复合材料上需要进行突破的关键点是什么？ 万 熠：上游供应，就是碳纤维的供应。虽然现在国内已经大力发展碳纤维的开发，但到目前为止国内碳纤维主要还是集中在研究室或者研究机构规模的开发。比如国内现在有的碳纤维工艺已经可以达到东丽的T1000，但是东丽T1000在上个世纪末就已经开始试做出售了。所以，不单单要有质量。比方有些工业企业能把技术吸收，并且进行产业化。你要是不进行产业化的话，这种在处于实验室规模的材料，就很难与工业挂钩。 还有我觉得最重要的地方，一个是碳纤维本身，一个是中间基材，比如像预浸带的生产。还有一些比如像冲压模型的平板，也就是复合材料板的生产。这些我觉得国内目前和欧美日还是有差距的。 Q8 通过这次大会，包括和日本、荷兰、中国专家交流，您有什么收获和感想吗？ 万 熠：应该说是重新加强了认识，加强了欧日之间对于复合材料量产化应用区别的认识。 比如欧洲认为复合材料量产应用的主流是over molding，但是日本认为要用discontinuous fiber。欧洲方面科研的认知和工业最后的实际应用联系很紧密，而日本在这方面还是相对弱一些。所以说像BMW等欧洲的汽车厂商，它们实际在应用复合材料的时候可能就会采用over molding或者其他相关技术，但日本目前为止开发比较成熟的还是短切纤维。所以，将来很希望看到这两个相关的不同方向的技术孰优孰劣的竞争。 · end · 本文系天津研究院独家编辑 |
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