河南省碳纖維復合材料國際合作實驗室依托河南工業(yè)大學“機械工程”一級學科博士點及博士后科研流動站、“機械設計及其自動化制造”國家一流本科專業(yè)，立足河南，面向國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)主戰(zhàn)場，是河南省碳纖維復合材料的科學研究基地，也是國內(nèi)以超薄碳纖維紗、帶、織物增強樹脂基復合材料為研究特色的國際合作實驗室，圍繞該研究方向已獲國家授權發(fā)明專利12項。

總體定位與研究方向

實驗室以航空、航天、航海領域新產(chǎn)品開發(fā)對輕質高強碳纖維復合材料需求為牽引，開展超薄碳纖維紗、帶、織物增強樹脂基復合材料及其功能化的應用基礎理論研究，探索碳纖維復合材料高性能化、功能化的關鍵科學與技術問題。通過國際合作，取得國際領先、對我國復合材料行業(yè)進步具有推動作用的理論研究和技術創(chuàng)新成果，形成“基礎理論研究- 技術創(chuàng)新- 研究成果轉化”的新型創(chuàng)新體系，促進國際交流，推進科研成果轉化。

實驗室特色鮮明的研究方向包括：

（1）超薄、超輕碳纖維紗、帶、織物增強樹脂基（特別是熱塑性樹脂）復合材料高性能化及功能化微觀、細觀結構調控關鍵基礎問題；

（2）超薄碳纖維增強樹脂基復合材料結構- 功能一體化設計理論及設計方法。

實驗室除常規(guī)的復合材料力學性能測試、內(nèi)部缺陷無損檢測平臺外，還自主設計、建設了3個特色實驗平臺，開展高性能纖維超薄化展紗工藝、超薄碳纖維熱塑性復合材料成型工藝以及超薄碳纖維預浸料層合板特種環(huán)境下的性能衰減方面的研究。

關鍵技術突破

在鋼鐵材料中利用細晶強化機制獲得超高強度鋼已得到廣泛應用。如何在碳纖維復合材料中構筑精細微觀結構，大幅提高其力學性能，對于發(fā)揮碳纖維的力學性能潛能，提高復合材料性能，降低復合材料使用成本具有重要意義。本實驗室交叉、融合了金屬材料微觀結構調控與強化理論，不斷豐富、創(chuàng)新復合材料基礎理論研究。

實驗室采用碳纖維超薄化精確排列構型調控技術，減少了纖維偏轉、屈曲帶來的力學性能折損，有利于獲得均勻、細小的樹脂微觀分布狀態(tài)，提高裂紋擴展功能，顯著提高復合材料的力學性能，使碳纖維拉伸強度利用率達到90% 以上。與常規(guī)熱固性碳纖維預浸料層合板相比，在相同纖維體積分數(shù)條件下，超薄碳纖維復合材料拉伸性能提高了近20%。與常規(guī)熱塑性碳纖維預浸料層合板相比，其拉伸性能提高了30%。實驗室引入碳纖維空間排列因子，修正了復合材料細觀力學的經(jīng)典理論：兩項混合律。從細觀力學的角度揭示了超薄化碳纖維復合材料的強化機制。

突破的關鍵技術方面包括：

（1）建立了流 - 固力場作用下，碳纖維超薄化寬展過程中的均勻、穩(wěn)定、精確排列的工藝參數(shù)優(yōu)化及控制條件，為碳纖維高速、穩(wěn)定超薄寬展提供了產(chǎn)業(yè)化應用基礎。

（2）建立了超薄碳纖維熱塑性預浸料混雜編織的新工藝，自主開發(fā)了相應的編織機，為開發(fā)較復雜構型的碳纖維熱塑性編織預成型體提供了基礎。

科研成果及轉化

（1）與悉尼大學航空機電學院合作開發(fā)了結構電池無人機。該無人機的主承載板采用超薄碳纖維復合材料層合板結構與動力電池組成的結構- 功能一體化設計，在原設計的基礎上減重31%，續(xù)航里程增加54%。由于超薄碳纖維復合材料優(yōu)異的力學性能，結構電池的抗擠壓、彎曲、沖擊性能均有不同程度的改善。

（2）與安徽卓爾航空科技有限公司合作進行超薄預浸料在航空螺旋槳中應用研究及其性能評估。

該螺旋槳直徑較大，厚度較小，截面扭角較大，通過引入一定比例的超薄預浸料鋪層，提高了該產(chǎn)品的抗疲勞性能和可靠性。

實驗室建設

實驗室負責人為吳海宏教授、博士生導師，學術顧問為中科院院士申長雨教授。實驗室現(xiàn)有研究人員35人，其中教授8人，副教授19人，具有博士學位研究人員31人。

實驗室現(xiàn)有5個合作研究團隊：

（1）河南工業(yè)大學吳海宏教授帶領的航空復合材料研究團隊，負責開展超薄碳纖維細觀結構調控理論及其預浸、編織、層合板制造工藝及性能評價研究；

（2）鄭州大學國家橡塑模具工程研究中心劉春太教授帶領的輕量化設計團隊，負責開展復合材料性能計算的力學建模研究；

（3）澳大利亞悉尼大學航空機電學院仝立勇教授帶領的結構設計團隊與河南工業(yè)大學聯(lián)合開展結構- 功能一體化設計研究；

（4）美國威斯康辛-麥迪遜分校童立生教授負責的團隊與河南工業(yè)大學、江蘇科技大學周應國教授團隊聯(lián)合開展三明治發(fā)泡結構制造及性能評價研究；

（5）意大利COMI 公司與河南工業(yè)大學合作研究熱塑性層合板制造裝備設計研究。

實驗室多次參加全國復合材料大賽，連續(xù)三次獲得超輕機翼比賽項目前兩名、復合材料橋梁第三名的好成績，是本科生、碩士研究生的課后創(chuàng)新實踐平臺。依托實驗室及其相關項目培養(yǎng)的部分本科生、碩士研究生已經(jīng)成為C929、彩虹號無人機、高速動車等國家重大項目組成員。

實驗室與清華大學、大連理工大學、西安交通大學、浙江大學及都靈理工大學、堪薩斯州立大學、曼尼托巴大學、悉尼大學、威斯康星- 麥迪遜分校、鄭州機械研究所、鄭州磨料磨具磨削研究所等國內(nèi)外知名院校和科研院所建立了合作關系，共同推進產(chǎn)、學、研協(xié)同創(chuàng)新。

實驗室與光威復材、南京玻璃纖維設計研究院就T800 碳纖維、高強玻璃纖維的展紗工藝及其性能評價開展了合作探索研究。