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一、1—7月份建材工業經濟運行概況
1—7月規模以上建材工業完成工業總產值2萬億元,工業增加值按可比價格計算比去年同期增長11.1%,增幅比去年同期回落18.8個百分點。7月份當月建材工業增加值同比增長7%,低于年初7.7%的同比增長率,是今年以來最低月同比增長速度。1—7月全國水泥產量12億噸,同比增長4.4%。5、6兩個月全國水泥當月產量都突破2億噸,7月份季節性回落到1.9億噸。1—7月全國平板玻璃產量4.3億重量箱,同比下降5.7%。4月份以后全國平板玻璃當月產量同比持續下降。
5月份以后由于人民幣貶值刺激,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122.3億美元,同比增長15.3%,高于1—5月份增速,比去年同期仍然低5.2個百分點,比去年全年低9.8個百分點。6月份建筑衛生陶瓷、建筑用石、玻璃纖維及制品、水泥制品等建材主要出口商品同比增速都比5月份回落。上半年建材及非礦商品出口離岸價格平均比去年同期上漲11.8%。剔除價格因素,建材出口數量實際增長3.1%,二季度各月同比實際增長率分別為0.4%、4.5%、2.7%,建材實際出口數量已經趨向零增長,對建材部分出口依存度較高的產品產量增長拉動刺激作用在減弱。今年一季度花崗石制品、其它建筑玻璃、玻璃纖維紗、水泥和水泥熟料等商品出口數量下降,二季度衛生陶瓷、大理石制品、平板玻璃出口數量也開始下降,陶瓷磚出口數量在二季度也出現明顯的增速下滑態勢。
1—7月份建材及非礦產品出廠價格總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%,平板玻璃出廠價格近兩個月探底小幅回升,1—7月份平均同比仍然下降10%,技術玻璃下降7.2%。
1—6月份規模以上建材工業完成銷售收入1.6萬億元,同比增長12.3%,增幅比1—5月份下降1個百分點;實現利潤952億元,同比下降16.3%,下降幅度比1—5月份收窄2.3個百分點。平板玻璃制造業虧損額繼續擴大,1—6月份虧損4.9億元,水泥、技術玻璃、玻璃纖維及制品、衛生陶瓷制造業實現利潤同比分別下降51.4%、21.7%、0.1%、6.2%。
1—7月,建材工業完成固定資產投資5819億元,同比增長19.1%,增速同比回落14.2個百分點,比今年1—6月回落0.3個百分點,增速低于同期全國固定資產投資增速1.3個百分點。水泥和平板玻璃制造業固定資產投資增速下降,同比分別下降3%和8.9%;磚瓦及建筑砌塊制造業完成固定資產投資同比增長21.5%,玻璃纖維及制品制造業完成固定資產投資同比增長25.8%,建筑衛生陶瓷制造業完成固定資產投資由1—6月的下降0.3%轉為增長0.1%。混凝土與水泥制品業完成固定資產投資982億元,同比增長33.1%,是建材工業固定資產投資規模最大的行業。
二、今年建材工業發展中的主要問題
(一)建材工業增速繼續下滑
7月份建材工業生產增速繼續下降。值得關注的是,繼平板玻璃制造業之后,防水材料制造業今年5月份以后當月同比增速出現負增長,6月份以后建筑衛生陶瓷、粘土及土砂石開采業也出現負增長。在一季度表現尚可的磚瓦及建筑砌塊、混凝土與水泥制品、輕質建材、隔熱和隔音材料等行業在二季度也出現增速下滑態勢。進入7月份,除了輕質建材、隔熱和隔音材料等行業生產企穩回升外,主要受投資和出口拉動行業生產增速繼續下降。
今年5月份以后陶瓷磚出口數量增速急劇回落,衛生陶瓷出口數量在年初和二季度3個月同比出現負增長,上半年衛生陶瓷出口數量同比下降2.9%。私營經濟為主要成份的建筑衛生陶瓷生產企業對國際國內市場變化反應極為敏銳,7月份全國陶瓷磚產量同比下降10.9%,1—7月份產量50.6億平方米,同比僅增長1.8%。1—7月份全國衛生陶瓷產量8436萬件,同比下降7%。7月份水泥排水管和壓力管、規模以上磚月產量同比都出現負增長。
(二)部分地區水泥價格大幅度下跌
7月份,浙江、安徽、上海、北京、天津等地水泥價格大幅度下跌,“價格戰”已經在部分區域的全國性大企業集團之間展開。需求不旺,產業集中度不高,產能嚴重過剩,是水泥價格下跌和價格戰的直接原因,而企業之間的成本差異,因為單位產品能耗、勞動生產率等技術和管理水平的差距產生的成本差異,是產生“價格戰”這種初級市場競爭形態的根本原因。水泥工業控制總量,更要優化以技術管理水平提升和經濟效益為標志的存量。在當前經濟形勢下,應充分利用倒逼機制,以先進生產力淘汰置換經濟協作區域內的落后生產力,促進企業提升技術和管理水平,提高核心競爭力,促進水泥工業健康發展。
(三)經濟效益全面下降
建材企業電力、天然氣購進價格繼續上漲,煤炭、重油、柴油、純堿價格雖然下降,但還處于高價位。人工成本和財務費用繼續大幅度上升。今年1—6月份規模以上建材工業主營業務成本同比上升14.9%,營業、管理和財務三項費用同比增長17.8%,都超過主營業務收入增幅,是建材工業多年來所罕見。建材主要產品價格的下降和成本費用的上升,1—6月份規模以上建材工業銷售利潤率5.89%,比去年同期下降2.01個百分點。
水泥、混凝土與水泥制品、平板玻璃、技術玻璃、建筑陶瓷、衛生陶瓷、玻璃纖維、玻璃纖維增強塑料、輕質建材、隔熱和隔音材料、石灰石石膏開采與石灰石膏制造、防水材料等12個行業銷售利潤率下降,銷售利潤率下降行業比1—5月份減少2個。建筑用石、粘土與土砂石開采、石棉云母采選與制品、石墨滑石采選等行業實現利潤增長,銷售利潤率與去年同期相比也有所恢復,但低于同期最好水平。
今年6月份規模以上建材工業存貨占用資金2504億元,其中產成品1034億元,同比增長16.3%,增速超過產品銷售收入增長。庫存的增加使存貨占用資金增加,1—6月份存貨周轉率11.82次,比去年同期減少1.46次;貨款回籠速度減慢,應收賬款增加,6月份應收賬款凈額同比增加622億元,增長27.6%,1—6月份應收賬款周轉率12.59次,比去年同期減少2.61次。流動資金周轉速度減慢,1—6月份流動資產周轉率2.76次,比去年同期減少0.15次。
三、三季度和全年建材工業發展趨勢預測
今年以來我國固定資產投資和國內生產總值增速回落,國際金融危機的深層次影響還在繼續顯現,建材行業內部結構性矛盾與市場因素交織,今年建材工業增長速度將有所回落。從今年以來建材經濟運行情況分析,支撐建材工業平穩增長的有利條件和積極因素仍然較多,建材工業有望實現穩中有進。
固定資產投資,特別是中部地區對建材行業的拉動作用仍將持續。今年1—7月份建材全行業11.1%的增長率中,中部地區建材工業增長貢獻5.7個百分點。預計全國固定資產投資仍然將保持一定增長速度,對建材工業增長的拉動作用仍然較強。
世界經濟不景氣對我國建材出口的影響仍在延續和擴大,但出口產品結構提升和出口地區多元化增強了我國建材產品在國際市場的抗風險能力。今年一季度建材對歐盟出口同比下降2.6%,上半年回升到增長5.5%。對亞太地區建材產品出口從一季度的增長11.9%上升到上半年15.9%,對東盟出口增長從12.9%上升到23.2%。建材部分行業和產品,出口仍然是重要促進因素。
復合材料是指由兩種或兩種以上不同物質以不同方式組合而成的材料,它可以發揮各種材料的優點,克服單一材料的缺陷,擴大材料的應用范圍。由于復合材料具有重量輕、強度高、加工成型方便、彈性優良、耐化學腐蝕和耐候性好等特點,已逐步取代木材及金屬合金,廣泛應用于航空航天、汽車、電子電氣、建筑、健身器材等領域,在近幾年更是得到了飛速發展。
隨著科技的發展,樹脂與玻璃纖維在技術上不斷進步,生產廠家的制造能力普遍提高,使得玻纖增強復合材料的價格成本已被許多行業接受,但玻纖增強復合材料的強度尚不足以和金屬匹敵。因此,碳纖維、硼纖維等增強復合材料相繼問世,使高分子復合材料家族更加完備,已經成為眾多產業的必備材料。目前全世界復合材料的年產量已達550多萬噸,年產值達1300億美元以上,若將歐、美的軍事航空航天的高價值產品計入,其產值將更為驚人。從全球范圍看,世界復合材料的生產主要集中在歐美和東亞地區。近幾年歐美復合材料產需均持續增長,而亞洲的日本則因經濟不景氣,發展較為緩慢,但中國尤其是中國內地的市場發展迅速。據世界主要復合材料生產商PPG公司統計,2000年歐洲的復合材料全球占有率約為32%,年產量約200萬噸。與此同時,美國復合材料在20世紀90年代年均增長率約為美國GDP增長率的2倍,達到4%~6%。2000年,美國復合材料的年產量達170萬噸左右。特別是汽車用復合材料的迅速增加使得美國汽車在全球市場上重新崛起。亞洲近幾年復合材料的發展情況與政治經濟的整體變化密切相關,各國的占有率變化很大。總體而言,亞洲的復合材料仍將繼續增長,2000年的總產量約為145萬噸,預計2005年總產量將達180萬噸。
從應用上看,復合材料在美國和歐洲主要用于航空航天、汽車等行業。2000年美國汽車零件的復合材料用量達14.8萬噸,歐洲汽車復合材料用量到2003年估計可達10.5萬噸。而在日本,復合材料主要用于住宅建設,如衛浴設備等,此類產品在2000年的用量達7.5萬噸,汽車等領域的用量僅為2.4萬噸。不過從全球范圍看,汽車工業是復合材料最大的用戶,今后發展潛力仍十分巨大,目前還有許多新技術正在開發中。例如,為降低發動機噪聲,增加轎車的舒適性,正著力開發兩層冷軋板間粘附熱塑性樹脂的減振鋼板;為滿足發動機向高速、增壓、高負荷方向發展的要求,發動機活塞、連桿、軸瓦已開始應用金屬基復合材料。為滿足汽車輕量化要求,必將會有越來越多的新型復合材料將被應用到汽車制造業中。與此同時,隨著近年來人們對環保問題的日益重視,高分子復合材料取代木材方面的應用也得到了進一步推廣。例如,用植物纖維與廢塑料加工而成的復合材料,在北美已被大量用作托盤和包裝箱,用以替代木制產品;而可降解復合材料也成為國內外開發研究的重點。
另外,納米技術逐漸引起人們的關注,納米復合材料的研究開發也成為新的熱點。以納米改性塑料,可使塑料的聚集態及結晶形態發生改變,從而使之具有新的性能,在克服傳統材料剛性與韌性難以相容的矛盾的同時,大大提高了材料的綜合性能。
樹脂基復合材料的增強材料
樹脂基復合材料采用的增強材料主要有玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等。
1、玻璃纖維
目前用于高性能復合材料的玻璃纖維主要有高強度玻璃纖維、石英玻璃纖維和高硅氧玻璃纖維等。由于高強度玻璃纖維性價比較高,因此增長率也比較快,年增長率達到10%以上。高強度玻璃纖維復合材料不僅應用在軍用方面,近年來民用產品也有廣泛應用,如防彈頭盔、防彈服、直升飛機機翼、預警機雷達罩、各種高壓壓力容器、民用飛機直板、體育用品、各類耐高溫制品以及近期報道的性能優異的輪胎簾子線等。石英玻璃纖維及高硅氧玻璃纖維屬于耐高溫的玻璃纖維,是比較理想的耐熱防火材料,用其增強酚醛樹脂可制成各種結構的耐高溫、耐燒蝕的復合材料部件,大量應用于火箭、導彈的防熱材料。迄今為止,我國已經實用化的高性能樹脂基復合材料用的碳纖維、芳綸纖維、高強度玻璃纖維三大增強纖維中,只有高強度玻璃纖維已達到國際先進水平,且擁有自主知識產權,形成了小規模的產業,現階段年產可達500噸。
2、碳纖維
碳纖維具有強度高、模量高、耐高溫、導電等一系列性能,首先在航空航天領域得到廣泛應用,近年來在運動器具和體育用品方面也廣泛采用。據預測,土木建筑、交通運輸、汽車、能源等領域將會大規模采用工業級碳纖維。1997~2000年間,宇航用碳纖維的年增長率估計為31%,而工業用碳纖維的年增長率估計會達到130%。我國的碳纖維總體水平還比較低,相當于國外七十年代中、末期水平,與國外差距達20年左右。國產碳纖維的主要問題是性能不太穩定且離散系數大、無高性能碳纖維、品種單一、規格不全、連續長度不夠、未經表面處理、價格偏高等。
3、芳綸纖維
20世紀80年代以來,荷蘭、日本、前蘇聯也先后開展了芳綸纖維的研制開發工作。日本及俄羅斯的芳綸纖維已投入市場,年增長速度也達到20%左右。芳綸纖維比強度、比模量較高,因此被廣泛應用于航空航天領域的高性能復合材料零部件(如火箭發動機殼體、飛機發動機艙、整流罩、方向舵等)、艦船(如航空母艦、核潛艇、游艇、救生艇等)、汽車(如輪胎簾子線、高壓軟管、摩擦材料、高壓氣瓶等)以及耐熱運輸帶、體育運動器材等。
4、超高分子量聚乙烯纖維
超高分子量聚乙烯纖維的比強度在各種纖維中位居第一,尤其是它的抗化學試劑侵蝕性能和抗老化性能優良。它還具有優良的高頻聲納透過性和耐海水腐蝕性,許多國家已用它來制造艦艇的高頻聲納導流罩,大大提高了艦艇的探雷、掃雷能力。除在軍事領域,在汽車制造、船舶制造、醫療器械、體育運動器材等領域超高分子量聚乙烯纖維也有廣闊的應用前景。該纖維一經問世就引起了世界發達國家的極大興趣和重視。
5、熱固性樹脂基復合材料
熱固性樹脂基復合材料是指以熱固性樹脂如不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂、乙烯基酯樹脂等為基體,以玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等為增強材料制成的復合材料。環氧樹脂的特點是具有優良的化學穩定性、電絕緣性、耐腐蝕性、良好的粘接性能和較高的機械強度,廣泛應用于化工、輕工、機械、電子、水利、交通、汽車、家電和宇航等各個領域。1993年世界環氧樹脂生產能力為130萬噸,1996年遞增到143萬噸,1997年為148萬噸,1999年150萬噸,2003年達到180萬噸左右。我國從1975年開始研究環氧樹脂,據不完全統計,目前我國環氧樹脂生產企業約有170多家,總生產能力為50多萬噸,設備利用率為80%左右。酚醛樹脂具有耐熱性、耐磨擦性、機械強度高、電絕緣性優異、低發煙性和耐酸性優異等特點,因而在復合材料產業的各個領域得到廣泛的應用。1997年全球酚醛樹脂的產量為300萬噸,其中美國為164萬噸。我國的產量為18萬噸,進口4萬噸。乙烯基酯樹脂是20世紀60年展起來的一類新型熱固性樹脂,其特點是耐腐蝕性好,耐溶劑性好,機械強度高,延伸率大,與金屬、塑料、混凝土等材料的粘結性能好,耐疲勞性能好,電性能佳,耐熱老化,固化收縮率低,可常溫固化也可加熱固化。南京金陵帝斯曼樹脂有限公司引進荷蘭Atlac系列強耐腐蝕性乙烯基酯樹脂,已廣泛用于貯罐、容器、管道等,有的品種還能用于防水和熱壓成型。南京聚隆復合材料有限公司、上海新華樹脂廠、南通明佳聚合物有限公司等廠家也生產乙烯基酯樹脂。
1971年以前我國的熱固性樹脂基復合材料工業主要是軍工產品,70年代后開始轉向民用。從1987年起,各地大量引進國外先進技術如池窯拉絲、短切氈、表面氈生產線及各種牌號的聚酯樹脂(美、德、荷、英、意、日)和環氧樹脂(日、德)生產技術;在成型工藝方面,引進了纏繞管、罐生產線、拉擠工藝生產線、SMC生產線、連續制板機組、樹脂傳遞模塑(RTM)成型機、噴射成型技術、樹脂注射成型技術及漁竿生產線等,形成了從研究、設計、生產及原材料配套的完整的工業體系,截止2000年底,我國熱固性樹脂基復合材料生產企業達3000多家,已有51家通過ISO9000質量體系認證,產品品種3000多種,總產量達73萬噸/年,居世界第二位。產品主要用于建筑、防腐、輕工、交通運輸、造船等工業領域。在建筑方面,有內外墻板、透明瓦、冷卻塔、空調罩、風機、玻璃鋼水箱、衛生潔具、凈化槽等;在石油化工方面,主要用于管道及貯罐;在交通運輸方面,汽車上主要有車身、引擎蓋、保險杠等配件,火車上有車廂板、門窗、座椅等,船艇方面主要有氣墊船、救生艇、偵察艇、漁船等;在機械及電器領域如屋頂風機、軸流風機、電纜橋架、絕緣棒、集成電路板等產品都具有相當的規模;在航空航天及軍事領域,輕型飛機、尾翼、衛星天線、火箭噴管、防彈板、防彈衣、魚雷等都取得了重大突破。
熱塑性樹脂基復合材料
熱塑性樹脂基復合材料是20世紀80年展起來的,主要有長纖維增強粒料(LFP)、連續纖維增強預浸帶(MITT)和玻璃纖維氈增強型熱塑性復合材料(GMT)。根據使用要求不同,樹脂基體主要有PP、PE、PA、PBT、PEI、PC、PES、PEEK、PI、PAI等熱塑性工程塑料,纖維種類包括玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維和硼纖維等一切可能的纖維品種。隨著熱塑性樹脂基復合材料技術的不斷成熟以及可回收利用的優勢,該品種的復合材料發展較快,歐美發達國家熱塑性樹脂基復合材料已經占到樹脂基復合材料總量的30%以上。
高性能熱塑性樹脂基復合材料以注射件居多,基體以PP、PA為主。產品有管件(彎頭、三通、法蘭)、閥門、葉輪、軸承、電器及汽車零件、擠出成型管道、GMT模壓制品(如吉普車座椅支架)、汽車踏板、座椅等。玻璃纖維增強聚丙烯在汽車中的應用包括通風和供暖系統、空氣過濾器外殼、變速箱蓋、座椅架、擋泥板墊片、傳動皮帶保護罩等。
滑石粉填充的PP具有高剛性、高強度、極好的耐熱老化性能及耐寒性。滑石粉增強PP在車內裝飾方面有著重要的應用,如用作通風系統零部件,儀表盤和自動剎車控制杠等,例如美國HPM公司用20%滑石粉填充PP制成的蜂窩狀結構的吸音天花板和轎車的搖窗升降器卷繩筒外殼。
云母復合材料具有高剛性、高熱變形溫度、低收縮率、低撓曲性、尺寸穩定以及低密度、低價格等特點,利用云母/聚丙烯復合材料可制作汽車儀表盤、前燈保護圈、擋板罩、車門護欄、電機風扇、百葉窗等部件,利用該材料的阻尼性可制作音響零件,利用其屏蔽性可制作蓄電池箱等。
我國的熱塑性樹脂基復合材料的研究開始于20世紀80年代末期,近十年來取得了快速發展,2000年產量達到12萬噸,約占樹脂基復合材料總產量的17%,,所用的基體材料仍以PP、PA為主,增強材料以玻璃纖維為主,少量為碳纖維,在熱塑性復合材料方面未能有重大突破,與發達國家尚有差距。
我國復合材料的發展潛力和熱點
我國復合材料發展潛力很大,但須處理好以下熱點問題。
1、復合材料創新
復合材料創新包括復合材料的技術發展、復合材料的工藝發展、復合材料的產品發展和復合材料的應用,具體要抓住樹脂基體發展創新、增強材料發展創新、生產工藝發展創新和產品應用發展創新。到2007年,亞洲占世界復合材料總銷售量的比例將從18%增加到25%,目前亞洲人均消費量僅為0.29kg,而美國為6.8kg,亞洲地區具有極大的增長潛力。
2、聚丙烯腈基纖維發展
我國碳纖維工業發展緩慢,從CF發展回顧、特點、國內碳纖維發展過程、中國PAN基CF市場概況、特點、“十五”科技攻關情況看,發展聚丙烯腈基纖維既有需要也有可能。
3、玻璃纖維結構調整
我國玻璃纖維70%以上用于增強基材,在國際市場上具有成本優勢,但在品種規格和質量上與先進國家尚有差距,必須改進和發展紗類、機織物、無紡氈、編織物、縫編織物、復合氈,推進玻纖與玻鋼兩行業密切合作,促進玻璃纖維增強材料的新發展。
4、開發能源、交通用復合材料市場
一是清潔、可再生能源用復合材料,包括風力發電用復合材料、煙氣脫硫裝置用復合材料、輸變電設備用復合材料和天然氣、氫氣高壓容器;二是汽車、城市軌道交通用復合材料,包括汽車車身、構架和車體外覆蓋件,軌道交通車體、車門、座椅、電纜槽、電纜架、格柵、電器箱等;三是民航客機用復合材料,主要為碳纖維復合材料。熱塑性復合材料約占10%,主要產品為機翼部件、垂直尾翼、機頭罩等。我國未來20年間需新增支線飛機661架,將形成民航客機的大產業,復合材料可建成新產業與之相配套;四是船艇用復合材料,主要為游艇和漁船,游艇作為高級娛樂耐用消費品在歐美有很大市場,由于我國魚類資源的減少、漁船雖發展緩慢,但復合材料特有的優點仍有發展的空間。
5、纖維復合材料基礎設施應用
國內外復合材料在橋梁、房屋、道路中的基礎應用廣泛,與傳統材料相比有很多優點,特別是在橋梁上和在房屋補強、隧道工程以及大型儲倉修補和加固中市場廣闊。
6、復合材料綜合處理與再生
關鍵詞:四軸飛行器、機架、結構、可行性分析
一、四軸飛行器簡介
四軸飛行器是一種多軸飛行器,依靠四個電機和螺旋槳產生升力使得飛行器離地,飛行。和固定翼飛機不同,它通過旋翼的旋轉使飛機升空,可垂直起降,無需速度即可產生升力。它的四個旋翼大小相同,分布位置對稱。當飛行器四個電機轉速發生改變時,就可以實現升力的變化控制,從而控制飛行器的姿態和位置。當4個旋翼的轉速相等且所產生的升力之和等行器自身重力時,飛行器處于懸停狀態;在懸停的基礎上,飛行器的任意一組旋翼轉速等量增大或減小而另一組旋翼轉速不變時,飛行器將產生偏航運動;同時等量增大或減小4個旋翼轉速時,飛行器將向上或向下運動;當其中一個旋翼轉速增大或減小,對角線上旋翼轉速等量的減小或增大時,飛行器將向旋翼轉速減小的一側傾斜,產生俯仰運動或者滾轉運動。【1】四軸飛行器主要由機架、電動機、螺旋槳、電子調速器、飛行控制板、遙控接收機、電池等部件構成。其中,機架為主要的受力部件,承受飛行時電機的拉力、飛行器自身的重力以及做機動動作時的過載等。機架是飛行器的骨架,是整個飛行器中最重要的承重結構。
近年來,得益于微型自動控制系統的發展,四旋翼飛行器發展十分迅速,其應用領域不斷擴展,被廣泛地使用與航拍、遙感、測量、災害監測、環境監測和一些商業活動中。
二、四軸飛行器機架的分析
四軸飛行器機架可分為機臂、中心板兩部分。4個機臂用螺絲與中心板結合為一體,構成機架。其中,機臂圓形末端安裝電機,另一端與中心板相連,中心板上搭載飛行控制板、接收機、電池等設備。為保證飛行性能,目前市場上的機架多為十字對稱型,也有少數軸對稱型。而出于強度和廠家生產成本考慮,中心板多使用玻璃纖維板制作,機臂多使用尼龍材料制作。還有一些專業人士出于重量和強度的特殊要求,使用更為昂貴的碳纖維材料制作機架,其強度和重量都是普通機架無法比擬的。
三、使用KT板代替普通機架的初步可行性分析
1.KT板特性
KT板是一種PS(聚苯乙烯)發泡板材,板體挺括、輕盈、不易變質、易于加工,并可直接在板上絲網印刷、油漆(需要檢測油漆適應性)及噴繪,廣泛用于廣告展示、建筑裝飾、文化藝術及包裝等方面。KT板比較成熟的生產工藝可分為冷復合與熱復合,對應的稱為冷板和熱板。冷板板面平整,板材整體硬度高,因而在航模制作當中,常使用冷板。
2.初步可行性分析
在航模運動中,KT板材料飛機屢見不鮮。一方面是因為飛機本身低速、重量輕、過載小的特點,另一方面也是由于KT板本身的強度基本上符合飛行要求。在面積大,受力強的地方,需要用一到兩根3~6mm直徑的玻璃纖維桿或者碳纖維桿做加強,這樣的組合,使強度和重量有了最佳的配比和平衡。
四軸飛行器在飛行過程中,不會像固定翼航模那樣有較高的速度,較大的過載。但由于結構的特殊性,四軸飛行器自身的重量比固定翼航模稍重,在使用KT板材料做主體的同時,使用玻璃纖維桿來加強,理論上能承受住飛行時電機的拉力、飛行器自身的重力等。因此,使用這種KT板加玻璃纖維桿的組合,來代替普通機架是可行的。
四、試制KT板四軸飛行器
為了對比,準備一個成品四軸飛行器,使用的是普通機架。
1、設計階段。
在AutoCAD軟件中參照市場上銷售的普通機架,畫出適合KT板機架的零件設計圖。其中,每個機臂使用KT板,三層,其中間用兩根直徑5mm的玻璃纖維桿加強。中心板使用輕木板,上下兩層,使用熱熔膠和尼龍扎帶連接機臂,不可拆卸式。將圖紙送至模型店加工,為了制作精確,使用激光切割機加工,制出KT板四軸飛行器所需零件。
2、制作階段。
KT板與KT板之間、KT板與玻璃纖維桿之間、KT板與中心板之間均主要使用熱熔膠粘接,強度符合要求。兩層中心板之間夾玻璃纖維桿,用尼龍扎帶扎緊,上熱熔膠固定。
機架制作完成后做了初步形變測試:將質量與成品四軸(包括電池)相同的重物放在中心板上,用鋼卷尺測量其形變,以測試其強度。結果:放上重物后,中心板下沉越2mm,整個機架無抖動。強度符合要求。
機架制作完成后,開始安裝電子設備。為控制變量,力求精確,電子設備的使用與上面提到的成品四軸在品牌、外形、重量、參數上均一致,安裝方法略有不同。
3、試飛階段。
試飛場地選擇在寬闊的室外,周圍無樹木、房屋、電線桿等影響飛行的地物。試飛時間選擇在無風或微風的下午至傍晚時間段。
測試結果:KT板四軸飛行時各項性能均良好,飛行時穩定,無震顫。俯仰、側傾、旋轉等動作均能正常完成,與普通四軸無異。
綜上,KT板四軸試制成功。
五、KT板四軸飛行器與普通四軸飛行器的對比測試
本次要對比的項目有:懸停油門、重量(不含電池)、續航時間、價格。
測試方法:懸停油門和續航時間同時測試。測試場地為寬敞無風的室內。測試懸停油門和續航時間時,先將兩塊相同的電池一起充滿電,然后分別裝在兩架飛機上測試。然后再次同時充滿電,將兩塊電池互換后再分別裝在兩架飛機上測試。從遙控器上獲取兩組數據,取平均值。測量重量時,取下電池,分別將兩架飛行器放置于電子秤(精確到g)上,直接讀取數據。由于電子設備為同品牌同型號,不考慮在內,只考慮機架的成本。機架的價格取樣5家淘寶網店(銷量、人氣接近),取平均。
從對比結果可以看出,在重量上,KT板四軸飛行器有著明顯的優勢,因而所需的懸停油門比普通四軸低,續航時間較普通四軸飛行器有所延長。而在價格方面,由于所用材料簡單,KT板四軸飛行器也比普通四軸有優勢。但是在強度方面,KT板機架有所欠缺。
六、結論
經過以上的測試,可以得出結論,使用KT板代替普通尼龍來制作機架是可行的。KT板機架有著重量、價格上的優勢,但也有強度上的短板。所以在小載重、低過載的四軸飛行器上,KT板機架比普通機架有優勢。但是在大載重、高過載的四軸飛行器上,KT板與玻璃纖維桿的組合已經不再符合強度要求,只能使用普通機架或者其它材料的機架。
配套設施:珠海市游艇工業區位于珠江四大出海口之一的雞啼門西海岸,雞啼門水道河寬水深,河海相連,環境優美,出海方便,距離國際大西水道約5海里,可行走千噸級船只。雞啼門出海口處天然的避風港灣,是建設游艇俱樂部的首選。工業區區內寬70米、深4米的連灣運河,高標準修建的寬13米、凈空11米、深3.5米的連灣水閘,可使游艇免受海潮影響,水閘內可行走300噸以上的船只,運河兩岸非常適合修建游艇專用下水碼頭。珠海大道和珠港大道貫穿游艇工業區,距離珠海港10公里,距離珠海機場25公里,距離市中心35公里,與江珠高速公路、沿海高速的出口相距10分鐘車程,交通運輸方便快捷。
核心業務: 目前珠海市平沙鎮已有游艇制造企業20多家,配套制造企業近10家,商貿配套企業30多家,總投資3億多美元。企業主要有美國的賓士域游艇、三洋造船、澳大利亞的佳航游艇、加拿大的云輝游艇、臺灣的杰騰造船、鐸洋游艇、香港的先歌游艇、恒力游艇;以及國內的太陽鳥、江龍、雄達、江華等企業。配套企業主要有德國企業投資、世界著名ZF宏昌船用推動系統公司;珠海第一家大型綜合性游艇俱樂部―南國游艇俱樂部;平沙東方水星游艇公司,為廣東省兩家游艇駕駛培訓和頒發游艇駕照的機構之一。
澳新專業生產護舷氣囊,該項目生產技術、產品質量屬世界領先水平。ZF-faster專業生產船舶螺旋槳、傳動軸等產品,生產技術、產品質量屬世界領先水平。東榮專業開發生產金屬拉桿、扶手等游艇的金屬配件。博勝專業開發生產樹脂、蜂窩甲板及鋁合金制品等游艇配件。US高分子采用世界最先進技術生產玻璃鋼船舶專用樹脂。游艇工業區中還有眾多著名品牌的商,包括雅馬哈發動機、volvo發動機、康明斯發動機、美國水星公司的全套游艇配套產品、Huntsman的膠水等。珠海的加工制造業近年來迅猛發展,化工專區不斷壯大,僅在珠海范圍內就可以滿足游艇制造所需的如玻璃纖維(珠海工控玻纖)、樹脂(長興化工)、涂料、家用電器、家私、五金、木料等的材料需求。
發展規劃:平沙正在依托平沙游艇工業區及珠海市其他區域游艇產業,建設世界級的豪華游艇產業設計、制造、展示和銷售中心,打造南中國游艇休閑娛樂中心、游艇駕駛培訓中心、游艇產業會展中心,不斷提升珠海游艇產業在中國以至在世界游艇產業的地位。
關鍵詞:碳纖維產品,國際貿易, 現狀分析
碳纖維是以碳元素為主體(碳質量分數在90%~95%)的高分子纖維,是一種新型非金屬材料,它是利用各種有機纖維在惰性氣體中、高溫狀態下碳化而制得。根據所采用原料不同,可以分為三大類,即:聚丙烯腈基(PAN)、瀝青基和黏膠基碳纖維。其中產量最大、用途最廣泛的是PAN基碳纖維。
與碳纖維是一種力學性能優異的新型材料,與傳統高性能材料相比,它具有最高的比強度(是一般金屬的3-5倍)和最高的比模量,特別是較高的熱穩定性(空氣中400?C緩慢氧化和在2000?C以上的高溫惰性環境中,碳材料是唯一強度不下降的物質,是其他主要結構材料(金屬及其合金)所無法比擬的)和化學惰性,使其具有耐燒蝕和耐腐蝕的優勢。此外,碳纖維還兼具其他多種優良性能, 如低密度(是一般金屬的1/4-1/5)使其成為減重、增強的最佳材料;耐摩擦、 抗疲勞、震動衰減性高、電及熱傳導性高、熱膨脹系數低、光穿透性高,非磁體但有電磁屏蔽性等。[1]
碳纖維復合材料(CFRP)作為一種先進的復合材料,具有重量輕、模量高、比強度大、熱膨脹系數低、耐高溫、耐熱沖擊、耐腐蝕、吸振性好等一系列優點,在航空航天、汽車等領域已有廣泛的應用。[2]
1 我國碳纖維制品產業國際貿易現狀
我國在八十年代初開始研制CFRP體育運動器材。1983哈爾濱玻璃鋼研究所研制的CFRP羽毛球拍,1987年研制成功碳纖維,玻璃纖維混雜增強環氧樹脂的蜂窩夾層結構四人皮艇。八十年代中期,由于中國的改革開放政策和勞動力低廉等原因,臺灣逐步把勞動力密集,污染嚴重的CFRP體育器材制造業轉往大陸沿海地區。例如,臺灣80%的高爾夫球桿、40.50%的網球拍、羽毛球拍,60%以上的自行車架制造業轉移到深圳、東莞、福州和廈門等地;一些發達國家也把該種體育器材制造業轉來中國。例如,韓國把其大部分CFRP釣魚桿制造業轉來中國天津、威海和寧波等地。據統計,2002年國產CFRP釣魚桿、高爾夫球桿、網球拍、自行車等已分別占到世界同類產品產量的60%、60%、75%、65%。這些CFRP體育休閑用品所消耗的CF量,約占當年世界CF消耗總量的16%。然而,由于國際CFRP體育休閑用品已處于飽和狀態。[3]
向宇宙空間發射物體需要極大的推力,重量的減輕將會帶來極大的效益,此外宇宙空間溫度變化劇烈,要求材料耐熱、耐低溫及尺寸穩定。碳纖維增強復合材料是比較理想的材料。因此在人造衛星的主結構、天線、太陽能電池帆板、航天飛機方面均得到應用。由于航空航天方面主要考慮的是材料性能,不太考慮材料的成本,因此碳
纖維及其復合材料才得以被做為不可缺少的材料進行研究開發。
1995年美日共同開發的B777飛機上先進復合材料的用量己達到24%,至于新一代直升飛機,其旋轉葉片及機身幾乎全部是用碳纖維增強塑料制成。隨著碳纖維增強塑料性能的提高,它在航空領域特別是大型民用客機上的應用將會日益增大。
正是因為碳纖維增強復合材料在軍事上具有極大的應用空間,碳纖維原絲一直是作為軍事資源而言,其技術引進和貨物貿易也是受到碳纖維工業發達國家的進出口限制的。根據現有的數據分析,2006年,碳纖維制品出口總額為6039.1343萬美元,進口總額為3015.9312萬美元, 我們可以得到我國的碳纖維制品的出口大于進口,保持貿易逆差,但是從單價和數額上我們可以看見,我國碳纖維制品進出口的格局是因為數量上的限制,進口的單價高于出口的單價,進口的數量遠遠少于出口的數量,這說明了一方面發達的碳纖維技術國家對我國進口碳纖維制品有所限制,另一方面說明我國的貿易逆差在于碳纖維制品的加工,利用中國廉價的勞動力和對環境污染的較低成本代價將碳纖維制品的生產設在中國,以較大量的加工廠的模式完成碳纖維制品。根據要素稟賦理論,碳纖維制品在中國的進出口貿易仍舊屬于勞動密集型產品。
近年來, 我國的碳纖維市場發展很快, 今年可望達到1200t-1500t/a, 大都由日本、臺灣省臺塑和韓國產品所占領, 最近美國產品也開始打入中國市場。此外日本的三家原絲小絲束已輸入我國東邦也在設法找渠道輸入, 這對暫無國產合格原絲的碳纖維廠家來說, 無疑是個機遇, 因為其售價低于國產品, 而性能和質量好但它對生產原絲的廠家和即將引進原絲生產線的企業來說, 又是嚴峻的挑戰, 迫使他們必須不斷提高產品質量, 擴大生產規模和降低成本, 不然會有一定的風險, 除非是自己消化掉并發展下游制品。
2、對于我國碳纖維制品進出口貿易的思考
碳纖維制品和我國大部分勞動輸出型產品一樣,都存在著只是國外的代工廠的問題。正如郎咸平所言:“事實上我們制造的過程當中,破壞我們的環境,浪費我們的資源,剝削我們的勞動。”碳纖維雖然被冠以高科技技術產品,但在掌握了這一領域的技術范疇來看,中國的逆差實際上是以低廉的人力成本,資源成本和環境成本換來的。而改變這一狀況最基本的就是要加速我國碳纖維制品的技術研制和高性能碳纖維原絲的研發。
根據波特的競爭優勢理論,一個國家或其特定產業的競爭優勢主要體現為基于比較優勢而形成的一國或企業的核心競爭力。但是單純的比較優勢不能形成競爭優勢,在國際競爭中幾種具有競爭優勢的是具有壟斷性的資源和技術,創新能力是競爭優勢的關鍵。但現在總體上粗放型的經濟增長方式還沒有根本轉變,自主創新的能力還比較低,國際競爭力還主要體現在由低人力資源成本主導的勞動密集性進出口產品上。因此,面對保護期之后多元而白熱化的國際競爭市場,我們應當在發揮原有比較優勢的基礎上,通過創新來提升競爭優勢,優化產業結構,將潛在的比較優勢轉化為國際市場的競爭優勢,才能真正實現自身國際競爭力的提升,更好地應對當前的新形勢。
波特的競爭優勢理論指出,在一國的國際競爭力形成過程中,一國的要素稟賦、需求狀況、相關產業或輔助產業、公司的策略、結構和競爭等四大因素對一國競爭優勢的形成具有促進或阻礙的作用。因此,一國競爭優勢的取得最終落實到其資源合理配置和產業結構的改善之上,所以我們可以從我國的產業布局整體來把握競爭優勢。
首先,整合資源,走集約化發展道路。中國的持續高速增長,基本上還是一種外延粗放以規模取向的簡單增長方式,與國際競爭力提倡的以效率、質量、環保取向的內涵集約式增長有很大的不同。因此,我們應該通過整合資源,避免低水平的重復建設,使經濟在高效率水平上運行。并鼓勵有實力的企業“走出去”,到國際市場上去“搶蛋糕”,在競爭中提升自己的競爭力。其次,著眼區域經濟,走產業集群發展模式。將那些產品關聯性強,價值鏈長的產業通過整合,形成區域性產業集群。通過集群內部技術外溢、資源共享達到成本降低,并形成自己的核心競爭力。最后,積極引導,加強自主創新能力。在國際貿易中,雖然存在有技術外溢和“干中學”(Learn by Doing)的效應,但是我們仍然要強調高新技術的自主創新能力的開發,而這正是我國當前國際競爭力缺乏的主要原因。我們可以通過政府的政策引導和高校、科研機構的成果產業化,來發展自己國家在未來具有競爭能力的戰略性產業。
從技術上而言,制約我國基碳纖維發展的基本因素是原絲質量差和無高精度的碳化裝置,國家“ 十二五”的重大科技攻關課題或“863”計劃應緊緊圍繞此項重點同時也要配套考慮輔料問題。此外, 如何正確處理大絲束和小絲束基碳纖維的關系, 也是我國業界十分關心的問題[4]。
大絲束碳纖維無疑是今后的發展方向之一, 對傳統材料和許多產業的更新換代有十分重要的意義, 但考慮到我國目前還處于開發初期約95%以上的市場仍依賴于24K以下的小絲束碳纖維, 特別是軍工急需的碳纖維100%為小絲束。從國際上看, 目前小絲束的市場仍占居優勢, 而且目前世界需求量最大的T300檔次的碳纖維正迅速向T700性能水平過渡, 土木建筑和體育用品用的碳纖維有相當一部分采用的12K T700型產品而大絲束碳纖維的強度指標4.9Gpa是很難達到的, 而且其性能離散系數要比小絲束大這就決定在一些高科技和軍工領域以及事關生命安全與要求長壽命的應用領域, 仍需要小絲束碳纖維。有些重要的工業領域如土木建筑雖然也可以選用大絲束碳纖維, 但加固層數要比采用同樣性能檔次的小絲束碳纖維要多, 才能達到相同的加固水平從而抵消了其價格低的優勢。為此在今后相當時期內小絲束碳纖維仍將有其強大的生命力。
3、結論
如上所述,碳纖維制品屬于勞動密集型產品的輸出,要改變這種狀況我們必須要加大實驗研究。目前而言,我國的大絲束碳纖維應著力于解決其原絲的國產化和市場開發方面。
參考文獻
[1]賀福。碳纖維及其應用技術。化學工業出版社,2004,9
[2] 王秋霞。世界復合材料強國與我國的復合材料現狀及發展動向。玻璃鋼復合材料,1999,1:1-9
[3] 李金濤,宣昌茂。我國碳纖維增強復合材料的市場狀況。現代企業文化。2008,20(96):6-23
不過,據記者在會展中采訪了解到,不少游艇廠商表示游艇在廣州的銷售并不理想。作為第一家進駐中國市場的游艇商,賓士域在展會期間一艘游艇都沒賣出,“這種現象在其他地區的展會上都很少遇見”。英國圣斯克游艇也表示,在廣州游艇毫無銷路。是什么制約著廣州游艇的發展?
廣州游艇業發展限制重重
廣州萊茵游艇會總經理高海航表示,“其實政府態度上還是很支持私人游艇發展的,但高端消費的開放總是有個過程。問題在于游艇本身是休閑娛樂工具而不是交通工具,但目前國內將游艇基本等同于交通運輸工具管理,因此,手續比較繁多復雜。”另外,購買進口游艇還要征收高達43%的稅款,因此一些珠三角的客人更喜歡在香港買船。圣斯克陸利安游艇負責人表示,期望政府降稅以促進游艇業發展。
業內人士表示,目前中國還沒有針對游艇行業的法律法規,阻礙了中國游艇產業的發展步伐。涉及游艇進出境的政府部門有口岸辦、海事局、海關、邊檢、國檢等,每個部門單獨審批,報文件,層層下來手續紛繁復雜。即使買了游艇也不能隨便去遠的地方,種種限制也制約了游艇的發展。萬科浪騎游艇會副總經理吳虹透露,除了國家對游艇行業的法律法規建立不健全外,在游艇使用和管理控制上也不是很嚴格,游艇行業應該是和海洋聯合在一起的,海域出行不方便就會影響到游艇行業的發展,也會影響人們參與的興趣。
賓士域游艇中國區域銷售經理陳晉表示,珠三角游艇發展受限制還在于其配套設施不齊全,這包括游艇碼頭、游艇俱樂部等。“一些廣州的顧客反映,根本沒有地方停船,也沒有人來保養。”碼頭數量的欠缺導致在廣州根本沒有地方可以停船。美國水星游艇俱樂部講師在做培訓時曾經強調:對游艇來說,第一重要的是地點,第二是地點,第三還是地點。可見,游艇業要落地發展,碼頭是命脈所在。華南船舶交易中心總經理杜長江也曾表示,前幾年出現的廣州游艇熱無疾而終的最根本原因就是缺乏優質碼頭。一個好的游艇碼頭,需要優良的天然避風港;需要寬闊河道,需要有絕佳的自然景觀。
廣州游艇發展的有利條件
在2010年廣州亞運會的大背景下,廣州啟動《青山碧水藍天計劃》,以“水變清、岸變綠、恢復河涌自然特征”為目標,編制實施河涌綜合整治計劃,全面開展污水治理和河涌綜合整治,確保在亞運會前實現廣州水環境的根本性好轉。乘著亞運的東風,廣州的游艇產業呼之欲出。
廣州與游艇文化與發達的香港相近,無論在政策上還是在消費觀念上,都或多或少受到香港的熏陶。在以廣州為中心的珠三角地區發展游艇產業得天獨厚。廣州市區內有七條江河穿流而過,直接進入我國南海海域。且市區內有213條足以航行中小型游艇的河涌與各條江河相連,廣州市行政區域水面面積是陸地面積的十倍以上,這在世界所有城市版圖中是絕無僅有的。并且,流經廣州所有的江河都是潮汐河流,水面寬闊,水流平緩,潮汐落差小,航道航行安全性高,非常適合各類游艇航行。
此外,廣州作為水上絲綢之路的發源地之一。沿江而居、臨水而建是嶺南人民世代流傳下來的生活方式,發展游艇經濟具有雄厚的民間基礎。廣州也是華南地區的政治經濟文化交流中心,珠三角地區內陸河流縱橫交錯,水路航運四通八達,水上運輸業十分發達。
從上世紀九十年代開始,廣州市政府就開始對水資源的治理整治和開發利用,專門成立了《珠江治理整頓辦公室》,財政撥款幾百億元治理整治流經廣州市區的六江一河(珠江、東江、西江、北江、增江、綏江、流溪河)及市區內213條河涌。連續兩年省市領導親自帶頭下水橫渡珠江,向世人展示了政府治理珠江的成果和繼續加大整治珠江的決心。各級政府花大力氣打造“碧水藍天工程”,以便創造一個良好的水上經濟發展的硬件環境,而游艇經濟則應該是廣州乃至華南地區水上經濟發展的首選項目。
從經濟基礎上看,廣州及珠三角是中國改革開放和經濟發展的前沿陣地。國際經驗顯示,當一個城市的人均收入達到6000美金,便具備了發展高端水上休閑活動產業的經濟基礎。廣州及珠三角地區人均GDP早在2008年就已經超過一萬美元,高居全國首位,已經完全具備發展游艇產業的消費市場基礎。就珠三角而言,約十萬人買得起游艇。
游艇制造業屬于技術、勞動“雙密集”型產業,其高新技術的應用和手工作業的比例都比較高。游艇制造業的上游產業主要是與游艇有關的基本材料工業,如如玻璃纖維、樹脂、涂料等制造業,這部分產業在珠三角地區已得到蓬勃的發展,特別是隨著珠海玻纖二期工程的投產,以及珠海臺資長興樹脂廠的投產,再加上珠三角地區多家外資船舶油漆公司的參與,使珠三角游艇制造基礎材料工業有了比較成熟的市場環境。在玻璃鋼游艇的建造過程中,艇體模具的制造非常重要。游艇的配套工業即游艇零部件制造業和艇內裝飾業,涉及的面很廣,涉及的工業門類超過 50 個。這些配套產業在珠三角地區有比較雄厚的工業基礎,也有眾多初級配件產品供貨商提供服務。
此外,廣州首個大型游艇會碼頭南沙游艇會項目計劃投資2.5億元,建成后將提供352個各類游艇泊位的專用碼頭,目標是打造華南地區頂級游艇會。南沙游艇會還將建游艇技術維修、加油、駕駛培訓等配套設施。
游艇商看好珠三角游艇業發展
作為中國游艇業第一個吃螃蟹的人,賓士域游艇集團中國區域銷售經理陳晉表示,珠三角游艇業發展受限制主要是配套設施不齊全,但他看好中國市場。目前,該公司大部分的客戶是深圳私企老板,也有一些公司購買游艇用于接待。
天聚游艇總經理俞彬表示,很看好以廣州為中心的珠三角市場。該公司打算在廣州設立游艇基地、碼頭。并提供培訓、租賃、商務接待、活動策劃等于游艇相關聯的服務。
1923年,日本首次舉辦全國軟式網球錦標賽。1975年第一屆世界軟式網球錦標賽在美國的夏威夷舉行。1994年在日本廣島舉行的第12屆亞運會上,軟式網球被正式列為比賽項目。經過近百年的發展,軟式網球作為非奧運項目已經在全世界普及,并在二十多個國家及地區建立了軟網聯合會。2010年,青島小學教師趙蕾為中國隊贏得了該屆亞運會軟式網球的金牌,實現了中國隊軟式網球在亞運會歷史上的首金夢想。軟式網球也因此進入了更多人的視線,成為日常運動健身的熱門項目之一。軟式網球的大部分裝備與網球類似,但又不盡相同。軟式網球、球拍等已經隨該運動的流行普及受到愈來愈多的關注。
軟式網球的誕生就是因為日本在普及網球運動時受當時自身條件環境限制,因利乘便派生出來的一種運動。制作復雜的網球被游戲用的小橡皮球代替,三田橡膠公司開始制作軟式網球專用的橡膠球標志了軟式網球的誕生。盡管軟綿綿沒有毛的軟式網球與網球十分接近,但軟式網球更加柔軟和輕便。標準軟式網球的球體以橡膠材料制作,重量在30-31克。球體內部充氣,充氣后球的直徑為6.6厘米。按國際規則規定,球應在比賽場上從1.5米高處落下后達到55-80厘米的彈跳高度。由于球體中空,球的彈性、彈跳高度基本由充氣的氣壓決定。這使得軟式網球更容易形成對打的局面,對攻比網球更多。對于力量很大的人來說想在軟式網球比賽中邊線出色并不容易。這也使得在男女混合雙打比賽中選手的實力變得更加均衡,非常受普通民眾的歡迎。軟式網球的充氣與籃球相似,將氣針插入氣孔,打氣到適合的壓力,拔出氣針就可以使用了。軟式網球采用純橡膠質地,球體本身較普通網球更加耐用。由于使用壽命長,軟式網球無論在娛樂或是訓練中都十分受歡迎。KENKO、AKAEMU等都是目前活躍在各類賽場上的軟式網球品牌。
軟式網球拍
無論在形狀、尺寸和材料方面,軟式網球拍與網球拍都幾乎沒有區別。按世界軟網聯合會的規定,球拍應是木制、金屬或其它復合材料制成,拍框上要穿織網弦。球拍長69厘米,拍框長度為32厘米,寬為22厘米,拍柄長為37厘米。球拍拍框一般成橢圓形。與普通網球拍相比,軟式網球拍更加輕便。由于軟網球拍與網球拍結構相同,網球拍的知名制造商大多也是軟網球拍的著名品牌。尤尼克斯、威爾森、王子等均有自己的軟網產品系列。在剛剛結束的廣州亞運會上,無論是歷史悠久的日本隊、實力雄厚的韓國隊或是備受關注的中國隊,都有尤尼克斯的球拍亮相。而為中國隊在亞運會上奪得軟式網球項目首枚金牌的趙蕾使用的便是尤尼克斯的產品。
現代網拍制造業中已使用了接近宇航工業和軍事工業產品的材質。近二十年來,金屬材料和化學材料的高水平提升為網拍制造奠定了堅實基礎。這些新材料和新技術的應用,不僅是商業產品激烈競爭所制致,更是運動本身飛速進步所需。目前,碳纖維、玻璃纖維、克維拉纖維、高張力碳纖維、鈦、超剛性碳纖維等材質已大量使用到網拍制造材質之中。網拍制造技術的革命至今仍然在繼續。為了提高球拍強度,傳統技術采用自由增厚石墨和碳素纖維層結構,從而增加了球拍的重量,導致球拍的揮動靈活度下降。納米技術的應用令復合材料在質輕之外可以兼具高強度和高彈性的特點。納米級鈦纖維具備有力的回縮特性,性能超越傳統的拍框材料。當拍面擊打來球瞬間,拍框受到沖擊而彎沉。這時,納米級鈦纖維的瞬態反應可以將拍框從彎沉狀態下回彈至拍框原形,使球能以高度精確的角度并充滿威力地從線床反彈回對場。新研發的強韌樹脂擁有更好的柔韌性和耐久性,將強韌樹脂運用于整把球拍,能使球拍的彈性和韌性都得到提升。伴隨線床駐留時間的延長,球員能打出更強烈的上旋球,擊球更有威力。
軟式網球拍線
一只未拉線的球拍就像一支無弦小提琴。軟式網球拍球線的材料與網球拍球線相同,分羊腸線和聚酯尼龍合成線。軟式網球的球線與網球線相比更加柔韌,在與較軟的軟式網球接觸時拍壓則更低。據專業穿線師介紹,軟式網球的穿線與網球相比,要求更高。因為軟式網球的球拍拍框比一般的網球拍拍框更柔軟,更容易變形。軟網的拍線也較網球拍線柔軟很多,所以進行穿線的時候對穿線力度的要求更細膩,更精準。
球鞋
軟式網球場地的地面與網球相同,根據實際情況紅土或是硬地都可以。因此在球鞋的選擇上也與網球類似。如果是在紅土場地上使用,則應選擇底紋凹凸有致,具有良好剎車功能的鞋底。如果是在硬地場打球,則最好選擇相反的底紋類型,方便滑步。除了抓地之外,減震、透氣、耐磨等都是極其重要的挑選指標。
在無機非金屬材料、金屬材料、高分子材料以及生物醫用材料領域取得了多項成果。
田學科(《科技日報》報駐美國記者)無機非金屬材料領域:斯坦福和南加州大學開發出一種設計碳納米管線路的新方法,首次生產出一種以碳納米管為基礎的全晶片數字電路。整個線路即使在許多納米管發生扭曲偏向的情況下仍能工作,既不犧牲材料的能效,又能與現有制造設備兼容,易于商業化;萊斯大學研究人員開發出一種可將普通碳纖維制成石墨烯量子點的新方法,其最大優勢在于只需一個步驟就能得到大量量子點。這種一步到位的技術比現有的石墨烯量子點研制工藝更為簡化,所得到的量子點不足5納米,具有高溶解性,大小可以通過設定制造時的溫度來加以控制,在電子、光學和醫學領域有巨大的應用潛力。另外,美科學家在巴基球中加入一種有機二甲苯溶劑進而制造出一種新的碳化合物,混合了晶體和非晶體兩種結構,是一種“有序化的無序排列”,堪稱“混沌”晶體,這種材料非常堅硬,甚至能在鉆石上留下凹痕。
金屬材料領域:俄勒岡大學發現可以用非晶體來制造“超材料”并實現負折射,進而研制出一種能以低成本生產負折射材料的新技術,并為該技術申請了專利,這一成果有望帶來全新的產品甚至影響制造業。康奈爾大學利用氨基酸將金屬原子和硅原子相連,在爭取更大的表面面積進行化學反應的同時,使多孔金屬薄膜的導電性提高1000倍,這一技術為制造多種可應用于工程和醫學領域的金屬納米結構開啟了大門。
麻省理工學院利用電子束光刻技術和剝離過程開發出無缺陷半導體納米晶體薄膜,種材料的導電率約為傳統方法制成的有裂縫薄膜的180倍,可廣泛應用并開辟潛在的重點研究領域。西北大學和密歇根州立大學基于常用的半導體碲化鉛,合作開發出一種穩定的環保型熱電材料,熱電品質因數(ZT)創下世界紀錄,達到2.2,可將15%至20%的廢(余)熱轉換成電力,成為迄今報告的最高效率。
觸摸顯示屏或太陽能電池板導電涂層透光性越強越好,美研究人員利用一種化學溶液制造出迄今透明度最高的氧化銦錫導電薄膜,厚度只有1460億分之一米,可使93%的光透過,堪比玻璃。該技術簡單、成本低廉,可彎曲的基底使其在制造柔性顯示屏方面也具有潛力。
高分子材料領域:西北大學等用名為聚二甲基硅氧烷的聚合物造出一種多孔三維高分子材料,再將液態金屬灌入孔中,從而開發出了能夠像橡皮筋一樣延展拉伸的電子材料,就算被彎曲或拉伸到原始尺寸的200%也能夠正常工作,其在醫療器械和消費電子設備制造等領域具有相當廣泛的應用價值。
賓夕法尼亞大學研究人員展示了一種硒化鎘納米晶體,能被“印”或“涂”在柔軟塑料上,制成多種性能優良的電子設備,且根據硒化鎘納米晶體的性能標準,其運載電子的速度比非晶體硅要快22倍。新型鎘硒化納米晶體電路結合了柔韌性、相對簡單的制作工藝和低能耗的優點,為生物醫學和安全應用領域的新型設備、各種傳感器及其他方面的應用鋪平了道路。
生物醫用材料領域:匹茲堡大學和麻省理工學院研制出一種會自動收縮舒張的BZ凝膠,施加一定的機械壓力后,原本不跳動的BZ凝膠可再次恢復跳動,就像醫療中的心肺復蘇術那樣。這種特性因很像人類皮膚而具有廣泛的應用前景,有助于進一步研究能感知機械刺激和化學反應的先進材料。此外,美科學家開發出的一種新奇混合納米纖維生物材料,可在整形外科手術中作為載荷支架或受傷組織補丁,既能為細胞提供足夠寬松的生長空間,又能指示它們按肌理排列成新組織,利用該技術生長出的半月板組織,幾乎能與真正的人體半月板媲美。
美生物工程師開發出一種“聰明”水凝膠,可在幾秒鐘內凝固形成黏合劑的新型水凝膠,如尼龍搭扣般足以抵受反復拉伸,使一個切口或創面迅速“自修復”,即便反復多次,其焊接強度也不發生任何減弱。該材料可廣泛應用于醫學和工程領域,如醫療縫合、靶向給藥、工業密封劑和自修復塑料等方面。
俄羅斯
開發出可降解的聚乙烯包裝材料、使鋼材達到“無磨損效果”的鍛造技術以及具有生物相容性的新型骨粘固劑。
張浩(《科技日報》駐俄羅斯記者)3月,俄羅斯沃羅涅日技術學院開發出一種采用食品工業廢料作為添加劑,生產可降解聚乙烯包裝材料的工藝。利用該工藝制成的可降解聚乙烯包裝材料硬度高,降解期短。普通聚乙烯材料需要超過300年才能降解,而這種新材料放置8個月后就會變脆,用手即可碾碎。
7月,俄羅斯莫斯科國立鮑曼工程學院、俄羅斯科學院布拉岡拉沃夫機械研究所和全俄航空材料研究院的多位專家宣布研制出了一種技術方法,可以將鋼材鍛造至接近無損的程度。這種技術可使鋼制機械零部件的實際壽命延長10倍,磨損率降低100倍,有望在發動機噴嘴、凸輪軸、齒輪等機械裝置上獲得應用。
10月,俄羅斯科學院巴依科夫冶金和材料學研究所、俄羅斯國立沃羅涅日大學、莫斯科赫爾岑腫瘤科學研究所的科學家們宣布,他們成功研制出一種新型醫用生物材料骨粘固劑。該粘合劑是一種用于填充骨與植入物間隙或骨腔并具有自凝特性的生物材料,與納米陶瓷材料具有生物相容性,可修復受傷骨組織并溶解到人體組織內,最大限度減少二次手術及術后并發癥的概率。
英國
諾貝爾獎得主領頭帶動石墨烯研究不斷出現新成果;富勒烯研究取得重大突破;世界最輕材料問世。
劉海英(《科技日報》駐英國記者)1月,因最早制作出石墨烯而獲得2010年諾貝爾物理學獎的英國曼徹斯特大學教授安德烈海姆利用氧化石墨烯制作出了一種新型隔氣透水材料,該種材料可隔絕大多數液體和氣體,但水蒸氣可以暢通無阻透過它,因此擁有廣闊的應用前景;2月,另一位2010年諾貝爾獎獲獎者,英國曼大的康斯坦丁諾沃肖洛夫在《科學》雜志上撰文稱,將一層二硫化鉬置于兩層石墨烯之間,形成的三明治結構石墨烯晶體管可有效減少電子泄露,這一發現將以石墨烯為基礎制造超快計算機的研發進程向前推進了一大步;10月,曼大研究人員研究表明,將石墨烯和氮化硼的單原子層晶體精確地堆疊起來,從而構建出一種“多層糕”式的結構,可作為納米級的變壓器。這一研究證明,將石墨烯及有關單原子厚度晶體以原子精度一層層地搭建平面,能夠造出有多種功能的復雜設備。
除石墨烯外,英國科學家在新材料領域研發成果還包括:5月,富勒烯的研究取得了重大進展,英日兩國科學家在《自然》雜志上發表文章稱,他們對富勒烯結構形成進行解析取得了重大突破,揭開了存在于化學領域二十多年的未解之謎;7月,英德兩國科學家們研制出了迄今為止全球最輕的材料“飛行石墨”,其密度僅為0.2毫克/立方厘米,這種材料性能穩定,具有良好的導電性、可延展性而且非常堅固,可廣泛應用于電池、航空航天和電氣屏蔽等領域。
德國
三個方面值得關注:一是稀土材料的循環利用與替代研究;二是與可再生能源存儲和利用相關的材料研究;三是納米的應用和安全性研究。
李山(《科技日報》駐德國記者)2012年,德國在高技術戰略“電動汽車領域關鍵技術”專項的統籌下,開發稀土材料循環利用關鍵技術。如報廢電機內永磁體部件的拆解、修復及循環使用技術,永磁體內稀土元素的回收技術,適應循環使用電機的設計技術,生產過程的經濟與環境影響控制等。為提高能源和資源的利用率,液態金屬研究也在德國受到更多重視。2012年,由亥姆霍茲德累斯頓研究中心牽頭的液態金屬研究聯盟在德國成立。液態金屬可用于新型液態金屬電池儲能、零排放氫生產、或是制造太陽能電池,因而被納入未來技術的行列。
納米研究方面,2012年,德國聯邦環境部、德國聯邦職業與健康安全研究所與巴斯夫研究所聯合啟動實施了《納米材料安全性》長期研究項目。目標就是要了解各類重要納米材料可能對周邊環境產生的長期影響,特別是在低劑量情況下對工作場所和居住環境的長期影響。
德國慕尼黑大學成功研制出“納米耳”,可以探測到強度為-60分貝的聲波,比人耳的靈敏度高幾百萬倍。這種“納米耳”的主要部分是一個直徑約60納米的黃金納米球,它在激光束的作用下處于懸浮狀態,在受到微小聲波的作用時會沿聲波方向產生納米級的振動,納米黃金球的這種運動可以通過暗視場顯微鏡觀察到并進行攝像記錄,由此可以測定出微觀世界極其微弱的聲波。
德國慕尼黑工業大學的研究人員發明一種可回收利用的新型防輻射屏蔽材料。這種材料含有鐵顆粒、石蠟油和硼化合物,看起來像濕的黑色砂子。與傳統重混凝土相比,這種材料重量要輕20%,而且可重復使用。它填充在鋼制容器中,置于實驗終端以屏蔽輻射;若此處不再使用,可從容器中取出,異地再用。
法國
采用新技術從工業廢水中濾出黃金;證明蛋白質中水化膜并非不可替代。
李釗(《科技日報》駐法國記者)10月,法國巴黎一家名為MagpiePolymers的公司開始售賣一項類似于“煉金術”的專利技術,能從廢水中過濾黃金。該技術實際上是一種從工業廢水中提取貴金屬的方法,即使是含量極微的稀有金屬也能提取出來。提取工藝是利用一種微小的塑料樹脂小珠,當廢水通過這種小球泵出時,金、鉑、鈀、銠等稀有貴金屬會慢慢地粘在珠子上,從水中分離出來。據稱1升這種樹脂能處理510立方米廢水,提取價值30005000歐元的稀有金屬。新技術除了提取微量貴金屬,還能用來過濾水中的有害金屬,如鉛、汞、鈷、銅和鈾。
8月3日,法國國家科研中心發表公報稱,一個國際研究小組證實,一種聚合物納米膜擁有和水化膜類似的特性,能夠維持蛋白質活性。這種納米膜的作用將為工業、藥理學和醫學等領域開啟新的研究方向。
日本
開發出能從飲用水中去除砷的廉價材料、不使用稀土的電動機、低熔點玻璃和轉換率達37.7%的太陽能電池。
葛進(《科技日報》駐日本記者)日本物質材料研究機構的研究人員開發出一種新型的廉價材料,可以很方便快捷的去除飲用水中的砷。
日立制作所的研究人員采用非晶硅金屬制造馬達的鐵芯部分,從而成功開發出不使用稀土的高效率永磁同期馬達。該馬達目前已經發展到產業用的11千瓦級別。
產業技術綜合研究所的研究人員開發出一種新材料,該材料在受到光照射時可以在固化和液化之間反復轉換,而且不受溫度的影響。該研究成果可應用于新型光機能材料等方面。
日立制作所與日立化成工業的研究人員開發出一種在220300攝氏度就可以熔解的低熔點玻璃。該成果可應用于金屬與電子部件的焊接材料。由于其可以利用各種光源進行加熱熔融,將使各種部件的構造設計與制造程序大大豐富。
新能源產業技術綜合研究開發機構與夏普公司開發出世界最高轉換率的太陽能電池。該電池的吸光層是由三層銦鎵為主的化合物構成,轉換率可達到37.7%。
日本科學技術振興機構與北海道大學的研究人員開發出一種新型晶體管,可以將在電腦等電器中使用的半導體集成回路的消耗電力降低到目前的十分之一以下。人們期待該研究成果在未來可以大幅度降低數碼產品和手機的電力消耗。
韓國
以國家層面科研項目為依托,繼續加大在納米領域的研發投入。同時,在燃料電池領域也有新的突破。
薛嚴(《科技日報》駐韓國記者)6月,韓國知識經濟部和教育科學技術部表示,韓國到2020年將投入5130億韓元(約合人民幣28.2億元)推動“納米融合2020項目”。為此,韓國政府將從基礎研究到產品開發的整個階段提供資金支持,并成立專門的財團法人機構,賦予其計劃制定、課題開發和市場開拓等方面的獨立行使權,力促推出10個全球明星級納米技術融合產品。
6月,韓國漢陽大學能源工程學宣良國教授率領的研究小組表示,已經開發出續航時間達到現有電動車電池5倍左右的新一代電動車高性能鋰空氣電池系統。該研究小組用碳代替過去制造電池使用的鎳、鈷等金屬開發出鋰空氣電池。由于把幫助鋰離子往返陰陽兩極的電解質換成醚系列的新物質,因而提高了效率。
南非
大力推進航空材料制造業發展,制造出纖維素纖維絕緣材料。
一、低碳經濟形勢下國內外材料科學技術的發展現狀
在低碳經濟形勢下,為爭取其經濟和科技的領先地位,世界各國都十分重視材料科學技術的應用和發展,把新材料新技術作為科技發展戰略的重要組成部分,予以重點支持。美國新材料科技戰略目標是保持本領域在全球的領導地位,支撐信息技術、生命科學、環境科學和納米技術等發展,滿足能源、信息等重要部門和領域的需求。美國氫燃料研發主要集中在生產、儲存和氫的配送技術及驅動汽車的幾乎無空氣污染物和溫室氣體排放的燃料電池技術開發上,研制的高效堆積式多結砷化鎵太陽能電池的轉換效率達到31%。通過在宇航發動機中增加先進結構材料,把發動機的推重比提高到20,大大降低飛機的重量,節約能源。歐盟新材料科技戰略目標是,在航空航天材料、電子信息材料等領域競爭領先優勢。歐盟科研公司大力發展光學材料、磁性材料、燃料電池技術、納米技術、超導體、信息存儲技術、鈦基復合材料等。通過產品創新和技術創新,在新材料制造裝備、加工和應用三個方面來發展低碳經濟,并計劃到2020年溫室效應氣體在1990年的基礎上至少減少20%。H1日本新材料科技戰略目標是保持產品的國際競爭力,注重實用性,在尖端領域趕超歐美。日本對新材料的研發與傳統材料的改進采取并進的策略,注重已有材料性能的提高及回收再生。15]在21世紀新材料發展規劃中將研究開發與資源、環境協調的材料以及減輕環境污染且有利于再生利用的材料作為主要考核指標。通過開發新的材料科學技術以解決資源短缺和環境污染問題。我國歷來重視材料科學技術的發展,在各項國家計劃中都給予了材料領域重點支持,如973、863、科技攻關計劃等。在低碳經濟形勢下,我國已形成了比較完善的材料科技體系,在材料領域的研發方面取得了長足進步,某些新材料領域具有明顯的資源優勢和技術優勢,如納米碳管、有機發光材料、稀土永磁材料等方面進入國際先進行列。但我國自主創新能力弱,缺乏有自主知識產權的新材料產品及技術,嚴重阻礙新材料新技術的研究發展。因此,我國正通過各方面的不斷努力,改進材料的加工制備技術、工藝及裝備,大踏步向低碳經濟邁進。
二、低碳經濟對新材料產業的發展要求
展望世界經濟的未來,低碳經濟要帶動實體經濟的發展,必須借助新材料新技術的支撐。低碳經濟對新材料產業提…的總體要求是:為推動經濟向低消耗、低碳排放的轉提供物質基礎。具體包括:
1產業結構調整升級。低碳經濟形勢下,根據傳統產業的低碳升級改造和新興戰略性產業發展的需要,新材料產業需要加速調整產業結構,壓縮初級材料加工:[業產能,推動產業鏈向精深升級發展,優化產業結構和區域布局。
2技術創新。制造業的升級對低碳材料的需求層出不窮,必須通過不斷的技術創新研發出新型低碳技術,搶占技術主導權,增加產業的柔性和生命力,不斷地促進新材料新技術的更新發展。
3優化能源結構改善生態環境。優化能源結構,逐步降低煤炭在一次能源結構中的比例,提高核能、太陽能和風能等清潔、高效、優質能源的比重,以保證經濟與環境的可持續發展。
三、材料科學技術在低碳材料領域中的應用前景和發展趨勢
(一)碳纖維復合材料
碳纖維是先進復合材料中最重要的增強材料,結構輕質化要求使碳纖維復合材料具有廣闊的應用前景。碳纖維復合材料以其獨特、卓越的理化性能廣泛應用在火箭、導彈和高速飛行器等航空航天領域。采用碳纖維與塑料制成的復合材料制造各種宇宙飛行器,[71不但推力大、噪音小,而且由于其質量較輕,所以動力消耗少,節省大量燃料。在汽車行業中,用碳/玻璃纖維混雜增強復合材料可以大大減輕車重,降低成本,減少污染。在電子工業中,研磨碳纖維加入到熱塑性樹脂基體制得導電塑料,可有效地解決抗靜電問題,制成的部件不需要刷導電底漆,可大大降低低本并減少對環境的污染。
(二)新型信息功能材料
隨著電子技術飛速發展,新型信息功能材料正向節能環保、智能化方向發展。電子信息功能材料是以寬禁帶半導體材料、光電子材料、磁性材料和納米材料為主導發展方向。光電子材料正由體材料向薄層、超薄層和納米結構材料的方向發展,[81美國、日本通過研究Ⅱ一Ⅵ族材料技術制得了以激光、紅外為主要應用背景的新型高性能光電子材料。利用第三代半導體材料制成的高效率白光發光二極管作為新型高效節能固體光源,在光顯示、光存儲、光照明:等領域中有著廣闊的應用前景。電磁屏蔽材料是一種防止電子污染所必需的防護材料,是目前高新技術發展領域中的新型電子材料,其電磁波的屏蔽性能將隨著我國電子工業的飛速發展而日益改善和提高。
(三)節能建筑材料
低碳經濟中,建筑材料正向輕質化、綠色化方向發展。建筑上常將透明絕熱材料與:外墻復合成透明隔熱墻,大大減少因對流造成的熱量損失。復合保溫玻璃具有雙重保溫性能,可保持室溫穩定,降低能量的損耗。納米微膠囊相變材料通過相變技術在恒溫狀態下進行吸熱或放熱,在外界溫度變化時能有效地保持室內熱環境的穩定性,減少能量的損耗,[91達到建筑節能的目的。太陽能光電材料是太陽能電池與建筑材料復合而成的新型建材,太陽能光電屋頂、太陽能電力墻和太陽能光電玻璃不僅能吸收太陽熱能,還能將其轉換為電能,支持住宅內部用電,甚至還能將多余電力輸入電網。隨著太陽能技術的發展,太陽能光電玻璃有望在十年之內成為生態建筑中的主流玻璃材料。
(四)新型能源材料
隨著人們對環境問題和能源問題的日益重視,清潔能源已成為一種有市場競爭力的能源形式。氫能源以高效、環保等優勢應用于汽車上,但由于制氫和運輸困難,尚未獲得大規模應用。生物燃油隨著柴油機性能的改善,已逐漸貼近了實際應用。鎳氫電池是近年來開發的一種新型電池,沒有記憶效應,沒有環境污染,廣泛應用在電動汽車上。燃料電池具有高的能量轉換效率且不污染環境,廣泛用于通訊、汽車等領域。美國在管型固體氧化物燃料電池(SOFC)研究上處于領先地位,德國SIMENS公司開展了平板型SOFC研究,但由于材料、結構、制造技術等問題,SOFC尚處于技術攻關階段。高溫超導材料作為一種新型節能材料,大幅提高電力生產、傳輸、分配和利用的效率,具有廣闊的應用前景。
四、先進低碳技術促進低碳經濟的發展
當今時代,高速發展的工業技術要求加工制造的產品精密化、輕量化、集成化;國際競爭更加激烈的市場要求產品性能高、成本低、周期短;日益惡化的環境要求材料加工過程中能耗低、碳排放量低。因此,需要探索先進材料加工技術,使材料由單一的傳統型向復合型、多功能型及低碳型方向發展。
(一)無模成形技術
無模成形技術是一種板料的柔性加工工藝,基本無需模具或只需簡單模具。該技術成本低,周期短,節省能源,顯著提高塑性成形的精度和效率,廣泛用于加工小批量多品種產品。在低碳經濟形勢下,一些新型的板料無模成形技術應運而生,帶來巨大的經濟價值。旋壓是一種典型的連續局部塑性成形工藝,精度高、柔性好、易于實現機械化與自動化、節約材料,是實現薄壁回轉體零件少無切削加工的先進制造技術,廣泛應用于航空航天、汽車制造、電子、化工等領域,已成為精密塑性成形技術的重要發展方向。數字化漸進成形是日本學者松原茂夫于20世紀90年代提出的,之后世界各國學者對該工藝的成形過程、成形機理、成形性等展開了廣泛的研究并取得突破。金屬板料數字化漸進成形技術易于實現自動化,廣泛用于航空航天領域,解決鈦板零件小批量多品種、回彈大和難成形問題。
成形錘漸進成形是90年代新興的加工技術,使用剛性沖頭和彈性下模,對板材各局部區域分別打擊成形所需形狀的加工工藝。日本靜岡大學對自由曲面的漸進成形工藝、加工路徑、工序控制等方面做了比較系統的研究,但我國尚未展開。成形錘漸進成形只是成形形狀比較簡單的工件,而且成形后留下大量的錘擊壓痕點,影響制品的表面質量,因而后續需要進一步研究處理。
(二)近凈成形技術
近凈成形技術是指零件成形后,僅需少量加工或不再加工,就可用作機械構件的成形技術。它改造了傳統的毛坯成形技術,使得成形的機械構件具有精確的外形,高的尺寸精度、形位精度和好的表面粗糙度。近凈成形技術是目前制造技術中發展較快的先進技術,使機械產品毛坯成形實現由粗放到精化的轉變,使外部質量做到無余量或接近無余量,內部質量做到無缺陷或接近無缺陷,實現了優質、高效、輕量化、低成本的加工,021廣泛用于機械零件制造上。美國、日本等利用氣化模鑄造、樹脂自硬砂組芯造型等近凈成形技術加工制造汽車模具、飛機用高強超硬鋁合金及鋁鋰合金零部件等,取得了巨大的技術經濟效益,如汽車缸體鑄件已經做到壁厚在3mm~4mm。計算機的發展、非線性問題計算方法的改進,推動了非線性有限元等技術發展,近凈成形正向虛擬制造和網絡制造方向發展,并且將由宏觀模擬進一步向微觀的組織模擬和質量預測方向發展。近凈成形技術改善了生產條件,減少對環境的污染,成為一種清潔的綠色生產技術,為可持續發展創造有利條件。
(三)內高壓成形技術
目前,減輕重量以節約能耗、降低排放是航空航天領域及汽車工業應對全球能源危機和環保壓力的主要措施。采用輕質材料是實現結構輕量化的主要手段,而內高壓成形是生產輕質復雜零件的理想方法。內高壓成形也稱為液壓成形工藝,以管材作坯料,通過管材內部施加高壓液體和軸向進給把管材壓入到模具型腔使其成形為所需形狀的工件。美國T.Altan教授主要進行管材液壓成形性能、成形加載路徑,有限元自適應仿真方面的研究。日本主要研究成形工藝參數和設備性能,極大的提高了管材成形極限。在這方面我國研究起步較晚,用液壓成形工藝制造汽車、飛機等機械零件尚處于起步階段。內高壓成形工藝是一種先進的柔性加工技術,用來整體成形軸線為二維或三維曲線的異型截面空心零件,成形精度高、制造柔性化、節省能源、降低材料消耗、節約成本,有著廣泛的應用前景與發展潛力。鋁合金、鎂合金、鈦合金室溫下成形性差,采用常溫液壓成形方法很難成形復雜零件,這時常采用熱介質成形,㈣即將管材、模具和液體介質加熱到一定溫度而成形的空心變截面零件,可顯著提高管材內壓成形極限、增加零件復雜程度,廣泛用于航空航天以及汽車領域。根據目前的應用現狀,內高壓成形正向著雙層管的液壓成形、拼焊管液壓成形和熱態介質內高壓成形方向發展。
(四)綠色制造技術
綠色制造技術是在保證產品的功能、質量、成本的前提下,綜合考慮環境影響和資源效率的新型制造模式。綠色制造可最大限度地提高資源利用率,減少資源消耗,降低成本,減少或消除環境污染,實現經濟效益和社會效益協調優化。㈣少無切削加工技術是一種精密成形加工方法,可以大大減少機械加工余量,節省能量,目前在機械加工中廣為使用。快速原型制造技術則是綜合利用激光技術、CAD技術和數控技術而形成的少無切削加工的高新技術,節約資源,減少加工廢棄物,是很有發展前途的綠色制造技術,廣泛應用于模具制造、產品開發、醫療器械等領域。超高速加工技術是近年來發展起來的一種集高效、優質和低耗于一身的先進制造工藝技術。該技術既可保證加工質量和提高加工效率,又能降低能源消耗,減少碳的排放,是綠色制造技術未來的發展方向。虛擬制造技術(VMT)是以信息集成為基礎的一種先進制造技術。在虛擬制造環境中生成軟產品原型,代替傳統的硬樣品進行實驗,對其性能和可制造性進行預測和評價,從而節省能源和原材料,縮短產品開發周期,降低成本。該技術應用在飛機、汽車等領域,美國波音公司在777新型客機機型設計中,利用VMT和三維模型進行管道布線等復雜裝配過程的模擬,獲得了前所未有的成功。