需求牽引 自主創(chuàng)新 重點(diǎn)跨越 面向未來(lái)
——哈爾濱工程大學(xué)海洋先進(jìn)材料研究院

需求牽引 自主創(chuàng)新 重點(diǎn)跨越 面向未來(lái)
——哈爾濱工程大學(xué)海洋先進(jìn)材料研究院

21世紀(jì)是海洋的世紀(jì)，黨的十八大明確提出要“提高海洋資源開(kāi)發(fā)能力，發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)，保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境，堅(jiān)決維護(hù)國(guó)家海洋權(quán)益，建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)”。開(kāi)發(fā)深海資源，提高我國(guó)海洋技術(shù)支撐和保障能力，需要發(fā)展重大技術(shù)裝備，海洋工程材料在其中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。其中，高分子材料以優(yōu)良的物理、化學(xué)性能和優(yōu)異的加工特性，被廣泛應(yīng)用于艦船與海洋工程裝備領(lǐng)域中，在海洋經(jīng)濟(jì)中占有不可替代的地位。然而，海洋用高分子材料的研究工作雖然已取得明顯進(jìn)步，但與國(guó)際先進(jìn)水平和我國(guó)海洋產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求相比，仍然存在諸多方面的不足。

針對(duì)我國(guó)海軍裝備、高技術(shù)船舶及海洋工程裝備的發(fā)展需求，依托哈爾濱工程大學(xué)“三海一核”學(xué)科及行業(yè)優(yōu)勢(shì)，海洋先進(jìn)材料研究院（以下簡(jiǎn)稱研究院）于2011年1月正式成立。研究院以“產(chǎn)學(xué)研用”為發(fā)展宗旨，圍繞我國(guó)海洋工程、船舶制造和海防建設(shè)中所需功能聚合物材料，面向高端船舶和海洋工程全面開(kāi)展研究，并秉承著“需求牽引，自主創(chuàng)新，重點(diǎn)跨越，面向未來(lái)”的工作理念，向著“世界海洋新材料（聚合物材料）發(fā)展的引領(lǐng)者”的發(fā)展目標(biāo)，精研努力。

1 研究方向

輕質(zhì)功能材料 包括保溫泡沫材料、深海浮力材料

聲學(xué)復(fù)合材料 包括阻尼減振材料、吸隔聲材料

特種防護(hù)材料 包括聚脲系列防護(hù)材料、環(huán)保型長(zhǎng)效防污涂料、甲板防滑材料、電磁屏蔽系列材料

2 科研成果

聚酰亞胺輕質(zhì)泡沫材料 船舶的輕量化是船舶節(jié)能減排最有效、最經(jīng)濟(jì)的手段之一。其可以降低空船重量、減少船舶能耗、提高船舶速度和運(yùn)輸能力等，已經(jīng)成為世界造船業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。大量采用輕質(zhì)高強(qiáng)材料，特別是輕質(zhì)高強(qiáng)保溫材料，是實(shí)現(xiàn)船舶輕量化行之有效的方法之一。研究院通過(guò)融合基體樹(shù)脂的基礎(chǔ)性能和多孔材料的功能特性，采用一步法和兩步法研究開(kāi)發(fā)出了具有自主核心技術(shù)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能聚酰亞胺輕質(zhì)泡沫材料，打破了美、德、日對(duì)核心技術(shù)的高度封鎖和產(chǎn)品壟斷，對(duì)于我國(guó)船用保溫材料行業(yè)的發(fā)展具有重要的引領(lǐng)作用。該產(chǎn)品具有較低的密度、優(yōu)異的保溫性、機(jī)械性能和使用安全性等優(yōu)點(diǎn)，可用作包括郵輪、散貨船、油船、海警船、海監(jiān)船、漁政船、快艇、液化天然氣船等各類船型上艙壁、各類管道、機(jī)電設(shè)備等部位的絕熱保溫材料。目前已應(yīng)用于我國(guó)海軍某水下航行器，并將在中國(guó)水面船舶全面推薦使用。

兩步法聚酰亞胺泡沫產(chǎn)品

阻尼減振材料 我國(guó)目前的阻尼材料，是20世紀(jì)80年代針對(duì)基座等部位開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，盡管具有一定的阻尼性能，但是存在阻尼損耗因子偏低、功能單一（不具備防腐性能）、使用部位少、施工性能差等問(wèn)題。研究院提出了模塊化設(shè)計(jì)理念，研制了高性能阻尼防腐材料，實(shí)現(xiàn)了防腐和阻尼性能的有效復(fù)合，創(chuàng)造性地提出了“重防腐＋阻尼＋約束去耦”三位一體的阻尼材料，自主設(shè)計(jì)了新型阻尼添加劑，提高材料內(nèi)分子間摩擦力。材料的最低損耗因子為0.7，平均損耗因子大于1.0，最大損耗因子為2.9，復(fù)合損耗因子大于0.2。同時(shí)，開(kāi)發(fā)了高粘度雙組分噴涂成型新工藝，替代了傳統(tǒng)手工刮涂工藝，大幅提高了材料的實(shí)際應(yīng)用效果和施工效率。此外，由于船舶上設(shè)備運(yùn)行工況復(fù)雜、振動(dòng)特性各異，單一的阻尼結(jié)構(gòu)中多數(shù)情況下與設(shè)備的振動(dòng)特性不匹配，結(jié)構(gòu)和材料的耗能和減振作用不能充分發(fā)揮，達(dá)不到理想的減振效果，無(wú)法滿足船舶要求。因此，研究院針對(duì)船舶設(shè)備的振動(dòng)特點(diǎn)和頻率，開(kāi)展相關(guān)部位阻尼結(jié)構(gòu)定量化設(shè)計(jì)及材料優(yōu)化研究。通過(guò)建立阻尼結(jié)構(gòu)實(shí)用性能綜合評(píng)價(jià)方法，完成阻尼結(jié)構(gòu)及材料阻尼性能的數(shù)據(jù)庫(kù)，從而提供了滿足船舶設(shè)備運(yùn)行要求的阻尼結(jié)構(gòu)，并為阻尼結(jié)構(gòu)中阻尼材料的使用提供指導(dǎo)性建議。研究院開(kāi)發(fā)的噴涂型多功能阻尼復(fù)合涂層材料解決了大型船舶阻尼材料施工效率低的缺點(diǎn)，目前已在國(guó)內(nèi)某新型綜合補(bǔ)給船、新型護(hù)衛(wèi)艦、大型測(cè)量船等進(jìn)行了應(yīng)用，有效解決了涂層開(kāi)裂、抑振效果差等問(wèn)題。

噴涂型多功能阻尼復(fù)合涂層材料

聚脲防護(hù)材料 我國(guó)現(xiàn)有的防水防腐涂料存在易開(kāi)裂（環(huán)氧類）、施工周期長(zhǎng)、防腐期效短、污染環(huán)境、復(fù)雜結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量差等問(wèn)題。為此，研究院在高性能無(wú)溶劑聚脲的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了多功能防護(hù)涂層。它是一種100%固含量、采用新型雙組分設(shè)備快速噴涂成型的綠色環(huán)保產(chǎn)品。主要特點(diǎn)是：固化速度快，在惡劣的環(huán)境條件下可正常施工；涂層致密、連續(xù)、無(wú)接縫，可完全隔絕空氣中水分和氧氣的滲入，防腐和防護(hù)性能優(yōu)異；優(yōu)異的耐磨、防水、抗沖擊、抗疲勞、耐老化、耐高溫、耐核輻射等性能。目前已在海水飛濺區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)防護(hù)、水面船舶特殊部位的防腐及防空泡腐蝕、海底油氣管道及鋼結(jié)構(gòu)防腐等方面得到應(yīng)用。

環(huán)保長(zhǎng)效防污材料 海洋生物附著會(huì)嚴(yán)重影響船舶的航速和使用壽命，并浪費(fèi)大量的動(dòng)力能源。隨著有機(jī)錫類防污涂料在全球范圍內(nèi)的禁用，以及我國(guó)無(wú)毒長(zhǎng)效防污涂料遠(yuǎn)落后于世界先進(jìn)水平的現(xiàn)實(shí)，研究院通過(guò)技術(shù)引進(jìn)消化，開(kāi)發(fā)了環(huán)保無(wú)錫海洋防污涂料。該技術(shù)基于自拋光原理，通過(guò)分子設(shè)計(jì)合成制備出具有水解穩(wěn)定、物理性能優(yōu)異的防污樹(shù)脂，解決普通防污漆拋光速率不可控、易開(kāi)裂等問(wèn)題。同時(shí)，通過(guò)環(huán)保防污復(fù)配體系的優(yōu)選、涂料配方的優(yōu)化設(shè)計(jì)，制備出適用于防污性能優(yōu)異且適用于不同類型船舶的系列環(huán)保型防污涂料。產(chǎn)品可有效減少水下船舶表面的粗糙度，減少船舶燃油消耗，且延長(zhǎng)塢修間隔，減少船舶維護(hù)費(fèi)用。同時(shí)，打破了國(guó)外涂料公司對(duì)我國(guó)防污涂料市場(chǎng)的控制，加快推進(jìn)我國(guó)環(huán)保長(zhǎng)效防污涂料自主化進(jìn)程。

可快速噴涂的聚脲防護(hù)材料在某艙室的應(yīng)用

涂裝環(huán)氧防腐漆（左）和涂裝“環(huán)氧防腐漆＋防污涂料”（右）的鋼板在廣東湛江實(shí)海浸泡10個(gè)月后的海洋生物附著情況對(duì)比圖

近年來(lái)，研究院成功申報(bào)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、科技部國(guó)際合作項(xiàng)目、工信部高技術(shù)船舶科研項(xiàng)目等重大項(xiàng)目共計(jì)18項(xiàng)。截止目前已有6項(xiàng)完成結(jié)題，4項(xiàng)通過(guò)鑒定。同時(shí)，通過(guò)以實(shí)際應(yīng)用為牽引，積極帶動(dòng)基礎(chǔ)科學(xué)研究，取得了一批具有國(guó)際影響的原創(chuàng)性科學(xué)發(fā)現(xiàn)和具有重大社會(huì)影響的學(xué)術(shù)成果，在《Chemistry ofMaterials》、《Chemistry-A European Journal》、《Energy＆Fuels》、《Journal ofMaterials Chemistry》、《ACSApplied Materials＆Interfaces》、《Crystal Growth＆Design》、《Electrochimica Acta》、《Corrosion Science》、《Journal of Power Sources》等高水平期刊發(fā)表SCI檢索論文56篇，其中發(fā)表在《Chemistry of Materials》和《Energy＆Fuels》期刊上的3篇論文被評(píng)為ESI高被引論文。申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利13項(xiàng)。

3 軟硬件建設(shè)

研究院目前擁有一支12人組成的年齡結(jié)構(gòu)和學(xué)歷層次合理、學(xué)術(shù)思想活躍的科研團(tuán)隊(duì)，其中教授、研究員、副教授等高級(jí)職稱人員6人，具有博士學(xué)位的人員5人，平均年齡36歲。目前有10人次入選國(guó)家和省部級(jí)專家／人才計(jì)劃，包括黑龍江省杰出青年基金獲得者、中國(guó)化工學(xué)會(huì)無(wú)機(jī)酸堿鹽專業(yè)委員會(huì)無(wú)機(jī)化工行業(yè)學(xué)術(shù)帶頭人、科技部國(guó)際合作專項(xiàng)評(píng)審專家、博士點(diǎn)基金評(píng)審專家、黑龍江省四項(xiàng)基金評(píng)審專家等。同時(shí)研究院設(shè)立了專家委員會(huì)，中國(guó)工程院侯保榮院士和中國(guó)科學(xué)院張希院士分別擔(dān)任名譽(yù)主任和主任，中船重工第719研究所所長(zhǎng)楊金成研究員等材料和船舶領(lǐng)域的專家擔(dān)任委員。

研究院現(xiàn)有科研、實(shí)驗(yàn)用地面積1 200 m2，配備先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備價(jià)值近千萬(wàn)元，并建有涂料檢測(cè)平臺(tái)、阻尼結(jié)構(gòu)實(shí)用效果評(píng)價(jià)平臺(tái)、環(huán)境性能測(cè)試平臺(tái)、深海模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、防污性能測(cè)試平臺(tái)等，為各項(xiàng)科研工作的順利開(kāi)展提供了良好的實(shí)驗(yàn)條件。研究院長(zhǎng)期與海內(nèi)外多所著名大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)保持著密切的國(guó)際合作和學(xué)術(shù)交流關(guān)系，先后成立了“哈爾濱工程大學(xué)－海軍涂料分析檢測(cè)中心”聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、“哈爾濱工程大學(xué)－海軍醫(yī)學(xué)研究所”研究生聯(lián)合培養(yǎng)實(shí)踐基地、“哈爾濱工程大學(xué)－中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院”防腐保溫聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，并與莫斯科國(guó)立鮑曼技術(shù)大學(xué)、烏克蘭國(guó)家科學(xué)院高分子化學(xué)研究所、日本日東化成產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社、中科院化學(xué)所、北京大學(xué)、清華大學(xué)等開(kāi)展廣泛的合作。

（哈爾濱工程大學(xué)海洋先進(jìn)材料研究院 謝 眾）