项目目标

     本项目研发的相关产品及材料主要技术指标：拉伸强度952MPa，弯曲强度735MPa，拉伸模量88GPa，I型层间断裂韧性GIC＞0.8 kJ/m2，树脂纤维界面强度96MPa，护具产品缓冲级别达到欧盟认证最高缓冲级别LEVEL 2（EN1621-1）。

      项目实施期内预计实现产值250万元，申请发明专利3-5件、实用新型专利3件、外观专利2件，发表论文2篇。

项目背景

      极限缓冲复合材料由高性能缓冲材料和高强度外壳材料组成，由于具有优异的防撞、缓冲功能，被广泛应用于极限运动、军用装备、航空航天等高端领域，市场容量巨大。然而，由于原材料性能及制造水平的限制，目前我国在该领域的高端市场依旧是由进口产品主导。   

      高端护具产品是极限缓冲复合材料最主要的应用领域。护具外壳材料作为第一道防线需要具有很高的强度和抗冲击性能。由于碳纤维复合材料具有强度高、质量轻等优异性能，因而成为了高端护具外壳材料最理想的选择。传统的热固性碳纤维复合材料成型周期长，生产效率低，成本较高，易在材料内部残留缺陷，造成产品抗冲击性能差、可靠性低。因此，越来越多的企业采用热塑性材料作为碳纤维复合材料的基体，该技术已成为下一代碳纤维复合材料的发展方向。

项目特色和创新点

1. （1）底层材料创新：通过纳米颗粒核壳结构形貌设计，在较低填料添加量下，同时提高复合材料的强度和抗冲击性能。

2. （2）复材界面改性创新：利用自有纤维表面纳米处理技术，结合纳米改性后的聚酰胺树脂，研发出适合本项目碳纤维体系的易工业化的表面处理工艺，来增强树脂和纤维之间的界面性能，实现复合材料整体综合性能的显著改善。

3. （3）高端产品创新：结合高性能热塑性碳纤维复合材料制备技术及国际领先的缓冲材料技术，利用高通量材料组合算法设计开发最高缓冲级别的高端护具产品并实现产业化。

项目成果

      通过本项目的实施，项目团队开发了3款高性能玻璃纤维增强聚酰胺复合材料，性能水平远超市面上同类产品，并将该类材料成功的运用到了运动鞋垫的足弓部分，大幅提高了鞋垫产品的耐冲击性能和舒适性。

      同时，针对连续纤维增强复合材料，项目团队通过纤维的表面处理、铺层设计和成型工艺的研究，开发了一款碳纤维增强复合材料和多款混合纤维增强复合材料，并用碳纤维增强复合材料制备了护腿板、护肩和头盔等护具产品外壳。通过计算机仿真模拟，项目团队设计了一种新型三明治结构复合材料，作为护腿板外壳，大幅提升了护具产品的抗冲击能力。

      图1 护腿板最大主应力云图

      图2 护腿板产品示例

      图3 足弓示例

      图4 运动护膝产品示例