10、南京工业大学（12个项目）-南京工业大学成果目录

1南京工业大学成果目录钛酸钾晶须增强复合材料陶瓷膜技术及应用极坐标数控高效铣、滚齿复合机床油田固井用水泥基多功能复合材料纳米陶瓷材料生物法制备丁二酸风电叶片制造设备的设计与开发非石棉密封复合材料生产技术汽车零部件内高压液力成形设备及工艺温控条件下可视化高压成套新能源设备高速高精度交流伺服运动控制系统复杂化工废水复合催化转化技术联系人部门职务电话/手机邮箱阮锦强科教处025-8328708113705184763宗云凤统战部副部长[e-mail]2钛酸钾晶须增强复合材料钛酸钾晶须（PTW）是一种高性能的超细新型复合材料增强体，其直径为0.2-1.5μm左右，长径比10-20,具有优异的化学稳定性和隔热性、耐磨性，其力学性能远优于常用的玻璃纤维、碳纤维等。将PTW加入复合材料中，能大幅度地提高材料的强度、韧性、耐磨性能和使用温度。难能可贵的是它能同时提高复合材料的刚度和韧性，改变了以往增强纤维提高了一个性能却牺牲另一性能的致命缺陷，达到既增强又增韧的目的。特别适合制造精、薄（20μm薄壁也可填充增强）、形状复杂、尺寸精度和表面要求高的精密部件。例如：钛酸钾晶须增强聚四氟乙烯与纯聚四氟乙烯相比，PTFE填充钛酸钾晶须后，无论是力学性能还是热性能均有大幅度增强，其中冲击强度为纯聚四氟乙烯的135%，断裂伸长率为146%，热变形温度为121%，拉伸强度为112%、而磨损量下降了10倍，增强效果优于GF-PTFE所能达到的最高值；钛酸钾晶须增强尼龙66：晶须-尼龙66体系的冲击强度为纯尼龙的232%、弯曲强度为155%、拉伸强度为148%、热变形温度为310%。钛酸钾晶须混杂增强聚四氟乙烯活塞环3用于CNG天然气压缩机中最易磨损的四级环上陶瓷膜技术及应用陶瓷膜是固态膜的一种，具有化学稳定性好，能耐酸、耐碱、耐有机溶剂；机械强度大，可反向冲洗；抗微生物能力强；耐高温；孔径分布窄，分离效率高等特点，在食品工业、生物工程、环境工程、化学工业、石油化工、冶金工业等领域得到了广泛的应用。本技术是国家“九五”重点科技攻关项目的研究成果之一，又有国家973和多项863等项目为技术来源来与保证，同时2002年获得国家科技进步二等奖。本技术已实现了工业化生产，产品已经在印钞废水处理、植物液提取、果汁生产、乳化油废水处理、超细粉体固液分离、氨基酸发酵液分离和纳米材料生产等领域获得成功的应用，单台装置规模已经达到数百平方米以上，与国际先进水平相当。陶瓷膜在生化领域中的应用（氨基酸发酵液分离装置）4陶瓷膜在食品加工中的应用（陶瓷膜果汁澄清装置）极坐标数控高效铣、滚齿复合机床该机床引入极坐标的设计概念，克服了直角坐标系数控机床在加工大型回转曲面、圆周分度精度要求较高的零件时，加工精度较差，效率较低和难以编程的缺点，是大模数、大齿轮的专用加工设备，能够对大模数、大直径齿轮同时进行高效铣齿成形铣齿与精密展成滚齿，广泛应用于风电设备零件加工等场合。该机床具有高效成形铣齿与精密展成滚齿的功能，能提高齿轮加工效率3-5倍，节约设备投入经费50％，减少厂房占地面积30％在风电装备制造科学研究的水平上得到大大的提升，申请专利近十个，研制了国内第一台用于风电装备制造的大型数控铣齿机，并将成果推广应用在江苏、上海、北京、辽宁等十多个省市的风电装备制造业。所研制的高效数控铣齿机仅300万元一台，是国外同类产品的三分之一，给企业带来较大的经济效益，同时重大数控装备国产化也产生较大的社会效益。所研制的风电偏变浆偏航回转支承数字化测试综合实验台打破国外的技术封锁，给相关企业需求提供了技术支撑。由于科学的定位，原来名不经传南京工业大学数控技术课研组，现在不但在江苏，同时在国内风电装备备制造业也小有名声，与南京高齿、三一重工、重齿、瓦轴集团等十多个国内著名企业建立了产学研的合作关系，三年科研经费共计达8000多万元。5南京工业大学研制的用于风力发电装备制造的重大数控专用装备。油田固井用水泥基多功能复合材料项目在油田固井用水泥基多功能复合材料的制备、生产和应用技术方面有创新，其制备技术、生产工艺和过程控制方法先进实用，科学合理，有创造性。所开发的油井水泥晶体膨胀剂（发明专利申请号：200510094587.8）和油井水泥防6漏增韧剂（发明专利申请号：200510094588.2），拥有自主知识产权。产品具有晶体双膨胀、增韧、低滤失和防漏等多种功能，可提高油气井的防窜能力和水泥环的抗裂性能，整体技术处于国际领先水平。研究成果打破了国内油田固井材料的传统观念和产品格局，成为油田固井材料的更新换代产品。产品在天然气井、地质勘探井、调整井、水平井、小间隙侧钻井、欠平衡井和开发井等不同类型的油气井中（大庆、胜利、大港、中原、吉林、长庆、江苏、青海、河南、吐哈、玉门、华北、冀东、塔里木和延长油矿等十多个油田）成功推广应用近600口井，解决了老油田调整井和国家发改委“十五”重点建设项目（西气东输）青海涩北气田（西气东输气源区）长期存在的固井窜、漏技术难题，固井质量显著提高，有效地减少了油气资源散失，延长了油气井开发寿命，提高了油气资源利用率。为油田创造直接经济效益2000多万元，间接经济效益5亿多元，其经济效益和社会效益显著。油田固井用水泥基多功油田固井施工作业现场7使用膨胀材料前后水泥石膨胀情况使用增韧材料前（左）后（右）聚能射孔情况纳米陶瓷材料随着科技的发展，新能源、国防、化工、航空航天、半导体等许多领域都迫切需要能够应用于高温、腐蚀性环境中的特殊弹簧产品。普通的金属弹簧使用温度低（≤500℃），不耐腐蚀，而且易磨损，已无法满足这些尖端或特殊领域的使用要求。在很多情况下，弹簧性能成为了限制高技术装置设备研发的瓶颈。陶瓷弹簧具有耐腐蚀、耐高温、电绝缘、无磁性等特点，可应用于高温、腐蚀性环境中。但陶瓷弹簧制备技术的难度极高，在材料性能和制备工艺方面需要克服众多技术难题。因而目前国际上仅有数家日本、欧美公司掌握该技术。南京工业大学郭露村教授长期从事纳米陶瓷材料及其制品的研发工作。利用所研制的高韧性、高强度的纳米陶瓷材料，通过复合成型技术及所研制的特殊模具，郭露村教授课题组在国内首次开发出陶瓷弹簧制品。目前，在实验室中已可制备出多种规格的陶瓷弹簧样品。利用所开发出的纳米陶瓷材料及制造技术，郭露村教授课题组还开发出了其它多种高性能纳米陶瓷制品，如陶瓷刀具、陶瓷套管、陶瓷阀芯片等。8多种规格的陶瓷弹簧制品陶瓷刀具9耐磨陶瓷阀门芯片生物法制备丁二酸丁二酸（又名琥珀酸）是重要的碳四平台化合物，其作为许多重要的中间产物和专业化学制品，传统生产方法采用的是从丁烷经顺丁烯二酐通过电解生产，生产污染大，成本高，严重抑制了丁二酸这一大宗化学品的发展潜力。开发生物合成丁二酸的方法具有非常重要的意义。利用可再生资源（其来源广泛且价格低廉，如玉米、废乳清、工业生产废料等）厌氧发酵制备丁二酸具有反应条件温和、污染小、原子经济性高的特点，且可有效地实现温室气体CO2的循环利用，是高效的绿色生产技术。在“十一五”国家高技术研究发展计划（863计划）支持下，项目组依托国家生化工程技术研究中心和江苏省工业生物技术重点实验室，在箘株选育、厌氧发酵工程、有机酸分离纯化等关键技术研究中取得了重大突破，丁二酸发酵浓度达到70g/L，质量收率达到70%，生产强度达到2.0g/(L·h)，分离工艺简单，能耗低，提取收率达到85%，产品纯度超过99.8%，达到聚合级的要求。目前生物法制备丁二酸的工艺成本低于石化法，具有了一定的竞争优势，项目组研究水平处10于国际先进、国内领先。现与常茂生物化学工程股份有限公司合作，实现了丁二酸1000L发酵规模的中试生产，为生物法制备丁二酸的产业化奠定了基础。丁二酸产品常茂生物化学工程股份有限公司发酵车间此外与中石化北京化工研究院联合开发生物基PBS类聚酯的合成技术。研究表明，生物法制备丁二酸可直接达到聚合级要求，制备所得PBS类聚酯产品具有良好的生物可降解性。合作成果的应用对于PBS材料的应用与推广具有非常重要的意义。11风电叶片制造设备的设计与开发风力发电将成为我国未来发展速度最快的新能源产业之一。按照国家规划，未来15年风电设备市场份额将高达2100亿元。风力机叶片作为风力发电机中最关键的部件之一，达到整机价值的20％左右。据预测，“十一五”期间，我国仅1.5兆瓦风力机叶片需求量将达8000套。由于风电机组大型化，技术难度不断提高，大型风电机组叶片对设计与制造技术提出了更高的要求，而制造设备的设计与开发将是前提和关键。风电叶片制造设备是高度机电液一体化的集成设备，要求具有很好的尺寸精度、位置精度和执行精度，同时，由于风电叶片是附加值较高的高技术产品，对制造设备运行过程中的安全性和稳定性提出了更高的要求。然而，目前叶片制造设备效率低、精度差，例如叶片上下模具的翻转、顶升作业均需用大型起重机吊装，操作繁琐，迫切需要自动化程度高的模具翻转设备。南京工业大学车辆与工程机械研究所近年来一直致力于风电叶片制造设备的设计与开发，成功开发了风电叶片模具和模具翻转设备等产品。所设计的模具结构合理，通过轻量化设计有效节约了制造成本，通过有限元分析，优化了结构的强度与刚度。所设计的模具翻转设备可实现上下模具的自动开合、顶升与夹紧，其结构新颖，采用机电液一体化技术，实现了全自动化作业，作业精度高，可遥控操作，使用方便，通过PLC与变频控制等技术，解决了翻转过程中翻转角度的同步控制和系统的安全保护。风电叶片制造设备的成功研制，较大幅度地提高了我国风电叶片的制造水平。特点：①机电液一体化程度高，可全自动化作业；②结构新颖，具有创新性；③可遥控操作，使用方便；④采用了结构优化设计和有限元分析方法，结构合理，性能先进；⑤采用冗余设计等技术，具有可靠的安全保护系统。技术指标：①翻转角度同步误差小于1~2°；②上下模具的合模精度小于±5mm。一、风电叶片模具翻转设备12图1模具翻转设备图2翻转设备控制柜说明：风电叶片模具翻转系统用于风电叶片的制造。MW级风电叶片的长度一般在40~50米左右。其制造的模具由两个半模组成，一个半模为下模（固定），另一个半模为上模（旋转），在两个半模中各制作半个叶片，翻转系统的功能是使带有半叶片的上模绕设定的中心旋转180度，使两半叶片的结合面平行相对，然后上模作垂直下降运动，使两叶片贴紧粘合。在粘接剂固化后，上模垂直升起，然后反向旋转180度后返回原位。13非石棉密封复合材料生产技术非石棉密封复合材料是一种石棉制品替代材料，广泛应用于过程工业设备和管道中。本项目以材料使用性能为目标，依据力学分析设计原理，对材料组分和配方进行优化设计，通过增强纤维筛选、纤维表面处理、基体和纤维界面结合强度强化、制备工艺优化等研究，开发出高性价比的非石棉密封复合材料，其使用性能达到甚至超过国外知名企业同类产品的性能指标，可以替代国外进口产品。产品技术指标包括压缩回弹率、泄漏率、应力松弛率、外观质量等均符合国标规定的要求。提供性能检测与评价服务，提供相关标准。国内领先，专利技术（CN1631954、CN101003719）,一条生产线的资规模约为100万左右，年产200吨。汽车零部件内高压液力成形设备及工艺内高压液力成形（Hydroforming）是近年来在德国，美国等发达国家发展起来的一种先进的制造技术，它利用高压液体使工件进行塑性成形，特别适合沿轴向截面变化的异形截面空心构件的加工。这类零件在汽车行业有大量应用，如轿车副车架，汽车排气系统异型管，底盘、车身框架，仪表盘横梁，散热器支撑架，座椅架等。这类零件约占汽车总重量15%~25%。除了汽车行业，内高压成形也可广泛应用于高档自行车，摩托车，航空、航天、化工、医疗、卫浴等行业，其市场潜力是极大的。南京工业大学以机床制造与有限元技术为基础，开发了我国具有自主知识产权的，具有国际先进水平的紧凑型大吨位内高压液力成形设备，并已应用到汽车零件的生产中。技术优势(特点、指标等):（1）高压液体压力达150-400MPa；（2）合