需求牵引 自主创新 重点跨越 面向未来——哈尔滨工程大学海洋先进材料研究院

需求牵引 自主创新 重点跨越 面向未来
——哈尔滨工程大学海洋先进材料研究院

21世纪是海洋的世纪，党的十八大明确提出要“提高海洋资源开发能力，发展海洋经济，保护海洋生态环境，坚决维护国家海洋权益，建设海洋强国”。开发深海资源，提高我国海洋技术支撑和保障能力，需要发展重大技术装备，海洋工程材料在其中发挥着关键作用。其中，高分子材料以优良的物理、化学性能和优异的加工特性，被广泛应用于舰船与海洋工程装备领域中，在海洋经济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虽然已取得明显进步，但与国际先进水平和我国海洋产业发展需求相比，仍然存在诸多方面的不足。

针对我国海军装备、高技术船舶及海洋工程装备的发展需求，依托哈尔滨工程大学“三海一核”学科及行业优势，海洋先进材料研究院（以下简称研究院）于2011年1月正式成立。研究院以“产学研用”为发展宗旨，围绕我国海洋工程、船舶制造和海防建设中所需功能聚合物材料，面向高端船舶和海洋工程全面开展研究，并秉承着“需求牵引，自主创新，重点跨越，面向未来”的工作理念，向着“世界海洋新材料（聚合物材料）发展的引领者”的发展目标，精研努力。

1 研究方向

轻质功能材料 包括保温泡沫材料、深海浮力材料

声学复合材料 包括阻尼减振材料、吸隔声材料

特种防护材料 包括聚脲系列防护材料、环保型长效防污涂料、甲板防滑材料、电磁屏蔽系列材料

2 科研成果

聚酰亚胺轻质泡沫材料 船舶的轻量化是船舶节能减排最有效、最经济的手段之一。其可以降低空船重量、减少船舶能耗、提高船舶速度和运输能力等，已经成为世界造船业发展的趋势。大量采用轻质高强材料，特别是轻质高强保温材料，是实现船舶轻量化行之有效的方法之一。研究院通过融合基体树脂的基础性能和多孔材料的功能特性，采用一步法和两步法研究开发出了具有自主核心技术和知识产权的高性能聚酰亚胺轻质泡沫材料，打破了美、德、日对核心技术的高度封锁和产品垄断，对于我国船用保温材料行业的发展具有重要的引领作用。该产品具有较低的密度、优异的保温性、机械性能和使用安全性等优点，可用作包括邮轮、散货船、油船、海警船、海监船、渔政船、快艇、液化天然气船等各类船型上舱壁、各类管道、机电设备等部位的绝热保温材料。目前已应用于我国海军某水下航行器，并将在中国水面船舶全面推荐使用。

两步法聚酰亚胺泡沫产品

阻尼减振材料 我国目前的阻尼材料，是20世纪80年代针对基座等部位开发的产品，尽管具有一定的阻尼性能，但是存在阻尼损耗因子偏低、功能单一（不具备防腐性能）、使用部位少、施工性能差等问题。研究院提出了模块化设计理念，研制了高性能阻尼防腐材料，实现了防腐和阻尼性能的有效复合，创造性地提出了“重防腐＋阻尼＋约束去耦”三位一体的阻尼材料，自主设计了新型阻尼添加剂，提高材料内分子间摩擦力。材料的最低损耗因子为0.7，平均损耗因子大于1.0，最大损耗因子为2.9，复合损耗因子大于0.2。同时，开发了高粘度双组分喷涂成型新工艺，替代了传统手工刮涂工艺，大幅提高了材料的实际应用效果和施工效率。此外，由于船舶上设备运行工况复杂、振动特性各异，单一的阻尼结构中多数情况下与设备的振动特性不匹配，结构和材料的耗能和减振作用不能充分发挥，达不到理想的减振效果，无法满足船舶要求。因此，研究院针对船舶设备的振动特点和频率，开展相关部位阻尼结构定量化设计及材料优化研究。通过建立阻尼结构实用性能综合评价方法，完成阻尼结构及材料阻尼性能的数据库，从而提供了满足船舶设备运行要求的阻尼结构，并为阻尼结构中阻尼材料的使用提供指导性建议。研究院开发的喷涂型多功能阻尼复合涂层材料解决了大型船舶阻尼材料施工效率低的缺点，目前已在国内某新型综合补给船、新型护卫舰、大型测量船等进行了应用，有效解决了涂层开裂、抑振效果差等问题。

喷涂型多功能阻尼复合涂层材料

聚脲防护材料 我国现有的防水防腐涂料存在易开裂（环氧类）、施工周期长、防腐期效短、污染环境、复杂结构施工质量差等问题。为此，研究院在高性能无溶剂聚脲的基础上开发了多功能防护涂层。它是一种100%固含量、采用新型双组分设备快速喷涂成型的绿色环保产品。主要特点是：固化速度快，在恶劣的环境条件下可正常施工；涂层致密、连续、无接缝，可完全隔绝空气中水分和氧气的渗入，防腐和防护性能优异；优异的耐磨、防水、抗冲击、抗疲劳、耐老化、耐高温、耐核辐射等性能。目前已在海水飞溅区混凝土结构防护、水面船舶特殊部位的防腐及防空泡腐蚀、海底油气管道及钢结构防腐等方面得到应用。

环保长效防污材料 海洋生物附着会严重影响船舶的航速和使用寿命，并浪费大量的动力能源。随着有机锡类防污涂料在全球范围内的禁用，以及我国无毒长效防污涂料远落后于世界先进水平的现实，研究院通过技术引进消化，开发了环保无锡海洋防污涂料。该技术基于自抛光原理，通过分子设计合成制备出具有水解稳定、物理性能优异的防污树脂，解决普通防污漆抛光速率不可控、易开裂等问题。同时，通过环保防污复配体系的优选、涂料配方的优化设计，制备出适用于防污性能优异且适用于不同类型船舶的系列环保型防污涂料。产品可有效减少水下船舶表面的粗糙度，减少船舶燃油消耗，且延长坞修间隔，减少船舶维护费用。同时，打破了国外涂料公司对我国防污涂料市场的控制，加快推进我国环保长效防污涂料自主化进程。

可快速喷涂的聚脲防护材料在某舱室的应用

涂装环氧防腐漆（左）和涂装“环氧防腐漆＋防污涂料”（右）的钢板在广东湛江实海浸泡10个月后的海洋生物附着情况对比图

近年来，研究院成功申报国家自然科学基金项目、科技部国际合作项目、工信部高技术船舶科研项目等重大项目共计18项。截止目前已有6项完成结题，4项通过鉴定。同时，通过以实际应用为牵引，积极带动基础科学研究，取得了一批具有国际影响的原创性科学发现和具有重大社会影响的学术成果，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》等高水平期刊发表SCI检索论文56篇，其中发表在《Chemistry of Materials》和《Energy＆Fuels》期刊上的3篇论文被评为ESI高被引论文。申请国家发明专利13项。

3 软硬件建设

研究院目前拥有一支12人组成的年龄结构和学历层次合理、学术思想活跃的科研团队，其中教授、研究员、副教授等高级职称人员6人，具有博士学位的人员5人，平均年龄36岁。目前有10人次入选国家和省部级专家／人才计划，包括黑龙江省杰出青年基金获得者、中国化工学会无机酸碱盐专业委员会无机化工行业学术带头人、科技部国际合作专项评审专家、博士点基金评审专家、黑龙江省四项基金评审专家等。同时研究院设立了专家委员会，中国工程院侯保荣院士和中国科学院张希院士分别担任名誉主任和主任，中船重工第719研究所所长杨金成研究员等材料和船舶领域的专家担任委员。

研究院现有科研、实验用地面积1 200 m2，配备先进的实验仪器设备价值近千万元，并建有涂料检测平台、阻尼结构实用效果评价平台、环境性能测试平台、深海模拟实验平台、防污性能测试平台等，为各项科研工作的顺利开展提供了良好的实验条件。研究院长期与海内外多所著名大学和科研机构保持着密切的国际合作和学术交流关系，先后成立了“哈尔滨工程大学－海军涂料分析检测中心”联合实验室、“哈尔滨工程大学－海军医学研究所”研究生联合培养实践基地、“哈尔滨工程大学－中国石油集团工程技术研究院”防腐保温联合实验室，并与莫斯科国立鲍曼技术大学、乌克兰国家科学院高分子化学研究所、日本日东化成产业株式会社、中科院化学所、北京大学、清华大学等开展广泛的合作。

（哈尔滨工程大学海洋先进材料研究院 谢 众）