新項目團隊簡介

　　我國“973”方案“聚合物成型仿真模擬及沖壓模具生產制造中的至關重要的問題科學研究”新項目是由申長雨工程院院士做為首席科學家，聯合國組織內11家企業一同擔負，以戰略行業和我國主導產業聚合物產品成型和沖壓模具生產制造為情況，著眼于處理聚合物構造產品的“成型”“成性”“服現役性”和“加工工藝操縱及模貝提升”等至關重要的問題，為在我國由生產制造強國向制造強國變化出示基礎理論和技術性支撐點。

10月17日早上7點30分，配用神舟十一號載人航天飛船的長征二號F火箭發動機，在酒泉衛星發射中心打火發送，約575秒后，神舟十一號載人航天飛船與火箭彈取得成功分離出來，進到預訂路軌，成功將景海鵬、陳新兩位航天員送進外太空，航行乘組情況優良，發送獲得圓滿收官。

二天后，載人航天飛船安裝兩位航天員與天宮二號順利開展連接，并逐漸進行多種空間科學試驗與室內空間運用，尤其是太空站運作路軌的交會對接技術性。航天員進到天宮二號室內空間試驗室后將開展中后期停留實驗，考評組合體對航天員日常生活、工作中和身心健康的確保工作能力，及其航天員實行航行每日任務的工作能力，這將為在我國載客航天工程項目發展戰略的第三步太空站基本建設邁開扎扎實實的一步。

為了更好地探尋宇宙的奧秘，航天員務必衣著采用材料、獨特加工工藝、獨特技術性生產加工的航天服開展太空探險，乃至出艙主題活動。在航天服上，帽子上的航天面窗是關鍵的構件之一，它不但立即危害著航天員對外開放外太空的觀查，另外也時刻關聯著航天員的人身安全!

生產制造航天面窗標準極為嚴苛

2008年9月27日，航天員翟志剛身穿在我國自主研制開發的“飛天”太空服在外太空中留有了中國宇航員的影子，這也讓我國變成第三個把握外太空出艙技術性的我國。當翟志剛通過帽子上的航天面窗見到外太空，向太空外伸手臂，做為航天面窗的研制者，大家覺得了強大的自豪和引以為豪!

航天服一般由工作壓力艙、帽子、膠手套和皮靴構成，分倉內服和艙外服游戲兩大類。帽子面窗部件是航天員在外星球主題活動時觀查外部的對話框，能夠說成航天員的“雙眼”，它不但要給航天員出示一個清楚、優良的視線，也是航天員性命確保最重要的構件之一。

自然，航天面窗有別于大家平常騎摩托車時戴的帽子上的面窗，由于，外太空含有太嚴苛的溫度差標準，也有數不盡的不能意料的風險，這種都對航天面窗的原材料和設計方案明確提出了出現異常嚴苛的規定。

最先，航天面窗要能承擔外太空極端化的溫度自然環境。因為外太空中沒有氣體熱傳導和排熱，航天面窗受太陽立即直射的一面，可造成達到100℃之上的高溫。而陰面的另一面，溫度則可低至零下100℃下列。因此 ，航天面窗主要的便是要可以承擔極端化的熱漲冷縮功效。

次之，航天面窗務必是零缺陷。因為外太空中是零大氣壓力，一切缺點都是會使航天員曝露在外太空中，并將遭遇過壓、氧氣不足、超低溫和放射病4大風險。假如人立即曝露于外太空，氧氣不足可能把人快速窒息死亡。另外，沒了大氣壓力，人也會因內臟器官、人體器官的脹裂而馬上送命。而且，在外太空零下269℃的低溫自然環境，人也會馬上冷死。

試驗說明，假如太空服迅速緩解壓力，那麼航天員將在15秒后身亡――這恰好是人體用盡身體全部co2的時間。

再其次，航天面窗要能隔絕外太空輻射源。由于沒了地磁場方向和地球大氣層的維護，航天員會遭受外星球更明顯的輻射源損害。

最終，外太空中還存有著數不盡的空間碎片。因為航天員在宇宙飛船或是太空站外主題活動時，隨時隨地都很有可能碰到來源于外太空具備充足高機械能的空間碎片沖擊性，因而，航天面窗在碰到這種殘片的情況下，務必可以抵擋具備這種沒什么提防的高機械能空間碎片的沖擊性。

生產制造航天面窗是個不容易的不簡單的技術活

即然生產制造航天面窗的標準那么嚴苛，那麼，全透明的航天面窗又是啥原材料制成的呢?

實際上大家對它并不生疏，它是一種橡膠制品，一種與大家戴的近視眼鏡、汽車大燈燈蓋一樣的環氧樹脂――聚碳酸酯或聚碳酸酯的共聚物化合物。

聚碳酸酯是一種線形炭酸聚脂，分子結構中炭酸官能團與另一些官能團更替排序，歸屬于分子結構鏈中帶有碳酸酯基的高分子材料高聚物。聚碳酸酯是基本上沒有顏色的玻璃態的不定形高聚物，可是它的抗壓強度和電子光學性能是無以倫比的。

殊不知，因為聚碳酸酯的含量大、分子結構鏈堅硬、粘度大、流動性性能差，因而要用它來導致成型性能差，產品熱應力大，自然環境地應力危害大，易形變和裂開，這種都給帽子上航天面窗的成型生產加工產生很大的難度系數。

“偏向虎山行，偏向虎山行。”盡管聚碳酸酯的性子這般不太好，但大家還是得將航天面窗成型。多種多樣試驗科學研究后，我們決定選用一種最通用性的橡膠制品成型方法――注塑加工成型。

在成型全過程中，非牛頓的塑膠溶體在工作壓力的驅動器下根據流道、進膠口向較低溫度的模貝凹模填充。這一全過程中，溶體一方面因為模貝熱傳導而迅速制冷，另一方面因髙速裁切造成發熱量。另外，隨著有溶體干固、容積收攏、趨向和很有可能的結晶體等繁雜的物態變化，乃至伴隨生物大分子和由小分子水到生物大分子的化學反應。

擁有這一全過程，工程項目塑膠制品具有了優質的物理學、結構力學特性和特殊辦公環境下的優異服現役性能。而這一性能則來自原材料的雙組分與不一樣層級的構造，包含微納米技術構造，不一樣層級的構造產生和演變又取決于沖壓模具生產制造和加工工藝標準。可以說，成型全過程不但使原材料得到一定的樣子、規格，并且也授予原材料最后的構造與性能。

緊緊圍繞這一課題研究，從2007年始，鄭大我國橡塑制品模貝工程項目研究所科學研究精英團隊，開始了太空服帽子航天面窗的產品研發工作中。

在無一切工作經驗效仿狀況下，大家精英團隊融合面窗的應用自然環境和應用作用，最終選用電子光學級聚碳酸酯做為環氧樹脂，融合有限元分析技術性，設計方案生產加工精密機械制造，選用注塑加工成型方式，研制開發出太空服帽子面窗產品，并根據對最表層面窗開展納米金鍍層以隔絕外太空的紫外光。

現階段，航天面窗已取得成功運用到神舟七號宇宙飛船航天員出艙服、神舟九號航天員倉內服上。大家的研制開發精英團隊做為全國各地20個得獎團體之一，也喜獲“我國載客航天工程項目杰出貢獻”獎賞。

面對工作壓力再次服務周到航天工作

2008年，醒神七發射成功后，中國人一直都覺得極其的自豪。殊不知，英國NASA卻在2010年專業明確提出了一個關于中國航天服的匯報。這一匯報尤其強調，我國的艙外主題活動只不斷了18分鐘，并沒有歷經長期性的磨練。而這，變成了大家新一代航天面窗的研制開發工作中的起始點。

2012年，鄭大協同我國科技進步高校、上海交大、四川大學、華南理工大學、華南理工大學、西北工業大學、中科院數學課與系統軟件科學院、大連理工、東南大學、機械設備科研總醫院等，擔負了我國“973”方案新項目“聚合物成型仿真模擬及沖壓模具生產制造中的至關重要的問題科學研究”。

新項目以新一代航天面窗研制開發為情況，緊緊圍繞繁雜多局功效下聚合物原材料不一樣層級形狀構造的演化規律性、成型全過程中聚合物繁雜液體的跨限度測算基礎理論、成型后聚合物產品性能和服現役個人行為的跨限度剖析、成型加工工藝操縱和沖壓模具的非線性規劃基礎理論和方式等重要關鍵問題進行科學研究。

這一新項目最先要處理航天面窗的使用壽命和脆化難題，及其怎樣從原材料―成型加工工藝―商品后處理工藝更改大分子式等各種各樣方式來完成脆化性能提升。次之處理原材料―成型加工工藝―沖壓模具―電子光學性能中間的關聯，表明危害全透明塑件電子光學性能的分子動力學緣故及其成型造成的分子結構趨向與電子光學個人行為(所造成的光崎變)等，最終是處理極端化自然環境下商品的抗壓強度分析問題等。

歷經四年的科學研究，團隊獲得了一系列成效，并取得成功運用到在我國新一代航天面窗的研制開發中。

為了更好地提升航天面窗的耐老化性能，團隊科學研究了聚碳酸酯耐熱性，明確提出任意斷線/尾端斷鏈反應動力學方程來敘述溶解動力學模型全過程。另外運用較高能放射線輻照度制取出不一樣網絡拓撲結構的長鏈支化聚碳酸酯，伴隨著長鏈支化構造的引進，及其長鏈支化全過程中產生的有機化學支化點及分子結構鏈纏結功效合理改進了聚碳酸酯的耐自然環境地應力裂開性能。

對于聚碳酸酯的紫外線輻射脆化難題，大家創建了聚碳酸酯/納米技術二氧化鈦高分子材料，選用金紅石型納米技術二氧化鈦能夠消化吸收和透射紫外光，另外為了更好地減少金紅石對聚碳酸酯的催化反應溶解功效，最大限度提升高聚物的耐紫外線脆化性能，采用二氧化硅對納米技術二氧化鈦開展包復，合理提升了聚碳酸酯的耐紫外線脆化性能并屏蔽掉紫外光。

為了更好地操縱和管控航天面窗的電子光學性能，團隊根據對聚碳酸酯產品的3D-SAXS數字信號處理，將產品中分子結構鏈的趨向水平與電子光學崎變開展關系，獲得了注入標準與產品電子光學崎變的本質關系，表明了注入速度、溶體流動性方位及其試品內部層級與產品電子光學崎變中間的關聯。

另外，團隊運用注塑加工成型仿真模擬基礎理論獲得成型全過程的溫度梯度、工作壓力場的動態性遍布及其產品應力場的遍布，運用物質折光率與克分子電極化抗壓強度中間關聯的洛倫茲- 洛倫茨電子光學基礎理論，創建起產品相對密度場和折光率場中間的關聯，再運用磁感應基礎理論中的菲涅爾公式，測算獲得折射光抗壓強度和折射光抗壓強度，最終測算獲得產品的透光性場。這種工作中為提升成型加工工藝，管控商品內部構造，從而操縱商品電子光學性能確立了理論基礎。

為了更好地完成航天面窗的成型―構造一體化剖析，團隊創建了三維的統一的氣―液兩相實體模型和健身運動頁面跟蹤的水準集方式，運用光潔顆粒流體力學方式，在拉格朗日架構下仿真模擬了航天面窗充模全過程的三維流動性個人行為。并根據聚碳酸酯原材料不一樣應變率和溫度下的雙軸拉申和縮小實驗，創建了聚碳酸酯的拉申―縮小統一本構模型。本構模型能合理的敘述聚碳酸酯的應變率有關效用、溫度有關效用、變軟、硬底化、拉申縮小性能不一樣等繁雜結構力學性能特點，為有效預測分析航天面窗的服現役個人行為確立了關鍵基本。

伴隨著在我國載客航天工程項目發展戰略的第三步太空站基本建設的鄰近，大家期待運用橡膠制品生產制造的新一代航天面窗不但給航天員出示了觀查外太空全球的雙眼，更應像保護視力一樣維護著大家航天員的性命。

來源于：科學網