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中国石化高性能材料让机器人更像“人”(图)

发布时间:2026-07-31 05:22:46浏览次数:

  

中国石化高性能材料让机器人更像“人”(图)(图1)

  人形机器人在行走、抓取、跳跃等高频动态作业中,金属结构件极易出现疲劳变形、断裂损耗。采用高性能碳纤维打造机身骨骼与核心结构件,既能大幅减轻机身自重,又可规避动态作业下的形变失效问题。同时,碳纤维良好的抗腐蚀性和环境适应性,能使机器人在多种工作环境下保持稳定性能。

  上海石化联合上海院研发的T1000级碳纤维为12K小丝束规格,强度是钢的7~9倍,密度不到钢的1/4,单股丝束拉伸强度超过6.5吉帕,可拉动1辆10吨重的中型卡车,性能达到国际领先水平。这种高性能碳纤维采用湿法工艺生产,表面活性更高,与树脂基体的结合力更强,适合制造高性能复合材料结构件,在具身智能领域应用优势显著。

  随着人形机器人逐步走向规模化,高端碳纤维在该领域的应用比重将稳步提升。据专业机构预测,2026年人形机器人碳纤维全球市场规模可达1.55亿美元,2033年将增至11.14亿美元。

  超高分子量聚乙烯纤维是工业化高性能纤维中比强度和比模量最高的纤维,柔韧性好,抗冲击能力优异,在机器人领域被公认为“腱绳”传动系统的核心材料。

  仪征化纤拥有超高分子量聚乙烯纤维产能3300吨/年,依托拥有自主知识产权的干法纺丝核心工艺实现稳定量产,综合性能达到行业先进水平。2026年4月,仪征化纤成功取得包含硬质纤维的超高分子量聚乙烯纤维相关发明专利,进一步优化纤维结构与综合使用性能,拓宽材料应用边界。目前,该公司已在宁夏规划建设8000吨/年特种纤维项目,其中包括超高分子量聚乙烯纤维产能4000吨/年,建成投产后将进一步筑牢产能优势。

  与传统工业机器人不同,人形机器人需要与真实世界直接交互,甚至像人类一样通过“触觉”和“肌肉”实现柔性交互。热塑性弹性体正是为人形机器人打造仿生触觉、柔性躯体的核心关键材料。

  湖南石化通过分子结构设计,开发出超高分子量SEBS(氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物,热塑性弹性体材料),可实现大于8倍的高倍充油。其独特的分子网络赋予软胶制品优异的锁油性能,制品表面干爽不油腻,解决了传统充油软胶的“冒油”问题。更关键的是,它在常温下抗90%压缩率的永久变形低于0.5%,50摄氏度下仍低于2%,长期负重挤压后依然能迅速回弹、持久保形。同时通过调节填充油比例,可灵活调配不同硬度,适配多元使用场景,充分满足人形机器人情感交互的仿生触感需求,提升人机交互体验。

  2026年3月,湖南石化完成该材料的首次工业化试生产,整体性能达到国外竞品先进水平,目前已产销80吨,在下游应用评价良好。未来随着情感交互型机器人产业快速发展,该材料市场需求也将持续稳步增长。

  人形机器人需要在高频运动中保持关节灵活、结构稳固、电路可靠,高性能聚酰胺(特种尼龙)凭借“强、韧、轻、耐热”的独特优势,天然契合了关节轴承、承重骨架、电子控制单元等核心部位的轻量化与高性能需求。

  湖南石化研发的PA612、MXD6、耐高温PA10T三类特种尼龙材料,优势显著,分工明确。PA612以高韧性、高抗磨见长,专攻关节轴承、足部缓冲部件及齿轮外壳,替代金属后可明显减重且自润滑,降低摩擦噪音;MXD6拥有高刚性、低翘曲和优异气体阻隔性,适用于承重骨架、齿轮箱外壳与电池包结构件,保障机器人高强度运动中的尺寸精度;耐高温PA10T长期使用温度在180~200摄氏度,可用于电机绕组骨架、散热器周边及电子控制单元外壳,为高压电路提供可靠热防护。

  目前,湖南石化已完成三类材料小试j6股份有限公司研究,性能达市场同类指标,正在加快建设2000吨/年PA612连续聚合中试装置、2000吨/年MXD6中试装置及百公斤级PA10T中试装置,预计今年可完成中试研究;未来规划建成1万吨/年PA612、2万吨/年MXD6、5000吨/年PA10T工业化装置,2031年实现批量稳定生产,为机器人关节、承重结构、电控单元提供多层次国产材料方案。

  人形机器人的“大脑”需要高性能芯片,而芯片必须稳稳封装、高速通信不丢信号这正是电子级特种环氧树脂的使命。

  湖南石化已实现苯酚-酚醛型、苯酚-亚联苯型、苯酚-DCPD型三类电子级特种环氧树脂的中试生产。它们具备优异的耐热性、自身阻燃特性、良好粘结性及低介电常数,固化后表现出良好的尺寸稳定性和化学稳定性,可用于无铅焊接,是制备大规模及超大规模集成电路封装材料的理想基体树脂。

  在电子封装应用方面,苯酚-DCPD型与苯酚-亚联苯型环氧树脂凭借双环戊二烯与联苯骨架结构,可有效降低分子链极性,大幅提升介电性能与耐湿热性,确保机器人通信模块信号完整、运算芯片可靠运行,是5G通信用环氧塑封料(EMC)和覆铜板(CCL)行业的核心原料;苯酚-酚醛型环氧树脂交联密度大,热稳定性和电绝缘性优异,适用于通用封装与电源模块保护,为机器人的“神经中枢”和“感知网络”提供坚固、低损耗的底座。

  精密润滑材料是保障人形机器人各类关节、传动部件等精准、低耗、长效运转的核心介质。润滑油公司针对人形机器人关节高频启停、重载冲击、精密微动的极端工况,研发出系列专用润滑脂,填补了国内人形机器人国产化精密润滑领域多项空白。

  其中,行星减速器润滑脂(SPI-S)可形成高强度吸附油膜,有效抑制齿面微动点蚀,保障机器人奔跑、跳跃等动态动作平稳,已通过多家头部企业测试;谐波减速器润滑脂(SPI-J)攻克了传统脂摩擦阻力大的难题,通过优化微观结构,显著降低启动力矩与摩擦系数,提升关节j6股份有限公司动作精度、延长使用寿命,已在精密装配场景实现批量配套;RV减速器润滑脂(SPI-B)添加纳米抗磨修复组分,抗磨损性能较通用产品提升40%以上,可抑制振动噪音,适配重载关节长效运行需求;丝杠润滑脂(SPI-V)机械安定性、黏附性优异,可抵御高剪切力、防止脂体流失,依托导热防锈配方,保障机器人丝杠传动精准平顺,支撑仿生肢体流畅运动。(李 娟 何 洁 倪 倩 李园园 整理提供)