人形机器人关节电机用聚酰亚胺漆包线研发项目
合作区域: 国内
拟投入总金额: 1200.0万元
所属地域: 奉化区
技术领域: 金属材料表面改性及涂层
技术交易金额: 万元
截止日期: 2027-12-31
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信息描述
研发背景:

随着人工智能技术的快速发展和机器人产业的蓬勃兴起,人形机器人作为机器人技术的重要发展方向,正成为全球科技竞争的新焦点。人形机器人具有与人类相似的形态和运动能力,能够在复杂环境中执行各种任务,在工业制造、医疗康复、家庭服务、应急救援等领域具有广阔的应用前景。

人形机器人关节电机作为其核心驱动部件,承担着精确控制机器人运动、提供足够扭矩和速度、确保长期稳定运行等关键功能。与传统工业机器人相比,人形机器人关节电机面临更加严苛的工作环境和技术要求:首先,人形机器人需要在复杂多变的环境中工作,关节电机需要承受频繁的启停、变速和负载变化;其次,人形机器人的关节空间有限,要求电机具有更高的功率密度和更小的体积;再次,人形机器人需要与人类进行安全交互,对电机的响应速度、精度和可靠性提出了更高要求;最后,人形机器人需要长时间连续工作,对电机的耐久性和稳定性要求极高。

电磁线作为关节电机的核心导电材料,其性能直接决定了电机的效率、功率密度、可靠性和使用寿命。传统的漆包线产品在耐高温、耐高压、耐振动、长寿命等方面已无法满足人形机器人关节电机的特殊需求。特别是在高温环境下,传统漆包线的绝缘性能会急剧下降,导致电机效率降低、寿命缩短,甚至引发安全事故。

聚酰亚胺漆包线凭借其优异的耐高温性能(可达240℃以上)、出色的电气绝缘性能、良好的机械强度和化学稳定性,成为人形机器人关节电机的理想选择。聚酰亚胺材料具有以下突出优势:一是优异的耐热性能,可在240℃以上高温环境下长期稳定工作;二是出色的电气绝缘性能,击穿电压高,介电损耗低;三是良好的机械性能,柔韧性好,附着性强;四是优异的化学稳定性,耐油、耐溶剂、耐腐蚀;五是良好的尺寸稳定性,在温度变化时尺寸变化小。

然而,目前国内在高端聚酰亚胺漆包线领域的技术水平与国外先进水平仍存在较大差距,特别是在材料配方优化、精密涂敷工艺、质量稳定性控制等关键技术方面。国内企业主要生产220级及以下的常规漆包线产品,在240级及以上的高性能聚酰亚胺漆包线领域技术相对空白,主要依赖进口。这种技术依赖不仅增加了产品成本,更重要的是存在供应链安全风险,制约了我国人形机器人产业的自主发展。

主要内容:

1)聚酰亚胺树脂分子结构设计与合成工艺优化

聚酰亚胺树脂的分子结构直接影响其性能,需要专业的材料研发团队进行深入研究和优化。委外研发将重点解决以下技术问题:

一是聚酰亚胺树脂分子结构设计,通过计算机辅助设计、分子模拟等手段,优化树脂的分子链结构,提高其耐热性能、电气性能和机械性能。具体包括:调整分子链的刚性结构,引入特殊官能团,优化分子量分布等。

二是聚酰亚胺树脂合成工艺优化,通过优化聚合条件、催化剂选择、溶剂体系等手段,提高树脂的纯度和性能。具体包括:优化聚合温度、时间、压力等条件,选择合适的催化剂和溶剂,建立完善的纯化工艺等。

三是聚酰亚胺树脂性能表征与评价,建立完善的性能测试方法,全面评价树脂的各项性能指标。具体包括:热性能测试、电气性能测试、机械性能测试、化学性能测试等。

2)纳米改性聚酰亚胺绝缘漆配方开发

纳米改性技术是提高聚酰亚胺漆包线性能的重要手段,需要专业的纳米材料研发团队进行深入研究。委外研发将重点解决以下技术问题:

纳米填料的选择与表面改性,选择合适的纳米填料,通过表面改性技术提高其与树脂的相容性。具体包括:纳米氧化铝、纳米二氧化硅、纳米碳管等填料的选择,表面改性剂的选择与优化等。

纳米改性聚酰亚胺绝缘漆配方设计,通过系统研究纳米填料的种类、含量、分散方式等因素对漆膜性能的影响,优化配方设计。具体包括:纳米填料含量优化,分散工艺优化,添加剂复配技术等。

纳米改性聚酰亚胺绝缘漆性能评价,建立完善的性能测试方法,全面评价改性后漆膜的各项性能指标。具体包括:耐热性能测试、电气性能测试、机械性能测试、耐电晕性能测试等。

3)高精度涂敷设备设计与制造

高精度涂敷设备是生产高质量聚酰亚胺漆包线的关键设备,需要专业的设备制造团队进行设计和制造。精密涂敷头设计与制造,设计具有高精度、高稳定性的涂敷头,实现漆膜厚度的精确控制。涂敷工艺控制系统开发,建立精确的涂敷工艺控制系统,实现涂敷参数的精确控制和调节。在线检测系统集成,将在线检测系统与涂敷设备集成,实现产品质量的实时监控。

前期研究开发基础:

公司自2018年开始涉足聚酰亚胺漆包线研发,已建立专门的研发团队和实验室。在聚酰亚胺树脂合成、绝缘漆配方设计、涂敷工艺优化等方面积累了丰富经验。

1)研发团队基础

公司拥有一支由15名专业技术人员组成的研发团队,其中博士研究生1名、硕士2名、专科及以上人员12名,专业背景涵盖高分子材料、电气工程、机械工程、化学工程等多个领域。团队成员具有丰富的研发经验和创新能力,在聚酰亚胺材料、电磁线工艺、质量检测等方面具有深厚的技术积累。

2)研发设施基础

公司建有1800平方米的研发中心,配备了价值超过500万元的研发设备,包括高分子合成实验室、涂敷工艺实验室、性能测试实验室等。主要设备包括:反应釜、涂敷机、烘烤炉、测试仪器等,能够满足聚酰亚胺漆包线研发的基本需求。

3)技术积累基础

公司在聚酰亚胺树脂合成、绝缘漆配方设计、涂敷工艺优化等方面积累了丰富经验。已成功开发出220级聚酰亚胺漆包线产品,在耐热性能、电气性能、机械性能等方面达到国内先进水平。同时,公司在纳米改性技术、精密涂敷技术、质量检测技术等方面也进行了深入研究,为本次项目奠定了坚实的技术基础。

现有的生产和研发的设备:
攻关目标:

1)耐热等级:≥240

产品能够在240℃高温环境下长期稳定工作,满足人形机器人关节电机在高温环境下的使用要求。

2)击穿电压(2级漆膜):≥10kV(室温)

产品在室温条件下的击穿电压不低于10kV,确保在高压环境下的安全可靠运行。

3)高温击穿电压(240℃):≥室温击穿电压的70%

产品在240℃高温条件下的击穿电压不低于室温击穿电压的70%,确保在高温环境下的电气性能稳定性。

4)小规格1级漆膜圆线击穿电压(如0.2mm):≥3kV

小规格圆线产品在室温条件下的击穿电压不低于3kV,满足不同规格产品的性能要求。

5)耐ATF油水(或其他指定液压介质):≥2000小时

产品在ATF油水或其他指定液压介质中浸泡2000小时后无异常,验证产品在油环境中的稳定性。

6)柔韧性(漆膜抗开裂性):拉伸20%后绕1倍直径(1D)不开裂

产品在拉伸20%后绕1倍直径不开裂,确保产品在弯曲变形时的稳定性。

7)附着性(漆膜耐刮性):≥4H铅笔硬度检测不刮破

产品漆膜的铅笔硬度不低于4H,确保漆膜具有良好的附着性和耐磨性。

(8)漆膜连续性(额定电压下):1个针孔/30

产品在额定电压下的针孔数量不超过5/30米,确保漆膜的连续性和完整性。

9)盐水针孔:0

产品在额定电压下的针孔数量不超过1/30米,确保漆膜的连续性和完整性。

10)热冲击:300℃,30分钟,绕1倍直径(1D)不开裂

产品在300℃高温条件下保持30分钟,然后绕1倍直径不开裂,验证产品的耐热冲击性能。

11)软化击穿温度:≥450

产品在450℃高温条件下保持2分钟不击穿,确保产品的耐高温性能

12)耐电晕寿命:≥100小时

产品在特定电压、频率、温度条件下的耐电晕寿命不低于100小时,验证产品在高压环境下的长期稳定性。

13)机械强度(回弹角):≤5°

产品在特定线径和条件下的回弹角不超过5°,确保产品的机械性能稳定性。

成果形式:

1)项目产业化后预计年产值可达1亿元

项目成功实施后,预计可实现年产值1亿元,其中聚酰亚胺漆包线产品产值0.8亿元,技术服务产值0.2亿元。

2)年利润约2000万元

基于产品的技术含量和市场需求,预计年利润约2000万元,销售利润率约20%

3)投资回收期约3

基于项目的投资规模和预期收益,预计投资回收期约3年,具有良好的经济效益。