中國紡織工業聯合會科學技術獎獲獎項目選載（2019年度）

自由液面多射流靜電紡非織造材料制備關鍵技術及產業化

獲獎等級：一等獎

主要完成單位：東華大學、蘇州九一高科無紡設備有限公司、中原工學院、蘇州金泉新材料股份有限公司、蘇州康富特環境科技有限公司、河南工程學院、長垣虎泰無紡布有限公司

主要完成人：覃小紅、王榮武、張弘楠、何建新、權震震、崔世忠、張海霞、王浦國、賈琳、王黎明、徐慧琳、邵偉力、李貞兵、王有虎、樊海彬

紡織工業是我國支柱產業，其中產業用紡織品占比已超過25%。然而國內此類材料存在低端同質化現象嚴重，高附加值、功能性產品嚴重依賴進口的瓶頸問題。靜電紡制備的微納米纖維非織造材料具有高比表面積、高吸附特性，可制備高效低阻過濾材料、定向擴散導水衛生材料等高附加值產業用紡織品，是我國“十三五”規劃紡織工業重點發展方向之一。然而現有靜電紡技術存在紡絲過程不穩定、纖維直徑離散大、無法規模化制備等難題。為破解這一困境，該項目在國家科技支撐計劃、國家自然科學基金、中國紡織工業聯合會科技指導性項目資助下，歷經十幾年攻關，實現了自由液面多射流靜電紡微納米纖維非織造材料的可控穩定量產，通過與紡粘熱軋、熱風等非織造基材復合，為高附加值、功能性微納米非織造材料產業化提供解決方案。

該項目創新性成果：（1）建立了單射流可控射流拉伸的微納米纖維直徑精準控制制備理論，建立了介質誘導下的射流拉伸細化模型，解決了微納米纖維紡程不可控、直徑離散度不可控的難題，將微納米纖維直徑CV值降低到30%以下。（2）構建了動態平衡自由液面多射流控制理論，研發出系列空間對稱自由液面紡絲噴頭，多射流間距僅為5 mm，包絡角穩定在10°，纖維直徑CV值降至15%以下，實現纖維直徑分布大幅減小，單噴頭產能250 m l/h以上，是傳統針頭的160倍。（3）發明了縱橫向多模塊相位補償成網技術，分別實現了微納米纖維梯度可變嵌入（橫向）成網以及高取向（縱向）成網，為微納米窄分布纖維非織造過濾材料和取向導濕定向擴散導水衛生材料的產業化制備奠定基礎。項目組研發的1 800 mm幅寬4模塊8噴頭生產線年產能達到150萬m2以上。（4）研究了直徑和孔隙梯度結構的微納米非織造材料與PP/PE雙組份熱風基材的低速亞熔點熱軋復合以及雙向熱風高速復合技術，制備的過濾材料濾效>99.999%，濾阻＜106 Pa；開發出PLA/ES基材的高取向PLA微納米纖維復合熱風工藝，制備的定向擴散導水衛生材料，不同方向液體擴散速比>6，液體穿透速率>3 m l/s·cm2。

該項目獲授權國家專利46項，制定行業標準1項，發表SCI論文50篇，形成完整的知識產權體系。項目成果已實現推廣應用，形成微納米非織造材料生產線7條，近3年生產微納米纖維復合非織造材料7 175.6 t，新增營收2.41億元，新增利潤達到3 556萬元。成果鑒定結果表明：項目總體技術達到國際先進水平。

多軸向經編技術裝備及復合材料制備關鍵技術及產業化

獲獎等級：一等獎

主要完成單位：常州市宏發縱橫新材料科技股份有限公司、東華大學、鄭州大學、常州市新創智能科技有限公司、常州市第八紡織機械有限公司、北京航空航天大學

主要完成人：陳南梁、談昆倫、劉春太、段躍新、蔣金華、談源、蔣國中、劉勇俊、季小強、張娜

隨著國防軍工、航空航天、軌道交通、風力發電、新能源汽車等行業的深入發展，對應用材料體系提出了輕量化、低成本、高效率制備的市場需求，高性能纖維多軸向編織技術及復合材料是滿足這一要求的最佳解決途徑。目前，高性能纖維的多軸向經編裝備關鍵技術及其復合材料高效率制備技術被德國、日本等發達國家壟斷，尤其是技術壁壘較高的碳纖維多軸向經編裝備及技術、復合材料深加工技術嚴禁出口。國內多軸向經編材料制備及下游復合材料生產技術、效率與國外差距明顯。因此開展多軸向經編裝備關鍵技術及其復合材料應用技術研究極為關鍵。

該項目圍繞高性能纖維“多軸向織造-復材成型-加工應用”的產業關鍵環節和技術展開，掌握和攻克了多軸向經編技術、織物及復合材料低成本、高效率的理論基礎及生產加工核心關鍵技術。主要技術內容創新包括：（1）碳纖/玻纖高速多軸向經編機核心技術和裝備。突破了碳纖維恒寬在線展纖、多經軸單獨捆綁、機器人智能儲紗，開發了自由多角度鋪緯，實現了紗線鋪設精確度達到±0.5°，突破了多軸向經編機三十軸聯動、整機智能控制等技術，建立了自學習光電緯紗狀態感知裝置與特征數據庫。（2）低成本全規格碳纖、玻纖及混編多軸向織物及編織技術。攻克了低克重加密分紗玻纖織物編織技術，低成本大絲束碳/碳、碳/玻混雜層間全規格多軸向編織技術；發明了多角度鋪緯機構，研發了碳纖和玻纖2種材料的恒速張力閉環控制技術、自動化混合鋪設技術、張力協同控制技術等。（3）碳纖維增強熱塑/熱固編織結構復合材料快速成型技術。構建了碳纖維增強編織結構復合材料宏、細觀性能預測、以及結構一體化優化設計方法，研發了我國獨有的可回收熱塑性碳纖維熱壓模具和成型工藝，首次實現了我國碳纖維增強熱塑性編織結構復合材料汽車結構橫梁的集成制造，研發了熱固性樹脂基復合材料快速成型及自動化單元裝備技術，突破了大規模工業化生產的技術瓶頸。該項目屬于新材料技術領域，涉及紡織科學、紡織機械、復合材料成型等跨學科領域，是高性能預制件至復合材料成型產業發展的關鍵技術重大創新。

項目成果已獲得授權發明專利40項，實用新型專利60項；發表論文20余篇；制定國家標準2項；建立了多軸向經編材料生產線52條，復合材料生產線2條，并實現了產業化；經專家認定，項目整體技術達到了國際先進水平；產品經航空、風電、汽車等領域典型應用，獲得認可。該項目整體技術自2015年實施應用以來，已累計新增產值達42億元，新增利潤3.1億元，項目產品連續2年國內外市場占有率穩居第一，取得了較好的經濟效益和社會效益。項目打破了國外技術壟斷，滿足了航空航天、風電葉片、汽車等國家重大需求，有力促進了多軸向經編技術及先進復合材料技術的發展。

航空關節軸承用自潤滑織物復合材料設計開發

獲獎等級：一等獎

主要完成單位：上海大學、上海市合成樹脂研究所有限公司、上海市軸承技術研究所、中國航空工業集團公司沈陽飛機設計研究所

主要完成人：俞鳴明、梁磊、張艷、任慕蘇、方琳、姚衛剛、段宏瑜、楊敏、李紅、周劼、胡和豐、顏莉莉、肖依、黃雄榮、薛峰

自潤滑織物復合材料作為航空關鍵材料，應用于殲擊機鴨翼、起落架、襟翼等重要部位，以及武裝直升機旋翼系統的主槳、尾槳、傳動系統等關鍵部位的自潤滑關節軸承，材料性能直接影響戰機性能與安全可靠性。目前國產材料性能可與進口常規產品（Dupont7623）相當，服役壽命約2.5萬次。但是，隨著航空工業的迅猛發展，國外發達國家的自潤滑織物復合材料的服役壽命已提高到10萬次，但相關技術仍對我國進行技術封鎖。

該項目來源于中國紡織工業聯合會科技指導性項目（項目編號：2017147），由上海大學、上海市合成樹脂研究所有限公司、中航工業沈陽飛機設計研究所和上海市軸承技術研究所聯合承擔，開發服役壽命10萬次以上的自潤滑織物復合材料，并將其應用于航空用低速重載自潤滑關節軸承。

為了提升國內航空關鍵材料性能，突破國內現有技術瓶頸，打破國外技術壟斷，該項目將先進紡織技術、樹脂分子設計技術、固體潤滑顆粒復配技術和纖維-樹脂界面優化技術相結合，系統研究了纖維選型和配比、紗線組成和結構，開發了聚四氟乙烯/間位芳綸自潤滑織物；設計了低黏、高韌樹脂的分子結構，研究了多層石墨烯/石墨協同改性技術，發明了減摩耐磨酚醛樹脂制備技術；開發了織物等離子體處理和復合浸膠技術，優化了纖維-樹脂界面結合性能；建立了自潤滑織物復合材料磨損演變模型，研發出多尺度增強自潤滑織物復合材料以及相應的成套設備和工藝體系，實現了自潤滑織物復合材料的穩定批量生產。產品性能優越，滿足航空低速重載關節軸承服役次數10萬次以上的要求，達到最新版SAE AS81820的相關技術要求，總體技術達到國際先進水平，具有自主知識產權（獲得國家發明專利1項，實用新型專利1項），打破了國外對先進新材料和航空關鍵構件的技術壟斷，為X-8、X-9系列直升機、以及X-10系列、XX-15、XX-20等10余個型號100余架固定翼飛機、無人機和航空發動機的研制任務提供了重要保障，軍事和社會效益顯著。自2018年以來，自潤滑織物復合材料相關產品銷售3.9萬余件，銷售額6 150余萬元，利潤約1 281萬元，具有良好的經濟效益。

車用非織造材料柔性復合生產關鍵技術與裝備

獲獎等級：一等獎

主要完成單位：江蘇迎陽無紡機械有限公司、南通大學、江南大學

主要完成人：范立元、張瑜、章軍、朱亞楠、李素英、付譯鋆、范莉、殷俊良、徐林、許利中、談越斌、謝軍輝、張鑫榮、王海樓、于樹發

近年來，我國大飛機、高速列車、汽車產業飛速發展，車用紡織材料需求量每年超過40億m2，其中非織造材料占70%。車用非織造材料具有高回彈性、耐日曬、耐熱、色牢度高、萬次以上耐磨性好、安全無毒等特點，現有生產裝備功能單一，不能適應多種原料混合及復合在線成型，產品無法滿足多功能要求，嚴重制約了復合車用非織造材料的推廣應用。

該項目屬紡織科學技術領域，是車用非織造材料工藝與裝備技術的集成創新和產業化應用，主要科技內容如下：

（1）創新了針刺、撒粉、熱熔等多工藝柔性復合方法，解決了生產線功能單一的問題，實現了從纖維到多種產品（針刺布/纖維網、針刺布/PP膜、針刺布/纖維網/PP膜）在線復合一次成型。

（2）發明了多種纖維混合梳理的關鍵機構，解決了混合梳理時纖維易斷、滯后轉移及成網不勻的行業難題，實現了纖網均勻度CV＜2%，梳理機混紡產量提高30%。

（3）研發了針刺機負載分布技術和共軛平衡技術，解決了針刺機重載高速運行失衡問題，實現了2 000g/m2高克重車用非織造材料1 800次/m in高頻率針刺成型，針刺效率提高50%。

（4）開發了車用非織造材料柔性復合成套裝備，研發了工藝參數專家系統和物聯網系統，實現了車用非織造材料的數字化生產。

項目獲授權發明專利11項、軟件著作權1項，制定國家標準2項。項目裝備生產能力1 000 kg/h，生產10種以上產品。經中國紡織工業聯合會科技成果鑒定，整體技術達到國際先進水平。近3年，項目裝備累計銷售80臺套，新增直接經濟效益7.2億元，新增利潤9 712萬元；出口美國、德國、俄羅斯等發達國家，創匯4 160萬美元。項目裝備累計生產復合車用非織造材料5.5億m2，創造間接經濟效益98.6億元。項目成套裝備符合工業和信息化部《產業用紡織品行業“十三五”發展指導意見》中“加快紡織基柔性復合材料開發應用”的要求，相對離線復合設備，綜合投資降低60%，生產效率提高30%，生產成本降低40%。項目裝備提升了我國車用非織造材料的國際競爭力，為產業用紡織品行業的結構調整、轉型升級做出了積極貢獻。

針織數字化車間智能生產關鍵技術及其產業化

獲獎等級：一等獎

主要完成單位：浙江理工大學、江南大學、浙江恒強科技股份有限公司、泉州佰源機械科技有限公司

主要完成人：胡旭東、彭來湖、蔣高明、向忠、胡軍祥、傅開實、汝欣、史偉民、沈春婭、汪松松、錢淼、戴寧、李建強、張琦

針織是紡織品最主要的生產形式，隨著用人招工問題的日益凸顯，離散型自動化設備形成的信息孤島化生產已經不能滿足針織企業的生產需求，針織生產車間的數字化和智能化成為必然趨勢。但現有針織機械數控系統自感知能力差，網絡接口與通信協議類型繁多，MES管理系統功能簡單，難以實現針織機械智能化控制、車間設備組網管控、生產過程信息化管理，制約了針織生產向智能制造轉型升級。

該項目完成單位在工信部“智能制造標準化與新模式應用”重大專項和中紡聯科技指導性項目的支持下，通過產學研合作，自主創新，攻克了針織數字化車間智能生產的一系列技術問題，建立了橫機、圓緯機、經編機數字化車間智能生產示范點，進行了產業化應用推廣。

項目主要針對針織數字化車間智能生產關鍵技術進行研究。開發通用性針織智能控制系統平臺，研發針織機械典型執行器件的智能驅動器；設計基于云服務的針織數字化車間信息管理系統平臺，開發車間數據采集服務器軟件和終端應用軟件；研究基于OPC UA規范的針織機械信息化模型構建技術，開發信息模型解析和編譯器；制訂適應橫機、圓緯機、經編機3大類針織設備聯網要求的“針織機械聯網通信規范”系列標準及《橫機數控系統FZ/T 97025-2011》、《針織圓緯機數控系統通用技術規范FZ/T 99020-2018》等2項智能控制系統行業標準，將數字化車間聯網通信協議和智能控制技術標準化。

項目成果具有自主知識產權，授權發明專利16項，實用新型專利19項、軟件著作權9項，發表學術論文37篇，制訂行業標準8項。經中紡聯組織的科技成果鑒定，項目整體技術水平為國際先進水平。

2016年至2018年，該項目推廣建設針織數字化車間835個，合計銷售針織設備及智能控制系統26萬臺套，金額16.7億元，新增利稅2.4億元。針織數字化車間實現針織設備智能化控制以及車間設備、產品、人員、訂單的協同管理，減少了勞動力，提高了生產效率，已在常熟國盛、晉江智創、福建源達等著名紡織企業應用，提高了產品附加值。對促進我國從紡織大國到紡織強國的轉變具有重大意義。

化纖長絲卷裝作業的全流程智能化與成套技術裝備產業化

獲獎等級：一等獎

主要完成單位：北自所（北京）科技發展有限公司、東華大學、福建百宏聚纖科技實業有限公司、浙江恒逸高新材料有限公司、北京機械工業自動化研究所有限公司

主要完成人：王勇、馮培、侯曦、江秀明、呂斌、楊崇倡、吳振強、徐慧、王永興、滿運超、曹曉燕、王麗麗、王生澤、王峰年、何鴻強

化纖長絲卷繞成一定規格的卷裝后，經落卷、轉運、外觀檢測、包裝和倉儲等工序，完成卷裝全流程作業。傳統卷裝作業存在工人勞動強度大、效率低、技能要求高、產品質量評定穩定性差，各工序作業信息采集、傳遞和數據匯總困難，產品缺乏完整實時信息和數據可追溯性等弊端，常規自動化設備難以替代人工作業，因而成為了化纖行業進一步轉型升級的瓶頸。

該項目屬于智能制造領域。項目全面梳理卷裝作業工藝，凝練關鍵技術，針對卷裝作業對象柔性、外表曲面粗糙、產品品種批號多，涉及設備類型多，設備運行、產品質量檢測等數據量大且多源異構的特點，提出了適應卷裝全流程作業的智能制造新模式；結合剛柔耦合動力學行為特性，研發直角坐標落卷機器人，外觀在線智能檢測等14種卷裝作業專用裝備；采用模塊化設計技術，構建了可適應多品種工藝要求的卷裝作業硬件系統；提出機器視覺檢測智能等級判定算法與標準，實現卷裝外觀的在線智能檢測；運用多源異構的大數據瞬態實況數據分析處理技術，解決了長絲卷裝作業全流程信息高效實時處理與高準確率難題，開發了具有多源異構特征的卷裝作業全流程的實時智能管控系統，實現長絲卷裝全流程高效智能化作業，為化纖長絲生產車間和工廠的智能化支撐奠定了堅實的基礎。項目研究分別獲得4項國家發改委、科技部、工信部立項支持。

該項目已發表科技論文18篇；授權國家發明專利14項，實用新型專利11項，軟件著作權14項；工信部行業標準1項（已立項）；獲得產品技術鑒定3項，系統整體水平達到國際領先。

該項目在福建百宏聚纖科技實業有限公司、浙江恒逸高新材料有限公司、江蘇國望高科纖維有限公司等多家上市龍頭企業建成生產線9條，年處理卷裝能力300萬t；近3年項目完成單位實現新增利潤3.4億元，應用于其他企業新增利潤1.8億元，并已開始拓展韓國和東南亞市場。

該項目的成功實施，為化纖生產的數字化車間和智能工廠建設奠定了堅實的基礎。成果推廣應用于棉紡、毛紡、印染及非織造等典型紡織行業，可有效促進紡織行業技術進步。