孫 斌, 余雯雯, 石建高, 劉永利, 王 磊, 王 越，舒愛艷

(1 中國水產科學研究院東海水產研究所，上海 200090；2上海海洋大學海洋科學學院，上海 201306)

網衣是漁具的重要組成部分，其材料、結構、規格和形狀等因素直接影響漁具的生產效果。早期的網衣采用聚乙烯(PE)單絲制作，因其密度小、成本低、濾水性好等特點被廣泛應用于漁業生產。隨著現代漁業的發展，PE網衣等普通合成纖維網衣已不能滿足生產需求，于是人們開始研發、應用高性能網衣材料，以提高網衣的強度、耐磨性、抗沖擊性和防污性能等。如最先投入使用的高密度聚乙烯(HDPE)，就因為其密度小、原料豐富和成本較低而被廣泛用作網衣材料。但伴隨著其他高性能材料的出現，再加上HDPE在力學性能方面的不足，逐步被新的高性能漁用網衣材料取代，聚芳酯纖維網衣就是其中之一。聚芳酯纖維是一種高強度纖維，其品種有Vectran HT、Vectran HM、Vectran NT等[1]。利用Vectran纖維強度高、振動吸收性好、耐沖擊周期性好等特性，已被用于制作網衣或釣魚線[1]。聚對苯二甲酰對苯二胺(PPTA)纖維也因為優異的力學性能，被逐漸應用于漁業領域，可以大幅度減少網線直徑和網具阻力，實現了漁業生產的節能降耗[2]。另外還有碳纖維，其性能優越，在繩索和釣魚竿等領域獲得了廣泛應用，但不適合在漁網方面產業化發展。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維是繼Vectran纖維、碳纖維之后出現的又一種漁用高性能纖維新材料，可使網衣具有卓越的綜合性能。UHMWPE纖維網衣在相同的網衣斷裂強力下，其網線直徑比PE減少50%～60%[3]，比尼龍(PA)減少40%～50%，因此，用UHMWPE纖維制成的網衣可降低網具水阻力、節約網具作業能耗和提高網具抗風浪性能。網衣防污也是水產養殖領域不可避免的問題。銅合金網衣等防污功能網衣的創新應用推動了網衣防污技術升級。銅合金材料具有良好的抑菌性和防污功能，用其制作的高性能網衣具有較好的防污性能[1]。半剛性對苯二甲酸乙二醇酯(PET)單絲也是一種環保型漁用新材料，具有較好的強度、抗疲勞性和自清潔功能，因此，可用來制作龜甲網等高性能網衣。

近年來，由于國家對漁業新材料科技發展的重視，漁用繩網材料科技得到了快速發展，2019年漁用繩網材料制造產值高達128.2億元，較2010年增加了2.9倍[4]。通過梳理超高分子量聚乙烯網衣、銅合金網衣和聚酯網衣3種漁用高性能網衣材料的性能、應用情況與研究進展，分析比較其優缺點，為相關行業的發展提供參考。

1 UHMWPE網衣

1.1 網衣材料的抗沖擊性能

UHMWPE纖維沖擊總吸收能量分別是PPTA纖維、碳纖維和玻璃纖維沖擊總吸收能量的2.6倍、1.8倍和3.6倍，因此，UHMWPE網衣具有良好的抗沖擊性[5]。雖然其抗沖擊性優于其他漁網材料，但對于海水養殖，網衣長期處于水中，再加上環境的影響，對網衣的抗沖擊能力有著更高的要求。一些學者通過材料的填充來改性其抗沖擊性。Ma等[6 ]通過WS2納米材料的填充制備出具有優良抗沖擊性的復合纖維； Tong等[7]通過10%(質量分數)表面改性后的硅灰石纖維填充也制備出具有優良抗沖擊性的復合纖維。吳倩等[8]使用UHMWPE接枝聚苯乙烯(UHMWPE-g-PS)作為增溶劑，對聚苯醚(PPO)/UHMWPE共混物進行探究，當PPO∶UHMWPE-g-PS∶UHMWPE比例為80∶0∶20時，缺口抗沖擊強度是純UHMWPE的7倍以上。張孝先等[9]通過改變UHMWPE網線結構來加工菱形網目單死結網衣，以減小網線直徑，作用在網具上的水阻力、能耗系數和沖擊強度也隨之減少，提高了抗沖擊能力。

1.2 網衣材料的抗蠕變性能

網箱、養殖圍欄等大型水產養殖設施對網衣的抗蠕變性都提出了嚴格要求。由于UHMWPE材料分子鏈間作用力較弱，削弱了其抗蠕變性能，如在22 ℃、20%負荷下，UHMWPE材料的蠕變性為0.01%[10]。一些研究人員因此通過輻射交聯等方法來提高UHMWPE材料的抗蠕變性，陳聚文等[11]使用紫外線照射的方法使UHMWPE的蠕變性能得到了有效的改善；陳足論等[12]通過紫外輻射交聯方法，使UHMWPE/碳納米管復合材料的抗蠕變性能得到了增強。也有一些學者通過其他方式來提高網衣材料的抗蠕變性能，周文博等[13]通過熔融紡絲法制備了UHMWPE/石墨烯納米復合纖維，當石墨烯含量為3%時抗蠕變性能提高最為明顯(其蠕變率降低了27.3%)；Jacobs等[14]用高密度聚乙烯粉末浸漬UHMWPE纖維，得到了具有優良抗蠕變性的復合材料。北京同益中特纖技術開發公司也成功利用納米材料改性，提高了網衣材料的抗蠕變性[15]。上述改性后的UHMWPE復合纖維若用來制成網衣，可提高海水養殖網衣的抗蠕變性與抗風浪性能。

1.3 網衣材料的耐磨性能

UHMWPE纖維的模量高達970 cN/dtex，因此網衣具有良好的耐磨性能[10]。為了進一步延長漁網的使用壽命，有必要進一步提高網衣材料的耐磨性。吳光杰等[16]研制了納米Al2O3填充改性UHMWPE纖維的復合材料，研究結果表明改性后的材料具有優良的耐磨性；Senatov等[17]對比研究了3.0%(質量分數)添加量的Al2O3納米粒子和微球形Al2O3摩擦性，發現前者具有更好的耐磨性。近些年也發現石墨烯改性后的UHMWPE纖維在網衣上的優勢，An等[18]采用液相法超聲波先分散，再通過球磨混合和熱壓成型制備氧化石墨烯GO/UHMWPE，當添加量為10%(質量分數)時，復合材料的耐磨性能有明顯提升。

1.4 UHMWPE網衣的應用

UHMWPE網衣因其綜合性能優越而被廣泛應用于漁業領域。Herrmann等[19]分別以PE單絲和Dyneema纖維(UHMWPE纖維的一種)制成的拖網進行實際對比，在相同條件下，Dyneema拖網作業性能更好；Sterling等[20]在Herrmann試驗基礎上又加入了高強度聚乙烯(HSPE)單絲進行對比試驗研究，發現Dyneema拖網在靈活性和水動力方面也遠遠超過PE拖網和HSPE拖網；王明彥等[21]在東海開展了Dyneema拖網與PE拖網試驗比較研究，試驗結果進一步驗證了Dyneema網衣的優異性能。為了滿足UHMWPE網衣在漁業領域的適配性和高強度要求，余雯雯等[22]成功制備了UHMWPE/二氧化硅(SiO2)納米復合單絲，在納米SiO2含量為2%時，復合單絲的斷裂強度、結節強度分別較純UHMWPE單絲提高了45.6%、13.3%；王慶昭等[23]在1 500 N的預加張力和75 ℃～80 ℃下的水蒸氣中進行熱定形處理，并采用三級拉伸的方法制備UHMWPE單絲有結漁網，取得了一定的試驗效果。煙臺萊州明波水產有限公司編織一種UHMWPE無結網，網眼尺寸較小，主要用于魚苗繁殖，其強度高、網衣表面光滑平整，不會對魚苗造成損傷；浙江寧波大成新材料股份有限公司也研發出一種UHMWPE絞捻網，表面光滑，同時具有一定的抗老化效果[24]。

在海水養殖方面，因為UHMWPE網衣材料的強度高、耐老化性能好，也能減少水阻力，因此成為現代增殖養殖設施材料的首要選擇。相關研究人員通過UHMWPE網衣應用試驗，驗證了其具有良好的安全性和抗風浪性能，在網衣規格相同的情況下，UHMWPE網衣較普通網衣具有更高的強度；目前UHMWPE網衣已在周長200 m的特力夫纖維超大型深海網箱等增殖養殖設施上推廣應用[25]。

2 銅合金網衣

2.1 網衣材料的防污性能

銅合金材料可抑制病原體生長和污損生物附著，因此銅合金網衣可在水產養殖中創新應用。不同組成成分的銅合金網衣具有不同的防污性能。一些學者發現，在銅合金材料加入錫、鉛等少量化學元素，可顯著改善銅合金網衣的防污性能[26]。Watts[27]制備了含有辣椒辣素的防污涂料，涂裝于銅合金網衣表面后，網衣在防止生物污損方面表現出更好的防污效果[28]。張秀娟[29]采用溶膠凝膠法制備出納米氧化硅和氧化鈰混合溶膠，被應用于銅合金網衣表面后形成致密的隔膜，可進一步改善銅合金網衣的防污性能。

2.2 網衣材料的耐磨性能

銅合金網衣耐磨性的進一步提高，可以延長其使用壽命、減少換網次數，降低水產養殖成本，因此，提高銅合金網衣材料的耐磨性非常重要。王貽華等[30]探討了離子注入方式對提高銅合金耐磨性的影響，但沒有得到預期的效果；莊秉寰等[31]對銅合金進行滲硅處理，結果表明銅合金耐磨性提高了3倍多；談芬芳等[32]先后對銅合金進行800 ℃×60 min和350 ℃×60 min固溶處理，大大提高了銅合金的耐磨性能；郎慶斌[33]采用激光涂覆技術在銅合金表面獲得熔覆層，或者采用鑲嵌金屬玻璃的方法來提高銅合金的耐磨性；莊喬喬等[34]利用激光熔覆技術在銅合金表面制備兩種Ni-Ti-Si復合涂層，以保護銅合金免受磨損；宋娓娓等[35]通過攪拌摩擦表面技術提高了銅合金表層的耐磨性。上述改善銅合金材料耐磨性的技術不僅助力了銅合金網衣材料的推廣應用，而且應用于養殖也降低了成本。

2.3 網衣材料的防腐蝕性能

銅合金網衣因為自身含有鋁等金屬元素，應用中可以形成致密氧化膜，保障了其耐腐蝕性能。銅合金網衣在養殖過程中長期浸泡，對網衣的防腐蝕性有更高要求。白雪等[36]制備出一種用于銅合金表面的海水防腐涂層，可減少甚至避免銅合金材料本身與海水的接觸；呂雪飛等[37]在苯駢三氮唑(BTA)與檸檬酸的復合溶液中引入稀土金屬鹽，可明顯減緩銅合金在復合溶液中的腐蝕速率，鈍化效果明顯；張世超等[38]也用BTA鈍化處理，研究發現BTA的含量在0.5%左右時效果最佳，但耐熱氧化性能較差；賀甜等[39]研究發現，2-巰基苯并噻唑(MBT)和8-羥基喹啉(HQ)對銅合金在溶液中的腐蝕有延緩作用，這種方法既可延長銅合金網衣的使用年限，又可制備可提升銅合金性能的金屬涂層。研究人員通過對不同金屬涂料的對比研究，發現氧化亞銅類防污涂料的效果相對較好。近年來一批學者對超疏水結構的金屬涂層進行了研究，范友華等[40]探討了金屬基超疏水涂層的構建方法；蔣帆等[41]和尹建宇等[42]概述了超疏水結構的金屬涂層的制備和應用，預測了金屬基超疏水涂層的產業化前景；劉偉[43]也通過模擬銅合金在海水中試驗，發現在涂有超疏水結構的銅合金緩蝕效率達90%以上，相信應用于海水網箱中對網衣的耐久性和抗腐性的提高有很大的促進作用，但現今金屬涂層技術方面還不太成熟，不能大規模生產；羅曉民等[44]、仝其雷[45]也采用不同的方法制備出超疏水銅網，不僅力學性能得到了提高，而且獲得理想的抗酸堿鹽水溶液的腐蝕，另外在油水分離方面也表現出優越性，使用該類材料制成網衣應用于復雜的海水養殖環境當中，相信是一個很大的突破。

2.4 銅合金網衣的應用

2009年以來，國際銅業協會聯合中國水產科學研究院東海水產研究所(以下簡稱東海所)開展銅合金網衣網箱技術研究，并在南海海域進行了試驗，結果表明銅合金網衣沒有污損生物附著，一年質量損失4%以下。2014年，東海所對置于舟山朱家尖海水養殖基地的銅合金拉伸網進行掛片試驗與水下攝像觀測，得到近似的試驗結果[46]。日本蘆森工業株式會社也曾投放300個銅鋅合金網衣網箱，結果表明，該網衣生物附著較少[47]。

銅合金網衣的使用提高了網箱養殖魚類的飼料轉化率，減少了魚類對外界的刺激，并可獲得優質魚產品。澳大利亞范迪門2005—2008年使用銅合金網衣網箱養殖大西洋鮭魚，3年里飼料系數降低約15%[47]。韓國慶尚大學通過對魚類養殖生長研究證實，在相同條件下銅合金網衣網箱中的魚類能夠提前達到成熟期[48]。銅合金網衣的使用可減少勞動力消耗、降低勞動成本，每年只需清洗一次，方便了養殖管理[48]。

3 PET網衣

3.1 網衣材料的結晶對強度的影響

材料的結晶程度和形態以及晶體的結構直接影響材料力學性能的優劣。針對PET網衣材料的結晶性能差的缺點，Xanthos等[49]研究了Na2CO3、NaHCO3、K2CO3、MgCO3、CaCO3、SrCO3、BaCO3和ZnCO3作為成核劑對PET結晶性能的影響，其中，Na2CO3和NaHCO3對促進PET結晶效果明顯，以其作為成核劑時，PET可以在90 ℃高溫下較短時間內獲得較為優良的結晶制品。也有研究發現，有機蒙脫土(OMMT)在PET的結晶速率有很大的成效。Wang等[50]研究制備了PET/OMMT納米復合材料，當OMMT含量為1%時，PET的結晶速率顯著提高。通過改性PET材料的結晶性能，可提高相關改性PET單絲的強度與模量等綜合性能，從而進一步提高改性PET單絲網衣的強度。張友強等[24]也通過顏料TB改性UHMWPE無結網，小分子的顏料粒子起到了成核劑的作用，提高了結晶度，使得斷裂強度增加。

3.2 網衣材料的抗沖擊性性能

通過改善PET材料的抗沖擊性，可提高漁業生產的安全性。一定含量的玻璃纖維可提高材料的抗沖擊性，歐玉春等[51]采用自制表面處理劑處理玻璃纖維，然后用來增強PET纖維，結果表明PET纖維的耐沖擊性和剛性等力學性能都有顯著提高；Fung等[52]采用短玻璃纖維、OMMT對PET材料進行增強改性，也明顯提升了材料的缺口沖擊強度。美國Shell公司開發出一種商品名為Kraton F G 1901X的SEBS共聚物，能有效改善PET的抗沖擊性能[53]。中國科學院化學研究所利用EPDM作增韌劑，開發了抗沖擊PET復合材料，顯著提高了材料的沖擊強度[54]；日本東麗公司試驗發現，PA6的加入對PET材料抗沖性也有顯著增效作用[55]；李迎春等[56]通過聚烯烴改性PET材料，也可增加材料的沖擊強度。

3.3 網衣材料的抗老化性能

為了延長漁用PET網衣的使用年限，有些學者通過添加抗紫外老化劑等方法來改性PET材料。劉森林等[57]在紡絲原料中添加抗紫外老化劑，并通過低倍紡絲、多倍拉伸制備了抗老化PET纖維。陳康等[58]通過改性紡絲原料，采用多倍拉伸工藝制備了抗老化PET纖維，提升了材料的抗老化效果。楊羲[59]采用特種紡絲技術改善了PET纖維的抗老化性，提升了纖維的紫外線吸收性能。梁必超等[60]使用質量分數為10%聚酰胺改性PET制得抗老化性PET-A纖維，該纖維應用于漁網后可明顯提高使用周期。

3.4 PET網衣的應用

PET網衣綜合性能優良，促進了漁用網衣材料的技術升級。挪威AKVA Group集團公司以直徑2.5 mm、3 mm的PET單絲編織一種牌號為Econet的半剛性PET網衣，其性能優越，有利于養殖網箱內外水體的交換，即使Econet因意外事故斷裂，其網目結構、形狀依舊穩定[3]。邱志福等[61]發明了一種正六邊形半剛性PET網衣，網目由4條直線邊和2條絞線邊組成，直線邊的長度與絞線邊的長度一致，六邊形網目的凈尺寸為20 mm×20 mm～80 mm×80 mm。上述半剛性PET網衣結構牢固、表面光滑，且藻類不易在其表面附著。近年來，寧波百厚網具制造有限公司聯合東海所相關研究團隊，系統開展了半剛性PET網衣材料物理機械性能、水動力性能及其網具裝配技術研究，并實現其在養殖圍欄、深遠海網箱等養殖設施上的創新應用[1,62]。目前半剛性PET網衣已經在養殖圍欄、“哨兵號”無人智能可升降試驗養殖平臺、“耕海1號”大型智能化海洋牧場綜合體平臺等增養殖設施上推廣應用，取得了較好的技術效果[1,62]。隨著深遠海網箱的發展，PET網衣將會得到更加廣泛的應用，這些改性后的PET材料會有更多的展現空間。

4 展望

4.1 3種網衣材料未來的研究方向和重點難點

UHMWPE網衣的斷裂強度、抗沖擊性和耐磨性等綜合性能優異，這在一定程度上推動了漁網科技的發展，目前已在“深藍1號”深海漁場、 “長鯨1號”深遠海智能化坐底式網箱、雙圓周管樁式大型養殖圍欄、超大型牧場化堤壩圍欄和網格式養殖圍欄等增養殖設施上應用[1,62]。隨著現代漁業的發展，高性能網衣材料的需求量將越來越大。UHMWPE網衣價格高，一直影響其推廣應用。為此應進一步改進UHMWPE纖維的凝膠紡絲工藝，以提高生產效率、減低生產成本。隨著增養殖設施(如網箱、圍欄等)向深水、離岸、深遠海方向發展，對網衣強度等綜合性能提出了更高要求，因此，開發強度與性價比更高的UHMWPE網衣材料是當務之急。

銅合金網衣在防污抑菌方面表現出較強的優勢，日常清潔維護簡單，因此，僅從養殖網衣的防污性能角度看，銅合金網衣是理想的高性能網衣材料。目前已在單柱式半潛深海漁場“海峽一號”等增養殖設施上試用[1]。與同規格普通合成纖維網衣相比，現有銅合金網衣存在價格昂貴、運輸裝配成本高、單位面積網衣重等問題，這影響了其在水產養殖生產上的大面積推廣應用。此外，與普通合成纖維網衣增養殖設施相比，銅合金網衣增養殖設施的綜合技術儲備有待加強。建議今后加強相關技術系統研究，以進一步推動銅合金網衣及其養殖設施的技術升級。

半剛性PET網衣具有高強度、易清理、抗疲勞等優點，已成為中國熱門的漁用高性能網衣新材料，目前已經在“哨兵號”無人智能可升降試驗養殖平臺、“耕海1號”智能化多功能生態海洋牧場綜合體平臺、雙圓周大跨距管樁式大型養殖圍欄等增養殖設施上應用[1,62]。與同規格普通合成纖維網衣相比，半剛性PET網衣存在價格貴、生產廠家少、裝配技術要求高等問題，這影響了其大面積推廣應用。此外，有關半剛性PET網衣設施的系統研究很少，整體技術有待提高。

4.2 重視漁用網衣材料基礎和適配性的研究

高性能漁用網衣材料正隨著漁業經濟的快速發展逐漸被重視，也被廣泛應用于漁業養殖生產中，給中國乃至世界的漁業帶來高速發展的契機。近年來，中國在漁用高性能網衣材料研發與應用方面做了不少工作，但整體技術水平與漁業發達國家相比還存在著很大差距。相關工作任重道遠，關鍵是纖維材料的基礎研究相對較為薄弱，不夠系統化，沒有形成自己的發展體系。因此需要補充足夠的纖維原料基礎數據和力學模型，來支撐縱深研發；加快培養研究人員對網衣材料合理應用的主觀思維。此外，還需對高性能網衣材料的適配性進行進一步研究，結合各海域情況，因地制宜，采用較為適配的養殖網衣，促進網箱養殖業可持續發展。