中國紡織工業聯合會科學技術獎獲獎項目選載（2021年度）

基于力學與功能增強的碳纖維結構調控關鍵技術及應用

獲獎等級：二等獎

主要完成單位：天津工業大學、卡本復合材料（天津）有限公司

主要完成人：徐志偉、錢曉明、馬昌、石海婷、王維、裴曉園、劉梁森、李楠、羅仕剛、胡艷麗

目前，碳纖維在實際應用中存在如下問題：（1）作為結構用高性能碳纖維實際強度不及理論值的10%。（2）功能用碳纖維的比表面和活性位點無法滿足催化劑載體和電化學器件高性能化的特殊要求。

針對上述問題，項目開展了以下主要研究：

（1）研發了低成本、普適性強的碳纖維高能γ射線輻照結構調控技術，打破了以往“碳纖維表面活化改性”與“力學增強改性”此消彼長的怪圈，實現了碳纖維表界面活性與力學性能的協同提高，其結構復合材料已應用于橋梁和建筑物加固等領域；

（2）為揭示γ輻照碳纖維復雜的異質結構演化規律，獨創了纖維截面Raman光譜逐點掃描等技術手段，明確了γ輻照碳纖維外表面、次表層和芯部的精細結構演化過程，建立了γ輻照下碳纖維沿徑向不同微區結構與纖維表面特性及力學性能演變之間的耦合關系，為高能γ輻照碳纖維技術的廣泛應用提供理論支撐；

（3）創制了“半包覆”、氮摻雜介孔碳納米纖維的原位共混紡絲制備工藝，掌握了具有催化劑負載量大、強界面結合特點的高活性、高比表面碳納米纖維生產技術，已應用于印染行業污水催化降解處理；

（4）通過熔鹽法、原位活化等系列手段實現了微孔納米碳纖維的制備及孔結構與比表面積的有效調控，開發了一系列高比表面納米碳纖維制備方法，初步實現了面向柔性電化學器件的產業化制造。

項目獲得授權國家發明專利8項，實用新型和外觀設計專利3項；發表學術論文35篇。項目的成功實施極大地提升了我國碳纖維制備及結構調控的技術水平，其產品開發與應用具有顯著示范作用。

基于納米自組裝高效抗菌抗病毒多功能紡織品的開發與產業化

獲獎等級：二等獎

主要完成單位：蘇州大學、南通大學、曠達科技集團股份有限公司、蘇州圣菲爾新材料科技有限公司

主要完成人：張德鎖、林紅、吳雙全、陳宇岳、李雅、任煜、王華鋒、付凡、張雨凡

項目提出了基于三維空腔結構超支化聚合物調控制備納米銀和利用聚合物在纖維內部自組裝納米銀進行功能整理的技術方案，實現了超細納米銀的調控制備及在纖維內部的自組裝填埋，從而以簡易的工藝流程生產出具有高效、長效、安全的抗菌抗病毒紡織品。同時，基于超支化聚合物的納米材料合成調控功能，開發制備了納米顆粒、納米線、納米片等系列不同形貌二氧化鈦納米材料，并通過超支化聚合物的誘導自組裝技術，實現了納米銀、納米金在二氧化鈦表面的組裝修飾，有效增強了二氧化鈦納米材料的抗菌、抗紫外和催化降解性能。通過原位生長、電位組裝、表面微熔雜化技術，實現了復合二氧化鈦納米材料在纖維和紡織品中的組裝整理，賦予了紡織品多功能化。

項目獲授權發明專利11項，實用新型專利3項，發表研究論文40余篇。所開發的相關納米材料功能化紡織品對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和白色念珠菌的抑菌率均達到了99%以上，對甲型流感病毒H 1N1和H 3N2的2 h抗病毒活性均達到了99%以上，UPF值達到100以上。

項目產品已廣泛應用于家居服用面料、車用內裝飾面料、高鐵座椅、一次性清潔材料、護理產品、醫用防護產品等。

復合結構阻隔材料關鍵制備技術與產業化應用

獲獎等級：二等獎

主要完成單位：天津工業大學、軍事科學院系統工程研究院軍需工程技術研究所、張家港市宏裕新材料有限公司、威海迪尚醫療科技有限公司

主要完成人：康衛民、王剛、賴軍、徐衛紅、王韜、孫崇濤、厲宗潔、王曉明、徐曉東、唐世君

目前，我國口罩與防護服用病毒阻隔材料主要是聚丙烯（PP）駐極熔噴布和聚乙烯（PE）、聚四氟乙烯（PTFE）拉伸微孔膜，傳統PE、PTFE拉伸微孔膜的病毒防護服穿著悶熱，單一尺度纖維熔噴濾布阻力高，靜電駐極在高濕或汗液浸透情況下失效而導致口罩防護等級急劇下降。因此，開發新型口罩和防護服用病毒阻隔材料至關重要。

針對上述問題，項目在新型低阻熔噴納微交替纖維高效駐極濾布、物理阻隔型樹枝狀納米纖維濾布和高防水透濕阻隔PU多級孔膜三種病毒阻隔材料關鍵技術上取得突破性進展，在病毒防護口罩、一體化病毒防護服和夏季海關防護服中得到應用推廣。具體創新如下：

（1）發明了雙介電駐極熔噴微/納熔噴交替纖維濾布制備技術，構筑了集微米級“骨架支撐作用”粗纖維和納米級“小尺度效應”細纖維的多級結構纖維高效駐極濾布，有效降低了濾布的過濾阻力；（2）獨創了樹枝狀納米纖維濾布制備技術，開發出親疏雙側物理阻隔型納米纖維復合濾布，解決了駐極口罩濾布“高濕或汗液浸透下防護失效”的難題；（3）攻克了防水透濕阻隔非對稱PU多孔膜制備技術，研制出具有“緩存”大空腔和“M urray”非對稱多級孔傳質效應的防水透濕阻隔PU多孔膜，實現了防護服的病毒阻隔與防水透濕雙重功效；（4）研制出了快速穿脫的一體化病毒防護服。針對現有防護服穿著極為悶熱，分體式結構設計存在的防護不全面、摘脫不便利等缺陷，以非對稱PU多孔膜和樹枝狀納米纖維濾布為基材，通過一體化結構設計和快速摘脫縫制工藝，實現了病毒防護服的高防護、舒適性和一拉即脫的摘脫效果。

項目已獲授權發明專利8項，授權實用新型專利3項，編制海關行業標準2項，發表科技論文19篇。該項成果有效解決了病毒阻隔材料的防護性與舒適性之間的矛盾問題，增強國產病毒阻隔材料的核心競爭力，開發的系列病毒防護口罩、防護服在全國48個海關得到廣泛應用。

碳/玻多軸向織物多層復雜異型結構件快速拉擠成型關鍵技術及裝備

獲獎等級：二等獎

（c）應用人血白蛋白，特別是肝硬化白蛋白偏低的患者，提高膠體滲透壓，可能有助于降低顱內壓，減輕腦水腫癥狀（Ⅲ）；

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

主要完成人：陳南梁、談源、劉春太、蔣金華、邵慧奇、張娜、邵光偉、談昆倫、段躍新、湯娟

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，高性能纖維織物復雜異型結構件快速拉擠成型技術是滿足這一要求的最佳途徑。碳纖維織物異型件的快速拉擠成型設備，突破了傳統紗線拉擠制品力學性能的局限性，已經成為全球研究熱點之一。

項目圍繞碳纖維多軸向經編織物多層復雜異型結構件快速拉擠成型技術及成套裝備開展攻關，主要研究內容及創新點包括：（1）碳/玻多層織物微張力放卷同步控制技術。（2）碳/玻織物漸變預成型工藝及復雜異型精確預成型技術。（3）模內注膠工藝及復雜異型結構件拉擠成型模具設計技術。（4）復雜異型件拉擠“一機兩模”集成控制系統及在線高精度檢測和切割技術。項目攻克了碳纖維多層織物復雜異型結構件快速拉擠成型技術及成套裝備的核心技術，開發了具有國際同類先進水平的復雜異型結構件快速拉擠成套裝備，裝備成本及產品生產成本遠低于國際同類水平，實現了大規模工業化高效生產。

項目成果已獲得授權發明專利17項，實用新型專利85項；發表論文10余篇；制定企業標準1項；建立了多層織物復雜異型結構件快速拉擠成型生產線，實現了產業化；產品在航空、風電、汽車等領域得到廣泛應用。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，有力促進了我國高性能拉擠預制件復合材料成型技術與裝備的發展。

輕量化碳纖維超長葉片樹脂滲透調控關鍵技術

獲獎等級：二等獎

主要完成單位：天津工業大學、東方電氣（天津）風電葉片工程有限公司

該項目通過精準建立高厚碳纖維經編織物單胞，預報了碳纖維織物面內和面外厚度方向的滲透率，理論上解決了風電專用碳纖維織物滲透規律的核心問題；通過有限元控制體積法模擬高厚碳纖維百米主梁充模過程，優化了工藝參數，完成了90m長度寬度800m的碳纖維葉片制造，降低了試錯法的高成本和研發時間，創亞洲第一、世界第二；通過開發纖維透氣材料，使碳纖維織物在樹脂滲透過程中有序阻隔過量液體流動，暢通的氣泡排除通道，確保單絲直徑小的碳纖維完全浸漬，率先在國內掌握了碳纖維主梁的灌注制備關鍵技術，具有自主知識產權；通過靜力試驗及相關疲勞試驗，獲得德國船級社（GL）認證并生產掛機葉片實驗，同期內首次實現超寬主梁的國產化，形成一整套完善的技術能力和保證高水平的制造能力，并實現了規模化生產的目標，完全自主研發、制造、安裝，實現歷史性跨越，躋身世界第一方陣。該項目授權專利10項，發明專利5項。

高鐵用PAN基預氧絲水刺非織造材料的開發及關鍵技術研究

獲獎等級：二等獎

主要完成單位：東綸科技實業有限公司、中國紡織科學研究院有限公司、北京科英精益技術股份公司

主要完成人：張孝南、吳偉、田慧、任強、張聰杰、劉東生、劉偉強、潘科

PAN基預氧絲纖維主要以散纖維或針刺氈的形式應用在保溫填充材料、高溫過濾材料中，具有優異的阻燃保溫環保等性能。然而預氧絲纖維強力均一性和纖維間抱合差，不易成網，并且模量高，不易纏結，采用水刺非織造加工工藝難度大，所以將預氧絲水刺產品應用于高鐵內飾材料成為一項技術難點。

項目首次開發出成套低克重薄型PAN基預氧絲水刺非織造材料制備技術，成為國內唯一一家能夠生產PAN基預氧絲水刺非織造材料的廠家，為高鐵領域內飾材料輕量化提供了重要的材料保障。主要創新為：

（1）掌握了PAN基預氧絲纖維的評價體系。通過對PAN基預氧絲纖維形成機理的研究，得出氧化度、體積密度及纖維力學性能之間的關系，提出采用纖維體積密度作為評價預氧絲阻燃性和可紡性的方法，為預氧絲的選擇和應用提供了解決方案。（2）開發出PAN基預氧絲纖維水刺非織造布成套生產工藝。針對PAN基預氧絲單纖強力均一性差、模量高、不易纏結等纖維性能特點，通過低速梳理、逐步增壓等梳理水刺工藝的調節，開發出單位面積質量：45±5 g/m2，強力：CD＞25 N、MD＞25 N，厚度＜0.75 mm的低克重薄型PAN基預氧絲纖維水刺非造織材料。（3）以PAN基預氧絲纖維水刺非織造材料成功替代玻璃纖維制品。解決了玻璃纖維制品在使用過程中對人體產生危害的問題，提高了材料的環保阻燃等級，降低了產品厚度，提升了輕量化水平，推動了高鐵車廂內飾材料的升級換代。

高性能電力防護服系列材料關鍵技術研究與產業化

獲獎等級：二等獎

主要完成單位：陜西元豐紡織技術研究有限公司、陜西省紡織科學研究院、陜西紡標檢測認證有限公司

主要完成人：劉琳、蔡普寧、樊爭科、孫凱飛、林娜、張小民、趙雷、徐炎炎、侯琳、李磊

項目針對電力行業電擊傷、電弧燒傷、火災爆炸等不同危險源的防護現實需求，通過研究導電材料、高性能阻燃纖維、舒適性纖維等多種高性能纖維的復配應用，高導電材料特殊嵌織工藝，小批量多組分混合紡紗及并紗捻線組合強力互補的紡紗工藝技術，不同織物組織結構和緊密度對防護服各項防護性能的影響，多組分纖維混紡面料的染色和后整理技術等，授權發明專利5項、發表相關內容論文6篇，自主開發出帶電作業屏蔽面料、高壓靜電防護面料、防電弧面料、阻燃面料和多功能防靜電面料等系列化電力防護服材料，實現了優異電學性能、高效電弧防護性、永久阻燃、永久防靜電、高強度、舒適性等多種功能的復合，豐富了電力防護服的種類，顯著提升了現有電力防護服的安全性，有效解決了現有電力防護裝備舒適性差的難題，達到安全防護性與服用舒適性二者的有效平衡。

項目開發的系列產品涵蓋了大部分電力行業特種防護服需求，可應用于發電、輸電、配電、供電等多個環節的各種電力特種作業環境，且各產品的主要技術指標均符合相應的國家或行業標準要求。

項目產品的推廣應用將對整個電力安全防護裝備的使用產生重大影響，可顯著提升電力行業人員安全防護水平，減少安全隱患，降低事故發生率，有利于維持社會安定，帶來良好的社會效益。同時，項目產品技術優勢明顯且性價比高，目前已經成功應用于國家電網、南方電網及俄羅斯電力等企業，經濟效益顯著。