“紡織之光”2015年度中國紡織工業聯合會科學技術一等獎獲獎成果巡禮（三）

馬磊

寬幅高強非織造土工合成材料關鍵制備技術及裝備產業化

土工合成材料是應用于巖土工程，以合成材料制成的新型建筑材料，在水利、公路、高鐵、機場改建以及垃圾處理場等重大工程中廣泛應用，是土木工程建設中不可或缺的重要材料。非織造土工合成材料，主要包括短纖針刺和長絲紡粘針刺非織造土工布，其特有的曲徑式三維網絡狀結構賦予其獨特的性能，在國際上得到快速發展。

長絲紡粘針刺非織造土工布中長絲的存在賦予其極高的強度，但其產品均勻性及致密性較差，生產裝備成本高；短纖針刺土工布具有密度高、隔離過濾性能好、抗形變能力大等不可取代的優勢，適用領域更廣泛，但其產品強度偏低，且現有國產裝備生產效率較低、幅寬窄，很大程度上影響了土工材料的使用效果。因此，針對我國產業用紡織品行業面臨的這一關鍵問題，江蘇迎陽無紡機械有限公司、天津工大紡織助劑有限公司、南通大學和山東宏祥新材料股份有限公司共同合作，開展了“寬幅高強非織造土工合成材料關鍵制備技術及裝備產業化”項目的研發。

該項目以短纖針刺非織造土工材料的寬幅化、高強化和生產裝備高效化為目標，首次提出以超長短纖維為原料，圍繞其開松、梳理、成網和寬幅高速針刺等技術難點著手，在針刺非織造土工合成材料工藝及裝備諸方面開展研究，實現了國產短纖針刺土工布生產技術及裝備水平的重大突破。攻克了超長短纖維梳理與寬幅均勻成網技術難題，研制了新型的喂入和梳理裝置，即通過氣流振動和機械擺動雙重耦合作用，實現了150 mm超長短纖維的可控沉積和高效梳理，解決了超長短纖維在梳理過程中易斷、易纏輥的難題；采用 8 段速精確控制往復鋪網技術，實現了寬幅土工材料均勻成網；優化了纖維開松和梳理裝置，設計開發出新型氣流振動給棉裝置和大直徑錫林梳理機；借助三維仿真技術，建立了寬幅針刺機模型，基于主體結構的旋轉運動和針板系統的高速往復直線運動仿真結果，發明了雙軸結構偏心輪系統的寬幅高速針刺技術，解決了寬幅針刺高速運轉的動平衡問題；采用PLC數字化電氣集成控制系統，建成國內首條集開松、梳理、鋪網、高速針刺機組、牽伸、熱定形、卷繞、分切等為一體的同步協調8.5 m寬幅非織造土工合成材料生產線。

該項目實施過程中，共申請國家發明專利 7 項，其中授權 3 項，授權實用新型專利13項；制定紡織機械行業標準 1項；2014年通過中國紡織工業聯合會科技成果鑒定，技術達到國際先進水平。項目最終實現了寬幅高強非織造土工合成材料的高效生產，已形成針刺土工布9.6億m2/a、復合土工膜7.4億m2/a的生產規模；項目產品占國內同類產品80%的市場份額，并出口歐洲、美國、俄羅斯等國家和地區，實現了經濟效益和社會效益的雙豐收。

該項目的實施顯著提升了我國非織造土工合成材料技術和裝備水平，拓展了土工合成材料應用領域，提高了產品的國際競爭力，為我國產業用紡織品行業的結構調整、轉型升級作出了積極貢獻。

功能性篷蓋材料制造技術及產業化

膜結構篷蓋材料是集建筑學、結構力學、精細化工、材料科學與計算科學為一體的織物增強柔性復合材料，廣泛應用于體育及商業公共設施、交通、軍事、環境等國民經濟各個領域，市場前景十分廣闊。近幾年應用領域不斷擴大，很多產品需要在比較惡劣的環境中長期使用，然而絕大部分高性能篷蓋材料被國外所壟斷，因此新型功能性篷蓋材料的研究開發變得尤其重要。

《紡織工業“十二五”科技進步綱要》將“實現膜結構及新型篷蓋材料加工技術的突破和產業化應用”列入重點研發內容；《產業用紡織品“十二五”發展規劃》明確提出要實現永久性膜結構紡織材料等產品基礎加工技術和應用評價技術的突破，為產業化應用創造條件。基于此，江蘇維凱科技股份有限公司、東華大學、上海申達科寶新材料有限公司和浙江明士達新材料有限公司共同進行了“功能性篷蓋材料制造技術及產業化”項目的研究開發。

該項目主要圍繞功能性篷蓋材料制造及產業化的關鍵技術展開，攻克了篷蓋材料增強體組織結構設計與加工、膜材與增強體復合加工關鍵技術，形成了輕質高強自清潔篷蓋材料全套生產技術；解決了PVC膜材表面活化處理關鍵技術，形成全套長久抗老化PVC篷蓋材料的涂層、壓延復合加工技術；建立了高性能篷蓋材料性能評價體系；產品的關鍵技術問題解決后與國外同類產品比較，其性能達到或超過國外同類高端產品的性能，使我國自主開發的高性能篷蓋材料產品及其相關技術處于國際先進和領先水平。

同時該項目通過對玻璃纖維織物組織設計和后處理工藝、涂層功能定位、配方設計和浸漬工藝、設備設計參數優化和PLC集成控制等關鍵技術的研究，自主設計了高速、精密浸漬設備，完成了生產線建設。項目產品具有輕質高強、防火耐腐、自潔性好、抗老化、使用壽命長、高透光率等優良的綜合性能，是膜結構建筑、新型雷達天線罩、污水處理池加蓋、膜材幕墻等不可缺少的關鍵材料。

項目實施中，已申請發明專利 6 項、授權 2 項，已授權實用新型專利13項；參與制定了 2 項國家標準和 1 項行業標準；已發表國內外論文11篇，形成碩士學位論文 6 篇，并培養了一批研究生及中青年技術骨干；2014年經中國紡織工業聯合會組織科技成果鑒定，項目產品已達到國際先進水平；課題攻關的多項技術成果被認定為“上海市高新技術成果轉化項目產品”，并曾獲“2014年中國紡織工業聯合會產品開發貢獻獎”、“2014年中國產業用紡織品行業十大創新產品/技術獎”、“2014年江蘇省重點推廣應用的新產品等榮譽”。

項目取得了較好的經濟效益和社會效益，建立的 2 個功能性篷蓋膜結構材料示范基地，已建成生產能力不低于200萬m2/a輕質高強自清潔PTFE膜結構材料生產線 1 條、不低于800萬m2/a高性能抗老化PVC篷蓋材料生產線 1 條，相關產品已成功地應用于篷蓋、建筑、環保、礦山、沼氣、能源等國家重大工程建設。

該項目實施對于促進行業科技進步，推動相關行業發展與轉型升級具有重要的意義。項目的實施實現了產業用紡織品創新技術突破，很好地提升了我國篷蓋材料技術水平；為開發新一代高透波雷達天線罩填補國內空白提供了關鍵材料；解決了污水處理行業污水處理池廢氣收集處理鋼結構使用壽命短的難題；作為建筑外裝飾的膜材幕墻，與傳統玻璃幕墻、大理石幕墻相比，是一種新型綠色節能環保材料；打破了國外同類產品技術和市場壟斷，降低了膜結構建筑成本，促進膜結構產業的良性發展，成果具有廣闊的發展前景。