滿足國家重大戰略需求的“幕后英雄”

文/本刊記者 寧翠娟

纖維臍帶纜助力綜合科考船“科學”號成功完成2016年熱帶西太平洋綜合考察，破解深海觀測數據實時傳輸的世界難題；特種繩纜在“蛟龍號”完成5000 米級和7000 米級深潛試驗，以及在各類正式作業任務中使用；“高性能深?？碧綄Ｓ美K纜”在我國“大洋一號”科考船上進行23 個月使用，替代了國外進口產品；高性能海工繩纜已成功應用于某型航母系泊試驗、錨泊，以及航母上其它配套繩纜，打破了國外壟斷……

這些滿足深海數據實時傳輸，深海定標、潛標，深海勘探，軍工偽裝，航母系泊，海洋牧場等國家重大戰略以及重要民生需求的“幕后英雄”，正是由東華大學、徐州恒輝編織機械有限公司、魯普耐特集團有限公司、青島海麗雅集團有限公司等單位共同完成的“高性能特種編織物編織技術與裝備及其產業化”項目。

該項目研發出國際首創的高性能特種編織物編織技術與系列裝備，一舉斬獲2018年度國家科學技術進步獎二等獎?！爱斦驹陬I獎臺上時，我的內心非常激動。我們這一代人很幸福，參與并見證了中國改革開放40年的偉大變革。在民族復興的偉大歷史機遇下，只要肯努力奮斗，每個人都能出彩?！表椖康谝煌瓿扇?、東華大學教授孫以澤說道。

項目主要完成人在頒獎現場合影。

突破精確成型技術瓶頸

“項目始于2008年，隨著我國綜合國力迅速上升，對海洋權益、空天權益維護的需求不斷增長，衍生出對深海、深空、深地的高端技術與裝備的大量需求。其中，高性能纖維經特種編織技術與裝備編織成型的繩纜、帶、網和管類編織物，由于結構、功能獨特，具有高比強度、高可靠性、耐高壓、耐磨損、大尺寸、延伸率精準可控等特點，更是深受青睞。面對國家重大戰略以及重要民生領域需求導向，研發高性能特種編織物編織技術與裝備迫在眉睫。那么，首先我們就要解決精確成型的難題，因為只有精確成型才能實現高性能化。”孫以澤告訴記者。然而特種編織物精確成型技術與裝備不是長期被歐美俄壟斷，就是國內外空白，嚴重制約了我國高性能編織物產業的發展。

孫以澤及其團隊長期致力于對三維織物成型技術的研究，面對精確成型理論空白、工藝參數調控困難等技術瓶頸，他們制定了總體的研究思路：首先研究高性能特種編織物編織技術，包括精確成型理論、編織工藝與方法、關鍵核心部件；其次開發高性能特種編織物系列裝備，包括大型重載繩纜自動編織裝備、無接頭扣環繩纜自動編織裝備、多層繩纜自動編織裝備、三維復合管自動編織裝備、伸縮管及管類衍生織物自動編織裝備；最后利用這些裝備生產出高性能特種編織產品，如大型重載繩纜、無接頭扣環繩纜、碳纖維伸縮管、海洋偽裝織物、地震監測織物等。

三維復合管生產線。

無接頭扣環繩纜編織機。

就創新點來說，項目建立了編織物性能與材料、結構參數、成型工藝參數的數學模型，提出了捻度和張力高精度動態調控方法，為高性能編織物產品數字化設計與精確成型奠定了理論基礎；提出了無接頭扣環繩纜自動編織方法，突破了常規插編、捆扎扣環繩纜接頭強度低、可靠性差、不能自動編織的難題；提出了多層繩纜復合編織方法，突破了多種材料混編的延伸率、張力、捻度調控難題，解決了超長、大尺寸、功能獨特的繩纜類精確成型問題；提出了特種管類編織物自動編織方法，實現了伸縮管、三維復合管和管類衍生物的自動編織；發明了高精度傳動機構、張力自適應雙補償錠子等編織機系列核心機構與部件。在2017年由中國紡織機械協會主持召開的項目成果鑒定會上，專家一致認為：項目研究成果填補了國內外特種編織裝備空白，達到了國際領先水平。項目技術與國內外同類先進技術比較見表1。

談及在項目實施過程中體會最深的事情，孫以澤說道：“高性能纖維在復雜成型過程中的摩擦磨損，捻度、張力的高精度調控等問題是最讓我們頭疼的。如碳纖維的摩擦磨損問題，數百上千錠紗編織出非正交三維織物，需精確調控的工藝參數就有數百個，軟量很多，需大量實驗和理論確定，耦合機理十分復雜，路徑規劃中有數千種可能的干涉。如何設計出最優載紗器，精確控制載紗器運動軌跡，精確控制編織成型過程中的張力和捻度，是克服摩擦磨損問題的關鍵。這些問題困擾了團隊成員一年多，每一項關鍵技術的突破都凝結了團隊成員很多個難眠之夜以及機器人般的工作方式?！?/p>

也正因為如此，在國家科學技術進步獎答辯現場，孫以澤表現得信心滿滿。他告訴記者：“團隊成員幾十年如一日在一線拼搏，心無旁騖，一心都系在項目的每一項進展上，答辯對于我們來說，就是對項目成果的一次匯報，并且我們對項目成果非常自信?！?/p>

忠誠與堅守鑄就成功

據了解，在項目實施過程中，東華大學主要負責技術開發，恒輝主要負責產業化，魯普耐特和海麗雅主要負責特種裝備技術編織物產品的開發與生產，并進行應用驗證?！芭c恒輝的合作始于2010年，那時候我們開發的碳纖維結構件預成型體自動化編織裝備的加工、裝配、調試等，需要大型專用、高精度分度的加工與測量設備，所以就找到了恒輝。這次與恒輝的合作，讓我認識到，對合作伙伴的忠誠和堅守是合作成功的基礎。也讓我感受到，企業做得好、做得強，企業家的人品一定不錯?！?孫以澤說道。

恒輝是一家以自行生產、研發、銷售及售后為一體的編織機械生產企業，提供全方位的編織技術服務。企業十分注重科技創新，用科技創新驅動企業做大做強。恒輝董事長兼總經理韓百峰告訴記者：“恒輝與東華大學建立的穩定的‘產學研’戰略合作模式，為企業新產品研發、新技術突破提供了強大的理論基礎和技術支撐，是恒輝可持續發展的強勁動力。”

表1 項目技術與國內外同類先進技術比較

“在強大的科技創新技術的支撐下，我們2017年實現了創新成果增量收入1.71 億元，產品出口60 余個國家和地區，出口創匯600 余萬美元。今后，我們還會一如既往地走科技創新引領高質量發展之路，不斷加大科技創新研發資金的投入，爭取用最短的時間趕上和超過世界發達國家的行業水平，以科技強國為己任，帶動行業發展，為國家作出更大貢獻?！?韓百峰更是明確了科技創新于恒輝的重要性。

目前，項目成果已大規模產業化，特種編織裝備占國內25%以上市場份額，出口歐美等60 多個國家；高性能特種編織物出口歐美等80 多個國家。2015-2017年新增直接銷售額13.57 億元、利潤1.78 億元；間接銷售額11.11億元、利潤2.07 億元。由于項目裝備與項目產品的獨特性、壟斷性和高性價比優勢，在國內外均具競爭力，市場前景廣闊。

未來，高性能特種編織物的需求將日益增長，同時新的需求、新的產業都將不斷產生，每個細分的子行業也會有更廣闊的發展空間，不斷創生出新的應用領域，形成新的產業，從而促進中國的產業用紡織品行業可持續發展。而高性能纖維材料領域的創新日新月異，也將不斷推出新材料。項目技術、裝備與產品也應不斷適應新材料的需求。因此，孫以澤說道：“接下來需要針對高性能特種編織物的特殊需求在編織成型工藝、實現機構、控制算法、捻度與張力控制等方面開展持續深入系統的研究；同時希望國家把高性能特種編織物技術與裝備納入‘十四五’規劃，增加企業家、科研人員的關注力，以引領新產業的發展?！?/p>