馬磊

寬幅高強(qiáng)非織造土工合成材料關(guān)鍵制備技術(shù)及裝備產(chǎn)業(yè)化

土工合成材料是應(yīng)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(jī)場(chǎng)改建以及垃圾處理場(chǎng)等重大工程中廣泛應(yīng)用，是土木工程建設(shè)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(zhǎng)絲紡粘針刺非織造土工布，其特有的曲徑式三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)賦予其獨(dú)特的性能，在國(guó)際上得到快速發(fā)展。

長(zhǎng)絲紡粘針刺非織造土工布中長(zhǎng)絲的存在賦予其極高的強(qiáng)度，但其產(chǎn)品均勻性及致密性較差，生產(chǎn)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(yōu)勢(shì)，適用領(lǐng)域更廣泛，但其產(chǎn)品強(qiáng)度偏低，且現(xiàn)有國(guó)產(chǎn)裝備生產(chǎn)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(duì)我國(guó)產(chǎn)業(yè)用紡織品行業(yè)面臨的這一關(guān)鍵問題，江蘇迎陽無紡機(jī)械有限公司、天津工大紡織助劑有限公司、南通大學(xué)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(qiáng)非織造土工合成材料關(guān)鍵制備技術(shù)及裝備產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng)目的研發(fā)。

該項(xiàng)目以短纖針刺非織造土工材料的寬幅化、高強(qiáng)化和生產(chǎn)裝備高效化為目標(biāo)，首次提出以超長(zhǎng)短纖維為原料，圍繞其開松、梳理、成網(wǎng)和寬幅高速針刺等技術(shù)難點(diǎn)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(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)短纖針刺土工布生產(chǎn)技術(shù)及裝備水平的重大突破。攻克了超長(zhǎng)短纖維梳理與寬幅均勻成網(wǎng)技術(shù)難題，研制了新型的喂入和梳理裝置，即通過氣流振動(dòng)和機(jī)械擺動(dòng)雙重耦合作用，實(shí)現(xiàn)了150 mm超長(zhǎng)短纖維的可控沉積和高效梳理，解決了超長(zhǎng)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(fù)鋪網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了寬幅土工材料均勻成網(wǎng)；優(yōu)化了纖維開松和梳理裝置，設(shè)計(jì)開發(fā)出新型氣流振動(dòng)給棉裝置和大直徑錫林梳理機(jī)；借助三維仿真技術(shù)，建立了寬幅針刺機(jī)模型，基于主體結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和針板系統(tǒng)的高速往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)仿真結(jié)果，發(fā)明了雙軸結(jié)構(gòu)偏心輪系統(tǒng)的寬幅高速針刺技術(shù)，解決了寬幅針刺高速運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)平衡問題；采用PLC數(shù)字化電氣集成控制系統(tǒng)，建成國(guó)內(nèi)首條集開松、梳理、鋪網(wǎng)、高速針刺機(jī)組、牽伸、熱定形、卷繞、分切等為一體的同步協(xié)調(diào)8.5 m寬幅非織造土工合成材料生產(chǎn)線。

該項(xiàng)目實(shí)施過程中，共申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利 7 項(xiàng)，其中授權(quán) 3 項(xiàng)，授權(quán)實(shí)用新型專利13項(xiàng)；制定紡織機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 1項(xiàng)；2014年通過中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技成果鑒定，技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。項(xiàng)目最終實(shí)現(xiàn)了寬幅高強(qiáng)非織造土工合成材料的高效生產(chǎn)，已形成針刺土工布9.6億m2/a、復(fù)合土工膜7.4億m2/a的生產(chǎn)規(guī)模；項(xiàng)目產(chǎn)品占國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品80%的市場(chǎng)份額，并出口歐洲、美國(guó)、俄羅斯等國(guó)家和地區(qū)，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的雙豐收。

該項(xiàng)目的實(shí)施顯著提升了我國(guó)非織造土工合成材料技術(shù)和裝備水平，拓展了土工合成材料應(yīng)用領(lǐng)域，提高了產(chǎn)品的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，為我國(guó)產(chǎn)業(yè)用紡織品行業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整、轉(zhuǎn)型升級(jí)作出了積極貢獻(xiàn)。

功能性篷蓋材料制造技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化

膜結(jié)構(gòu)篷蓋材料是集建筑學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、精細(xì)化工、材料科學(xué)與計(jì)算科學(xué)為一體的織物增強(qiáng)柔性復(fù)合材料，廣泛應(yīng)用于體育及商業(yè)公共設(shè)施、交通、軍事、環(huán)境等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，市場(chǎng)前景十分廣闊。近幾年應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，很多產(chǎn)品需要在比較惡劣的環(huán)境中長(zhǎng)期使用，然而絕大部分高性能篷蓋材料被國(guó)外所壟斷，因此新型功能性篷蓋材料的研究開發(fā)變得尤其重要。

《紡織工業(yè)“十二五”科技進(jìn)步綱要》將“實(shí)現(xiàn)膜結(jié)構(gòu)及新型篷蓋材料加工技術(shù)的突破和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用”列入重點(diǎn)研發(fā)內(nèi)容；《產(chǎn)業(yè)用紡織品“十二五”發(fā)展規(guī)劃》明確提出要實(shí)現(xiàn)永久性膜結(jié)構(gòu)紡織材料等產(chǎn)品基礎(chǔ)加工技術(shù)和應(yīng)用評(píng)價(jià)技術(shù)的突破，為產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用創(chuàng)造條件?；诖耍K維凱科技股份有限公司、東華大學(xué)、上海申達(dá)科寶新材料有限公司和浙江明士達(dá)新材料有限公司共同進(jìn)行了“功能性篷蓋材料制造技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng)目的研究開發(fā)。

該項(xiàng)目主要圍繞功能性篷蓋材料制造及產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)展開，攻克了篷蓋材料增強(qiáng)體組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與加工、膜材與增強(qiáng)體復(fù)合加工關(guān)鍵技術(shù)，形成了輕質(zhì)高強(qiáng)自清潔篷蓋材料全套生產(chǎn)技術(shù)；解決了PVC膜材表面活化處理關(guān)鍵技術(shù)，形成全套長(zhǎng)久抗老化PVC篷蓋材料的涂層、壓延復(fù)合加工技術(shù)；建立了高性能篷蓋材料性能評(píng)價(jià)體系；產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)問題解決后與國(guó)外同類產(chǎn)品比較，其性能達(dá)到或超過國(guó)外同類高端產(chǎn)品的性能，使我國(guó)自主開發(fā)的高性能篷蓋材料產(chǎn)品及其相關(guān)技術(shù)處于國(guó)際先進(jìn)和領(lǐng)先水平。

同時(shí)該項(xiàng)目通過對(duì)玻璃纖維織物組織設(shè)計(jì)和后處理工藝、涂層功能定位、配方設(shè)計(jì)和浸漬工藝、設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化和PLC集成控制等關(guān)鍵技術(shù)的研究，自主設(shè)計(jì)了高速、精密浸漬設(shè)備，完成了生產(chǎn)線建設(shè)。項(xiàng)目產(chǎn)品具有輕質(zhì)高強(qiáng)、防火耐腐、自潔性好、抗老化、使用壽命長(zhǎng)、高透光率等優(yōu)良的綜合性能，是膜結(jié)構(gòu)建筑、新型雷達(dá)天線罩、污水處理池加蓋、膜材幕墻等不可缺少的關(guān)鍵材料。

項(xiàng)目實(shí)施中，已申請(qǐng)發(fā)明專利 6 項(xiàng)、授權(quán) 2 項(xiàng)，已授權(quán)實(shí)用新型專利13項(xiàng)；參與制定了 2 項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和 1 項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；已發(fā)表國(guó)內(nèi)外論文11篇，形成碩士學(xué)位論文 6 篇，并培養(yǎng)了一批研究生及中青年技術(shù)骨干；2014年經(jīng)中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織科技成果鑒定，項(xiàng)目產(chǎn)品已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平；課題攻關(guān)的多項(xiàng)技術(shù)成果被認(rèn)定為“上海市高新技術(shù)成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目產(chǎn)品”，并曾獲“2014年中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)產(chǎn)品開發(fā)貢獻(xiàn)獎(jiǎng)”、“2014年中國(guó)產(chǎn)業(yè)用紡織品行業(yè)十大創(chuàng)新產(chǎn)品/技術(shù)獎(jiǎng)”、“2014年江蘇省重點(diǎn)推廣應(yīng)用的新產(chǎn)品等榮譽(yù)”。

項(xiàng)目取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，建立的 2 個(gè)功能性篷蓋膜結(jié)構(gòu)材料示范基地，已建成生產(chǎn)能力不低于200萬m2/a輕質(zhì)高強(qiáng)自清潔PTFE膜結(jié)構(gòu)材料生產(chǎn)線 1 條、不低于800萬m2/a高性能抗老化PVC篷蓋材料生產(chǎn)線 1 條，相關(guān)產(chǎn)品已成功地應(yīng)用于篷蓋、建筑、環(huán)保、礦山、沼氣、能源等國(guó)家重大工程建設(shè)。

該項(xiàng)目實(shí)施對(duì)于促進(jìn)行業(yè)科技進(jìn)步，推動(dòng)相關(guān)行業(yè)發(fā)展與轉(zhuǎn)型升級(jí)具有重要的意義。項(xiàng)目的實(shí)施實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)用紡織品創(chuàng)新技術(shù)突破，很好地提升了我國(guó)篷蓋材料技術(shù)水平；為開發(fā)新一代高透波雷達(dá)天線罩填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白提供了關(guān)鍵材料；解決了污水處理行業(yè)污水處理池廢氣收集處理鋼結(jié)構(gòu)使用壽命短的難題；作為建筑外裝飾的膜材幕墻，與傳統(tǒng)玻璃幕墻、大理石幕墻相比，是一種新型綠色節(jié)能環(huán)保材料；打破了國(guó)外同類產(chǎn)品技術(shù)和市場(chǎng)壟斷，降低了膜結(jié)構(gòu)建筑成本，促進(jìn)膜結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展，成果具有廣闊的發(fā)展前景。