“纺织之光”2015年度中国纺织工业联合会科学技术一等奖获奖成果巡礼（四）

马磊

疏水性中空纤维膜制备关键技术及应用

项目名称：疏水性中空纤维膜制备关键技术及应用

完成单位：天津工业大学、天津海之凰科技股份有限公司、天津科技大学

完成人员：武春瑞、位红永、唐 娜、吕晓龙、高启君、董为毅、郭建辉、王 暄、陈华艳、贾 悦

膜分离技术是在20世纪初出现、20世纪60年代迅速崛起的一门分离新技术，它是以高分子材料学为基础，以天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、浓缩及净化的方法。膜分离过程不发生相变，可以在常温下操作，具有高效节能、无二次污染、工艺设备简单、操作方便、容易实现自动化控制等特点。

中空纤维超滤膜分离技术是我国发展最早、应用最为广泛、国产化率最高的膜技术之一。疏水性中空纤维膜的微孔及表面疏水，不易被水浸润、透过，以其为分离介质膜蒸馏过程呈现“透气不透水”特性，成为水中易挥发组分提取、医药和食品等行业温敏物质纯化浓缩的首选技术，可实现化工产品、海水、工业废水等的高度浓缩，是实现节能降耗、废水零排放的关键技术。

采用传统制膜方法难以得到高性能疏水膜，而等离子体、化学接枝等方法难以满足疏水膜规模化稳定制备的需要。开发便捷易控的高性能疏水膜制备方法，以满足膜蒸馏过程规模化应用的迫切需求，成为分离膜制备领域的世界性难题。

该项目借鉴仿生学原理，拓展了溶液相分离成膜机理的成核生长控制理论，发明了稀溶液涂覆-相分离同质复合方法，在传统中空纤维疏水膜表面构筑具有微-纳米双结构微突的类荷叶超疏水微结构，使疏水膜表面纯水接触角从84°提升到163°，膜蒸馏通量提升 1 倍以上，为疏水性中空纤维复合膜可控制备与规模化提供技术支撑。

该项目发明了膜蒸馏-换热一体式膜组件和多效膜蒸馏过程，显著提升了过程能量效率，工程运行综合造水比达到 5 以上；基于两相流原理，发明了蒸发界面原位强化方法，显著提升蒸发速率、能量效率，同步解决浓差极化与污染问题，膜蒸馏通量可提升100%；发明了以膜蒸馏为核心的膜集成废水高收率处理方法，使工业循环水等工业废水的回收率从50%提升到85%以上。

该项目具有自主知识产权，授权专利12项，公开发明专利 9 项，申请国际发明专利 1 项，发表论文20余篇。同时项目技术已在天津市海之凰科技有限公司成功实施，到2014年末，累计销售额已达到6 350余万元，效益840万元，取得了良好的经济效益。

经纱泡沫上浆关键技术研发及产业化应用

项目名称：经纱泡沫上浆关键技术研发及产业化应用

完成单位：鲁泰纺织股份有限公司、江南大学、武汉纺织大学、常州市润力助剂有限公司、宜兴市军达浆料科技有限公司

完成人员：高卫东、刘立强、徐卫林、刘建立、杜立新、范雪荣、卢雨正、张海东、李文斌、傅佳佳、张海峰、吴 燕、赵海涛、曹根阳、朱 博

经纱上浆是织物生产过程中的一个重要环节，目前，大多数织物需进行经纱上浆，以提高织造效率，适应高速织造。为此，每年消耗的浆料近200万t，同时还需消耗大量的蒸汽，并且在后续的印染退浆过程中将产生大量污水。经纱上浆率越高，退浆负荷越重，浆料也越容易残留在织物上。近年来，随着纺纱技术的发展，原纱品质显著改善，为降低经纱上浆率提供了可能。

经纱泡沫上浆是利用可以产生泡沫的浆液（属于气、液二相体）均匀地分布在经纱上，然后泡沫破裂，气体溢出，浆液附着在经纱上，使经纱获得可织性。相较普通上浆而言，泡沫上浆在不降低上浆质量的前提下，上浆能耗最高可降低50%，且可以避免普通上浆方式造成的色纱退色、毛羽黏连等问题。泡沫上浆质量稳定的关键是黏着剂和发泡剂的选用以及黏着剂浓度等泡沫上浆工艺的优化等。

该项目对经纱泡沫上浆技术进行了系统研究并实现了其产业化应用。在保证浆纱质量和织造效率的前提下，经纱泡沫上浆技术可显著降低浆纱过程中浆料用量和蒸汽能耗，使得织物后加工容易退浆而减少退浆用水量和污水排放，实现浆纱工序的资源节约和低耗减排。该项目由鲁泰纺织股份有限公司、江南大学、武汉纺织大学、常州市润力助剂有限公司和宜兴市军达浆料科技有限公司共同完成，研究工作主要包括以下 3 个方面。

（1）经纱泡沫上浆系统的研发

该项目在研究泡沫上浆理论与工艺的基础上，改造了传统经纱上浆设备，研发了浆液发泡装置与泡沫上浆设备，满足了泡沫上浆过程中浆泡恒定供给、泡沫均匀施布和浆纱均匀被覆的浆纱要求，率先实现了经纱泡沫上浆技术的产业化应用。

（2）泡沫上浆发泡原液的制备

浆液中发泡剂的种类和含量会影响浆液的发泡性能，从而影响纱线上浆质量。浆料配方中发泡剂含量适当时，可产生丰富、细腻的泡沫，而且稳定性好，适用于泡沫上浆。该项目泡沫上浆发泡原液的制备主要包括发泡助剂优选、发泡参数优化、高性能淀粉浆料研发和浆料配方优化等过程，所制备的发泡原液及其发泡泡沫满足了经纱上浆的要求。

（3）经纱泡沫上浆工艺的研究

泡比、浆液浓度、压浆辊压力和浆纱机车速等工艺参数的确定将最终影响浆纱后经纱的增强率、减伸率、增磨率和毛羽降低率等性能。为了确保经纱上浆质量，满足后道加工要求，该项目对浆纱工艺参数进行了优化，并对经纱上浆前的预处理以及预处理与泡沫上浆工艺的协同展开了深入的研究。

该项目已获得授权发明专利 6 项、实用新型专利 2项，已在国内学术刊物上发表相关论文 3 篇。同时对于色织50S以下单纱和100S以下股线品种，该项目在保证浆纱质量以及织造效率的前提下，可降低经纱上浆率 2 个百分点，节约浆料26.9%，节约标准煤21.6%，退浆工序退浆助剂用量减少34.4%，用水量减少25.4%，退浆废水处理费用减少10.6%。据统计，此类产品全国每年产量约为80亿米，若在全国范围内推广每年可节约支出30多亿元。

该项目围绕经纱泡沫上浆关键技术进行了系统的创新研究，促进了经纱上浆和退浆生产的低耗、节能和减排，推动了经纱上浆技术的进步，对加快纺织加工技术的转型升级，推动绿色低碳生产具有积极意义。

HYQ系列数控多功能圆纬无缝成型机

项目名称：HYQ系列数控多功能圆纬无缝成型机

完成单位：东台恒舜数控精密机械科技有限公司、浙江理工大学、杭州旭仁纺织机械有限公司

完成人员：陈国标、彭来湖、胡旭东、李 慧、未 印、吕明来、方佳云

针织无缝一体成型技术是纺织行业发展规划高端纺织装备科技攻关及重点项目之一，代表着针织装备的发展方向。该项目针对人们对针织服装产品的个性化、服饰多样性和穿着舒适性以及高效生产的需求，通过产学研合作，对针织装备的功能进行集成，对针织编织机构进行创新设计，对分布式多点位协同多轴同步控制技术进行自主研发，成功开发了具有完全自主知识产权、适合国内市场、具有国际领先水平的数控多功能圆纬无缝成型机，产品已完全替代了进口产品，对提高我国高档针织装备技术水平和产品竞争力具有重要意义。

据介绍，HYQ系列数控多功能圆纬无缝成型机最主要特点是结合电脑横机和电脑圆机的工艺，采用具有完全自主知识产权的提花和三角复合选针方式，针筒采用提花结构而针盘则通过三角轨道，实现双向移圈，电脑数控双面编织，与现有无缝内衣机相比，可双面编织完成真罗纹组织编织。该机结构简单，功能更齐全，性能更先进，效率更高；其次通过电子同步调线剪刀机构等的创新设计，配合换纱变径编织工艺的研究，解决了双层假罗口弹性差、起头纱线过长等问题，实现了衣袖一体成型编织。

HYQ系列数控多功能圆纬无缝成型机现有产品为24路进纱、机号E12 ～ E28、28的最高转速35 r/min，是集棉毛机、罗纹机、提花机、移圈机编织生产四位一体的无缝成型机，适用于棉、毛、化纤等织物的编织，能够编织双面无缝多色提花、单双面混合移圈提花、电子调线（彩条），以及上述组织的复合组织织物，适合生产无缝毛衣、内衣、内裤、泳衣、T恤、外套、长裤等针织类产品。

该项目在研发和实施过程中实现了经济效益和社会效益的双丰收，共获国家发明专利 5 项、实用新型专利39项、软件著作权 2 项，发表相关论文 5 篇；HYQ系列数控多功能圆纬无缝成型机目前已在全国推广应用，2014年实现销售收入20 555.85万元，入库税金1 025.07万元；采用HYQ系列数控多功能圆纬无缝成型机的企业，其针织产品附加值、生产效率、企业竞争力均得到显著提高，受到了包括真维斯、七匹狼、波司登、三枪、北极绒、盖奇等国内知名服装生产企业的充分肯定，具有很好的市场前景，产品国内占有率达到20%左右。

东台恒舜数控精密机械科技有限公司（以下简称“东台恒舜”或“公司”）是一家集研发、生产、销售、服务于一体的专业生产全电脑多功能无缝针织机产品的高新技术企业。公司研发力量雄厚，先后获得47项国家发明、实用新型专利；系列产品“HYQ全电脑多功能无缝针织机”经中国纺织工业联合会科技成果鉴定为国际领先。

未来，东台恒舜将投资建设年产8 000台的高端智能数控针织圆纬机项目。该产品将精密机械制造技术、数字智能化控制技术、嵌入式技术、现场可编程技术、物联网络管理技术、计算机花型CAD设计技术综合运用，具有高速度、细针距、多路进纱等特点，可实现跨季度、跨机种、单双面变换使用，极大地提高针织圆机的生产效率，满足小批量、多品种的现代市场要求，促成国内外针织面料、服装的跨时代超越。该项目产品总体技术水平达到国际领先水平，将提高我国针织机械在世界范围内的竞争能力。

粗细联合智能全自动粗纱机系统

项目名称：粗细联合智能全自动粗纱机系统

完成单位：青岛环球集团股份有限公司

完成人员：王成吉、崔桂华、郭加阳、孙 杰、李建霞、王森栋、马 敏

青岛环球集团股份有限公司从市场需求出发，开发的CMT1800粗细联合智能全自动粗纱机系统，通过现场总线技术和现代控制技术，解决了粗纱自动落纱、品种识别、在线监测等难题，实现了粗纱从纺到自动落纱、空满管自动变换输送、满纱管自动识别与空管的自动化配置和处理全过程的智能化。该系统填补了国内纺织行业的空白，加速了棉纺企业设备改造、产业升级的步伐，达到了世界领先水平，引领了全球自动落纱粗纱机的技术发展方向。

该项目取得了多项关键技术突破，已申请国家发明专利12项（其中已获授权 7 项），发表论文 2 篇，整体技术达到了国际先进水平，其中尾纱在线清除、纱管筛选系统、品种识别系统等技术达到了国际领先水平。

（1）全自动落纱粗纱机。自动落纱时间保持在 2 min之内，比传统人工落纱减少10 min。自动落纱粗纱机能够实现破捻断头，自动打领结防脱落、自动生头、自动纺纱、自动换纱等功能，落纱、放纱管成功率达到99.8%，生产效率成倍提高。

（2）尾纱在线清除机。采用模块化程序控制，以计算机作为整个控制的核心，利用传感测控技术、变频调速技术、空气动力学技术，实现粗纱尾纱自动清除。该机可安装在输送线上在线运行，也可离线工作，尾纱清除成功率达96%，效率达 2 min/10锭。

（3）纱管筛选系统。具有空管残纱在线监测和纱管颜色识别功能，每个品种的粗纱分配给一种纱管颜色，通过检测纱管颜色确定粗纱品种，运行过程中当纱管颜色不符合要求时，可实现在线更换。通过机械手进行更换，可保证纱管合格率达到100%，满足自动化生产的需求。

（4）品种自动识别、智能管理。采用射频识别技术对产品的品种、质量、生产时间进行识别和确认，做到产品信息清晰，保证产品质量可追溯性，实现产品入库、出库信息化管理，满足纺纱厂多品种生产的需求。

（5）智能输送系统。由计算机和CL-Link现场总线、检测传感器、驱动系统等部分组成。输送线管的计算机集中控制中心可根据不同生产工艺的设置进行全自动运行，实现了设备的在线控制和监控。真正实现了满空线管无人化智能化自动输送，人为纱疵明显减少。

（6）生产智能化管理。多台粗纱机可共用一个纱库，多个纱库之间形成有效匹配。多台粗纱机可共用一个智能纱库，多个纱库之间可互相调用。智能纱库具有多品种识别系统，解决了不同粗纱品种混淆的问题，有效解决了多品种生产的问题。多个纱库集体联网控制，用模块化程序控制，采用PLC、现场总线技术、联网通信系统，实时监控粗纱的供需情况。由于纱库布置在空中，车间利用率提高，辅助工人减少 4 人，效率提高30%。

该项目研发、生产的粗细联合智能全自动粗纱机系统，设备性能指标达到和超过瑞士立达、德国青泽、日本丰田等国外同类产品标准，并已成功进入国内外市场，用户包括鲁泰、华茂、天虹、百隆、咸纺、孚日等国内知名纺织公司，使青岛环球集团股份有限公司成为世界上四大全自动落纱系统供应商之一，实现了粗细联合智能全自动粗纱机系统走向国际的关键性突破。

粗细联合智能全自动粗纱机系统的推广应用将大大缓解和解决纺纱厂的用工问题，使工人的劳动强度降到最低。同时对全面提升我国纺纱机械装备的制造水平，最大程度减少对国外设备的依赖，对扩大内需、提升产业水平具有重要意义。

高品质纯壳聚糖纤维与非织造制品产业化关键技术

项目名称：高品质纯壳聚糖纤维与非织造制品产业化关键技术

完成单位：海斯摩尔生物科技有限公司、东华大学

完成人员：胡广敏、周家村、陈 龙、李进山、张明勇、朱新华、黄伦强、林 亮、杜衍涛、王 信、李 喆、吴开建、陈 凯、陈 芳

壳聚糖纤维是海洋生物基纤维的主导品种，也是我国最早实现规模化生产的优势品种，具有优异的生物相容性、安全性、广谱抑菌性和吸附螯合性能，是新一代多种生物活性医卫材料。然而，壳聚糖纤维的发展也面临着超高脱乙酰度壳聚糖原料系列化、高品质速效抑菌纤维系列化、纯壳聚糖纤维的纯纺和混纺非织造布应用专业化等重大瓶颈。

该项目在千吨级壳聚糖纤维产业化基础上，针对医卫材料快速质子化、速效抑菌等要求，系统研究了壳聚糖提取与纯化原理，开发了“三酸四碱”工艺与专用装备，研制了超高脱乙酰度壳聚糖生产关键技术，成功实现了工业、食品、医疗全系列壳聚糖原料高效提取及综合利用；通过研究超高脱乙酰度壳聚糖溶解与纺丝动力学，提升纺丝技术，显著提高了纤维强度与均匀性，研制的在线活化高纯度壳聚糖纤维制备技术，达到国家一次性卫生用品速效抑菌的标准；通过研究壳聚糖纤维与水作用机理，建立了壳聚糖纤维与混纺纤维分区调湿的定点水分管理系统，通过研制开松混合、组合铺网、热风与同点异温压轧联用等关键工艺和装备，解决了无卷曲、高脆性壳聚糖纤维非织造加工成形难题，首次实现壳聚糖纤维纯纺与混纺非织造布产业化。经专家鉴定，该项目总体技术达到国际领先水平。

该项目有效提升了超高脱乙酰度壳聚糖提取、纤维高品质化制备水平，实现了系列化壳聚糖纤维及速效纯壳聚糖纤维纯纺与混纺非织造布规模化生产，产品广泛应用于止血海绵、高端敷料、面膜、卫生巾、纸尿裤等领域。同时形成了原料提取、纺丝、非织造制备及产品开发集成技术和自主知识产权体系，申请专利50项。其中国际发明专利18项，已授权 5 项；申请国内发明专利 6项；实用新型和外观专利26项，已授权18项。

该项目打通了超高脱乙酰度壳聚糖原料到终端产品的全产业链，开创了面向大健康产业的基础功能材料、关键技术和深度服务的推广模式，巩固了我国壳聚糖纤维及制品的国际领军地位，有效发挥了生物基纤维创新驱动发展的应用示范作用。

海斯摩尔生物科技有限公司（以下简称“海斯摩尔”或“公司”）是一家集海洋生物新材料、各种混纺纱线、各式功能性纺织品、生物医卫纺织品、航天航空等产业用纺织品的研发、生产、销售于一体的高新技术企业。从2008年开始致力于研究壳聚糖纤维，从原料到纤维再到应用，从无到有，从小到大，近十年来突破性地开发壳聚糖纤维一系列项目，海斯摩尔成功走出了从传统纺织产业向战略新兴产业创新转型的发展之路。

2013年，千吨级纯壳聚糖纤维生产关键技术，从实验室真正走向千吨级产业化，建成了年产2 000 t海斯摩尔生产线，成为全球纯壳聚糖纤维行业惟一实现产业化的企业，总体水平达到了技术国际领先、装备世界首创、产能全球最大，公司从同质化竞争走向差异化发展。海斯摩尔产品已成功应用于医疗、卫生、航天、军品、过滤、服饰等六大领域，开发出上千个品种的新产品。

2014年成功建设海斯摩尔高档医卫非织造布产业化项目，与国内外科研院所、知名企业合作，创新研发出国际领先的纯壳聚糖热风非织造布、针刺非织造布、水刺非织造布以及敷料、纱布、棉球、包扎带、医用口罩、静脉曲张袜和糖尿病袜等各类终端产品，得到了国际医疗界的认可。

2015年，“高品质纯壳聚糖纤维与复合非织造制品产业化关键技术”再次获得“纺织之光”中国纺织工业联合会科学技术一等奖。同时公司建立了完善的销售模式，实现销售收入2 000万元。

2016年海斯摩尔开工建设“医卫用纯壳聚糖纤维及其复合材料产业化项目”，这将填补国内外医卫用生物质新材料及制品产业化规模的空白。未来，公司将继续布局产业用纺织品的智能制造项目，通过医卫用生物质新材料及制品产业化项目的拓展，践行国家“智能制造2025”战略。