满足国家重大战略需求的“幕后英雄”

文/本刊记者 宁翠娟

纤维脐带缆助力综合科考船“科学”号成功完成2016年热带西太平洋综合考察，破解深海观测数据实时传输的世界难题；特种绳缆在“蛟龙号”完成5000 米级和7000 米级深潜试验，以及在各类正式作业任务中使用；“高性能深海勘探专用绳缆”在我国“大洋一号”科考船上进行23 个月使用，替代了国外进口产品；高性能海工绳缆已成功应用于某型航母系泊试验、锚泊，以及航母上其它配套绳缆，打破了国外垄断……

这些满足深海数据实时传输，深海定标、潜标，深海勘探，军工伪装，航母系泊，海洋牧场等国家重大战略以及重要民生需求的“幕后英雄”，正是由东华大学、徐州恒辉编织机械有限公司、鲁普耐特集团有限公司、青岛海丽雅集团有限公司等单位共同完成的“高性能特种编织物编织技术与装备及其产业化”项目。

该项目研发出国际首创的高性能特种编织物编织技术与系列装备，一举斩获2018年度国家科学技术进步奖二等奖。“当站在领奖台上时，我的内心非常激动。我们这一代人很幸福，参与并见证了中国改革开放40年的伟大变革。在民族复兴的伟大历史机遇下，只要肯努力奋斗，每个人都能出彩。”项目第一完成人、东华大学教授孙以泽说道。

项目主要完成人在颁奖现场合影。

突破精确成型技术瓶颈

“项目始于2008年，随着我国综合国力迅速上升，对海洋权益、空天权益维护的需求不断增长，衍生出对深海、深空、深地的高端技术与装备的大量需求。其中，高性能纤维经特种编织技术与装备编织成型的绳缆、带、网和管类编织物，由于结构、功能独特，具有高比强度、高可靠性、耐高压、耐磨损、大尺寸、延伸率精准可控等特点，更是深受青睐。面对国家重大战略以及重要民生领域需求导向，研发高性能特种编织物编织技术与装备迫在眉睫。那么，首先我们就要解决精确成型的难题，因为只有精确成型才能实现高性能化。”孙以泽告诉记者。然而特种编织物精确成型技术与装备不是长期被欧美俄垄断，就是国内外空白，严重制约了我国高性能编织物产业的发展。

孙以泽及其团队长期致力于对三维织物成型技术的研究，面对精确成型理论空白、工艺参数调控困难等技术瓶颈，他们制定了总体的研究思路：首先研究高性能特种编织物编织技术，包括精确成型理论、编织工艺与方法、关键核心部件；其次开发高性能特种编织物系列装备，包括大型重载绳缆自动编织装备、无接头扣环绳缆自动编织装备、多层绳缆自动编织装备、三维复合管自动编织装备、伸缩管及管类衍生织物自动编织装备；最后利用这些装备生产出高性能特种编织产品，如大型重载绳缆、无接头扣环绳缆、碳纤维伸缩管、海洋伪装织物、地震监测织物等。

三维复合管生产线。

无接头扣环绳缆编织机。

就创新点来说，项目建立了编织物性能与材料、结构参数、成型工艺参数的数学模型，提出了捻度和张力高精度动态调控方法，为高性能编织物产品数字化设计与精确成型奠定了理论基础；提出了无接头扣环绳缆自动编织方法，突破了常规插编、捆扎扣环绳缆接头强度低、可靠性差、不能自动编织的难题；提出了多层绳缆复合编织方法，突破了多种材料混编的延伸率、张力、捻度调控难题，解决了超长、大尺寸、功能独特的绳缆类精确成型问题；提出了特种管类编织物自动编织方法，实现了伸缩管、三维复合管和管类衍生物的自动编织；发明了高精度传动机构、张力自适应双补偿锭子等编织机系列核心机构与部件。在2017年由中国纺织机械协会主持召开的项目成果鉴定会上，专家一致认为：项目研究成果填补了国内外特种编织装备空白，达到了国际领先水平。项目技术与国内外同类先进技术比较见表1。

谈及在项目实施过程中体会最深的事情，孙以泽说道：“高性能纤维在复杂成型过程中的摩擦磨损，捻度、张力的高精度调控等问题是最让我们头疼的。如碳纤维的摩擦磨损问题，数百上千锭纱编织出非正交三维织物，需精确调控的工艺参数就有数百个，软量很多，需大量实验和理论确定，耦合机理十分复杂，路径规划中有数千种可能的干涉。如何设计出最优载纱器，精确控制载纱器运动轨迹，精确控制编织成型过程中的张力和捻度，是克服摩擦磨损问题的关键。这些问题困扰了团队成员一年多，每一项关键技术的突破都凝结了团队成员很多个难眠之夜以及机器人般的工作方式。”

也正因为如此，在国家科学技术进步奖答辩现场，孙以泽表现得信心满满。他告诉记者：“团队成员几十年如一日在一线拼搏，心无旁骛，一心都系在项目的每一项进展上，答辩对于我们来说，就是对项目成果的一次汇报，并且我们对项目成果非常自信。”

忠诚与坚守铸就成功

据了解，在项目实施过程中，东华大学主要负责技术开发，恒辉主要负责产业化，鲁普耐特和海丽雅主要负责特种装备技术编织物产品的开发与生产，并进行应用验证。“与恒辉的合作始于2010年，那时候我们开发的碳纤维结构件预成型体自动化编织装备的加工、装配、调试等，需要大型专用、高精度分度的加工与测量设备，所以就找到了恒辉。这次与恒辉的合作，让我认识到，对合作伙伴的忠诚和坚守是合作成功的基础。也让我感受到，企业做得好、做得强，企业家的人品一定不错。” 孙以泽说道。

恒辉是一家以自行生产、研发、销售及售后为一体的编织机械生产企业，提供全方位的编织技术服务。企业十分注重科技创新，用科技创新驱动企业做大做强。恒辉董事长兼总经理韩百峰告诉记者：“恒辉与东华大学建立的稳定的‘产学研’战略合作模式，为企业新产品研发、新技术突破提供了强大的理论基础和技术支撑，是恒辉可持续发展的强劲动力。”

表1 项目技术与国内外同类先进技术比较

“在强大的科技创新技术的支撑下，我们2017年实现了创新成果增量收入1.71 亿元，产品出口60 余个国家和地区，出口创汇600 余万美元。今后，我们还会一如既往地走科技创新引领高质量发展之路，不断加大科技创新研发资金的投入，争取用最短的时间赶上和超过世界发达国家的行业水平，以科技强国为己任，带动行业发展，为国家作出更大贡献。” 韩百峰更是明确了科技创新于恒辉的重要性。

目前，项目成果已大规模产业化，特种编织装备占国内25%以上市场份额，出口欧美等60 多个国家；高性能特种编织物出口欧美等80 多个国家。2015-2017年新增直接销售额13.57 亿元、利润1.78 亿元；间接销售额11.11亿元、利润2.07 亿元。由于项目装备与项目产品的独特性、垄断性和高性价比优势，在国内外均具竞争力，市场前景广阔。

未来，高性能特种编织物的需求将日益增长，同时新的需求、新的产业都将不断产生，每个细分的子行业也会有更广阔的发展空间，不断创生出新的应用领域，形成新的产业，从而促进中国的产业用纺织品行业可持续发展。而高性能纤维材料领域的创新日新月异，也将不断推出新材料。项目技术、装备与产品也应不断适应新材料的需求。因此，孙以泽说道：“接下来需要针对高性能特种编织物的特殊需求在编织成型工艺、实现机构、控制算法、捻度与张力控制等方面开展持续深入系统的研究；同时希望国家把高性能特种编织物技术与装备纳入‘十四五’规划，增加企业家、科研人员的关注力，以引领新产业的发展。”