滿足國家重大戰(zhàn)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(xué)”號成功完成2016年熱帶西太平洋綜合考察，破解深海觀測數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)氖澜珉y題；特種繩纜在“蛟龍?zhí)枴蓖瓿?000 米級和7000 米級深潛試驗，以及在各類正式作業(yè)任務(wù)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(chǎn)品；高性能海工繩纜已成功應(yīng)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(shù)據(jù)實時傳輸，深海定標、潛標，深?？碧剑姽窝b，航母系泊，海洋牧場等國家重大戰(zhàn)略以及重要民生需求的“幕后英雄”，正是由東華大學(xué)、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(shù)與裝備及其產(chǎn)業(yè)化”項目。

該項目研發(fā)出國際首創(chuàng)的高性能特種編織物編織技術(shù)與系列裝備，一舉斬獲2018年度國家科學(xué)技術(shù)進步獎二等獎?！爱斦驹陬I(lǐng)獎臺上時，我的內(nèi)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(fù)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(xué)教授孫以澤說道。

項目主要完成人在頒獎現(xiàn)場合影。

突破精確成型技術(shù)瓶頸

“項目始于2008年，隨著我國綜合國力迅速上升，對海洋權(quán)益、空天權(quán)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(shù)與裝備的大量需求。其中，高性能纖維經(jīng)特種編織技術(shù)與裝備編織成型的繩纜、帶、網(wǎng)和管類編織物，由于結(jié)構(gòu)、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(zhàn)略以及重要民生領(lǐng)域需求導(dǎo)向，研發(fā)高性能特種編織物編織技術(shù)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(xiàn)高性能化?！睂O以澤告訴記者。然而特種編織物精確成型技術(shù)與裝備不是長期被歐美俄壟斷，就是國內(nèi)外空白，嚴重制約了我國高性能編織物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

孫以澤及其團隊長期致力于對三維織物成型技術(shù)的研究，面對精確成型理論空白、工藝參數(shù)調(diào)控困難等技術(shù)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(shù)，包括精確成型理論、編織工藝與方法、關(guān)鍵核心部件；其次開發(fā)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(huán)繩纜自動編織裝備、多層繩纜自動編織裝備、三維復(fù)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(chǎn)出高性能特種編織產(chǎn)品，如大型重載繩纜、無接頭扣環(huán)繩纜、碳纖維伸縮管、海洋偽裝織物、地震監(jiān)測織物等。

三維復(fù)合管生產(chǎn)線。

無接頭扣環(huán)繩纜編織機。

就創(chuàng)新點來說，項目建立了編織物性能與材料、結(jié)構(gòu)參數(shù)、成型工藝參數(shù)的數(shù)學(xué)模型，提出了捻度和張力高精度動態(tài)調(diào)控方法，為高性能編織物產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計與精確成型奠定了理論基礎(chǔ)；提出了無接頭扣環(huán)繩纜自動編織方法，突破了常規(guī)插編、捆扎扣環(huán)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(fù)合編織方法，突破了多種材料混編的延伸率、張力、捻度調(diào)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(xiàn)了伸縮管、三維復(fù)合管和管類衍生物的自動編織；發(fā)明了高精度傳動機構(gòu)、張力自適應(yīng)雙補償錠子等編織機系列核心機構(gòu)與部件。在2017年由中國紡織機械協(xié)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(nèi)外特種編織裝備空白，達到了國際領(lǐng)先水平。項目技術(shù)與國內(nèi)外同類先進技術(shù)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(fù)雜成型過程中的摩擦磨損，捻度、張力的高精度調(diào)控等問題是最讓我們頭疼的。如碳纖維的摩擦磨損問題，數(shù)百上千錠紗編織出非正交三維織物，需精確調(diào)控的工藝參數(shù)就有數(shù)百個，軟量很多，需大量實驗和理論確定，耦合機理十分復(fù)雜，路徑規(guī)劃中有數(shù)千種可能的干涉。如何設(shè)計出最優(yōu)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(guān)鍵。這些問題困擾了團隊成員一年多，每一項關(guān)鍵技術(shù)的突破都凝結(jié)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(xué)技術(shù)進步獎答辯現(xiàn)場，孫以澤表現(xiàn)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。”

忠誠與堅守鑄就成功

據(jù)了解，在項目實施過程中，東華大學(xué)主要負責技術(shù)開發(fā)，恒輝主要負責產(chǎn)業(yè)化，魯普耐特和海麗雅主要負責特種裝備技術(shù)編織物產(chǎn)品的開發(fā)與生產(chǎn)，并進行應(yīng)用驗證?！芭c恒輝的合作始于2010年，那時候我們開發(fā)的碳纖維結(jié)構(gòu)件預(yù)成型體自動化編織裝備的加工、裝配、調(diào)試等，需要大型專用、高精度分度的加工與測量設(shè)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(chǔ)。也讓我感受到，企業(yè)做得好、做得強，企業(yè)家的人品一定不錯?！?孫以澤說道。

恒輝是一家以自行生產(chǎn)、研發(fā)、銷售及售后為一體的編織機械生產(chǎn)企業(yè)，提供全方位的編織技術(shù)服務(wù)。企業(yè)十分注重科技創(chuàng)新，用科技創(chuàng)新驅(qū)動企業(yè)做大做強。恒輝董事長兼總經(jīng)理韓百峰告訴記者：“恒輝與東華大學(xué)建立的穩(wěn)定的‘產(chǎn)學(xué)研’戰(zhàn)略合作模式，為企業(yè)新產(chǎn)品研發(fā)、新技術(shù)突破提供了強大的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐，是恒輝可持續(xù)發(fā)展的強勁動力?！?/p>

表1 項目技術(shù)與國內(nèi)外同類先進技術(shù)比較

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

目前，項目成果已大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，特種編織裝備占國內(nèi)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(chǎn)品的獨特性、壟斷性和高性價比優(yōu)勢，在國內(nèi)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(chǎn)業(yè)都將不斷產(chǎn)生，每個細分的子行業(yè)也會有更廣闊的發(fā)展空間，不斷創(chuàng)生出新的應(yīng)用領(lǐng)域，形成新的產(chǎn)業(yè)，從而促進中國的產(chǎn)業(yè)用紡織品行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。而高性能纖維材料領(lǐng)域的創(chuàng)新日新月異，也將不斷推出新材料。項目技術(shù)、裝備與產(chǎn)品也應(yīng)不斷適應(yīng)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(xiàn)機構(gòu)、控制算法、捻度與張力控制等方面開展持續(xù)深入系統(tǒng)的研究；同時希望國家把高性能特種編織物技術(shù)與裝備納入‘十四五’規(guī)劃，增加企業(yè)家、科研人員的關(guān)注力，以引領(lǐng)新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。”