中国纺织工业联合会科学技术奖获奖项目选载（2021年度）

基于力学与功能增强的碳纤维结构调控关键技术及应用

获奖等级：二等奖

主要完成单位：天津工业大学、卡本复合材料（天津）有限公司

主要完成人：徐志伟、钱晓明、马昌、石海婷、王维、裴晓园、刘梁森、李楠、罗仕刚、胡艳丽

目前，碳纤维在实际应用中存在如下问题：（1）作为结构用高性能碳纤维实际强度不及理论值的10%。（2）功能用碳纤维的比表面和活性位点无法满足催化剂载体和电化学器件高性能化的特殊要求。

针对上述问题，项目开展了以下主要研究：

（1）研发了低成本、普适性强的碳纤维高能γ射线辐照结构调控技术，打破了以往“碳纤维表面活化改性”与“力学增强改性”此消彼长的怪圈，实现了碳纤维表界面活性与力学性能的协同提高，其结构复合材料已应用于桥梁和建筑物加固等领域；

（2）为揭示γ辐照碳纤维复杂的异质结构演化规律，独创了纤维截面Raman光谱逐点扫描等技术手段，明确了γ辐照碳纤维外表面、次表层和芯部的精细结构演化过程，建立了γ辐照下碳纤维沿径向不同微区结构与纤维表面特性及力学性能演变之间的耦合关系，为高能γ辐照碳纤维技术的广泛应用提供理论支撑；

（3）创制了“半包覆”、氮掺杂介孔碳纳米纤维的原位共混纺丝制备工艺，掌握了具有催化剂负载量大、强界面结合特点的高活性、高比表面碳纳米纤维生产技术，已应用于印染行业污水催化降解处理；

（4）通过熔盐法、原位活化等系列手段实现了微孔纳米碳纤维的制备及孔结构与比表面积的有效调控，开发了一系列高比表面纳米碳纤维制备方法，初步实现了面向柔性电化学器件的产业化制造。

项目获得授权国家发明专利8项，实用新型和外观设计专利3项；发表学术论文35篇。项目的成功实施极大地提升了我国碳纤维制备及结构调控的技术水平，其产品开发与应用具有显著示范作用。

基于纳米自组装高效抗菌抗病毒多功能纺织品的开发与产业化

获奖等级：二等奖

主要完成单位：苏州大学、南通大学、旷达科技集团股份有限公司、苏州圣菲尔新材料科技有限公司

主要完成人：张德锁、林红、吴双全、陈宇岳、李雅、任煜、王华锋、付凡、张雨凡

项目提出了基于三维空腔结构超支化聚合物调控制备纳米银和利用聚合物在纤维内部自组装纳米银进行功能整理的技术方案，实现了超细纳米银的调控制备及在纤维内部的自组装填埋，从而以简易的工艺流程生产出具有高效、长效、安全的抗菌抗病毒纺织品。同时，基于超支化聚合物的纳米材料合成调控功能，开发制备了纳米颗粒、纳米线、纳米片等系列不同形貌二氧化钛纳米材料，并通过超支化聚合物的诱导自组装技术，实现了纳米银、纳米金在二氧化钛表面的组装修饰，有效增强了二氧化钛纳米材料的抗菌、抗紫外和催化降解性能。通过原位生长、电位组装、表面微熔杂化技术，实现了复合二氧化钛纳米材料在纤维和纺织品中的组装整理，赋予了纺织品多功能化。

项目获授权发明专利11项，实用新型专利3项，发表研究论文40余篇。所开发的相关纳米材料功能化纺织品对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和白色念珠菌的抑菌率均达到了99%以上，对甲型流感病毒H 1N1和H 3N2的2 h抗病毒活性均达到了99%以上，UPF值达到100以上。

项目产品已广泛应用于家居服用面料、车用内装饰面料、高铁座椅、一次性清洁材料、护理产品、医用防护产品等。

复合结构阻隔材料关键制备技术与产业化应用

获奖等级：二等奖

主要完成单位：天津工业大学、军事科学院系统工程研究院军需工程技术研究所、张家港市宏裕新材料有限公司、威海迪尚医疗科技有限公司

主要完成人：康卫民、王刚、赖军、徐卫红、王韬、孙崇涛、厉宗洁、王晓明、徐晓东、唐世君

目前，我国口罩与防护服用病毒阻隔材料主要是聚丙烯（PP）驻极熔喷布和聚乙烯（PE）、聚四氟乙烯（PTFE）拉伸微孔膜，传统PE、PTFE拉伸微孔膜的病毒防护服穿着闷热，单一尺度纤维熔喷滤布阻力高，静电驻极在高湿或汗液浸透情况下失效而导致口罩防护等级急剧下降。因此，开发新型口罩和防护服用病毒阻隔材料至关重要。

针对上述问题，项目在新型低阻熔喷纳微交替纤维高效驻极滤布、物理阻隔型树枝状纳米纤维滤布和高防水透湿阻隔PU多级孔膜三种病毒阻隔材料关键技术上取得突破性进展，在病毒防护口罩、一体化病毒防护服和夏季海关防护服中得到应用推广。具体创新如下：

（1）发明了双介电驻极熔喷微/纳熔喷交替纤维滤布制备技术，构筑了集微米级“骨架支撑作用”粗纤维和纳米级“小尺度效应”细纤维的多级结构纤维高效驻极滤布，有效降低了滤布的过滤阻力；（2）独创了树枝状纳米纤维滤布制备技术，开发出亲疏双侧物理阻隔型纳米纤维复合滤布，解决了驻极口罩滤布“高湿或汗液浸透下防护失效”的难题；（3）攻克了防水透湿阻隔非对称PU多孔膜制备技术，研制出具有“缓存”大空腔和“M urray”非对称多级孔传质效应的防水透湿阻隔PU多孔膜，实现了防护服的病毒阻隔与防水透湿双重功效；（4）研制出了快速穿脱的一体化病毒防护服。针对现有防护服穿着极为闷热，分体式结构设计存在的防护不全面、摘脱不便利等缺陷，以非对称PU多孔膜和树枝状纳米纤维滤布为基材，通过一体化结构设计和快速摘脱缝制工艺，实现了病毒防护服的高防护、舒适性和一拉即脱的摘脱效果。

项目已获授权发明专利8项，授权实用新型专利3项，编制海关行业标准2项，发表科技论文19篇。该项成果有效解决了病毒阻隔材料的防护性与舒适性之间的矛盾问题，增强国产病毒阻隔材料的核心竞争力，开发的系列病毒防护口罩、防护服在全国48个海关得到广泛应用。

碳/玻多轴向织物多层复杂异型结构件快速拉挤成型关键技术及装备

获奖等级：二等奖

（c）应用人血白蛋白，特别是肝硬化白蛋白偏低的患者，提高胶体渗透压，可能有助于降低颅内压，减轻脑水肿症状（Ⅲ）；

主要完成单位：常州市新创智能科技有限公司、东华大学、郑州大学、北京航空航天大学、常州市宏发纵横新材料科技股份有限公司

主要完成人：陈南梁、谈源、刘春太、蒋金华、邵慧奇、张娜、邵光伟、谈昆伦、段跃新、汤娟

随着国防军工、航空航天、轨道交通、风力发电、新能源汽车等行业的深入发展，对材料体系提出了轻量化、低成本、高效率制备的市场需求，高性能纤维织物复杂异型结构件快速拉挤成型技术是满足这一要求的最佳途径。碳纤维织物异型件的快速拉挤成型设备，突破了传统纱线拉挤制品力学性能的局限性，已经成为全球研究热点之一。

项目围绕碳纤维多轴向经编织物多层复杂异型结构件快速拉挤成型技术及成套装备开展攻关，主要研究内容及创新点包括：（1）碳/玻多层织物微张力放卷同步控制技术。（2）碳/玻织物渐变预成型工艺及复杂异型精确预成型技术。（3）模内注胶工艺及复杂异型结构件拉挤成型模具设计技术。（4）复杂异型件拉挤“一机两模”集成控制系统及在线高精度检测和切割技术。项目攻克了碳纤维多层织物复杂异型结构件快速拉挤成型技术及成套装备的核心技术，开发了具有国际同类先进水平的复杂异型结构件快速拉挤成套装备，装备成本及产品生产成本远低于国际同类水平，实现了大规模工业化高效生产。

项目成果已获得授权发明专利17项，实用新型专利85项；发表论文10余篇；制定企业标准1项；建立了多层织物复杂异型结构件快速拉挤成型生产线，实现了产业化；产品在航空、风电、汽车等领域得到广泛应用。项目打破了国外技术垄断，满足了航空航天、风电叶片、汽车等国家重大需求，有力促进了我国高性能拉挤预制件复合材料成型技术与装备的发展。

轻量化碳纤维超长叶片树脂渗透调控关键技术

获奖等级：二等奖

主要完成单位：天津工业大学、东方电气（天津）风电叶片工程有限公司

该项目通过精准建立高厚碳纤维经编织物单胞，预报了碳纤维织物面内和面外厚度方向的渗透率，理论上解决了风电专用碳纤维织物渗透规律的核心问题；通过有限元控制体积法模拟高厚碳纤维百米主梁充模过程，优化了工艺参数，完成了90m长度宽度800m的碳纤维叶片制造，降低了试错法的高成本和研发时间，创亚洲第一、世界第二；通过开发纤维透气材料，使碳纤维织物在树脂渗透过程中有序阻隔过量液体流动，畅通的气泡排除通道，确保单丝直径小的碳纤维完全浸渍，率先在国内掌握了碳纤维主梁的灌注制备关键技术，具有自主知识产权；通过静力试验及相关疲劳试验，获得德国船级社（GL）认证并生产挂机叶片实验，同期内首次实现超宽主梁的国产化，形成一整套完善的技术能力和保证高水平的制造能力，并实现了规模化生产的目标，完全自主研发、制造、安装，实现历史性跨越，跻身世界第一方阵。该项目授权专利10项，发明专利5项。

高铁用PAN基预氧丝水刺非织造材料的开发及关键技术研究

获奖等级：二等奖

主要完成单位：东纶科技实业有限公司、中国纺织科学研究院有限公司、北京科英精益技术股份公司

主要完成人：张孝南、吴伟、田慧、任强、张聪杰、刘东生、刘伟强、潘科

PAN基预氧丝纤维主要以散纤维或针刺毡的形式应用在保温填充材料、高温过滤材料中，具有优异的阻燃保温环保等性能。然而预氧丝纤维强力均一性和纤维间抱合差，不易成网，并且模量高，不易缠结，采用水刺非织造加工工艺难度大，所以将预氧丝水刺产品应用于高铁内饰材料成为一项技术难点。

项目首次开发出成套低克重薄型PAN基预氧丝水刺非织造材料制备技术，成为国内唯一一家能够生产PAN基预氧丝水刺非织造材料的厂家，为高铁领域内饰材料轻量化提供了重要的材料保障。主要创新为：

（1）掌握了PAN基预氧丝纤维的评价体系。通过对PAN基预氧丝纤维形成机理的研究，得出氧化度、体积密度及纤维力学性能之间的关系，提出采用纤维体积密度作为评价预氧丝阻燃性和可纺性的方法，为预氧丝的选择和应用提供了解决方案。（2）开发出PAN基预氧丝纤维水刺非织造布成套生产工艺。针对PAN基预氧丝单纤强力均一性差、模量高、不易缠结等纤维性能特点，通过低速梳理、逐步增压等梳理水刺工艺的调节，开发出单位面积质量：45±5 g/m2，强力：CD＞25 N、MD＞25 N，厚度＜0.75 mm的低克重薄型PAN基预氧丝纤维水刺非造织材料。（3）以PAN基预氧丝纤维水刺非织造材料成功替代玻璃纤维制品。解决了玻璃纤维制品在使用过程中对人体产生危害的问题，提高了材料的环保阻燃等级，降低了产品厚度，提升了轻量化水平，推动了高铁车厢内饰材料的升级换代。

高性能电力防护服系列材料关键技术研究与产业化

获奖等级：二等奖

主要完成单位：陕西元丰纺织技术研究有限公司、陕西省纺织科学研究院、陕西纺标检测认证有限公司

主要完成人：刘琳、蔡普宁、樊争科、孙凯飞、林娜、张小民、赵雷、徐炎炎、侯琳、李磊

项目针对电力行业电击伤、电弧烧伤、火灾爆炸等不同危险源的防护现实需求，通过研究导电材料、高性能阻燃纤维、舒适性纤维等多种高性能纤维的复配应用，高导电材料特殊嵌织工艺，小批量多组分混合纺纱及并纱捻线组合强力互补的纺纱工艺技术，不同织物组织结构和紧密度对防护服各项防护性能的影响，多组分纤维混纺面料的染色和后整理技术等，授权发明专利5项、发表相关内容论文6篇，自主开发出带电作业屏蔽面料、高压静电防护面料、防电弧面料、阻燃面料和多功能防静电面料等系列化电力防护服材料，实现了优异电学性能、高效电弧防护性、永久阻燃、永久防静电、高强度、舒适性等多种功能的复合，丰富了电力防护服的种类，显著提升了现有电力防护服的安全性，有效解决了现有电力防护装备舒适性差的难题，达到安全防护性与服用舒适性二者的有效平衡。

项目开发的系列产品涵盖了大部分电力行业特种防护服需求，可应用于发电、输电、配电、供电等多个环节的各种电力特种作业环境，且各产品的主要技术指标均符合相应的国家或行业标准要求。

项目产品的推广应用将对整个电力安全防护装备的使用产生重大影响，可显著提升电力行业人员安全防护水平，减少安全隐患，降低事故发生率，有利于维持社会安定，带来良好的社会效益。同时，项目产品技术优势明显且性价比高，目前已经成功应用于国家电网、南方电网及俄罗斯电力等企业，经济效益显著。