科学研究

时间:2019-11-21  信息来源:   作者:  点击率:

科研成果汇总

获国家技术发明二等奖1项、国家科技进步二等奖1项、省部级科技一等奖5项、省科技进步二等奖1项、省科技进步三等奖1项、中国纺联科技进步二等奖2项、三等奖1项;承担国家重点研究计划1项、973计划2项、国家863纳米专项2项、国家科技支撑计划2项、国家自然科学基金63项、教育部留学回国启动基金项目2项,承担科研经费近4000万元;发表SCI收录学术论文247篇、授权中国发明专利137项。

研究方向一的科研成果见表2所示。

表2研究方向一的重要科研成果列表

序号

成果名称

成果类型

1

优质天然高分子材料超细粉体化及其高附加值的再利用

国家技术发明二等奖

2

聚苯硫醚(PPS)纤维产业化成套技术开发与应用

国家科技进步二等奖

3

纤维材料表面物化性能的调控及其产业化应用

湖北省技术发明一等奖

4

热塑性聚合物纳米纤维产业化关键技术及其在液体分离领域的应用

中国纺织工业联合会科技进步一等奖

5

碳纤维物理引入结构色技术与应用

ACS NANO (2017, 11: 10330-10336, IF=13.15)

6

POSS聚合物/硅纳米晶复合材料的荧光性能

Advanced Functional Materials(2016, 26(28):5102-5110,IF=11.25)

7

纤维表面负载石墨烯高效的光热转换性能的纤维制品

Journal of Materials Chemistry A(2018, 6:17212-17219)

8

有机溶剂染色机理与技术

Green Chemistry (2018, 20, 19: 4473-4483)

特色与优势

1)“优质天然高分子材料超细粉体化及其高附加值的再利用”荣获2008年国家技术发明二等奖。揭示了天然蛋白质纤维粒子具有高比表面积及一定长径比的特征,研究了粒子的表面吸附力、化学反应活性等,研究了纤维纳微结构粒子化的规律以及粒子结构可控机理。并将其广泛应用在化学纤维改性、生物医用、透湿气薄膜、生物材料等领域。

2)“聚苯硫醚(PPS)纤维产业化成套技术开发与应用”荣获2010年国家科技进步二等奖。建立了完整的产业化技术开发体系,研制出具有自主知识产权的聚苯硫醚纤维的成套生产线,同时研究设计了成套的纺丝组件和喷丝板的清洁工艺,实现了产品的连续产业化生产。项目已形成年产7000吨聚苯硫醚纤维的生产能力,已在多家滤材厂加工,并在多家燃煤电厂滤尘中应用,使用效果良好。

3)“纤维材料表面物化性能的调控及其产业化应用”荣获2014年湖北省技术发明一等奖。为了解决纺织工业中纤维材料在上浆、染色和后整理等方面的关键共性技术难题,提出了“纤维表面物化性能绿色调控”理论,研制出纤维表面电晕辐照和附加载体技术的装置,开发出电晕辐照、表面耦合以及附加载体等表面物化改性与结构调控的技术和方法,实现了纤维材料表面能的降低以及润湿性和界面吸附性的改善。

4)“热塑性聚合物纳米纤维产业化关键技术及其在液体分离领域的应用”,该项目获得2018年中国纺织工业联合会科技进步一等奖。该项目“纺”出了幅宽达1.6米、孔隙小、生产设备便宜、制造工艺简单的纳米纤维滤膜,解决了纳米纤维材料制备效率低、应用形式单一的两大难题,成本大幅降低,且生产过程环保。中国纺织工业联合会鉴定后认为,项目关键工艺技术达到国际领先水平。如今,这张“纸”已被应用在全国多地的给水污水处理、生物制药除菌过滤中。

5)代表性基础研究与论文发表

①“碳纤维物理引入结构色技术与应用”相关研究成果发表在ACS NANO (2017, 11(10): 10330-10336, IF=13.15),以碳纤维织物为基底,利用ALD技术在碳纤维织物表面构筑了TiO2纳米层。结果发现:TiO2纳米层对可见光的反射和折射的功能,经碳纤维本身的黑色和光滑表面作用,在沉积不同厚度二氧化钛表面展现出了光干涉特性,赋予了碳纤维多彩的物理颜色,已授权发明专利2项。

②POSS聚合物/硅纳米晶复合材料的荧光性能发表在Advanced Functional Materials(2016, 26(28):5102-5110,IF=11.25)提出采用热硅氢加成和热引发聚合组合方法,以Vinyl-POSS和硅纳米晶为原料,一步成功制备了无杂质的近红外荧光的POSS聚合物复合材料,实现了制备无裂解的功能POSS基孔材料想法。这种新型功能材料有望应用在气体吸收与捕获、医用成像剂和生物医药等领域。

③纤维表面负载石墨烯高效的光热转换性能的纤维制品发表在Journal of Materials Chemistry A(2018, 6(35):17212-17219):在前期蚕丝织物表面改性的基础上,结合超声以及原位微波还原手段在蚕丝纤维表面形成一层还原氧化石墨烯薄膜。改性后的蚕丝织物依然具有良好的透气性和力学性能,该蚕丝基太阳能蒸汽产生系统不仅可以实现高效的光热转换性能,同时具备尺寸可控、耐服役、便携性等特点。

突破点:

揭示纤维结构与性能的根本关系与原理,阐明天然纤维多级结构的特征并建立其高效梯度解体的技术方法,解决微纳米纤维和功能改性的宏量化和均匀性制造难题,建立纳米甚至原子尺度上纤维表面物化结构的调控手段,突破高性能纤维纳米化和高端应用的技术瓶颈。

2.研究方向二:纺织品的加工新理论与新方法

本研究方向主要开展高品质纱线成形机理与技术、功能纺织品的结构设计与机理、高性能纤维的先进织造、少废水或无废水染色机理与技术等方面的应用基础研究,通过先进制造的原理创新和技术创新,实现纤维制品制造技术的高品质、高性能、多功能和生态环保等目的,建立先进制造技术方法和手段,推动纱线、织物、织造、复合材料、染整等制造过程更加适合航空航天、军事、能源、生物医用、环境等领域的应用需求。

具体研究内容:

(1)纤维成纱的新方法和新技术

在自主研发的嵌入式复合纺纱技术和柔顺光洁纺纱的基础上,开展基于纺纱多单元机微结构有效协同调控纤维的行为进行新的纺纱研究,从而获取纺纱微结构有效协同机制,构建出预串联式多重递进的集聚纺纱理论受力模型,揭示纤维在多单元集聚结构协同作用下力学特征,构建分层调控成形的纺纱协同模型,建立纺纱多单元微结构协同作用于纤维的微观机制,提供降低成纱毛羽、提高纤维利用率,改善成纱质量的理论依据。推动基于传统环锭纺纱的新型纺纱方式的进一步发展和完善。

2)绿色染整技术

应用物理或化学的方法从自然中丰富的天然材料中提取天然染料,研究提取的方法及工艺,提高天然染料的得率,研究分离和提纯方法,剖析提取的天然染料主要成分及色素结构,研究天然染料应用时的染色工艺及理论,解决天然染料的色光不稳定、皂洗及日晒牢度差,以及染色重现性等问题。基于粒子流作用原理及机制,提出粒子流原位染色概念,研发了乙醇伴染的无盐微水染色技术和四氯化碳/乙醇/水体系的无盐秒染技术,实现了活性染料对棉纺织品的低温、快速、无盐及节水的清洁染色,做到染色废水的近零排放。

(3)特种织物成型的新方法

以航空航天、船舶、军用需求为基础,积极开发特殊力学需求的2D、2.5D和3D织物,研究高性能纤维混纺纱线的结构与性能,建立新的高性能纱线纺制机理和技术,研制出高效综合利用不同高性能纤维性能的特殊混纺纱结构,研究织物组织结构与其性能之间的关系和机理,创新特殊力学需求的织物组织结构,揭示极端环境条件下高刚性、高韧性、高压缩、高反弹织物组织结构的原理,提出新的2.5D和3D织物组织结构的织造原理和技术方法,优化机织、针织和编织的织造工艺,开发新型织物组织与结构的纺织品。

4)高性能纤维的功能整理

以间(对)位芳纶为主要研究对象,研究高性能纤维嵌入杂化机理,提出氢键调控剂与离子型较强的物质对高性能纤维表面进行微溶解,在高温和高压条件下将功能纳米粒子载入高性能纤维的表面,形成有机无机杂化的表面结构的方法,分析高性能纤维表面在微溶解、高温和高压下的微观结构变化与机理,研究氢键调控剂和离子型物质的混配比例、纤维反应浴比、温度和压强等参数对表面嵌入功能粒子的量、形态、载入深度等的影响,研究不同尺寸纳米粒子对载入效果的影响,研究杂化嵌入式杂化对高性能纤维的着色、导磁、电磁屏蔽、催化、界面等性能的影响,建立纤维表面微溶解模型,再通过原位杂化修饰,制备出目标性功能化的高性能纤维及其制品。

5)功能纺织品的开发

研究基于纺织品的压电器件、超级电容器、电子传感器等的设计与制造。开展高容量超级电容器纤维的复合化与微结构的调控提高综合能源转换效率,压电、传感功能纤维的集成化、织物化、柔性化,与其它电子器件组装形成能量转换、储能,以及能量管理系统,揭示织物组织与结构影响器件功能的现象和机理,研究纺织品与电子器件结合的新方式,解决电子纺织品的耐水洗和耐服役缺点,应用于便携式设备、可穿戴电子设备和生物医学植入器件中。

科研成果

荣获国家科技进步一等奖1项、湖北省突出贡献奖1项、湖北省十大成果转化1项、湖北省技术发明一等奖1项、科技进步一等奖1项、省科技进步二等奖2项、省技术发明二等奖1项、省科技进步三等奖5项、中国纺织工业联合会科技进步一等奖1项、二等奖2项、三等奖6项;获得国家科技支撑计划3项、国家发改委项目1项、教育部创新团队1项、中国纺织工业联合会基础研究1项、国家自然科学基金43项,承担科研经费近4000万元;发表SCI收录学术论文172篇、授权中国发明专利121项。

研究方向二的科研成果见表3所示。

表3研究方向二的重要科研成果列表

序号

成果名称

成果类型

1

高效短流程嵌入式复合纺纱技术

国家科技进步一等奖

2

成纱三角区中纤维的分层集聚调控及高性能纱线与织物的产业化生产

湖北省技术发明一等奖

3

制备力学性能优良的去细胞瓣基质复合材料

国家重点研发计划

4

“月面国旗”项目

中国航空航天科技集团项目,已验收

5

高耐晒高汗光色牢度清洁染色新技术及产品开发

湖北省技术发明二等奖

6

纯棉高品质面料的低甲醛免烫整理技术与产业化应用

中国纺织工业联合会科技进步二等奖

特色与优势

1)“高效短流程嵌入式复合纺纱技术”荣获2009年国家科技进步一等奖。可对长度较短、形态不一、强度较弱的天然纤维进行纺纱加工,实现在纤维层次上的协同成型。突破了现有环锭纺纱技术纺高支纱的极限,实现了资源的优化利用,突破了原有环锭纺纱技术对纤维长度、细度等性能要求,为不同原料优化组合与花色品种多元化纺纱提供了新途径。

2)“普适性柔顺光洁纺纱技术及其应用”初创了两种分别适用热温敏感高(明显玻璃化转变温度)和热温敏感低(无明显玻璃化转变温度)的高品质光洁纺纱技术,分别荣获2012年湖北省十大成果转化奖和2018年湖北省技术发明一等奖。对传统环锭细纱机进行了创新改造,大大降低了纱线毛羽,提高了纱线品质;该项技术具有结构简单、性价比高、易于推广的优势;经近五年的生产实践和推广使用,技术成熟,工艺与产品质量稳定,具有显著的经济效益和社会效益。

3)成功承担“月面国旗”项目,研制的样品通过了中国航天科技集团的验收并成为定型产品。首次通过调控分子间作用力的方式改变传统的染色技术,可以增强染料与生物质纤维分子之间的结合力,减少染料分子活动而产生的窜色现象,防止在极端条件下国旗上五角星中的黄色与整体的红色在界面处出现窜色的现象。同时,突破了纺织品在高强紫外线、高能粒子流、高真空和高低温突变条件下的耐久性难题。

4)与武汉协和医院、华中科技大学共同承担了2016国家重点研发计划“基于自体干细胞心脏瓣膜的构建”。借助经编方法将去细胞瓣基质与制备的复合包芯纱共同编织,将超细复合纱线与去细胞瓣基质进行紧密结合,实现去细胞瓣基质两侧信号因子形成浓度梯度及基质材料维度、刚度差异,造成信号分子(TGF、FGF)梯度控释,为协和医院提供可以实现干细胞自分化和生产的心脏瓣膜类支架。

5)“高耐晒高汗光色牢度清洁染色新技术及产品开发”荣获2010年湖北省技术发明二等奖。本技术设计合成了系列具有高耐晒高汗光色牢度环境友好型多活性基活性染料,并开发了以这些原材料为基础的高耐晒高汗光色牢度清洁染色技术。该技术开发的系列活性染料具有极好的固色率以及高耐晒高汗光复合色牢度。

6)“纯棉高品质面料的低甲醛免烫整理技术与产业化应用”荣获2016年中国纺织工业联合会科技进步二等奖。通过研制纯棉高品质面料的低甲醛免烫整理技术,解决织物免烫性能与综合品质之间的矛盾,实现高品质多功能的整理效果,改善了织物成品的综合性能和品质,提高了低甲醛免烫面料的科技含量和附加值。

7)有机溶剂染色机理与技术发表在Green Chemistry (2018, 20,20(19): 4473-4483):采用乙醇与水的混溶体系染色,实现了棉纤维的无盐染色,染色后色彩艳丽、色系广泛、色牢度高,同时完成了溶剂的低成本回收,显著降低了棉纺织品前处理及染色工艺中的用水量和污水排放量,已获得发明专利23项授权,相关技术正在山东如意集团进行产业化推广。

突破点:

阐明高品质纱线加工的一般性规律和根本原理,原创高品质纱线的制造技术及装备,建立功能和智能纺织品的构建基本原则,分析纺织品功能构建失效机理,完善特种织物的组织结构设计和加工技术,提出创新的立体织物织造技术和方法,探索出绿色环保染整技术原理和技术方案,突破传统染整高能耗、高废水的技术难题,解决高性能纤维的表面微结构调控难题,实现高性能纤维的染色与功能处理。

3.研究方向三:纺织加工的新装备与信息化

本研究方向根据方向一和方向二的先进加工技术需求,围绕纺织产业链的全流程智能化和信息化,研究智能制造和管理系统的研发与应用,实现纺织产业链的全流程(特别是纺纱、织造和染整)的智能管理、在线检测和跟踪评估;开展纺织品的数字化仿真和CAD设计的基本算法、程序和应用研究,开发织物、人体、服装的联合仿真与应用;研制创新性的纤维制品加工机械,实现新型纺纱织造装置的开发,开展常规纺织装备的自动化和精密均匀改造,开展新型的纺织品性能检测仪器的研制,采用多学科交叉,将计算机设计、信息工程、自动化应用在纤维制品成型装备中,研发智能制造工程与信息化。

具体研究内容:

1)智能化制造与信息化

研究产业全流程上下游,原材料采购、配料、纺纱、织造、染整、服装、物流等,全流程多渠道的智能化和信息化改造;在纺织产业链上嵌入现实传感、射频技术、智能导航、工业机器人、AGV等智能装备与生产管理系统的高度集成;研究网络系统,应用人工智能、工业互联网、大数据技术,高度集成生产管理和物流中的在线实时采集与检测、数据智能分析与预测工艺在线修改、故障报警和诊断系统,如:自动配料、纺纱断头、织造断纱、自动配色、自动调匀等;智能管控产品设计、工艺、制造、检测、物流、服务等全周期及各环节,实现全业务全流程的数字化、信息化、智能化集成与协同。

2)先进制造装置的设计与开发

根据研究方向二的创新性技术方案,重点开展相配套加工装置的设计和开发。研制高品质纺纱装备、多倍加捻技术与设备、纺纱钢领表面处理新方法、纺纱张力非接触测量等;研制多功能电脑绣花技术与设备、新型三维织机、圆型编制技术与设备;开发数控精密卷绕技术、纺纱设备多电机协调控制系统等;开展纺纱过程纱线力学问题、磁力耦合传动机理等方面的基础研究;开展针织电脑提花控制系统、嵌入式电脑提花及自动间控制系统等方面的研究,开发全电脑数字化袜机、剑杆织机智能控制等系统。

3)纺织CAD设计与数学模拟

开展面向服装工程的三维动态人体建模与仿真、服装数字化设计与数字化制造等方面的研究;实施数字印花技术与设备、机械零部件CAD/CAPP的研究开发、数控加工方法与技术、数控机床远程控制等方面的研开发;创新机织和针织纺织CAD的算法和程序,实现计算机高度仿真机织和针织结构,研究立体和异型纺织结构的CAD设计和仿真,建立数字仿真和实物面料的关联算法和数据库。

(4)先进测试仪器与方法

开展纤维制品性能的先进测试原理和仪器的研究。重点在纤维形态结构(纤维扭转仪)、纱线毛羽、织物的三维动态导水、织物手感、织物风格、织物疵点、服装热舒适性等领域开展测试原理和仪器的创新与研发。提出新的测试原理,自主搭建测试仪器的关键部件和传感器,验证测试仪器的稳定性和有效性,检测测试结果与实际应用效果的匹性,自主研发测试系统;将自主研发测试仪器应用到进行纤维制品智能制造与检测管理系统中,实现生产和检测的自动化一体化设计与制造。

科研成果

荣获国家科技进步二等奖1项、湖北省科技进步一等奖1项、技术发明一等奖1项、科技进步三等奖1项,中国纺织工业联合会科技进步二等奖2项、三等奖1项,获得国家科技支撑计划1项、国家自然科学基金16项、国家_科研项目1项、湖北省重大专项2项,湖北省科技成果推广奖1项,承担科研经费近5000万元;发表SCI收录学术论文60余篇、授权中国发明专利90余项。

研究方向三的科研成果见表4所示。

表4研究方向三的重要科研成果列表

序号

成果名称

成果类型

1

高性能工业丝节能加捻制备技术装备及其产业化

国家科技进步二等奖

2

高效节能型自动丝网印花技术与装备

湖北省技术发明一等奖

3

纯天然纤维单向导汗纺织面料加工技术及其先进测试技术

湖北省科技进步一等奖

4

基于虚拟仿真的机针织面料织造技术与装置

湖北省科技进步二等奖

5

高质高效环锭纺纱先进技术及装备与智能化技术的开发与应用

中国纺织工业联合会科技进步一等奖

6

多花色新型纱线连续涂料染色技术和设备

中国纺织工业联合会科技进步二等奖

7

计算机智能纺织品系列设计系统

中国纺织工业联合会科技进步二等奖


特色与优势

1)“高性能工业丝节能加捻制备技术装备及其产业化”荣获2019年国家科技进步二等奖。高性能工业丝线是汽车、电子、航空航天、建筑等行业重要的高附加值基础材料,需求持续增长,相关高端加捻技术装备市场一直被国外占领。该项目突破了高性能工业丝线难以实现高品质加捻卷绕、装备能耗高、效率低的技术难题,通过装备设计制造的理论创新,成功研制出汽车轮胎帘子线、地毯丝以及玻璃纤维高效节能加捻技术装备,实现了产业化生产,产品不仅覆盖国内高端工业丝线制备市场,而且出口美国、巴西、西班牙、韩国等国家,取得了良好的经济效益。

2)“高效节能型自动丝网印花技术与装备”荣获2013年湖北省技术发明一等奖。在基于磁力耦合的台板传动精密技术、快速精密调框对花、台板自适应精确定位、承印物高效节能烘干等方面取得了多项独创性发明,研制高效节能的自动丝网印花工艺装备,使得主要性能指标优于国际水平的实际效果,在高效率、节能、全自动化方面取得重大成果。

3)“纯天然纤维单向导汗纺织面料加工技术及其先进测试技术”荣获湖北省科技进步一等奖。采用现代检测技术及微电子控制技术,成功研制了纤维制品差别化导水性能测试仪器与方法,该方法已申请成为美国标准(AATCC TM 195-2009)和中国国家标准,该仪器已经销往29个国家与地区,全球销售累计210余台套。

4)“高质高效环锭纺纱先进技术及装备与智能化技术的开发与应用”荣获2018年中国纺织工业联合会科技进步一等奖。利用先进的自动化、信息化和智能化技术,通过云端大数据计算和质量检测反馈系统,在安徽华茂15万锭纺纱车间进行智能化和信息化改造,大幅度减少用工的同时实现了超越乌斯特公报5%质量纱线的高效率生产。

5)“多花色新型纱线连续涂料染色技术和设备”荣获2014年中国纺织工业联合会科技进步二等奖。通过优化棉纱线的界面性能,突破了棉纱线涂料染色的三大关键技术难题,成功解决了纱线涂料染色容易产生的染色牢度差、透芯度差、染深性差三大问题,各项质量指标符合GB18401《国家纺织产品基本安全规范》的要求。

6)“计算机智能纺织品系列设计系统”荣获中国纺织工业联合会科技进步二等奖1项、三等奖1项,湖北省科技进步三等奖1项,湖北省科技成果推广奖1项。率先与新会宏达经编厂开发出国内第一套经编CAD软件,开发出“纺织品CAD系统研制”、“纺织品智能打版系统及设备”、“经编多梳栉智能打版系统”,“提花纹织CAD/CAM系统技术及设备”等系统,广泛应用在湖北襄阳、广东汕头、浙江海宁、福建长乐和江苏常州等经编机械制造厂。

突破点:

开发出适用于纺织品的数字化高度仿真和CAD设计的基本算法、程序和应用研究,建立织物、人体、服装的联合仿真软件和链接硬件;研发出纺织产业链装备的智能制造、管理系统和互通互联,实现纺织产业链的全流程智能制造和检测管理,实现常规纺织装备的自动化和精密均匀改造,突破纺织品性能的在线立体检测技术和仪器的难题。


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