高速宽幅并行喷花系统研制项目建设可行性报告.docx

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高速宽幅并行喷花系统研制项目建设可行性报告

高速宽幅并行喷花系统研制可行性报告

一、立项依据

（一）项目的目的及意义

本项目是应用高新科技改造传统纺织印染产业的节能节水新工艺和先进制造技术。

属于2009年省部产学研合作引导项目专题八十七（自动化成套装备及检测设备，专题编号：

0120）、“节能减排与可再生能源”重大科技专项申报指南（第一批，课题4）、2009年工业攻关科技计划项目申报指南中的重点项目专题七十三（广东省现代制造服务业科技工程，专题编号：

0106）中重点扶持的项目。

目前，中国已成为世界纺织服装及包装面料的生产大国，给社会提供了大量的就业机会，也给国民带来了巨大财富，同时，也对环境造成了严重的污染。

以往的纺织造花技术主要存在：

能源浪费较大、重复性劳动工作量大、生产成本高、生产效率及产品附加值低、造花染液及洗水工艺对环境造成严重的污染等问题。

高速宽幅并行喷花系统研制，目的就是要研究成功一种可将纺织品染色、上浆和造花工艺一次完成的新工艺技术，并研制出一套布料花纹图案由电脑仿真排版控制，集印染化工、机电一体化、纺织科技和电脑自动控制技术于一体，直接应用于浆染联合机上，实现宽幅高速并行喷印花纹的自动化成套设备。

本系统设备的推广应用，可望减少生产环节和污染源排放环节，降低能耗，改善传统工艺存在的重复性劳动工作量大、能源浪费和环境污染严重的突出问题。

（二）国内外技术发展现状与趋势

目前，国内外印刷包装及纺织服装面料的花纹图案制造工艺主要还是采用提花、色织或在已织造好的布料上再进行印花或喷图而产生。

就以牛仔布料的生产为例，中国的产量占世界牛仔服装总产量的三分之二左右，但是其生产工艺总体上都是一直沿用着国外八九十年代的工艺技术，即先对经纱进行纱支搭配、染色、上浆，然后织造成牛仔布，再制成衣服，通过磨砂洗水控制服装颜色深浅变化，并显露出灰度对比的花纹。

近几年的发展主要是将染色和上浆设备集成在一起，构成浆染联合机，使得可将经纱染色和上浆工艺一次完成，减少了重复劳动，大大降低了浆染成本；另外，在环保染料研究应用方面也有较快的发展，显著降低了染料的毒性。

现在，牛仔面料的开发主要还是基于这些技术，重点在纱支选配、颜色搭配和洗水风格上玩花样。

这也导致了牛仔服装洗水工艺越来越复杂、洗水成本显著上升，污水排放造成的环境污染问题相当严重。

总体上看，布料花纹的生产工艺复杂，生产流程环节多，易造成多次污染，样布试制周期长，生产效率低，重复性劳动工作量大，生产成本高。

国内外已有机构开始探索在未织造的经纱上直接造花的新技术，并出现了对单根纱线进行喷染的技术装置，但其缺点是纱线的加工成本非常昂贵，难于推广应用。

能否在浆染联合机上直接对数千根经纱喷印出花纹图案，从而在完成传统的浆染工艺的同时进一步完成纺织品造花工艺？

这是业界追寻的目标，也正是我们的研究方向。

本项目组多年来一直致力于精密控制、纺织印染化工、机电一体化、布料花纹图案的电脑仿真排版技术、浆染联合机上直接完成染色造花的工艺技术、采用电脑控制的自动化成套设备生产技术、织造配棉配色技术以及成衣洗水控制技术等多项关键技术研究，并取得了一系列领先的技术成果。

上述技术构成了系统研制的基础技术体系，随着研究和系统研制工作的不断深入，可能会涌现出多项发明专利，构成具有完全自主知识产权、本技术领域世界领先的技术体系。

（三）项目的产业化前景分析

本项目的技术特点是可在浆染联合机上加装一套我们自主研制的技术设备，在由数千根经纱构成的连续快速行进的片纱带上，由电脑控制高速、精确地喷射造花染料液，从而在片纱带上直接生产出多种花纹，使得染色、造花和浆纱工艺一次完成。

所生产的新产品与传统面料相比，还具有如下特点和优势：

1、花纹颜色和明暗度可变，风格新颖美观。

克服了传统牛仔布只能显露不同灰度的灰白色花纹之不足，布面花纹图案全由电脑控制“打印”而成，布面颜色风格及花纹搭配可预先由电脑仿真排版确定，风格新颖独特，变化灵活多样，更适应个性化时代的包装及纺织新面料的设计要求。

2、开拓创新与保持传统相统一，穿着更舒适。

技术产品既保留了传统牛仔布的粗犷休闲、质朴自然的风格，又克服了用竹节纱、粗细纱织成的传统牛仔布质感上的粗凸之不足，手感平滑细腻，穿着更舒适，特别适合近年来高品位、多品种、少批量、个性化的时代要求。

3、牛仔与西装色织相融合，引领牛仔新潮流。

采用独特的工艺技术和化工原料配方，能在粗细均匀的普通纯棉平纱上制造出既综合了传统牛仔风格特点，又综合了西装及色织面料特征的混彩“咔秋纱”，只需适当调整纬纱及组织结构即可生产出多种特色的新产品，备受牛仔品牌休闲服饰厂家之青睐。

4、生产成本更低廉，节能环保新贡献。

成衣可以适应各种洗水方法，提高了洗水风格的可控性，既大大降低了洗水成本，又能为个性化时代的消费者提供更新颖时尚的服装款式。

5、本技术成果还可用于改进传统色织和西装面料的生产中，进一步拓展技术适用范围，产生广泛的社会及经济效益。

上述多项优点可以确定本项目具有巨大的市场潜力，生产工艺比较简单，具备产业化的基础条件。

加之今天的东莞已成为最具活力的中心城市之一，工业门类齐全，加工制造能力雄厚。

本研究项目完成后，将获得高速宽幅并行喷花系统多项专有技术，在东莞实现其产业化有着得天独厚的先决条件。

东莞市政府还出台了一系列的科技鼓励政策，大力促进提高企业自主创新能力、促进传统产业转型升级，这也势必为本项目专利成果的产业化奠定了良好的基础。

二、研究开发内容、方法、技术路线

（一）主要研究内容

1、研究完善一种可直接在纺织浆染联合机上进行喷花，使得多根纱线局部改色或染色，形成所需花纹图案的生产工艺技术，从而将染色、造花和浆纱工艺一次完成，达到节省能源、减少重复性劳动、降低生产成本、简化印染环节和减少污染物排放的目的。

2、研制一系列可用于浆染联合机上，实现快速染色造花或剥色造花的化工原料配方及其助剂，使得既不改变原浆染联合机的生产流程，不影响原浆染联合机的产量和产品质量的前提下，达到造花配色稳定，色牢度良好的要求。

3、研制一套高速宽幅并行喷花系统，加装在浆染联合机各染缸之间的适当位置，由电脑控制自动地与浆染联合机相匹配，在完成片纱带的染色和上浆的过程中，同步地完成喷印花纹的操作。

（二）拟解决的关键技术

由于一幅布料是由数千根纱线织成的，喷印花纹时在不同的位置喷射染料、喷头孔径的大小和喷射时间的长短不同、被喷染的纱线或布料的行进速度不同以及染料颜色和布料底色的不同等等，都将产生不同的花纹图案效果。

要达到良好效果的花纹图案，其喷头喷射时间的精确控制、喷头位置的排列组合、化工原料的配方以及生产工艺流程控制都非常复杂和极为关键的，为此，必须研究解决下列关键技术难题：

1、染色和造花化工原料及生产工艺研究。

主要是研究一系列可快速剥色和套色、具有良好的色牢度的造花化工原料配方，并试验研究出一套成熟稳定、可批量生产的工艺技术。

2、高速电动阀门组研制。

由于浆染联合机上的片纱带一般都以每分钟20～45米的速度通过喷印花纹的区域，为保障花纹段染线段长度精确，必须研制一种可连续稳定工作的电动阀门组，使得每个阀门的开关速度可达到8000次/分钟。

3、微孔径精密防腐喷头研制。

由于浆染联合机上的片纱带一般都是由4000～6500根经纱密布排列组成，为了保障花纹图案边界的清晰，要求尽可能地做到一个喷头对应1～2根纱线，因此，喷头孔径必须做到微小而精确，并能抵御造花染料液的强氧化性造成的腐蚀。

4、花纹电脑排版仿真软件研制。

喷印系统将采用成百上千个微孔径喷头排列组合而成，通过控制各喷头的快速开合，从而直接对行进中的片纱带的适当位置高速间断性地喷射染液，形成花纹图案，但是要使成百上千个喷头在高速行进的片纱带上喷印出所需的花纹图案，必须有一套电脑排版仿真软件进行喷头排列及喷射时序仿真。

5、喷头精密定位控制技术。

由于每个微孔径喷头只能对应1～2根纱线，而片纱带又是由数千根纱线紧密排布而成，因此，为了花纹图案清晰美观，必须对每个喷头进行精确定位。

6、机电一体化成套设备研制。

由于每条浆染联合机生产线可日产4万米的待织纱片，其生产特点是高速连续地工作，因此，需要研制一套由电脑控制的机电一体化成套设备，自动地与浆染联合机保持同步，从而保障生产稳定。

（三）拟采用的方法、技术路线以及工艺流程

1、浆染联合机上同时实现染色、造花和上浆的生产工艺研究拟采用的方法和技术路线及工艺流程是：

①按照传统的浆染生产工艺将4000～6500根经纱经整经、并轴组成平面带状的片纱带，经湿润、染色、氧化固色、助剂浸泡、烘干等工序处理，使其染上初始底色。

②使该快速行进着的片纱带通过加装在浆染联合机上的高速宽幅并行喷花系统，由喷花系统在片纱带的适当位置高速间断性地喷射造花剥色液，使得被喷有造花液的每根纱线表层底色被剥除，并清洗干净残留的强氧化剥色液。

③根据颜色叠加原理，将该片纱带再经过若干道套染处理，从而显现出所需颜色的花纹图案。

④再按照传统的浆染纱生产工艺的清洗、烘干、上浆、再烘干、卷取等后工序处理，将已经染色、造花和上浆的片纱带卷取到织布盘头上，再经织造、后整理、洗水和打磨等传统工艺处理，即可生产出独特风格的服装及包装新面料。

2、快速染色造花或剥色造花的化工原料配方及其助剂研制拟采用的方法和技术路线是：

在分析总结以往大量试验数据的基础上，着重试验研究高锰酸钾、次氯酸钠、亚氯酸钠或它们的混合溶液的快速氧化剥色效果，研究其不同混合比例、不同浓度、不同温度条件下，对不同底色的纱线发生强氧化剥色反应所需的时间及剥色效果，并为高速宽幅并行喷花系统的温度控制和速度设定提供控制参数。

3、高速宽幅并行喷花系统研制拟采用的方法和技术路线是：

①根据织物和图样的设计要求，通过电脑排版仿真软件测算出所需微孔径喷头的数量、孔径大小、各喷头的喷射时间长度、停顿时间长度、重复周期以及各喷头在喷花面板上的排布规律。

②根据电脑排版仿真结果，将各微孔径喷头精确地安装在喷花面板的适当位置，并通过喷头在喷花面板上的位置排列组合和孔径大小变化搭配，制成喷花面板。

③研制出一套机械可编程、机电一体化、全电脑控制、恒定压力的高速电动阀门组，每个阀门配接多个微孔径喷头。

④将喷花面板与高速电动阀门组装配成高速宽幅并行喷花系统，在嵌入式微电脑控制下，辅以适当的化工原料，通过控制阀门组的快速开合，实现平面拼图和高速喷花。

4、高速电动阀门组研制拟采用的方法和技术路线是：

①采用平面洞密封技术，制作成一体化阀芯板、一体化阀门出料孔板，在可转动的一体化阀芯板上进行机械编程，固定不动的一体化阀门出料孔板通过管路与喷头连接。

②一体化阀芯板及一体化阀门出料孔板安装在一个耐压容器内，通过可调速马达、减速箱、传动轴、密封件等构成机电一体化设备。

③高速电动阀门组内置嵌入式微控制系统，检测耐压容器内的压力、温度等参数，控制高压气路、供料液路、电机转速等，控制阀门组内多个阀门实现高速开合。

5、电脑排版仿真软件研制拟采用的方法和技术路线是：

1定义出一块视窗式绘图板，按所需间距和比例绘制网格，绘制用不同图标表示不同孔径及其与不同阀门连接关系的模拟喷头，每个喷头在视窗式绘图板网格上的排列位置构成喷头位置坐标矩阵。

2根据纱线的行进速度、花纹大小以及花纹间距，测算出所需模拟喷头的孔径大小和喷射开/关时序、重复周期等参数，定义出视窗式画布。

3通过循环查询喷头排列位置坐标矩阵，以该矩阵各元素的位置坐标为起点，以喷头孔径大小对应线段的粗细，以喷头的开/关时序对应每根经线上相互间隔的线段的起点，以喷头的开/关时间长度乘以纱线的行进速度作为线段的长度，在上述画布的经线上画出一段一段相互间隔的线段，并拼接成花纹图案。

4通过修改模拟喷头的开/关时序、调整喷头的排列组合规律、更改喷头的孔径大小、调节阀门组的开合时间长短等参数，直至布料花纹仿真结果图达到满意效果。

5记录上述全部仿真参数，输出该视窗式绘图板上的喷头位置坐标，加工制作成与所需花纹图案相对应的喷花面板，并按仿真参数对高速宽幅并行喷花系统进行参数装订。

（四）项目的特色和创新突破点

1、本项目是在传统的浆染联合机上，通过改进其生产工艺和生产装置，结合新研制的化工原料，突破了现有生产工艺必须将经纱染色上浆和造花分开进行的局限，使得染色、造花和上浆工艺可以在传统浆染联合机上一次完成，可减少重复性劳动、能源消耗和环境污染。

2、布面花纹图案可预先由电脑仿真排版确定，并由电脑控制生产，从而可简化布面花纹效果的设计和试制难度，显著降低样板布料的制版成本，并可缩短新面料的设计开发周期。

3、可以在普通纯棉平纱上制造出各种颜色的段纹，组合成所需的花纹图案，突破了大多数传统牛仔面料只能显出灰度差异的条纹颜色之局限，布面花纹颜色可以丰富多变，布料品质得以改善。

4、采用机械可编程和嵌入式微电脑控制技术，使得高速电动阀门组的每个阀门开关速度可达8000次/分钟，而且工作寿命长，能实现多阀门联动，可攻克传统电磁阀等高速阀门寿命偏短和造价高的难题。

（五）项目完成后预期实现的技术、经济指标及社会和经济效益，对产业的带动和提升作用。

项目完成后，将研究出一套可在浆染联合机上实现经纱染色、造花和上浆同时完成的新工艺技术，可望在纺织品造花，特别是牛仔布料造花方面，减少生产环节和污染源排放环节，降低能耗，从而突破传统工艺存在的重复性劳动工作量大、能源浪费和环境污染严重的突出问题。

结合本项目所研制的环保化工原料和新生产工艺，拟研制3台套高速宽幅并行喷花系统，安装在2套浆染联合机上，每套浆染联合机日产4万米的纱片，与传统工艺技术相比，每米纱片可节约0.4元的成本,因此，2台套高速宽幅并行喷花系统每天可产生近3万元的经济效益。

项目是对我们现有核心技术的进一步完善，其产品风格新颖美观、花纹颜色和明暗度可灵活变化，既保持传统又开拓创新，克服了用竹节纱、粗细纱织成的传统牛仔布质感上的粗凸之不足，手感平滑细腻，穿着更舒适。

使得牛仔面料可与西装色织风格相融合，引领时装牛仔新潮流，特别适合近年来高品位、多品种、少批量、个性化的时代要求，业界认为可代表新一代牛仔面料的发展方向。

成衣可以适应各种洗水方法，普洗或轻酵素洗即可达到良好的布面风格效果，既大大降低了洗水成本，又减少了环境污染，前期试制的样品经权威机构检测，符合国内及国际环保标准。

上述多项优点可以确定本项目具有巨大的市场潜力，生产工艺比较简单，具备产业化的基础条件。

加之今天的东莞已成为最具活力的中心城市之一，工业门类齐全，加工制造能力雄厚。

本研究项目完成后，将获得高速宽幅并行喷花系统多项专有技术，在东莞实现其产业化有着德天独到的先决条件。

东莞市政府还出台了一系列的科技鼓励政策，大力促进提高企业自主创新能力、促进传统产业转型升级，这也势必为本项目专利成果的产业化奠定了良好的基础。

三、产学研合作优势分析（包括工作基础、合作优势分析等）

（一）承担单位概况（人员、资产、业务与管理状况）

东莞市铭丰包装品制造有限公司，始创于一九八九年，历经二十年的千锤百炼，已发展至拥有50000平方米自建厂房、3000多名熟练员工的大型包装品制造企业。

专心致力于高品位木盒、各类手工包料盒、卖场展示用品以及包装新材料的设计、研发与规模化生产，服务于珠宝、钟表、食品、烟酒等需要借助高档包装提升其产品价值的行业。

在美国、俄罗斯及中国香港设有分公司，销售网络覆盖全球，产品畅销海内外。

2002年5月通过ISO9001：

2000认证，2007年被广东省科技厅认定为“省民营科技企业”，连续多年被东莞市评为“守合同、重信用企业”。

令客户满意的产品质量以及质价比优于同行的目标是铭丰永恒的追求。

（二）本项目现有的研究工作基础（包括已有的阶段性成果、现有科研装备条件、合作单位之间以往合作情况）

本项目已经历了近五年的前期基础研究，研制了2代原理样机，并进行了一系列的生产试验，各项技术已日趋成熟，部分技术已基本成熟，并已在浆染联合机上进行了一系列原理性试验，制造出了一些小样版新面料，经广州市纺织工业研究所纺织品检验中心检测，产品符合环保要求。

项目通过总结以往专利技术存在的不足，进一步研究改进其生产工艺和化工原料配置，并研制出由嵌入式微电脑控制，可安装在浆染联合机上，实现高速宽幅并行喷花的自动化成套设备，为推进科研成果的转移并使其产业化打下坚实的基础。

东莞理工学院具有电子技术、计算机软硬件、嵌入式控制系统、机电一体化及化工产品研究开发所需的仪器设备和人才资源，项目研究团队博士3人，副高以上职称4人，平均年龄38岁，具有丰富的工程实践经验，可保障项目研制工作顺利完成。

尽管双方是初次进行产学研合作，但我们已进行了长期的沟通联系，对项目所要研究的内容有了深入的分析探讨，并达成了一致的解决方案，双方均愿意共同努力，完善各项工艺技术并制造出成熟的产品，尽快使之产业化。

（三）合作单位之间存在的优势互补（或强强联合）情况分析。

双方都地处东莞市区，具有极好的地域优势，便于双方的科研团队及时展开技术交流与合作，保障项目研制顺利进展。

铭丰包装品制造有限公司具有完善的管理机制，广泛的营销网络，丰富的人力和物业资源，较雄厚的配套资金支持，企业领导人具有广阔的视野，浓厚的科技创新意识，强烈希望通过科技创新带动企业的产业升级和可持续发展，对产学研合作很重视，利于项目顺利实施和配套建设。

东莞理工学院具有丰富的师资力量及科研基础设施，科研团队年富力强，充满活力，对东莞的产业特点熟悉，并长期活跃于帮助东莞的企业解决技术难题。

项目负责人曾主持完成多项军队大型装备研制任务，具有丰富的科研管理经验，并拥有与本项目相关的多项核心技术成果。

四、以往承担项目完成情况及主要成果（近五年内）（高校的主要以课题团队的成绩为主）

（一）承担国家省部级有关课题完成情况（立项年度、项目编号、项目名称、计划类型、完成时间、投资规模、完成效果）

2003年12月，编号70372069/G020701，企业集群的进化机理及先进区域集群制造系统研究，国家自然科学基金，完成时间2005年12月，经费14万元，已结题。

2003年12月，编号Z03092/E05020303，企业集群的动力机制及先进区域集群制造系统研究，广东省教育厅自然科学基金，完成时间2005年11月，经费3万元，已结题。

2004年01月，编号004D1014，数据挖掘技术在银行信用卡业务决策分析系统中的应用，东莞市科技发展专项基金，完成时间2007年09月，经费23万元，已结题。

2005年08月，编号ZC060411，嵌入式系统测试与评估环境，东莞市科研发展专项基金，完成时间2008年08月，经费20万元，已结题。

（二）以往科技成果转化情况（技术成果名称、实施单位、实施地点、实施时间、实施效果等）

中国实用新型专利“可折叠和可伸缩式多功能浮标”，专利号：

ZL200720058892.6。

实施单位：

湛江市祥瑞科技有限公司。

实施地点：

广东省湛江市赤坎区。

实施时间：

2008年11月—。

已制造出样机，将用于海洋工程的水下精确定位导航测量中。

（三）项目获奖及已发表的与本课题研究有关的主要论文、专著情况（年度刊物等说明）

无

（四）与项目相关的专利或版权情况列表

一种混彩牛仔布的生产工艺及其制成的混彩牛仔布.中国发明专利，申请号：

2007100276632已进入实审阶段。