温州市科技计划项目合成革鞋面透气激光微孔化处理专机的研制可行性报告

1、温 州 市 科 技 计 划 项 目合成革鞋面透气激光微孔化处理专机的研制可行性报告二一年十一月一、 项目立项的背景和意义项目立项的背景制鞋是我国轻工行业中的重要产业。统计数据表明，中国每年生产各种鞋超亿双，占世界制鞋总量左右，是世界最大的鞋业制造基地，同时中国又是世界第二大鞋类消费市场，占全球消费总量的，仅次于美国。中国也是世界上最大的鞋类出口国，鞋类出口占世界出口总量的以上。根据目前中国鞋业的生产状况和我国经济发展的现状，经预测，到年，我国鞋产品人均需求量将从双人上升到双人。内销的鞋产品预计有七十亿双以上，市场潜力十分巨大。制鞋是温州的传统工业，历史悠久，闻名遐迩。温州科技局的统计表明，温州

2、地区制鞋行业现有生产企业家以上，直接从事生产的人员达多万，若计算相关产业和从事销售或贸易的人员，则近百万人。年温州鞋的内销、外贸产量分别为亿双、亿双，产值为亿，占全市生产总值的，是温州市第一大支柱产业。由此可见制鞋产业在温州地区制造行业中的地位。目前，温州地区制鞋业使用的鞋面原料主要有两大类，动物皮革和合成革，人造革因其品质和外观较差，已经淡化出鞋面用料市场。很久以来，动物皮革（牛皮，猪皮，羊皮等）是人类制作鞋类面料的主要用材。由于具有良好的强度，这类材料制作的鞋类结实耐用、美观，由于各种动物皮革有着自然毛孔，这类皮革制品有着良好的透气性和一定的吸潮性，能及时排除足部因为出汗所散发的潮气，带走

3、热量，所以穿着2 / 13舒适。人类对鞋类及其它皮革制品的需求不断增长，动物皮革有限资源导致动物皮革已出现资源短缺的情形，人们逐渐使用合成材料作为皮革的替代品。温州是全国市场经济发育最早的地区，是中国的鞋都和重要服装生产基地，温州也是中国最大的合成革生产基地，是著名的“合成革之都”，这种得天独厚的经济环境为合成革的发展提供了广阔的市场空间。，温州有人造革（合成革）生产企业余家， 合成革企业生产能力占国内生产企业产能总数的， 生产线数量更是占了左右，几乎控制整个行业的半壁江山。目前，合成革的基本上都是采用溶剂型树脂生产，溶剂型聚氨酯树脂中含有的二甲基甲酰胺、甲苯等有毒有害的有机溶剂，在生产过程中

4、极易挥发，成为有机废气，造成空气污染。生产过程中还需要用到大量水，同样会造成地表水污染。为了保护环境，温州市政府关停了绝大多数制革企业，限令整改，这对温州地区合成革产业有一定的影响，但是，既然合成革是人们需要的行业，随着科学技术的进步以及环境治理技术的进步，在不久的将来，该行业的污染问题一定能够得到根本性的解决，温州地区合成革行业一定能迎来更大的发展。从合成革的制造和使用性能来看，其制造技术已经相当成熟，其美观程度不亚于甚至超过动物皮革。其仿真的效果可以达到以假乱真的程度。如果不特别说明，从外观上来看，即使是很有经验的皮革工程人员也很难区别皮革的真伪。3 / 13温州鞋类出口产品以胶粘皮鞋为主

5、，占温州鞋类出口总值的，其中以胶粘皮鞋为主（革即合成革） ，注塑鞋和其他鞋类占。温州制鞋行业胶粘鞋占整个内销市场的，通过外销市场和内销市场产品结构的分析，胶粘皮鞋仍然是市场需求量最大的产品。目前，用于制作鞋面的大多选择成本比较低廉的合成革，成鞋后价格便宜，而且美观大方，所以合成革面料的鞋类得到人们的喜爱。合成革制作鞋类面料的最大问题在于透气性能差。如所周知，人体出汗是热平衡调节中的有效散热手段，而且，人体散热量有是经过皮肤蒸发散出的。医学研究证实，人体脚部虽然只占全身总面积的，但是人体汗腺却分布在脚部，其中，脚背汗腺孔的分布密度为 , 脚底为 , 一只脚大约有个汗腺孔。当人们在行走，劳动，运动

6、过程中，脚部每分钟排汗大约克左右，一个小时的剧烈运动所积累的汗液大约为克每只脚。研究表明，在人脚和鞋之间狭小的空间里，人体的温度，加上运动产生的热量使该处的温度在 -400C 之间，如果鞋面的透气性差， 鞋内的湿度常常维持在，有时甚至高达以上，这样的温度和湿度给细菌的繁殖创造了极好的条件。由此可见，合成革鞋面由于不能及时排除鞋内人体足部因出汗而产生的潮气和热量，大大地降低了穿着的舒适程度。使用激光微孔化处理的合成革鞋料，解决了革料的透气性问题，使用处理过的革料制作的鞋面，穿着舒适，而且由于处理微孔直径细小，用肉眼不能看出，所以保持了革面的完整与美观。合成革激光透气微孔处理专机可以解决合成革面料

7、的透气微孔化处理问题，使透气合成革在制鞋行业4 / 13的应用有了实现的可能。由以上的叙述可以看出，在温州地区的两大行业中，都存在着产品品质的提升问题。对于合成革的制造行业，如何生产出高品质的真正意义上透气的合成革；对于制鞋行业中，如何提高合成革制造的鞋类产品的透气性从而提升行业的市场竞争能力，都是亟待解决的问题。此外，该技术还可以用于其它合成革制品，如：汽车坐垫、沙发坐垫、服装等，该研究成果会对整个皮革制品行业带来革命性的影响。1.2 本研究课题对温州地区行业发展的意义温州市科技局制定的制鞋行业科技提升发展计划中指出 ：“制鞋工艺由原有以真皮鞋制造向多种材料并用的格局转变。制鞋业工艺技术的发

8、展成果将逐步见效，因为优质牛皮的短缺， 导致全新的工艺很可能减少使用皮革，或被新材料替代，而且其它因素也将影响皮料的供应。加速新材料的应用和工艺水平的提高，必将使温州的鞋产品向多元化和错位化方式发展，增加竞争空间”。由此可见，温州市政府敏感地觉察到了制鞋用材可能对地区制鞋行业带来的影响并明确的提出了制鞋行业进一步发展的途径，那就是加速新材料的应用和工艺水平的提高。这里面也包含着现在使用材料性能的改良，如合成革的透气性能的改良。由此可以看出，本研究课题是符合温州地方政府提出的行业科技提升的方向的。目前，透气合成革用于制鞋、坐垫、服装等行业的最大障碍在于如何在合成革上实现透气微孔化处理，因为，如果

9、没有合成革的透气微孔处理装备，就无法得到真正意义上的透气合成革，也就不可能得到透气合成革5 / 13在制鞋行业的应用。本研究制造的激光透气微孔化处理专机将解决合成革透气微孔处理的装备和技术。为透气合成革的实际应用提供了条件和保证。综上所述，本研究课题关联着温州地区的两个重要的行业，合成革行业，透气合成革的制造与透气合成革在鞋面、坐垫、服装上的应用，对提升这两个行业的市场竞争能力都有重要的现实意义。二、国内外研究现状和发展趋势合成革是模拟天然革的组成和结构并可作为动物皮革代用材料的塑料制品。通常以经浸渍的无纺布为网状层，微孔聚氨脂层作为粒面层制得。其正、反面都与皮革十分相似，并具有一定的透气性，

10、比普通人造革更接近天然革。广泛用于制作鞋、靴、箱包和球类等。对于如何有效地改善合成革材料的透气能力，提高该材料使用时人体的舒适程度， 通常采用两种方法， 其一，通过调整合成革的结构组成，从而使其透气性能得到改善，其二，采用微孔的方式，改善合成革的透气性能。调整合成革组成结构方面的研究。美国杜邦公司最先制成商品名为柯芬的合成革，这种合成革用合成纤维无纺布为底基，中间以织物增强，并浸以与天然革胶原纤维组成相似的聚氨酯弹体溶液。此弹性体在水中凝固，其溶剂被水置换，因而在弹体中形成微细小孔。这些孔互相连接，由表及里形成坚韧而富有弹性的微孔层，成为合成革的表层，并与底基构成整体。6 / 13由于无纺布纤

11、维交织形成的毛细管作用，有利于湿气的吸收和迁移，故合成革能部分表现天然革的呼吸特征，使合成革的透气性能有了很大的改善。后来，有人使用超纤增强技术，使透气性能得到进一步的提高 超纤皮全称是“超细纤维增强皮革”。它具有极其优异的耐磨性能，优异的耐寒、透气、耐老化性能。加入超细纤维后，聚氨酯的韧性和透气性、耐磨性得到了进一步加强。这样的制成品毫无疑问，性能是相当优异的。由于合成革制造技术的发展，聚氨酯合成革的性能和应用面超过了天然皮革。 高性能的合成革制造成本很高，价格昂贵，甚至是动物皮革价格的倍，这极大地限制了其在制鞋行业的应用。同时这种改善了透气性的合成革并不是真正意义上的透气合成革， 聚氨酯弹

12、体体在水中凝固，其溶剂被水置换，因而在弹体中形成的微细小孔并非穿透型的微孔，其透气性只能被认为是改良。 在这种条件下，人们开始实验采用微孔技术来进一步地提高合成革的透气性能。微孔改善透气性方面的研究。最早的微孔制作是采用针刺的方式，或者使用很小直径的冲头采用冲压来实现。这种处理方法的第一个缺点是生产率低下，无法满足生产需要，另一个最重要的缺点是冲头可操作的直径太小时，冲头容易断裂，直径过大时，不能实现微孔化，破坏了合成革的表面形貌，从而影响了鞋面的外观质量。激光具有能量密度高、光斑尺寸小、打孔效率高等特点，能有效克服上述针刺法的诸多缺点， 国内已经有人注意到了激光在合成革上进行切割与制孔的优势

13、，已经在这个方面开展了工作。现在市场上已经有了激光打孔专机出现，但是其功能主要是工艺装饰型的，如在合成革表面制作花纹，图案或者切割出各种花样以增加革7 / 13面的美观等。也有人提出了使用激光在革面制作透气孔洞的想法，并进行了部分工作，但目前仍处于实验阶段。本课题首先提出了合成革激光透气微孔化处理 技术的新概念，并提出了制作合成革激光透气微孔处理专机的思路。在国内占有领先地位。三、项目主要研究开发内容、技术关键以及科研创新的主要方式（原始创新、引进消化吸收再创新、集成创新、重大科技成果转化等）。为了实现真正意义上透气合成革在鞋面的应用，首先必须完成合成革的透气微孔化处理，这种处理不仅需要保证革

14、面的透气，而且需要保证不损坏革面的观赏性能，即在肉眼可见度范围内不破坏合成革革面的美观，所以，微孔化处理就要求能做到微孔的穿透性和微小性。本课题提出了合成革微孔化处理的概念，并提出了激光微孔化处理以提高合成革透气性能的专用设备，这种概念和设备在国内外都是首次提出，其创新性是确定的。本研究课题的主要内容是研制一台专用机械设备，利用激光技术和数字控制技术，对使用合成革制作的鞋面和衬里进行微孔化处理，研究激光工艺参数对微孔形态、分布的影响规律，检测分析激光微孔化处理对透气率和舒适度的影响，最终提供合成革激光微孔化的成套设备和工艺，为皮革激光微孔化的产业化应用奠定重要的基础。拟解决的关键问题有；合成革

15、激光微孔化处理的工艺研究目前市场上的合成革种类繁多，色彩，性能有着很大的差异，革面对8 / 13光的吸收能力也是不同的，同时，经过微孔化处理后的革面性能也有一定的影响如革面的强度，革面的耐磨性能等。系统研究激光器类型、波长、功率、脉宽、频率、微孔作用时间等对工艺参数对微孔孔径、微孔新貌、微孔孔距、皮革基材的影响规律。2 合成革鞋面激光微孔化处理专机的设计与制造() 微孔化处理专机激光器的的选型和制造；() 激光高效微孔化处理光路系统研究；()激光微孔化处理专用工作台的设计和制造；()激光微孔化处理专机的数控系统。激光微孔化处理皮革性能测试(1) 激光微孔化处理对皮革强度的影响规律；(2) 激光

16、微孔化处理对皮革透气性的影响规律；(3) 激光微孔化处理对皮革舒适性的影响规律。四、项目预期目标 （主要技术经济指标、应用和产业化前景以及获取自主知识产权的情况）。合成革激光透气微孔化处理专机以及经过微孔化处理的合成革在温州地区都有着很广阔的应用前景。现从温州地方的激光技术和制鞋行业的情况来分析专机的市场前景。合成革激光透气微孔化处理专机由三部分组成，激光器部分，工作台面部分和数字控制部分，从技术层面来看，专机制造的地方产业化已经不是难题。9 / 13从专机的市场层面来看，温州地区制鞋行业拥有家以上，仅以的企业购买使用合成革鞋面激光透气微孔化处理专机，每台专机纯利润以元计算，仅温州地区就存在百

17、万元以上的利润空间。如果将本专机推广到全国，可达数百万元。从制鞋产品上来分析，温州地区年产鞋类亿双，其中合成革制鞋大约亿双以上，按照保守的数字估计，如果其中的鞋面使用经过激光透气微孔化处理，由于革鞋品质的提升，按照每双鞋元的增值计算，鞋类企业年增值可达亿元，每双鞋提交元的专利使用费（本院已经申请合成革激光微孔化鞋面的专利），则每年的经济收益可达万元以上。应当提出的是，温州制鞋份额仅占全国制鞋份额的八分之一，若将此技术推向全国，其经济效益应当是巨大的。以上计算还不包括此技术在其它行业如服装，手套，提包等行业的应用后的效益分析。合成革鞋面激光透气微孔化处理专机和合成革透气微孔技术应用的社会效益也是

18、巨大的。首先，制鞋行业是温州地区的特色优势产业，根据温州地方政府提出的产业科技提升计划，行业制造技术和质量的提升，就包含着新技术的应用和产品品质的提升，产品品质的提升，就意味着行业竞争力的提升，无疑，该技术的推广与应用对于温州制鞋行业的发展有着重要的作用。五、项目实施方案、技术路线、组织方式与课题分解10 / 13课题分四部分，即：专机制备，合成革微孔化工艺、性能测试、专机的生产应用。工作原理：微孔化专机包括激光器、光学系统、工作台面、数控硬件和软件等部分构成，其工作原理如下图所示。图 专机的工作原理示意图待处理鞋面或者合成革坯料置于工作台面，激光器发出脉冲光束，通过光学系统聚焦处理，辐照在皮

19、革表面，进行激光微孔化处理。数控编程后，驱动工作台沿着和方向运动，实现不同图案的微孔化处理。激光微孔化工艺和性能检测研究通过改变激光器类型、功率、脉宽、频率、作用时间等参数，研究其微孔孔径、立体形态、微孔分布、皮革损伤等的影响规律。通过强度、透气率、舒适性等性能检测，评判微孔化效果，最终优化激光工艺参数。专机的设计与制造 与合作单位到温州地区有规模的制鞋企业调研鞋面的生产过程11 / 13 结合调研结果，设计出激光微孔化处理的流程和符合企业使用条件的工作台面。 专机的制作 专机的应用调试和应用。组织方式与课题分解本课题有三项主要内容，分别有三个合作单位完成，主持单位负责组织有关的专机的设计，制造；协作单位负责组织与协调企业调研和微孔化处理革面的性能实验研究；合作企业负责安排生产实验等事宜。