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纺织与相关产业的融合
作者:亚美游戏

  发布日期:2014-12-08 来源:整理:叶千瑜、田宛京、张立、史璐童

  俞建勇,中国工程院院士,东华大学教授、博士生导师,纺织科学与工程一级学科国家重点学科责任人。主持完成了国家“十五”科技攻关项目、国家重大军工配套项目、教育部博士点基金项目等;承担国家“十一五”科技支撑计划课题、国家自然科学基金课题等项目;先后荣获国家及省部级科技奖14项;发表论文140余篇,其中40余篇被SCI收录,30余篇被EI收录;授权和公示专利60多项。

  目前,世界正经历着新的产业革命,我国的经济也进入了转型发展提升的关键时期,产业正努力从大国向强国方向发展。在这样具有很强时代特点的阶段,纺织产业的创新体现五方面的需求:

  产品向高端化发展。需要增强设计研发能力的提升,来优化制造的整体形态,提升整个产业的非价格竞争力。

  产品适应多元需求。要发展产业的低成本、高品质的工艺技术、装备和原材料。在此基础上,发展高附加值、高功能的纺织品,发展服务民生改善和影响未来人类生活的纺织品。

  纺织材料要适应新兴产业的发展。以高性能纤维品种和高技术纺织品全面推进新型战略产业的相互融合。

  产业发展与生态文明发展高度融合。在生态化的主题下,开拓新型纤维资源,发掘天然纤维潜能,开发生态化染整新技术,研发无害安全纺织化学品。

  不断开拓未知领域从根本上推动创新产业的发展。重视对尖端性、前沿性纺织科技研究和事物本质(如机理、结构)的研究,形成纺织产业根本性和颠覆性创新。

  在这样的需求下,纺织产业发展体现的主题是与现代高科技高度融合的科技状态。形成多维的发展空间,与材料、生物、信息、能源、环保一体化。

  在此背景下形成六大主题。极限化,即材料的性能向超限的性能指标发展;多元化;智能化;绿色;融合,纺织与相关产业的融合,理工与文化的融合,产业新业态、新模式的融合;服务,未来的产业逐渐以制造业为主向以生产服务业为主的方向发展,创新围绕着服务于各类消费者、各类应用的目的开展技术创新。

  在此主题下,纺织创新系统是一条主链——从新材料出发,物理加工,生态篮子经化学加工形成终端产品。在整体的联动下,加工、装备和信息化技术发挥着重要的支撑作用。

  将形成高性能纤维的群体,主要在碳纤维、有机高性能纤维和无机高性能纤维方面发展。

  碳纤维中,聚丙烯睛基碳纤维为通用型碳纤维;粘胶基碳纤维是高功能型的耐烧材料,是战略武器用的材料;沥青基碳纤维高功能低成本。有机高性能纤维中的芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、芳杂环纤维、高强高模聚乙烯纤维,无机高性能纤维中的通用型的碳化硅高温纤维、氧化铝高温纤维、具有耐高温特性的硅硼氮高温纤维,也都在全面推进。

  同时研发这些群体,一是因其使用环境上的差异,划分是由温度范围决定的;二是要掌握高性能纤维的特性指标,突出的是高质、高强、高磨,还有其耐高温性和耐化学腐蚀性;三是某一类高性能纤维实际上是序列化的产品;四是高性能纤维有某些特殊的功能成为某些应用场合应用的关键因素。

  功能化的技术是多元的技术,因此,功能化材料的水平也是多元化的,具有不同的应用特性。

  首先,要创新好、应用好功能材料,把握其途径。目前来看,可以从高分子的聚合、功能材料的共混改性、纤维成型、成型后的表面构筑、纳米、智能技术的融合来发展。其次,从功能化应用上的重点来看,分为形态的差别化和功能的差别化。形态差别化纤维材料包括超细纤维、异形纤维、复合纤维、高收缩纤维和多异纤维。功能的差别化分为环境适应、卫生保健、安全防护、运动休闲、易于养护和包括生物医学功能、分离功能、传导功能在内的其他功能等。此外,还有智能纤维材料,能够感知环境的变化或刺激,并能做出反应的新型纤维材料,包括光导纤维、变色纤维、调温纤维和选择性抗菌纤维等。

  生物质纤维材料主要分为三大类,原生纤维,再生纤维和合成纤维。再生纤维又分为再生纤维素纤维、再生蛋白质纤维和海洋生物质纤维三类。

  原生纤维,是在生物技术的支持下使得天然纤维有了功能和品质提升的全新途径。二十世纪主要在化学技术基础上发展了人造纤维,二十一世纪在人造纤维基础上又有了再制造的概念,通过人工再制造。

  再生纤维素纤维,具有很重要的价值和意义。从目前来看,发展重点有三方面:溶剂法纤维素纤维,纤维素衍生物纤维和新型资源纤维素纤维。三大技术同时推进。从纤维素的原料来说,不断探索新的原料来源。比如细菌纤维素,直接以农副产品为原料,再和细菌生物反应直接合成纤维素,出来的纤维素就是纤维态的纤维素。纤维素原料的来源很广,整个工艺绿色高效,其产品非常智能,纯度很高。

  再生蛋白质纤维包含三方面。蛋白共混型再生蛋白质纤维,就是把蛋白的液体和纤维机体混合,像大豆蛋白,蚕蛹蛋白都属这类;微粉共混型再生蛋白质纤维,包括羊毛微粉复合纤维,蚕丝丝素微粉复合纤维等;海洋生物质纤维,特殊性在于开拓了纤维材料的第三原料来源,符合纤维绿色、环保的发展趋势,同时赋予纤维阻燃性和防辐射性等特殊性能,还具有变废为宝、化害为利的优点。

  生物合成纤维的热点主要是生物质聚酯纤维。其生物质的来源包括淀粉、秸秆的废弃物,这些原料最终通过发酵形成碳二碳的同类,在此基础上进一步发酵成为纯度较高的生物质单体,目前分成乳酸、多元酸、多元醇等,这三类单体直接通过聚合形成相应的成纤高聚物。

  目前,国家循环再生的产能占总产能的百分之十五左右,每年有六百万左右,主要通过含PET制品解聚、分离再聚合来形成这种循环。如何实现高效低耗能的回收利用是今后要解决的问题。

  当纤维达到一百到两百纳米的时候,进入转折趋势,因底表面积显著升高而具有特殊的性能,物理上是高修复性,化学上有高密度性,这可以带来很多特殊应用;这种材料已经有较好的制备技术——静电纺;纳米纤维好用的纤维品种非常多,天然的、合成的、陶瓷的、碳的、复合物的;结构多样,有单纤维和聚集体等结构。结构的多元性为产品材料的多元性提供支撑;比较脆的无机纤维如果做到纳米尺度时,提高柔韧度,能做成无机柔韧纤维材料供发展。

  纤维材料在新材料的应用上还要不断扩展,提高应用的高度与广度,一是向多元领域拓展,二是时尚化和个性化。

  在多元领域,国防方面对海陆空装备大量使用纤维复合材料;航天方面有火箭、空间站、宇航服等,空间站因电池板面积变大而逐渐过渡到柔性板;航空方面,波音公司对复合材料大量运用;汽车方面从节能与电动车着手,复合式结构是未来汽车发展必然趋势;能源方面,储能电池在未来更为重要;环境方面,新型纺织材料为环境保护工程提供各种工程材料和分离功能材料;建筑方面,膜结构对混凝土的抗裂、抗热问题的解决都起作用;工业装备上也有利于速度、动程的提高;医疗方面,生物医用纺织材料以以纤维为基础、纺织技术为依托、医疗应用为目的的医疗器械材料,用于临床诊断、治疗、修复、替换,以及预防与防护。

  在高时尚创新方面,新材料一要用好天然纤维;二使再生类天然资源的转化与人体较好亲和;三要用好生物合成纤维;四要用好高仿真纤维,给予纺织品质感;五要用好功能性纤维。如何进一步提升纤维的特性与价值,在后加工应注意多种纤维的混合应用。在短纤纱线的创制上,在环定法、新形法、异形纱线上有进一步提高;蚕丝使用量很大,通过复合变形可给出不同特性的蚕丝;产生综合仿真效果的面料在纱线加工上要注意混合,注意新型段纤及蚕丝的加工;在产品方面要注重产品的质感、立体感与产品的开发,特别是复合功能的开发,注重流行时尚元素,要与文化高度融合。


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