王銳教授在北京服裝學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室里指導(dǎo)學(xué)生做聚酯的聚合反應(yīng) 

科技創(chuàng)新系列報(bào)道之一

在超細(xì)纖維合成革誕生以前，國(guó)產(chǎn)旅游鞋、運(yùn)動(dòng)鞋常見的鞋面通常是真皮、普通人造革、帆布等面料，使用柔軟舒適面料的運(yùn)動(dòng)鞋原料依賴進(jìn)口，產(chǎn)量少又價(jià)格昂貴；如今，超細(xì)纖維人造麂皮的技術(shù)不僅全部國(guó)產(chǎn)化，還大量出口，讓國(guó)人都買得起舒適的運(yùn)動(dòng)鞋。多年以前，市場(chǎng)上的彈性面料服裝多數(shù)掛有美國(guó)杜邦公司的“萊卡”商標(biāo)，并且杜邦和殼牌兩家公司曾壟斷了全球聚酯彈性纖維的原料市場(chǎng)；如今，國(guó)產(chǎn)的彈性聚酯纖維已經(jīng)在國(guó)際市場(chǎng)上占有重要份額，質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的“四面彈”面料服裝老百姓都穿得起。

歐美日發(fā)達(dá)國(guó)家高度重視并曾經(jīng)長(zhǎng)期壟斷全球彈性纖維的研發(fā)、生產(chǎn)和市場(chǎng)。但近年來，在國(guó)家政策支持和科學(xué)家的努力下，我國(guó)彈性纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，建立了較為完整的制備技術(shù)研發(fā)、工程實(shí)踐和產(chǎn)業(yè)體系，大幅縮短了與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，有效緩解了國(guó)民經(jīng)濟(jì)對(duì)彈性纖維的迫切需求。這其中，北京服裝學(xué)院材料設(shè)計(jì)與工程學(xué)院教授兼博導(dǎo)王銳帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)與龍頭企業(yè)合作，就打破了兩項(xiàng)國(guó)外壟斷技術(shù)，讓彈性纖維面料從“高少貴”走向普羅大眾。

超細(xì)纖維人造麂皮打破國(guó)外壟斷

很多人聽說過“人造麂皮”，卻很少有人知道，王銳團(tuán)隊(duì)研發(fā)的超細(xì)纖維人造麂皮改變了我國(guó)運(yùn)動(dòng)鞋鞋面原料的市場(chǎng)現(xiàn)狀。

動(dòng)物麂皮是加工絨面革的上等皮料，其價(jià)格昂貴且產(chǎn)量有限，加之國(guó)際國(guó)內(nèi)的動(dòng)物保護(hù)理念，所以很多服飾都采用人造麂皮面料。但是，像頭發(fā)絲般粗細(xì)的常規(guī)纖維是做不出人造麂皮的柔軟手感的，只有超細(xì)纖維才能達(dá)到要求。要有多細(xì)呢？王銳舉例說明：一根超細(xì)纖維的直徑約為300-500納米，相當(dāng)于一根頭發(fā)分成1000份。而這種“亞微米超細(xì)纖維”的制備技術(shù)，在十多年以前長(zhǎng)期被日本可樂麗公司壟斷。因此，當(dāng)時(shí)國(guó)產(chǎn)運(yùn)動(dòng)鞋的常用鞋面材料的只有真皮、普通人造革和帆布，缺少柔軟性、彈性，舒適感也較差。要想使用有彈性、柔軟又舒適的人造麂皮面料，就要進(jìn)口，使得成本大幅上漲。

如今身為我國(guó)化纖和紡織材料領(lǐng)域著名專家的王銳清楚地記得一件事：在上個(gè)世紀(jì)90年代她跟隨自己的“師傅”張大省教授一起做科研，當(dāng)時(shí)張老師從日本留學(xué)歸來，親歷了我國(guó)超細(xì)纖維與國(guó)際先進(jìn)水平的差距，隨即開啟了超細(xì)纖維的研發(fā)。王銳教授耳濡目染，下定決心，一定要研制出國(guó)產(chǎn)的亞微米超細(xì)纖維。

這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵叫“共混海島超細(xì)纖維”。“就像一碗粥是由米湯和米混合而成的，米湯像‘海’，米粒就是‘島’。在一根頭發(fā)絲粗細(xì)的聚合物里有1000個(gè)‘米粒’，再把每個(gè)‘米粒’拉伸到300-500納米的細(xì)度，最后把‘米湯’溶解剝離出去，留下的就是超細(xì)絨毛形成的纖維。”

這個(gè)過程的實(shí)現(xiàn)并不簡(jiǎn)單。當(dāng)時(shí)王銳只能看到日本產(chǎn)品的專利報(bào)道，沒有樣品，更看不到裝備，她只能從理論上分析。但最開始的一關(guān)，她在北京服裝學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室里就紡不出纖維。“本來應(yīng)該從噴絲板像吐絲一樣噴出絲來，而我們的噴絲板像下雨一樣只能‘滴答’，我們只能不斷調(diào)整各方面系數(shù)——這一關(guān)就花了近3年時(shí)間，通過紡絲裝備、工藝技術(shù)、原料改性等聯(lián)合攻關(guān)才終于試制纖維成功，開始與企業(yè)合作生產(chǎn)線試產(chǎn)。”

最終，王銳團(tuán)隊(duì)與企業(yè)合作攻克了“PA6/PE共混海島法超細(xì)纖維及人造麂皮的系列化產(chǎn)品開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化”關(guān)鍵技術(shù)，由她作為第一發(fā)明人的人造麂皮技術(shù)打破了國(guó)外壟斷，取得自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，填補(bǔ)了我國(guó)該項(xiàng)技術(shù)與產(chǎn)品的空白，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。公開數(shù)據(jù)顯示，該技術(shù)自產(chǎn)業(yè)化以來為企業(yè)新增產(chǎn)值約60.37億元，利稅8.76億元，創(chuàng)外匯2.17億美元。

“我們的產(chǎn)品比日本壟斷企業(yè)性能更高、成本更低，十多年來一直不落下風(fēng)，而且在不斷改進(jìn)提升，比如把后期染色改為在生產(chǎn)過程中直接實(shí)現(xiàn)原液著色，更加環(huán)保；再如使用直接制孔法，控制氣孔直徑，以提高防水透濕性能……”王銳驕傲地說，如今國(guó)外大牌也在購(gòu)買中國(guó)的產(chǎn)品。

優(yōu)質(zhì)國(guó)產(chǎn)彈性纖維面料走入百姓家

加上人造麂皮，王銳獲得過兩項(xiàng)國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，另一項(xiàng)是她帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)和企業(yè)開發(fā)研制的多功能聚酯及彈性纖維。

無彈不成布，有彈性的面料會(huì)讓穿著的人更有舒適感。尤其是近年來，國(guó)際國(guó)內(nèi)的棉花產(chǎn)量都在下降。“天然纖維是不夠用的，整個(gè)紡織纖維市場(chǎng)中化學(xué)纖維占比80%，天然纖維只有20%。”王銳的工作就是在紡織面料的纖維層面下工夫，往纖維中加入功能成分，使得最終紡織成型的面料擁有彈力、吸濕、速干、抗紫外線等多種功能。

此前多功能的聚酯彈性纖維原料一度被美國(guó)杜邦和殼牌兩大巨頭所壟斷。兩大巨頭有一部分代工廠在中國(guó)，他們拿來原料讓代工廠加工，生產(chǎn)出來的面料產(chǎn)品再返還他們手中，而中國(guó)需要這樣的面料產(chǎn)品還要向他們進(jìn)口。國(guó)內(nèi)也有彈性纖維，但受工藝限制功能較為單一，難以添加多個(gè)功能成分。這種局面讓王銳內(nèi)心備受煎熬。

針對(duì)PTT聚合關(guān)鍵技術(shù)被兩大跨國(guó)公司壟斷、原料長(zhǎng)期依賴進(jìn)口、傳統(tǒng)聚酯（PET）同質(zhì)同構(gòu)嚴(yán)重且功能單一等現(xiàn)狀，王銳帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)與盛虹控股集團(tuán)等企業(yè)合作，攻克PTT及多功能PET聚合及其纖維制造關(guān)鍵技術(shù)，助力企業(yè)建成投產(chǎn)年產(chǎn)3萬噸PTT聚合生產(chǎn)線、年產(chǎn)25萬噸全消光MFPET熔體直紡生產(chǎn)線，以及年產(chǎn)5萬噸PTT/MFPET雙組分多功能纖維生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合功能纖維從聚合物源頭到終端產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化。這一技術(shù)自投產(chǎn)以來新增產(chǎn)值432.21億元，利稅21.65億元，并且很快出口，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)匯3895.32萬美元，目前國(guó)際市場(chǎng)占有率第一，為我國(guó)聚酯產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、產(chǎn)品升級(jí)換代和技術(shù)進(jìn)步起到了引領(lǐng)示范作用。

“百姓對(duì)服裝面料的舒適性需求是無止境的。”讓王銳最有成就感的，除了國(guó)內(nèi)外同行和企業(yè)的認(rèn)可，更是讓普通百姓都能穿得起觸感、親膚性、熱濕舒適性、輕暖性都好的面料服裝。

阻燃面料研發(fā)國(guó)際領(lǐng)跑

如果說在超細(xì)纖維人造麂皮、復(fù)合功能彈性纖維領(lǐng)域，我國(guó)紡織材料行業(yè)是在努力跟跑，那么在阻燃面料領(lǐng)域，我國(guó)已經(jīng)算領(lǐng)跑者了。北京青年報(bào)記者了解到，包括王銳教授在內(nèi)的國(guó)內(nèi)多個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)正在積極研發(fā)多種阻燃面料。

去年底，由北京服裝學(xué)院牽頭承擔(dān)的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“高品質(zhì)阻燃纖維及制品關(guān)鍵技術(shù)”順利通過科技部績(jī)效評(píng)價(jià)。該項(xiàng)目由王銳牽頭，四川大學(xué)、北服、東華大學(xué)、天津工業(yè)大學(xué)及軍事科學(xué)院系統(tǒng)工程研究院軍需工程技術(shù)研究所共同參與。該項(xiàng)目研究了纖維材料的阻燃、抗熔滴和抑煙機(jī)理，開展高品質(zhì)阻燃劑、阻燃聚酯、阻燃聚酰胺、阻燃再生纖維素纖維及其紡織品制備關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和生產(chǎn)示范線建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)阻燃纖維及其制品的規(guī)模化制備。項(xiàng)目共申請(qǐng)發(fā)明專利50件，其中王銳團(tuán)隊(duì)的“長(zhǎng)效環(huán)保阻燃聚酯纖維及制品關(guān)鍵技術(shù)”成果經(jīng)鑒定，被認(rèn)定為“總體技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，高磷含量、耐熱、抗熔滴及抑煙阻燃聚酯技術(shù)屬國(guó)際領(lǐng)先水平”。

別以為阻燃技術(shù)及面料只在軍事、消防領(lǐng)域有用，飛機(jī)、賓館的窗簾和地毯等用品都需要阻燃功能。這些用品傳統(tǒng)上多使用滌綸面料，一旦燃燒火勢(shì)蔓延速度很快，而且發(fā)煙量也特別大，還容易產(chǎn)生融滴燙傷皮膚。因此王銳把突破重點(diǎn)放在熔紡聚酯纖維的耐久阻燃、協(xié)效抗熔滴及抑煙機(jī)理等方面，通過阻燃技術(shù)創(chuàng)新，讓最終的滌綸面料遇火只是邊緣燒焦，離火自熄，不會(huì)產(chǎn)生大量的煙，也沒有熔滴的滴落。目前此類產(chǎn)品也開始實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)并出口創(chuàng)匯。

“我希望未來阻燃滌綸面料還能實(shí)現(xiàn)循環(huán)再利用，以最少的阻燃組分實(shí)現(xiàn)最佳效果。”王銳向北青報(bào)記者介紹她接下來的研發(fā)方向。  供圖/北京服裝學(xué)院

延伸

新型服裝材料的三個(gè)創(chuàng)新應(yīng)用場(chǎng)景

應(yīng)用場(chǎng)景一

一線民警穿上石墨烯發(fā)熱馬甲

2022年11月12日，北京大風(fēng)降溫。中關(guān)村房山園緊急為區(qū)內(nèi)12個(gè)檢查站/派出所的一線民警派發(fā)了500件園區(qū)內(nèi)企業(yè)自主研發(fā)的石墨烯發(fā)熱馬甲。這些發(fā)熱馬甲的技術(shù)原理，其實(shí)和去年初北京冬奧會(huì)上頒獎(jiǎng)禮儀志愿者穿著的輕盈而保暖的服裝一樣，是利用了石墨烯材料的保暖性能，而園區(qū)內(nèi)的這家企業(yè)正是為冬奧會(huì)研究制定“低溫環(huán)境石墨烯智能發(fā)熱產(chǎn)品及熱力保障應(yīng)用”方案的北京創(chuàng)新愛尚家科技股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“愛家科技”）。

冬奧會(huì)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館的溫度最低可以達(dá)到零下30多攝氏度。在如此冷的環(huán)境中，頒獎(jiǎng)禮儀服裝看起來并不厚重，靠的就是里面一層薄薄的黑色材料——石墨烯來為穿著的人保暖。石墨烯是目前世界上導(dǎo)熱系數(shù)最高的材料，在通電的情況下碳分子團(tuán)之間相互摩擦、碰撞而產(chǎn)生熱能，從而將電能高效轉(zhuǎn)化為熱能，熱能又通過遠(yuǎn)紅外線以平面方式均勻地輻射出來，能很好地被人體接收。

冬奧會(huì)后，石墨烯技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)入了一個(gè)快速發(fā)展的階段。愛家科技制作添加了石墨烯的衣服內(nèi)膽，只要按下開關(guān)，衣服就可以進(jìn)行加熱，將溫度從零下十幾攝氏度上升到體感舒適溫度。

除了一線警察，去年冬天，燕山石化煉油廠的一線工作人員也穿戴上了愛家科技研發(fā)生產(chǎn)的保暖馬甲、手套等。這些巡線工人不僅需要長(zhǎng)時(shí)間在戶外步行巡視，而且基于石化管道特殊的作業(yè)環(huán)境，工作服不能產(chǎn)生任何靜電，并有防爆要求。因此給他們?cè)O(shè)計(jì)的石墨烯保暖服裝還要添加防靜電、防爆認(rèn)證的材料。第一次穿著保暖馬甲完成一班巡視的工程師小趙評(píng)價(jià)說：“發(fā)熱馬甲護(hù)住了前胸后背，而且相比棉服減少了雙臂的束縛，外操的工作過程更輕便了。”他還建議在工作用發(fā)熱馬甲上多添口袋，方便放對(duì)講機(jī)、巡檢儀、筆等外操需要攜帶的物品。

應(yīng)用場(chǎng)景二

戶外作業(yè)人員盛夏穿上“降溫液冷服”

很多人不知道，石墨烯材料不僅能保暖，也能“保涼”。去年盛夏，房山區(qū)、朝陽區(qū)等多地的一線醫(yī)護(hù)人員就穿上了愛家科技的“防暑馬甲”。

“在衣服里加入冰塊，倒瓶水進(jìn)去，打開就可以進(jìn)行水循環(huán)。背心里有水路，可以迅速將溫度降下來，一下子就涼快了。”房山區(qū)燕山醫(yī)院一線醫(yī)護(hù)人員向北京青年報(bào)記者演示了“石墨烯抗菌降溫液冷服”的使用方法和原理。去天6月入夏后，他們經(jīng)常要在戶外工作，而落戶在中關(guān)村房山園石化新材料產(chǎn)業(yè)基地的愛家科技生產(chǎn)的“防暑馬甲”，能讓他們?cè)诹胰崭邷叵乱材芟硎芮鍥觥?/p>

據(jù)愛家科技董事長(zhǎng)陳利軍介紹，他們對(duì)石墨烯保暖的技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，將手機(jī)散熱的技術(shù)應(yīng)用進(jìn)來，利用石墨烯的抗菌性、散熱性，再結(jié)合液冷原理，制作了石墨烯抗菌降溫液冷服，特別適合服務(wù)于夏季戶外工作者。北青報(bào)記者在體驗(yàn)液冷服時(shí)發(fā)現(xiàn)，夏季正常在30攝氏度以上的體表溫度，在穿上液冷服不到1分鐘時(shí)間，就已經(jīng)降至22攝氏度左右。

一位燕山醫(yī)院一線醫(yī)護(hù)人員告訴記者，去年6月份入夏時(shí)，他們已經(jīng)使用這款液冷服一個(gè)多月了。“在里面放上冰塊，倒點(diǎn)水，插上充電寶就可以使用，十分方便。一次大概可以持續(xù)制冷2個(gè)多小時(shí)。我們通常每班工作2個(gè)小時(shí)后休息，因此剛好適合我們這樣的崗位。即便室外是35攝氏度的高溫，也不用擔(dān)心會(huì)中暑了。”

應(yīng)用場(chǎng)景三

“跌倒髖骨防護(hù)服裝”受到老年人歡迎

去年以來，清華大學(xué)周邊養(yǎng)老院、央廣購(gòu)物平臺(tái)等平臺(tái)開始出售一種面向老年人的“防摔馬甲”，頗受市場(chǎng)歡迎。這是北京服裝學(xué)院服裝科技研究院院長(zhǎng)、國(guó)家冬季運(yùn)動(dòng)服裝裝備研發(fā)中心主任劉莉教授，攜手中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第四研究院第42研究所，設(shè)計(jì)研發(fā)的老年人摔倒防護(hù)智能服裝，通過彈出氣囊為老年人健康護(hù)航。

老年人由于骨質(zhì)疏松、股骨頸脆弱和外髖部肌肉萎縮等原因，跌倒后比較容易發(fā)生髖骨骨折。而有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，老年人一旦發(fā)生髖骨骨折，一年后生存率只有50%左右。因此，劉莉教授和航天專家合作，把老年人防摔倒智能服裝的方向鎖定在“髖骨防護(hù)”方向。航天專家負(fù)責(zé)氣囊彈出算法，劉莉教授的團(tuán)隊(duì)則負(fù)責(zé)做整體的服裝功能性設(shè)計(jì)，讓它更便利，設(shè)計(jì)更成熟。這款“老年跌倒髖骨防護(hù)服裝”設(shè)計(jì)成馬甲的樣式，分秋冬季、夏季和運(yùn)動(dòng)型三款，主要面向50-80歲中老年人群。馬甲內(nèi)一體集成了氣囊組件、跌倒預(yù)識(shí)別模塊、氣體發(fā)生器模塊，三大組件均可便捷拆卸，多次使用，可以預(yù)識(shí)別老年人日常生活中的被動(dòng)跌倒情況，并快速、安全地展開一體式氣囊，保護(hù)人體髖骨部位。

一位購(gòu)買了“防摔馬甲”的消費(fèi)者告訴北青報(bào)記者，他本人曾經(jīng)是一名骨科大夫，深知老年人發(fā)生髖骨骨折后有多危險(xiǎn)和痛苦，因此這款“老年跌倒髖骨防護(hù)服裝”一上市，他就為自己已經(jīng)八十高齡但仍喜歡出門遛彎兒的父母各買了一套，叮囑他們?cè)诩?、出門都要穿。“其實(shí)德國(guó)也有類似的產(chǎn)品，但國(guó)內(nèi)難買到，而且價(jià)格非常貴，咱們國(guó)產(chǎn)的防摔馬甲很好地填補(bǔ)了這塊空白。”他說。

文/北京青年報(bào)記者 雷嘉