国产弹性面料纤维比发丝再细千倍

互推小编 2024-01-02

王锐教授在北京服装学院的实验室里指导学生做聚酯的聚合反应

科技创新系列报道之一

在超细纤维合成革诞生以前，国产旅游鞋、运动鞋常见的鞋面通常是真皮、普通人造革、帆布等面料，使用柔软舒适面料的运动鞋原料依赖进口，产量少又价格昂贵；如今，超细纤维人造麂皮的技术不仅全部国产化，还大量出口，让国人都买得起舒适的运动鞋。多年以前，市场上的弹性面料服装多数挂有美国杜邦公司的“莱卡”商标，并且杜邦和壳牌两家公司曾垄断了全球聚酯弹性纤维的原料市场；如今，国产的弹性聚酯纤维已经在国际市场上占有重要份额，质优价廉的“四面弹”面料服装老百姓都穿得起。

欧美日发达国家高度重视并曾经长期垄断全球弹性纤维的研发、生产和市场。但近年来，在国家政策支持和科学家的努力下，我国弹性纤维产业发展迅速，建立了较为完整的制备技术研发、工程实践和产业体系，大幅缩短了与发达国家的差距，有效缓解了国民经济对弹性纤维的迫切需求。这其中，北京服装学院材料设计与工程学院教授兼博导王锐带领团队与龙头企业合作，就打破了两项国外垄断技术，让弹性纤维面料从“高少贵”走向普罗大众。

超细纤维人造麂皮打破国外垄断

很多人听说过“人造麂皮”，却很少有人知道，王锐团队研发的超细纤维人造麂皮改变了我国运动鞋鞋面原料的市场现状。

动物麂皮是加工绒面革的上等皮料，其价格昂贵且产量有限，加之国际国内的动物保护理念，所以很多服饰都采用人造麂皮面料。但是，像头发丝般粗细的常规纤维是做不出人造麂皮的柔软手感的，只有超细纤维才能达到要求。要有多细呢？王锐举例说明：一根超细纤维的直径约为300-500纳米，相当于一根头发分成1000份。而这种“亚微米超细纤维”的制备技术，在十多年以前长期被日本可乐丽公司垄断。因此，当时国产运动鞋的常用鞋面材料的只有真皮、普通人造革和帆布，缺少柔软性、弹性，舒适感也较差。要想使用有弹性、柔软又舒适的人造麂皮面料，就要进口，使得成本大幅上涨。

如今身为我国化纤和纺织材料领域著名专家的王锐清楚地记得一件事：在上个世纪90年代她跟随自己的“师傅”张大省教授一起做科研，当时张老师从日本留学归来，亲历了我国超细纤维与国际先进水平的差距，随即开启了超细纤维的研发。王锐教授耳濡目染，下定决心，一定要研制出国产的亚微米超细纤维。

这项技术的关键叫“共混海岛超细纤维”。“就像一碗粥是由米汤和米混合而成的，米汤像‘海’，米粒就是‘岛’。在一根头发丝粗细的聚合物里有1000个‘米粒’，再把每个‘米粒’拉伸到300-500纳米的细度，最后把‘米汤’溶解剥离出去，留下的就是超细绒毛形成的纤维。”

这个过程的实现并不简单。当时王锐只能看到日本产品的专利报道，没有样品，更看不到装备，她只能从理论上分析。但最开始的一关，她在北京服装学院的实验室里就纺不出纤维。“本来应该从喷丝板像吐丝一样喷出丝来，而我们的喷丝板像下雨一样只能‘滴答’，我们只能不断调整各方面系数——这一关就花了近3年时间，通过纺丝装备、工艺技术、原料改性等联合攻关才终于试制纤维成功，开始与企业合作生产线试产。”

最终，王锐团队与企业合作攻克了“PA6/PE共混海岛法超细纤维及人造麂皮的系列化产品开发和产业化”关键技术，由她作为第一发明人的人造麂皮技术打破了国外垄断，取得自主知识产权，填补了我国该项技术与产品的空白，实现了产业化发展。公开数据显示，该技术自产业化以来为企业新增产值约60.37亿元，利税8.76亿元，创外汇2.17亿美元。

“我们的产品比日本垄断企业性能更高、成本更低，十多年来一直不落下风，而且在不断改进提升，比如把后期染色改为在生产过程中直接实现原液着色，更加环保；再如使用直接制孔法，控制气孔直径，以提高防水透湿性能……”王锐骄傲地说，如今国外大牌也在购买中国的产品。

优质国产弹性纤维面料走入百姓家

加上人造麂皮，王锐获得过两项国家科技进步二等奖，另一项是她带领团队和企业开发研制的多功能聚酯及弹性纤维。

无弹不成布，有弹性的面料会让穿着的人更有舒适感。尤其是近年来，国际国内的棉花产量都在下降。“天然纤维是不够用的，整个纺织纤维市场中化学纤维占比80%，天然纤维只有20%。”王锐的工作就是在纺织面料的纤维层面下工夫，往纤维中加入功能成分，使得最终纺织成型的面料拥有弹力、吸湿、速干、抗紫外线等多种功能。

此前多功能的聚酯弹性纤维原料一度被美国杜邦和壳牌两大巨头所垄断。两大巨头有一部分代工厂在中国，他们拿来原料让代工厂加工，生产出来的面料产品再返还他们手中，而中国需要这样的面料产品还要向他们进口。国内也有弹性纤维，但受工艺限制功能较为单一，难以添加多个功能成分。这种局面让王锐内心备受煎熬。

针对PTT聚合关键技术被两大跨国公司垄断、原料长期依赖进口、传统聚酯（PET）同质同构严重且功能单一等现状，王锐带领团队与盛虹控股集团等企业合作，攻克PTT及多功能PET聚合及其纤维制造关键技术，助力企业建成投产年产3万吨PTT聚合生产线、年产25万吨全消光MFPET熔体直纺生产线，以及年产5万吨PTT/MFPET双组分多功能纤维生产线，实现了复合功能纤维从聚合物源头到终端产品的国产化。这一技术自投产以来新增产值432.21亿元，利税21.65亿元，并且很快出口，实现创汇3895.32万美元，目前国际市场占有率第一，为我国聚酯产业结构调整、产品升级换代和技术进步起到了引领示范作用。

“百姓对服装面料的舒适性需求是无止境的。”让王锐最有成就感的，除了国内外同行和企业的认可，更是让普通百姓都能穿得起触感、亲肤性、热湿舒适性、轻暖性都好的面料服装。

阻燃面料研发国际领跑

如果说在超细纤维人造麂皮、复合功能弹性纤维领域，我国纺织材料行业是在努力跟跑，那么在阻燃面料领域，我国已经算领跑者了。北京青年报记者了解到，包括王锐教授在内的国内多个研发团队正在积极研发多种阻燃面料。

去年底，由北京服装学院牵头承担的国家重点研发计划项目“高品质阻燃纤维及制品关键技术”顺利通过科技部绩效评价。该项目由王锐牵头，四川大学、北服、东华大学、天津工业大学及军事科学院系统工程研究院军需工程技术研究所共同参与。该项目研究了纤维材料的阻燃、抗熔滴和抑烟机理，开展高品质阻燃剂、阻燃聚酯、阻燃聚酰胺、阻燃再生纤维素纤维及其纺织品制备关键技术攻关和生产示范线建设，实现了高品质阻燃纤维及其制品的规模化制备。项目共申请发明专利50件，其中王锐团队的“长效环保阻燃聚酯纤维及制品关键技术”成果经鉴定，被认定为“总体技术达到国际先进水平，高磷含量、耐热、抗熔滴及抑烟阻燃聚酯技术属国际领先水平”。

别以为阻燃技术及面料只在军事、消防领域有用，飞机、宾馆的窗帘和地毯等用品都需要阻燃功能。这些用品传统上多使用涤纶面料，一旦燃烧火势蔓延速度很快，而且发烟量也特别大，还容易产生融滴烫伤皮肤。因此王锐把突破重点放在熔纺聚酯纤维的耐久阻燃、协效抗熔滴及抑烟机理等方面，通过阻燃技术创新，让最终的涤纶面料遇火只是边缘烧焦，离火自熄，不会产生大量的烟，也没有熔滴的滴落。目前此类产品也开始实现量产并出口创汇。

“我希望未来阻燃涤纶面料还能实现循环再利用，以最少的阻燃组分实现最佳效果。”王锐向北青报记者介绍她接下来的研发方向。供图/北京服装学院

延伸

新型服装材料的三个创新应用场景

应用场景一

一线民警穿上石墨烯发热马甲

2022年11月12日，北京大风降温。中关村房山园紧急为区内12个检查站/派出所的一线民警派发了500件园区内企业自主研发的石墨烯发热马甲。这些发热马甲的技术原理，其实和去年初北京冬奥会上颁奖礼仪志愿者穿着的轻盈而保暖的服装一样，是利用了石墨烯材料的保暖性能，而园区内的这家企业正是为冬奥会研究制定“低温环境石墨烯智能发热产品及热力保障应用”方案的北京创新爱尚家科技股份有限公司（以下简称“爱家科技”）。

冬奥会运动场馆的温度最低可以达到零下30多摄氏度。在如此冷的环境中，颁奖礼仪服装看起来并不厚重，靠的就是里面一层薄薄的黑色材料——石墨烯来为穿着的人保暖。石墨烯是目前世界上导热系数最高的材料，在通电的情况下碳分子团之间相互摩擦、碰撞而产生热能，从而将电能高效转化为热能，热能又通过远红外线以平面方式均匀地辐射出来，能很好地被人体接收。

冬奥会后，石墨烯技术的应用进入了一个快速发展的阶段。爱家科技制作添加了石墨烯的衣服内胆，只要按下开关，衣服就可以进行加热，将温度从零下十几摄氏度上升到体感舒适温度。

除了一线警察，去年冬天，燕山石化炼油厂的一线工作人员也穿戴上了爱家科技研发生产的保暖马甲、手套等。这些巡线工人不仅需要长时间在户外步行巡视，而且基于石化管道特殊的作业环境，工作服不能产生任何静电，并有防爆要求。因此给他们设计的石墨烯保暖服装还要添加防静电、防爆认证的材料。第一次穿着保暖马甲完成一班巡视的工程师小赵评价说：“发热马甲护住了前胸后背，而且相比棉服减少了双臂的束缚，外操的工作过程更轻便了。”他还建议在工作用发热马甲上多添口袋，方便放对讲机、巡检仪、笔等外操需要携带的物品。

应用场景二

户外作业人员盛夏穿上“降温液冷服”

很多人不知道，石墨烯材料不仅能保暖，也能“保凉”。去年盛夏，房山区、朝阳区等多地的一线医护人员就穿上了爱家科技的“防暑马甲”。

“在衣服里加入冰块，倒瓶水进去，打开就可以进行水循环。背心里有水路，可以迅速将温度降下来，一下子就凉快了。”房山区燕山医院一线医护人员向北京青年报记者演示了“石墨烯抗菌降温液冷服”的使用方法和原理。去天6月入夏后，他们经常要在户外工作，而落户在中关村房山园石化新材料产业基地的爱家科技生产的“防暑马甲”，能让他们在烈日高温下也能享受清凉。

据爱家科技董事长陈利军介绍，他们对石墨烯保暖的技术进行改进，将手机散热的技术应用进来，利用石墨烯的抗菌性、散热性，再结合液冷原理，制作了石墨烯抗菌降温液冷服，特别适合服务于夏季户外工作者。北青报记者在体验液冷服时发现，夏季正常在30摄氏度以上的体表温度，在穿上液冷服不到1分钟时间，就已经降至22摄氏度左右。

一位燕山医院一线医护人员告诉记者，去年6月份入夏时，他们已经使用这款液冷服一个多月了。“在里面放上冰块，倒点水，插上充电宝就可以使用，十分方便。一次大概可以持续制冷2个多小时。我们通常每班工作2个小时后休息，因此刚好适合我们这样的岗位。即便室外是35摄氏度的高温，也不用担心会中暑了。”

应用场景三

“跌倒髋骨防护服装”受到老年人欢迎

去年以来，清华大学周边养老院、央广购物平台等平台开始出售一种面向老年人的“防摔马甲”，颇受市场欢迎。这是北京服装学院服装科技研究院院长、国家冬季运动服装装备研发中心主任刘莉教授，携手中国航天科技集团公司第四研究院第42研究所，设计研发的老年人摔倒防护智能服装，通过弹出气囊为老年人健康护航。

老年人由于骨质疏松、股骨颈脆弱和外髋部肌肉萎缩等原因，跌倒后比较容易发生髋骨骨折。而有统计数据显示，老年人一旦发生髋骨骨折，一年后生存率只有50%左右。因此，刘莉教授和航天专家合作，把老年人防摔倒智能服装的方向锁定在“髋骨防护”方向。航天专家负责气囊弹出算法，刘莉教授的团队则负责做整体的服装功能性设计，让它更便利，设计更成熟。这款“老年跌倒髋骨防护服装”设计成马甲的样式，分秋冬季、夏季和运动型三款，主要面向50-80岁中老年人群。马甲内一体集成了气囊组件、跌倒预识别模块、气体发生器模块，三大组件均可便捷拆卸，多次使用，可以预识别老年人日常生活中的被动跌倒情况，并快速、安全地展开一体式气囊，保护人体髋骨部位。

一位购买了“防摔马甲”的消费者告诉北青报记者，他本人曾经是一名骨科大夫，深知老年人发生髋骨骨折后有多危险和痛苦，因此这款“老年跌倒髋骨防护服装”一上市，他就为自己已经八十高龄但仍喜欢出门遛弯儿的父母各买了一套，叮嘱他们在家、出门都要穿。“其实德国也有类似的产品，但国内难买到，而且价格非常贵，咱们国产的防摔马甲很好地填补了这块空白。”他说。

本版文/本报记者雷嘉

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