作者:袁一雪 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2016/9/6 17:04:44
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纤维材料:“无孔不入”走近你我

 

 

“你看,这是我从国外带回来的刷碗巾,真的很好用。”凌小姐向同事展示她在国外旅游时购买的物品。就在她的办公室里,也有几位女同事都不顾背包的负重,千里迢迢地从国外带回来厨房使用的清洁巾。“别看东西不大,但却让厨房焕然一新”。

这些清洁巾虽然产地各不相同,但是成分均以纤维为主,竹纤维、碳纤维、海藻纤维……这些新奇的材料正在走近人们的生活。

神奇的纤维

其实,不仅仅是清洁用品,人们的衣物也在这几年发生了翻天覆地的变化。

8年前,青岛大学就自主研发了海藻纤维的衣物。这种由海藻提取的纤维编织的衣物,具有良好的阻燃性,而且还具有止血抗菌、抗电磁辐射、可降解、纯天然等优点。参与开发的研究人员在接受采访时表示,海藻纤维里存在大量的金属离子,因此具有良好的阻燃性。

而在“清洁界”随处可见的竹纤维,则是提取了竹子的纤维制成,不仅制作材料绿色环保,而且具备强力去污、超强吸水、经久耐用、永不沾油的特性。

而这两者只是纤维家族中的众多成员之一。

据了解,按照相关分类,纤维可分为天然纤维和化学纤维,其中,天然纤维是自然界存在的,可以直接取得纤维,包括植物纤维、动物纤维和矿物纤维三类。而化学纤维则是经过化学处理加工而制成的纤维,包括人造纤维,合成纤维和无机纤维。

纤维家族庞大,应用的领域也各不相共同,其中人们最熟悉的自然是日常用品。“今年奥运会上,各国运动健儿穿的运动服都是纤维材料制成的。”上海东华大学材料学与工程学学院副院长、重点实验室副主任王华平告诉《中国科学报》记者。我国运动员身着的“龙服”亦是如此。这套“龙服”本身采用特殊的拒水工艺,既透气又可以抵御里约当季的雨水,衣服内层经过木糖醇凉感加工,即便身处热辣的巴西,也能感受到清清爽爽。

韩国奥运会代表队的队服中则针对巴西境内令人闻风丧胆的寨卡病毒做了防范,添加了驱蚊剂,可以实现抵御蚊虫叮咬。美国人则考虑到了巴西水污染的问题,专门为奥运赛艇队的队员们设计了抗菌的竞赛服,以此抵御被污染的竞赛水域中的潜在威胁,并具有良好的排汗性能。

此外,喜欢创意的美国人还利用3D打印技术为美国短跑运动员Allyson Felix打造了一双纤维“战靴”,结合了鞋类结构强度、平衡性与美感。

虽然纤维材料在此次奥运会中亮点频频,但这些应用在王华平眼中,却只是纤维应用中的冰山一角。

由小见大

“纤维材料在服装中的应用并不鲜见,它们还可以应用到更广阔的范围。”王华平表示,近几年,纤维材料的发展有了质的飞跃。

比如纤维的抗菌功能为例。以前人们看到抗菌两个字,脑海中自然而然的反应就是抵抗有害细菌。但殊不知,当时的抗菌材料并不能分清“敌我”,还会误伤有益的细菌。

“这两年国内外都在提微生物,所以材料科学对此也进行了改良。”王华平说,为了不让有益细菌被合成纤维“误伤”,现在的抗菌纤维材料做到了在保护益生菌环境的同时,还能抑制有害菌生长。

比如,为纤维材料做有硅季胺盐抗菌整理。作为化学成分,季胺盐是阳离子表面活性剂,能吸附带有负电荷的细菌,显示出有效的抗菌能力,也具有一定的耐久性。当向季胺盐中引入有机硅,让两者结合,就不仅能改善抗菌剂与纤维材料的结合能力使之耐洗,还能防止抗菌剂脱落杀死皮肤表面的微生物,保护有益细菌,因而安全性良好。

当然,抗菌也只是纤维材料众多功能中的一个。

“像碳纤维,就是汽车车体轻量化中重要的材料。而智能穿戴设备中检测健康的功能也是通过纤维材料传导到手机中,再通过手机App发送给医生。”王华平介绍说。

产业发展势在必得

今年4月,美国国防部长宣布成立美国国家制造创新网络中的第八家制造创新机构——革命性纤维与织物制造创新机构,提供超过3亿美元的公私合作资金,开发面向未来的纤维和织物,助力美国纺织品制造业的加速复苏。该机构由国防部牵头组建,麻省理工学院(MIT)负责管理,包括了89家工业界、学术界和非盈利组织成员。早在去年竞标时,就有媒体报道革命性纤维与织物制造创新机构将确保美国在这一领域的世界领导地位。

法国政府更是从1982年就成立了由产业界、高等院校以及政府部门三方面组成的特别委员会,着手对新材料领域进行调研和现状分析,提出了发展新材料的计划草案,确定了具体的对策措施。

“随着人们对自然纤维材料的开发,合成纤维也在逐步发展。近几年越来越受到关注的石墨烯也是纤维的一种。”王华平继续介绍道。正是由于石墨烯的出现,人们的内衣才被不断地更新换代。将石墨烯应用到服装中,它在通电后生成大量的红外线辐射,波长与人体接近,加速血液循环,使用中人们可以享受到阳光般的温暖。

“合成纤维就是平台,将各种纤维的优势拿来,在应用到航空航天、医疗护理、交通、建筑、服饰等领域中。”王华平认为,不久的将来,纤维将作为一种先进的材料出现在各行各业,所以国家也应该对其进行战略性思考。

 
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