为全面了解人工智能技术在纺织工业的发展及应用情况,探究未来智能化发展的任务与目标,基于国内外纺织工业在数字化、网络化、智能化领域的最新发展现状,结合纺织行业的相关需求,分析了当前面临的技术挑战,总结了工业大数据、数字孪生、工业机器人、机器视觉和智能排产调度等当前纺织行业亟需的关键技术;介绍了全流程智能纺织生产线、纺织装备智能运维、纺织品智能检测等典型应用案例和生产模式。最后,总结了我国纺织工业智能化发展进程中仍待突破的核心技术及产业生态的发展方向,提出了发展新一代纺织智能制造系统,打造全产业链协同的纺织智能生态的两点思考与展望,为我国纺织工业智能化发展提供案例参考与技术指引。
为促进印染工业向高质低耗方向发展,对近年来国内外活性和分散染料染色的技术发展和研究工作进行了综述。从少盐/无盐染色技术、低给液高固色率染色技术、少水/非水介质染色技术、针织物平幅连续浸轧染色技术4个方面详细介绍了活性染料染色技术的发展现状,从碱性染色技术、液体纳米分散染料染色技术、免水洗连续染色技术、非水介质染色技术4个方面阐述了分散染料的研究进展,着重分析了这些技术的优势、存在缺陷和未来发展方向。分析认为,2种染料染色技术的发展主要关注减少化学品的使用和污水排放、提高染料利用率以及提高染色生产效率,着力促使印染工业向绿色、低耗和可持续发展方向迈进。
为优化夏季用轻薄但效应单一的平针结构针织物的热湿调节功能,采用不同粗细的涤纶与氨纶搭配,通过原料细度、织物密度以及孔隙率调节,设计开发9种变化孔隙的单面纬编结构织物。研究原料、织物结构和孔隙对织物透气、吸湿等热湿舒适性能的影响。结果表明,孔隙特征与织物透气导湿性能呈现明显关联。织物体积质量在200~400 kg/m3之间,体积质量越小,透气率越高。在机型原料相同的情况下,局部使用细纱会使织物表面孔隙占比上升,织物组织结构影响平均孔径,孔径最大可以达到105 μm。在织物组织结构相同的情况下,织物平均孔径与单向水分传递指数和透湿率均呈现正相关;织物水分蒸发速率与织物体积质量和表面孔隙率也呈现正相关性。模糊综合评价的结果表明,对于单面添纱织物来说,添加氨纶虽然能增强单向导湿性能,但氨纶收缩织物孔隙,增加厚重,使透气效果降低,故在原料不含氨纶且织物表面孔隙率较高的情况下,织物的透气导湿性能最优。
为促进智能可穿戴产品技术更好地应用于老年人群,综述了近些年国内外适老化智能可穿戴研究现状。首先从人体层概述了老年群体在生理、心理和社会属性3个维度的特征变化;然后分析总结适合老年人群智能可穿戴设备的传感器、材料、形态、结构、交互方式、功能算法和评估方法七大相关开发技术;进而梳理了适老化智能可穿戴设备的生理系统、神经系统、运动系统、情绪系统和空间移动系统五大功能系统,并进一步依据产业生态层中6个相关产业的发展现状,讨论了当前适老化智能可穿戴产品的设计范式;最后厘清了智能可穿戴设备未来在适老化研究发展中需要解决的4个问题及相关展望。
为深入探究新型真菌材料在可降解性、生物相容性、耐用性、隔音性等方面的应用研究,促进真菌复合材料的发展,对目前国内外大型真菌及菌丝体复合材料的研究现状进行了综述。首先,从材料角度出发,对平菇、金针菇、灵芝等大型真菌的主要结构、组成成分、活性物质和应用价值等内容进行了分类介绍,对比分析了固态发酵和液态发酵方式对真菌材料及其加工性能的影响。其次,综合分析了国内外有关纯菌丝体材料和菌丝体复合材料的研究进展,详细介绍了菌丝体复合材料在隔音材料、建筑板材、包装材料、纺织皮革以及医用敷料等方面的研究成果。最后,对真菌材料存在的生产污染、致病性、使用寿命等问题以及未来发展方向进行了分析与展望,希望为真菌复合材料的快速发展提供有益借鉴。
为提升丝素蛋白(SF)气凝胶力学弹性,以SF微-纳米纤维(SMNF)为前驱体,通过冷冻干燥和硅烷改性策略成功构筑了超疏水高弹性SMNF气凝胶(简称MS气凝胶),并对其微观结构和力学性能进行测试表征,系统研究了MS气凝胶的吸油性能。结果表明:MS气凝胶的网络骨架由微-纳米纤维组装而成,并具有分级多孔的胞腔结构,这赋予气凝胶超低的密度(5.36 mg/cm3)和超高的孔隙率(99.63%);此外,MS气凝胶还表现出优异的力学性能,在80%纵向压缩应变下的最大应力为15.72 kPa,100次循环压缩后气凝胶保留了81%以上的初始相对高度。能量色散光谱和红外光谱分析证实:硅烷改性后气凝胶的表面形成了硅氧烷网络结构,使其具有超疏水特征(水接触角为150.9°);MS气凝胶对氯仿的吸收能力为188.75 g/g,并具有优良的循环使用性能。
为进一步提升丝素基纤维膜的抗菌性能,以六氟异丙醇和三氟乙酸为溶剂分别溶解丝素蛋白和壳聚糖,制备一定质量比的混合纺丝溶液,然后利用静电纺丝技术制备丝素蛋白/壳聚糖(SF/CS)复合纤维膜。对不同质量比下复合纤维膜的微观形貌、吸水率、止血性能和抗菌性能进行测试与分析。结果表明:SF/CS复合纤维膜中纤维呈光滑致密、无串珠的网状结构;随着壳聚糖添加量的增加,复合纤维膜的抗菌性呈显著增强趋势,当丝素蛋白与壳聚糖质量比为5∶2时,复合纤维膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径分别为(11.88±0.04)和(15.34±0.04) mm,抑菌率分别达到(73.93±0.85)%和(93.27±0.97)%;同时,在该条件下制备的复合纤维膜具有较高的吸水率((967.59±9.76)%),止血性能优于市售止血纱布。
为实现涤纶/棉混纺织物的少水无盐、污水零排放染色关键技术,基于前期开发适用于非水介质中对涤纶的上染率较高的偶氮染料以及传统水浴常用的蒽醌和杂环染料,探究了非水介质染色体系中,分散染料结构、染色温度、促染剂、保温时间、分散剂对分散染料沾染棉纤维的影响及作用机制,并使用相对沾色率对分散染料在涤、棉上的分配进行表征。结果表明,在非水介质染色体系中,实验所用的蒽醌类分散染料对涤纶组分的上染率仅有12%,并不适用于该体系中对涤纶/棉混纺织物染色;而选用的偶氮类和杂环类分散染料对涤纶组分上染率在80%以上;非水介质染色体系中,加入极性小分子促进剂,不仅能够改善涤纶组分的溶胀,且借助分子的强极性降低分散染料在非水介质中的溶解度,提高分散染料对涤纶组分的上染率,从而降低分散染料对棉组分的沾色;染色过程中加入分散剂NNO,不仅不能提升分散染料的染色性能,反而影响其沾色率。根据分散染料对涤纶的上染率及相对沾色率,得出分散染料的最佳染色条件为:温度140 ℃、促染剂含量10% (o.w.f)、保温时间60 min。
为推动芳纶纳米纤维气凝胶从实验室走向实际应用,系统介绍了芳纶纳米纤维气凝胶国内外研究现状。首先分析了气凝胶领域面临的主要困难,阐述了芳纶纳米纤维气凝胶开发的重要意义;随后介绍了构筑单元芳纶纳米纤维的制备方法及其流变学行为,为后续芳纶气凝胶材料的制备提供参考;最后重点综述了芳纶气凝胶纤维、芳纶气凝胶薄膜以及3D打印芳纶气凝胶的制备、性能及应用等研究现状,总结了制备过程中一系列新型溶胶-凝胶转变原理,概述了芳纶气凝胶材料性能提升的策略以及在热管理、智能防护和分离过滤等新兴领域中的应用前景。分析认为,芳纶纳米纤维气凝胶发展仍处于初期阶段,优化芳纶纳米纤维气凝胶制备技术、进一步提升其性能仍将是研究的热点与重点。
可吸收手术缝合线是当今国际生物医用纺织领域的研究热点之一。为了掌握可吸收手术缝合线的创新方向以及临床和产业化需求提升我国可吸收手术缝合线的自主知识产权;首先介绍了可吸收缝合线的发展历程以及性能要求;其次列举了羊肠线、胶原线、甲壳质和海藻酸盐4种天然材料在天然可吸收缝合线方面的应用并总结分析最新国内外相关研究;然后综述了聚乳酸、聚乙醇酸、聚己内酯和聚乙烯醇4类合成高分子材料在可吸收缝合线方面的应用并总结分析国内外最新相关研究;系统对比了各种制备原料开发可吸收手术缝合线的优缺点,并侧重分析了可吸收手术缝合线的力学性能、降解性能以及附加抗菌性能3个重要指标。分析认为:目前市面上的可吸收手术缝合线仍以国外进口为主导,我国对于可吸收手术缝合线的开发仍处于实验室阶段,较少能够投入市场以及临床应用,另外,对用天然材料开发的可吸收手术缝合线研究甚少。同时,提出各类材料作为可吸收手术缝合线的优缺点,为新型可吸收手术缝合线的开发提供参考。
为进一步提升取向纳米纤维膜在纺织生物医学领域的应用潜力,以再生丝素蛋白(RSF)和聚乙烯醇(PVA)为原料,通过静电纺丝制备取向纳米纤维膜。通过单因子及正交试验确定最优纺丝参数,并对取向纳米纤维膜的形貌、化学结构、力学性能、热稳定性能等进行研究。结果表明:静电纺丝最优纺丝参数为选甲酸为溶剂,滚筒转速2 400 r/min,纺丝液质量浓度0.16 g/mL,纺丝电压23 kV,出液速度0.6 mL/h,接收距离17 cm;RSF与PVA之间存在一定相互作用,使RSF中部分无规结构向α螺旋结构转变;与相同纺丝时间下得到的无取向纳米纤维膜相比,取向纳米纤维膜的特点为断裂强力更高,是无取向纳米纤维膜的2倍以上,孔径更大,集中在0.5 μm附近;取向结构对纳米纤维膜热稳定性基本无影响。
为改善纬编衬衫面料的折皱回复性能,利用温敏型形状记忆氨纶与棉纱设计了平纹、单珠地、双珠地3款面料,并对面料进行3种不同预定形温度处理。分别对形状记忆氨纶的转变温度、形状记忆性进行表征,同时对面料的折皱回复性、形状记忆性、弹性回复性、缩水性进行评价。结果表明,当环境温度达到32.45 ℃及以上时,即人体体温就可触发形状记忆氨纶的形状记忆功能;形状记忆氨纶的使用可改善纬编衬衫面料的折皱回复角与弹性回复率,当形状记忆氨纶含量为8.4%时,折皱回复角与弹性回复率可分别提高20.5%、14.35%。
为进一步提高能源利用率,满足当今社会对可持续能源的迫切需求,首先,列举了相变材料微胶囊的芯材和壁材的分类及其选择原则;其次,分析总结了相变材料微胶囊不同制备技术的国内外最新研究进展,重点对比归纳了物理法、化学法以及物理化学法等制备技术的原理、特点及其适用范围;然后,综述了相变材料微胶囊在纺织、医疗、建筑、能源等领域的应用进展并分析总结国内外最新相关研究;最后,针对相变材料微胶囊在生产制备和实际应用中的关键问题,提出其潜在解决方案和优先发展方向,以推进相变材料微胶囊不断向绿色化、多功能化方向深入发展。
为解决民族特色服饰图案高开发需求与传统设计方法不匹配问题,以维吾尔族艾德莱斯图案为例,提出图案创新设计方法。通过实地考察、文献研读等方式,挖掘艾德莱斯图案背后蕴藏的历史文化内涵并进行分类。提炼其线稿并对元素进行拆解与重组,得到新图案单元。运用居里叶分形理论、计算机算法辅助图案创作,提出艾德莱斯裙装分形图案设计模型。通过新建集合、调节指数、代入公式、叠加算法、添加代表性色彩与图案、分形渲染等步骤完成9组图案设计。从色彩特征、元素特征、结构特征与文化意蕴4个维度对图案进行模糊综合评价,并在Style 3D软件平台上进行艾德莱斯裙装建模以验证其可行性。结果表明,基于居里叶分形理论的艾德莱斯图案设计模型具有较好的实践应用价值,可为其它民族图案的传承与创新提供研究思路与方法参考。由该方法创作出的艾德莱斯裙装图案能够兼具时尚艺术特色与民族文化底蕴。
针对当前无氟防水剂整理织物耐久性不佳的问题,引入低表面能聚硅氧烷链段和长碳链十六烷基,并通过对硅溶胶乳液进行氨基改性以提高有机硅改性聚氨酯有机组分和十六烷基改性硅溶胶无机组分的界面作用,制备了一种耐久型水性杂化无氟防水剂,并将其应用于涤纶/棉织物的防水整理。研究了防水剂的硅溶胶组分中氨基硅烷偶联剂质量分数、焙烘温度等因素对织物防水性能及防水耐久性能的影响,考察了防水整理织物的表面形貌及对不同液体的防水效果。结果表明:当γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)质量分数为1.5%,焙烘温度为160 ℃时,防水剂可在涤纶/棉织物表面形成微纳米尺寸的粗糙结构的拒水膜,水接触角可达131.8°;经20次标准洗涤后,织物的水接触角仍可维持在129°,表现出良好的耐水洗性能。
为进一步深入研究静电纺丝技术及纳米纤维结构设计,达到实现纤维纳米尺度的导向性结构控制,有效提高纳米纤维的比表面积、力学性能及形貌均一有序性的目标。简要介绍了静电纺丝技术在纺丝效率不断提高的同时逐渐发展出同轴共纺、偏轴共纺、并轴共纺、共轭电纺等纺丝方法,综述了基于实心纳米纤维、多孔纳米纤维、中空纳米纤维、纳米电缆及Janus纳米纤维等不同纳米纤维的结构特点、制备方法及纺丝机制,分析了静电纺丝技术在不同结构纳米纤维的制备方法、形成机制及结构调控等方面的研究进展及成果,并进一步表明静电纺丝技术在实现纳米尺度导向性结构控制方面具有广泛的应用潜力。认为纤维从简单的光滑细丝状逐渐向形貌多样化、结构多级化发展,应用领域从单一功能向多功能及多功能协调领域发展。
针对传统印染行业高能耗、高污染的问题,急需革新染色技术,开发具有更加高效、节能和环保的染色新方法。结构色因其色彩饱和度高、色彩长期稳定且对环境友好而受到了越来越多的关注,并取得了极大进展,尤其是在纺织印染领域。首先分析了结构色的形成原理,系统总结了结构色材料的制备新技术,包括刮涂法/喷涂法、垂直沉积法、重力沉降法、浸渍提拉法、层层自组装法、电泳沉积法、静电纺丝法、磁控溅射法、原子层沉积法等,并比较了各种技术的优劣。在此基础上,进一步探讨了结构色在纺织领域中的多维应用,指出了结构色所面临的挑战,并从仿生自然发展新型结构色材料、提高结构色色彩丰富度及力学稳定性、突破结构色规模化制备技术、完善结构色产品生态等4个方面展望了结构色的未来发展方向,以期推动结构色跨越式发展,助力 “碳达峰,碳中和”国家战略。
为促进纳米纤维基表面增强拉曼光谱(SERS)传感器在生物医用领域的开发及应用,介绍了纳米纤维基SERS基底的组成与性能评价指标,纳米纤维基底的构建方法及其性能影响因素。通过总结纳米纤维基SERS基底的构建方法,阐述了纳米纤维与等离子体材料原位组装和后组装的2种策略,进一步探究了纳米纤维种类及其形貌等对柔性SERS传感性能的影响机制。最后展示了纳米纤维基SERS基底在生物医用领域的应用,根据生物医用领域SERS传感器的性能要求对其未来发展趋势进行展望,以期为制备高性能的纳米纤维基柔性SERS基底及拓宽其实际应用提供一定参考。
针对热致变色柔性温度传感器制备工艺复杂、拉伸性不足、多色彩协同调控困难等问题,通过溶液法将2种具有不同变色效果的热致变色微胶囊与热塑性弹性体苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)混合,制得纺丝液,再采用溶液吹纺技术制备出3种颜色分段响应的柔性可拉伸热致变色纤维膜。对热致变色纤维膜的微观结构进行测试表征,分析热致变色微胶囊质量分数对其力学性能的影响规律,研究热致变色微胶囊质量分数为30%的纤维膜在不同温度下的变色光谱特性和时间响应性能,并探究其疏水性和透湿性。结果表明:所制备的热致变色纤维膜在低于22 ℃时呈现蓝色,在22~35 ℃区间呈现白色,在高于35 ℃时转变为粉红色;该纤维膜具有良好的力学性能,断裂伸长率最高可达611%;同时,其还具备良好的疏水性,经10 min水浸润后,接触角仍大于120°。基于上述特性构建的柔性可穿戴温度传感器,实现了对环境温度的无源可视化监测,在柔性温度传感领域展现出广阔的应用前景。
为开发用于监测伤口感染问题的纳米纤维材料,以植物染料苏木为指示剂,壳聚糖、鱼胶蛋白为载体原料,利用静电纺丝技术制备了比色传感纳米纤维膜,并对静电纺丝参数进行优化,借助扫描电子显微镜、差示扫描量热仪和X射线衍射仪对纳米纤维膜的微观形貌进行表征,在不同pH值条件下对其变色情况进行探究。结果表明:壳聚糖与鱼胶蛋白质量比为1:1,纺丝电压为12 kV,推进速度为1.5 mL/h,接收距离为20 cm时,制备的纳米纤维膜质量较好,其纤维平均直径为246.2 nm,直径CV值为29.54%;当pH值从5变至7时,比色传感纳米纤维膜的颜色由黄色变为紫色,其变色域与皮肤发炎时渗出液pH值变化一致,符合伤口监测的要求。
针对涤纶/棉混纺织物的易燃问题,采用植酸(PA)和壳聚糖(CS)构成膨胀阻燃体系,通过浸渍烘焙法对涤纶/棉混纺织物进行阻燃整理,并对整理前后织物的化学结构、表面形貌、热稳定性、燃烧行为、力学性能及耐水洗性等进行探究。通过工艺调控与优化,获得最佳阻燃整理工艺:烘焙温度160 ℃,烘焙时间120 s,CS质量浓度30 g/L, PA质量浓度400 g/L。经过阻燃整理后,所得涤纶/棉混纺织物的极限氧指数值由17.8%上升到28.7%,达到难燃级别;热重结果表明,相较于原涤纶/棉混纺织物,阻燃涤纶/棉混纺织物的分解速率下降,高温热稳定性显著提高,在氮气气氛下,800 ℃时残炭率提高到25%以上;阻燃涤纶/棉混纺织物的最大热释放速率由原涤纶/棉混纺织物的145.86 kW/m2下降到96.96 kW/m2,总热释放量由原涤纶/棉混纺织物的2.75 MJ/m2下降到2.06 MJ/m2; PA和CS在织物表面构成膨胀阻燃涂层,显著提高了织物的阻燃性能。
为拓展和促进丝素蛋白材料在骨再生领域中的应用,综述了近年来丝素蛋白骨修复材料的研究进展,简要概括了丝素蛋白骨修复材料的种类和制备方法,重点阐述了丝素蛋白骨修复材料的仿生设计以及力学性能和成骨性能的调控方法。分析发现:丝素蛋白基薄膜、水凝胶和多孔支架均能诱导骨再生;调控分子量、β-折叠结构或形成定向通道可有效提高材料的力学性能;与羟基磷灰石复合不仅能提高力学性能还可促进成骨分化;同时,负载细胞或生长因子可显著增加新生骨的体积,进而修复大尺寸骨缺损。最后,总结使用丝素蛋白修复骨缺损存在的问题,并指出丝素蛋白支架的仿生设计以及保持生长因子或种子细胞的活性仍是未来研究中考虑的重点。
为进一步研究用于柔性智能可穿戴装置的低电阻、多功能、耐用时间长、安全性能好的导电纱线材料,以纱线为研究对象,综述了近年来利用纺纱技术、涂覆技术、涂覆与纺纱相结合技术、静电纺丝辅助技术等制备导电纱线材料的方法,分析了相关制备方法的优点与存在的不足,阐述了导电纱线材料在电磁防护、传感器件、储能器件、信号传输、电加热等柔性智能可穿戴器件中的应用。最后,结合导电纱线加工简便、量产化以及生命周期中的性能稳定性与环境安全性,提出了在不同应用领域导电纱线材料主要性能的改进方向,并展望了导电纱线材料未来的研究与发展趋势。
为实现单独个体热舒适及需求的实时预测,推动智能服装对衣下微气候进行高效调控,在介绍机器学习算法建立的个体热舒适模型框架的基础上,从样本来源与样本量、输出特征与输出标签、机器学习算法、评估指标4个角度,回顾了模型搭建过程中影响其预测能力的因素,指出该类模型优于传统热舒适模型,且具有用户个性化、输入参数多维化、预测动态化的特点。最后,提出可在个体热舒适模型的基础上配置可穿戴硬件及软件系统,以研发智能调温服装。未来的研究应根据应用环境选择样本数据、提取不同性质的参数构建模型、制定模型性能评估的规范、探索模型在智能调温服装领域的应用。
针对国内外纺纱企业在喷气涡流纺纱机的应用与相关技术的研发情况及其所存在的问题,综述了喷气涡流纺纱机及其关键技术的研究进展,介绍了喷气涡流纺纱机的历史发展及其纺纱系统关键技术,详细分析了喷气涡流纺纱机的导棉喂入、牵伸和输送机构,成纱器,纱线卷绕(横动)、卷装机构等零部件的特征与发展趋势。分析认为:喷气涡流纺纱技术的研究多集中在对现有规模化生产机器的喷气涡流成纱器的结构改进、工作机制探讨上,成果较多且较为成熟,但创新技术不突出;在构建新型成纱器的内部型腔结构和产生更理想的涡流形态上有望进一步突破,以提高喷气涡流纺纱的性能,满足多功能纱线的生产和扩大纺纱应用范围;同时科技进步也使更多智能控制系统的电子清纱器、异纤控制、短线诊断、可视化等技术在纺纱工序中有了应用和发展。
为推进智能可穿戴纺织品的研发和应用,基于纺织基应变传感器的研究现状,从纤维、纱线、织物3个结构尺度介绍了柔性应变传感器的设计思路和制备方法。概述了纺丝法、表面涂层和炭化改性制备纤维基应变传感器的关键问题及优缺点,总结了螺旋纱、皮芯结构复合纱等特殊纱线结构在应变传感器中的应用,对比了不同织物结构作为应变传感器基材的传感机制和性能特征。最后讨论了纺织基柔性应变传感器发展过程存在的问题和挑战:通过纺织结构设计实现传感器高灵敏度和大应变范围的要求;建立多尺度结构与传感性能之间的理论关系,充分发挥纺织材料的结构和性能优势;进一步推动纺织基应变传感器在可穿戴电子领域的实际应用。
针对液体分散染料明显区别于粉状分散染料的应用性能和生态环保性,简述了液体分散染料发展历程和染料研磨技术要点,从染料应用性能方面评述了液体分散染料的质量控制因素及分析了已建立的液体分散染料稳定性快速评价指标的合理性,阐述了液体分散染料替代粉状分散染料的应用进展及连续热熔染色的新用途和需要解决的新问题。指出:液体分散染料应建立区别于粉状分散染料的稳定性和应用性能相协调的评价指标及质量标准;染色中选择较小的轧槽容积和均匀轧车以及增加轧前的喷淋装置都有利于染料对织物的渗透和织物着色均匀性;同时,研究集染色和功能性于一浴的功能液体分散染料,将是一种可从源头满足印染行业的重大节能减排技术需求。
为提升传统纹样创新设计效率,提出了一种参数化解构和再生设计方法。以八达晕纹样为例,在解读其艺术价值和形态结构的基础上,将其划分为填充、装饰、骨架3类元素,分别拆解为基本图元;各图元参数量化后,构建形态拟合公式,利用Rhino软件建立基础纹样模型;此基础上,通过调整不同参数,生成不同形制的纹样。并进一步,对生成纹样内部区域进行自动赋色。结果表明,基于八达晕纹样的参数化图案设计模型可衍化出不同风格效果的近似纹样,拓展纹样生成的丰富性;相较于传统设计方法,该方法实现由线稿、结构、赋色的一体化设计,为当代服饰纹样再生方法提供参考。
为获得可见光响应的高效介孔TiO2光催化剂,利用软模板法制备了螺旋堆积的手性介孔TiO2。对比分析了手性介孔TiO2和非手性介孔TiO2的差异。通过自由基捕获实验和电子自旋共振 (ESR) 光谱,结合福井指数(f-)的计算探索了手性介孔TiO2降解罗丹明B(RhB)的机制和路径。结果表明,手性介孔TiO2的螺旋堆积结构引入了更多缺陷,从而其Ti3+和氧空穴的含量都高于非手性介孔TiO2,因此具有更强的可见光响应和降解活性,其对RhB的去除率超过非手性介孔TiO2的4倍;手性介孔TiO2降解有机污染物分子的主要活性物种是光生空穴h+;越容易给出电子的原子位点(即f-值越高)越容易受到h+的攻击发生降解;降解过程中中间产物分析进一步得到了可见光激发手性介孔TiO2降解RhB的主要路径。
为开发功能性含锌和含铜纤维及医用敷料在伤口护理中的应用,介绍了锌离子和铜离子的生物活性及其在伤口愈合过程中的作用,总结了国内外市场上各种含锌和含铜医用敷料及其制备方法,重点介绍了含锌和含铜的海藻酸盐纤维、壳聚糖纤维,以及通过静电纺丝、高分子材料复合加工、纳米技术等先进工艺制备的各种含锌和含铜医用敷料及其释放锌离子和铜离子的性能。指出锌离子和铜离子具有优良的抗菌及促进伤口愈合的功效,含锌和含铜医用敷料通过释放锌离子和铜离子,对创面常见的各种细菌有很强的抑菌作用,在烧伤、下肢溃疡、糖尿病足溃疡、褥疮等伤口护理中有重要的应用价值。
为明确人工饲料饲喂和桑叶饲喂对家蚕蚕丝品质的影响,借助扫描电子显微镜、氨基酸分析仪、电感耦合等离子体发射光谱仪、傅里叶变换红外光谱仪、二维广角X射线衍射仪等,系统性地对2种饲喂方式获得的蚕丝的形态、组成、结构与性能进行分析。结果表明:与桑叶饲喂所获得的蚕丝相比,人工饲料饲喂所获得的蚕丝在外观、蛋白质组分方面无显著差异,而在元素含量、脯氨酸含量、二级结构、结晶度等方面存在差异;大量元素中,除Na和Si外,其余元素在人工饲料饲喂蚕丝中的含量均显著低于桑叶饲喂蚕丝,微量元素Al、Cr、B在人工饲料饲喂蚕丝中含量低于桑叶饲喂蚕丝,而Fe、Mn、Zn、Cu元素的含量反之;脯氨酸在人工饲料饲喂蚕丝中的含量显著高于桑叶饲喂蚕丝;饲料饲喂蚕丝中β转角结构含量大于桑叶饲喂蚕丝,而无规则卷曲结构含量相反,其结晶度也较桑叶饲喂蚕丝的降低5.1%;人工饲料饲喂蚕丝具有更高的平均断裂应变,而桑叶饲喂蚕丝具有更高的断裂强度,但二者差异并不显著;虽然桑叶饲喂蚕丝与人工饲料饲喂蚕丝在部分元素、氨基酸和二级结构上存在一定差异,但反映到蚕丝力学性能上其差异并不显著,说明家蚕蚕丝品质受饲喂方式的影响不显著,人工饲料饲喂具有替代桑叶饲喂家蚕的可能性。
为深入探究影响纳米纤维膜过滤机制以开发和应用高端空气过滤材料,分析了静电纺纳米纤维膜和聚四氟乙烯拉伸膜与非织造布复合的空气过滤材料结构与性能,分别对其形貌、热力学性能、透气性等进行了分析与评价。实验结果表明,过滤材料本身的结构和纤维直径以及表面电势对其过滤性能影响显著,纤维直径越细,膜孔径越小,纤维间的结构会相对紧密,从而导致透气性较差,过滤效率更好。其中表面电势是影响材料过滤效率的主要因素,表面电势越高,过滤效果越好。静电纺锦纶6纳米纤维膜/聚酯纤维非织造布(PA6/PET)复合空气过滤材料表面电势最高,达1.414 kV,其过滤效率最佳,达到99.57 %。PA6/木浆纸复合过滤材料表面电势最小,为0.07 kV,过滤效果仅为22.28 %。
针对当前导湿材料的导湿性能差、穿着不舒适等问题,分别以聚偏氟乙烯(PVDF)和聚丙烯腈(PAN)/SiO2为原料,通过静电纺丝制备疏水层和具有取向结构的亲水层,并探究 PVDF 层厚度对复合纤维膜的孔径、单向导湿指数、透湿透气性能和力学性能的影响。结果表明:随着 PVDF 层纺丝时间的增加,双层纤维膜的孔径逐渐减小,当 PVDF 层的纺丝时间为3 h时,所制备的复合纤维膜的透湿率为8.7 kg/(m2·d),透气率为196.5 mm/s,拉伸断裂强度为1.4 MPa;此外,由于亲水层 PAN/SiO2 纤维高度取向,加快了水分在该层的扩散和蒸发,双层膜可在2 s内由内向外单向传输液体,单向导湿指数高达1 778.2%,具有良好的液体单向传导性能。
为尽早发现、及时干预糖尿病患者足部疾病的发展,提高糖尿病足预防性智能产品预测能力的敏感度和特异度,基于文献回顾,对比了不同类型糖尿病患者与健康人群的足底温度特征差异,分析了糖尿病足的温度预测指标的提取和阈值设置,发现单、双侧足部温度及足部应变温度均能用于预防糖尿病足疾病的发生,但以双足对称点的温差2.2 ℃作为糖尿病足疾病预测阈值应用最广。讨论了基于糖尿病足温度监测需求的智能测温鞋袜产品的设计开发,发现智能袜的研发程度比智能鞋更为成熟,不同产品间温度传感器的数量和放置区域存在差异,其中大拇趾底、第1跖骨头、第5跖骨头和足跟这4个区域具有高度一致性。未来研究可针对不同风险程度的糖尿病足进行温度分级,结合压力、湿度等其他指标建立多指标风险预测模型,并综合鞋和袜进行系统性多功能研发。
为解决水性聚氨酯应用于超细纤维合成革(超纤革)含浸时存在的表面易出现裂纹及手感不佳的问题,通过在合成过程中引入聚碳酸酯二醇作为软链段,并添加三羟甲基丙烷,成功制备了成膜后具有高韧性和高强度的大分子质量小乳粒粒径水性聚氨酯乳液。结果表明:乳液的相对分子质量达到5.93×104其平均粒径仅为89.54 nm,储存稳定性良好;形成的薄膜具有优异的性能,断裂强度为3.725 MPa,断裂伸长率达到763.99%,高温下的储能模量和损耗模量分别为2 837.57 MPa和278.87 MPa。在超纤革制备中,应用这种水性聚氨酯可改善黏结固化情况,显著减少表面裂纹,提升弹性和柔软度。
为探究高包覆包芯纱的临界包覆率实现不露芯的包覆效果,采用低比例棉纤维包覆7.78 tex涤纶低弹丝制备出高包覆率包芯纱,且截面接近理想结构的涤纶/棉包芯纱,并进一步探讨外包棉纤维的临界比例,以及纱线结构与包覆率、棉与涤纶比例之间的关系。实验以5%为梯度不断减少外包棉纤维含量共纺制8组包芯纱,并通过数码显微系统表征纱线包覆率、截面结构等特点。结果表明:当外包棉纤维比例为53%时,包芯纱包覆率还保持在87.5%,此后包芯纱包覆率低于85%出现大面积露芯;随着外包棉纤维含量梯度化减少,包芯纱包覆率降幅呈三段变化,由开始的0.3%变化为4%,最后在52%的比例时降幅突增为9.4%。不同比例涤纶与棉纺制的包芯纱截面偏心度平均变化范围为8.8%~11.2%,实现了包芯纱结构的稳定控制。
静电纺丝技术存在生产效率低和对高黏纺丝溶液限制大等问题,阻碍了高性能无机纤维的大规模产业化进程,而静电溶吹技术基于静电力与气流力的耦合作用,可助力微纳纤维的高产高质。为推广静电溶吹纺丝技术并为微纳无机纤维生产提供理论和实践依据,综述了该技术的基础研究,包括原理和先进设备;具体分析了该技术生产无机纤维的影响因素,尤其明晰了产业化的可控工艺;总结了目前国内外静电溶吹技术制备无机纤维的应用进展,通过与其它纺丝技术的对比阐明了静电溶吹技术目前存在的优势和挑战,并指出协同提升纤维质量和产量、赋予纤维结构/功能多样化以及研发多孔轻质无机纤维和超细无机纱线是该技术未来的重要发展方向。
为解决传统染色高污染、高能耗问题,实现鞋材无水清洁化染色,研究了涤纶针织鞋材在超临界CO2体系中的染色性能,分析了染色温度、压力、时间以及CO2流量对针织鞋材染色效果的影响。在实验条件范围内,染色鞋材的K/S值随温度、压力的升高而增大,并最终趋于稳定,获得最佳染色工艺条件为:染色温度120 ℃,染色压力24 MPa,染色时间60 min,CO2流量400 kg/h。涤纶鞋材的耐摩擦和耐皂洗色牢度均达到4级以上。并进一步探究了染色温度、压力对针织鞋材力学性能的影响。结果显示:鞋材的抗弯刚度、最大抗弯力与断裂强力、顶破强力随温度、压力的上升而增大;断裂伸长率随温度、压力的上升而降低;收缩率随温度、压力的上升而增大;鞋材的表面摩擦因数无明显变化;其中温度对鞋材力学性能的影响大于压力的影响。
为解决涤盖棉织物传统染整工艺流程长、能耗水耗高、生产效率低等问题,使用高耐碱高耐氧漂分散染料构建涤盖棉织物的漂棉染涤一浴一步加工工艺。通过耐碱性和耐氧漂性评价,确定所选用的分散染料在强碱和氧漂条件下的应用稳定性。探究了漂棉染涤一浴工艺中双氧水浓度、漂白阶段保温时间及涤纶染色阶段保温时间对涤盖棉织物棉组分白度值和涤组分K/S值的影响,确定最佳工艺条件为:双氧水质量浓度2 g/L,染色温度130 ℃,保温时间30 min。结果表明,漂棉染涤一浴工艺和传统工艺处理后的涤盖棉织物,棉组分白度值均接近80,涤组分色差值小于1.0,色牢度级别均超过4级,且漂棉染涤一浴工艺加工的涤盖棉织物强力损失更小。漂棉染涤一浴加工工艺可实现涤盖棉织物的短流程清洁加工。
为促进废旧纺织服装资源高值化循环利用,从废旧纺织服装回收与再利用国内外现状、技术手段以及市场体系3个方面,分析我国废旧纺织服装回收与再利用现存问题,归纳废旧纺织服装回收与再利用常见技术,评述废旧纺织服装回收与再利用循环产业链与组织模式,基于循环经济减量化、再利用、再循环、再制造(简称4R)原则,总结我国废旧纺织服装回收与再利用体系研究进展。认为我国废旧纺织服装回收与再利用未来发展应为4大方向:二手纺织服装市场深耕细作、回收再利用环节标准化、核心技术升级和资源循环利用意识提升。同时,提出各方协作、因地施政、重视科研等总体建议,以期为纺织服装行业实现高效生态经济提供参考。
为掌握原液着色涤纶短纤维的颜色对其纱线颜色变化的影响规律,选取红、黄、蓝3种颜色半消光原液着色涤纶短纤维,根据实际生产中主要调整的参数,系统研究了颜料质量分数、纤维线密度对其色度值的影响规律;同时,考察了从纤维到纱线(线密度为20 tex,捻系数为300)的色度值变化,并与特定规格半消光染色短纤维、大有光原液着色短纤维进行对比。结果表明:颜料质量分数显著影响半消光纤维的色度值,在浅、中色之间的差异尤为明显,是中、深色之间的2倍;线密度对纤维色差(ΔECMC(2:1))的影响不大,黄色的色差变化较红色、蓝色更明显;半消光原液着色短纤维到纱线的色度值变化不明显,色差在0.8~2.6 范围内;在半消光染色纤维中,黄色的色差变化偏大,为3.4 ~ 3.9,红色、蓝色与原液着色的色差相当;大有光原液着色涤纶短纤维到纱线的变化与半消光染色短纤维的更为相似,二者的色差ΔECMC(2:1)、明度差ΔL、饱和度差ΔC 以及色调差ΔH 基本相同,说明对于特定的颜色类型,可借鉴染色纱线的配色经验,为原液着色纱线配色模型的系数调整提供支持。
为提高壳聚糖的可纺性,改善壳聚糖基纳米纤维的物理形态和力学性能,对国内外利用静电纺丝技术制备壳聚糖基纳米纤维的相关研究进行了综述。介绍了壳聚糖静电纺丝液的配制要求以及不同纺丝参数对纤维形态的影响;在此基础上,详细综述了壳聚糖化学改性纳米纤维和壳聚糖共混改性纳米纤维的研究进展;最后,对应用壳聚糖基纳米纤维处理废水中重金属离子、染料和其它污染物的研究现状进行总结。研究发现:不同纺丝参数最终均是通过影响射流拉伸的难易程度来改变纤维形态,且通过化学改性和共混改性的方法不仅可提高壳聚糖的可纺性,还可增强壳聚糖基纳米纤维的耐酸性、热稳定性、抗菌性和吸附性;同时指出探寻新的溶剂、共混剂和功能材料以及与选择性分离技术结合来增强对水中污染物的吸附能力是壳聚糖基纳米纤维的未来发展趋势。
为准确预测不同编织工艺参数下编织复合材料的等效弹性性能,拓宽碳纤维增强环氧树脂编织复合材料的应用领域。建立了考虑随纤维路经产生扭结缺陷的二维三轴编织复合材料的代表性体积单元(RVE),并基于平均场均匀化方法,利用DIGIMAT预测复合材料的等效弹性模量,分析不同编织角对编织复合材料等效工程常数的影响规律;其次基于强度失效准则,预测编织复合材料在单轴拉伸加载情况下的力学性能;最后通过数值模拟获得编织复合材料RVE的应力与应变。结果表明:预测的编织参数对等效工程常数的影响规律与试验测量一致,获得的应力、应变可为进一步研究其损伤破坏行为提供参考。
为制备高效抗菌的生物可降解聚乳酸(PLA)静电纺丝纤维膜,首先利用L-抗坏血酸对银和铜的硝酸盐溶液进行化学还原,得到银-铜双金属纳米粒子(Ag-Cu NPs)。然后将Ag-Cu NPs与PLA纺丝液共混,通过静电纺丝技术制备了不同组成的Ag-Cu NPs/PLA复合纳米纤维膜,并对其形貌、结构、亲水性和抗菌性能等进行测试。结果表明:合成的Ag-Cu NPs的粒径约为32 nm,复合纳米纤维膜中Ag-Cu NPs被PLA基体包覆,且沿着纤维径向排列,纤维表面存在大量微小的孔洞;加入Ag-Cu NPs后,Ag-Cu NPs/PLA的水接触角略微降低,亲水性增加,且Ag-Cu NPs和PLA之间仅发生物理作用,未产生明显的化学作用;相比于纯PLA纳米纤维膜,Ag-Cu NPs/PLA的抗菌率明显提高,当纺丝液中Ag-Cu NPs相对于PLA质量为7% 时,复合纳米纤维膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率均达到99%。
为解决应用于全固态锂金属电池中固态有机电解质离子电导率较低和力学性能较弱的问题,采用静电纺丝技术制备了树枝状磺化聚醚砜(SPES)纳米纤维膜,将其与聚氧化乙烯(PEO)结合制备复合固态电解质,并应用于全固态锂金属电池中。探讨了纺丝工艺对纳米纤维形貌的影响,在最佳的静电纺丝工艺参数下,研究了SPES纳米纤维膜对复合固态电解质结晶度、离子电导率、力学性能以及电化学性能的影响。结果表明: 在四丁基六氟磷酸铵质量分数为2%,静电纺丝电压为30 kV,接收距离为15 cm时,制备的树枝状SPES纳米纤维膜具有最好的形貌,将PEO浇筑在该纳米纤维膜上获得的复合固态电解质其离子电导率为8.13×10-5 S/cm(30 ℃),断裂强度为 5.1 MPa, 且可使对称电池在0.1 mA·h/cm2下稳定循环198 h,使LiFePO4/Li电池在循环400圈后仍保持着128.6 mA·h/g的放电比容量;SPES纳米纤维膜因破坏PEO的结晶区且能构成三维离子传输路径,不仅提高了复合固态电解质的离子电导率,还使复合固态电解质具有优异的力学强度,可满足高性能全固态锂金属电池的应用需求。
为制备一种绿色环保的抗菌空气过滤材料,在壳聚糖水刺非织造布(CS)的表面静电纺丝一层壳聚糖/聚氧化乙烯(CHI/PEO)纳米纤维膜,得到壳聚糖微纳米纤维复合空气滤材(CHI/PEO-CS)。对制备的CHI/PEO-CS复合膜的微观形貌、力学性能、孔径分布、透气性、过滤性能以及抗菌性能进行了系统研究。结果表明:CHI/PEO纤维直径随着PEO质量分数的增加而增大,当PEO质量分数为0.45%时,CHI/PEO纤维的成纤率最好,对应的纳米纤维直径为146 nm;CHI/PEO-CS对300 nm NaCl气溶胶颗粒的过滤效率可达99.56%,对应压降为63 Pa;当壳聚糖水刺布表面静电纺纳米纤维膜后,CHI/PEO-CS在改善其过滤性能的基础上依旧保持原水刺布较高的强力,且具有较好的透气性能(246.2 mm/s);此外,CHI/PEO-CS对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的拦截率分别为99.97%和99.88%,显著高于纯CS水刺布。
为提高聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)阻燃性能,以PET废弃物为前驱体,采用热解法制备了PET基碳点(PET-CDs),并采用熔融共混法将其与PET混合制备PET复合物(PET-CDs-PET)。借助透射电子显微镜、X射线光电子能谱、傅里叶红外光谱对PET-CDs进行结构分析,借助荧光光谱仪、紫外分析仪研究了PET-CDs的光学性能,通过极限氧指数、垂直燃烧及锥形量热探究了不同添加量下PET-CDs对PET阻燃性能的影响,并采用材料强力测试仪研究了PET-CDs-PET的力学性能。结果表明:所制备的PET-CDs的荧光为激发波长依赖型,最佳激发波长和最佳发射波长分别为320 nm和420 nm,荧光量子产率为25.73%;当PET-CDs的添加质量分数为1%时,LOI值达30%,UL-94等级达到V-2级,总热释放量及总烟释放量略有降低,CO释放峰值下降42%,CO2释放峰值下降35.9%。
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