本文结合触觉传感型电子皮肤的组成结构,首先介绍了常用构筑材料的种类、性能特点及制备工艺,然后针对致密的薄膜基和橡胶基电子皮肤透气性差,长期穿戴易导致皮肤刺痒等问题,概述了可呼吸纤维材料作为电子皮肤基底层、电极层和传感层所具有的独特优势。其次,介绍了压电式和摩擦电式电子皮肤的触觉传感原理,不仅可以实现实时的压力响应,还可收集环境中的机械能转化为电能来实现自供能,有利于制备微型、轻量、柔性的可穿戴器件。最后,从制备方法、性能表征和功能应用等方面系统总结了近年来纤维基自供能电子皮肤在运动监测、医疗检测等多个领域的应用进展,并深入探讨了目前存在的问题与未来的发展方向。
我国纺织产业规模庞大、生产流程长、用工量大,全流程自动化生产仍难以实现。建设数据驱动的机器人化纺织生产智能管控系统,对于推动我国纺织业由劳动密集型向少人或无人化生产转型升级具有重要的作用。系统回顾了纺织机器人生产系统的发展历程,提出了数据驱动的机器人化纺织生产智能管控系统体系架构,从装备层、数据层、应用层探讨了补全流程断点的多类型纺织机器人、多链融合的纺织全流程数字主线、多应用协同的纺织生产智能管控3项关键技术及应用,并对实际应用中的问题和挑战进行总结。最后指出高速实时性、灵巧精密性、自主协同性纺织机器人,及具备可解释性、可持续性、韧性的纺织生产智能管控系统是未来可能的发展方向。
基于高效溶解纤维素的低黏度离子液体/共溶剂体系,提出了一种废旧棉/涤(PET)混纺织物的组分分离与含量测定方法。考察了离子液体与共溶剂的种类及比例对废旧棉/涤混纺织物各组分的溶解能力、溶液黏度及分离过程对回收组分结构与性能的影响规律。结果表明:1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐/二甲基亚砜(质量比为1:1)共溶剂体系可选择性高效溶解棉/涤混纺织物中的纤维素成分,所得纤维素溶液黏度较低,经简单过滤即可实现棉/涤混纺织物中纤维素和PET的高效分离,该溶解分离过程在25~60 ℃即可实现,纤维素组分几乎不降解,可进一步加工成膜、纤维及凝胶微球等材料,未经预粉碎的废旧织物分离后回收的PET纤维形态完整,纯度高。该方法不仅能实现棉/涤混纺织物的组分分离,而且能准确测定棉(纤维素)和涤(PET)组成含量,有助于废旧纺织物的高效回收与再利用,具有重要的应用前景。
木材独特的多层级结构、优异的各向异性结构、良好的力学性能和微纳米通道,赋予其一系列非凡的性能,为功能材料的设计提供了更多可能。为提高木质纤维素资源的利用率和高值化转化,基于木质纤维素自身结构和理化性能,概述了木质纤维素在系列功能材料领域的发展,总结了结构设计及调控对木质纤维素功能材料性能的影响,综述了其在结构调控材料、生物降解塑料、纳米流体材料、仿生生物材料及再生纤维素纤维方面的研究进展,指出其所面临的挑战以及未来发展方向,以期为木质纤维素的高值化转化和拓展其现代化应用提供理论参考。
针对疝修补合成补片植入后带来的多种并发症问题,明确了并发症的诱发因素为病原菌带来的污染和补片本体材料导致的异物反应。以临床常用的经编补片为研究对象,将目前应对疝修补术后并发症的手段分为经编结构调控和表面修饰改性。根据应对场景(有菌性炎症和无菌性炎症)和使用场合(腹腔内和腹腔外)的不同,对表面修饰改性进行了分类阐述。列举了近年来相关研究及临床商用补片取得的成果进展,并将表面改性补片归纳为抗菌型、防粘连型、抗炎型,通过分别概述其相应的作用机制及并发症应对效果,分析了当前3种不同类型表面改性补片存在的问题,并指出具有高附加功能的经编补片将是未来的发展方向。
针对当前传统医用敷料在患者伤口护理中出现的易感染、造成二次伤害等问题,结合生物质原料的生物可降解性、生物相容性、无毒性等特点,以及部分生物质纤维良好的吸湿性、抑菌性和一定的生物活性等性质,介绍了生物质纤维作为医用敷料的优势。概述了用于医用敷料的不同生物质纤维的制备方式,提出不同伤口定制化处理时适用的生物质纤维。归纳了近年来各类生物质纤维医用敷料的研究进展,包括其在抗菌消炎、药物递送、渗液管理、组织替代医用敷料中的功能化应用,并探讨了生物质纤维医用敷料存在的问题和未来的发展方向。
普通的纺织品大都较为易燃,为防止其被引燃导致火灾事故,对其阻燃化处理是有效的措施。差别化和多功能化是纺织品主流发展趋势,既保持固有优良特性又可阻燃的多功能纺织产品有很大的市场需求,但因该产品技术难度大而少有开发。如何因“材”制宜地设计阻燃多功能单体与助剂,使多种功能间相互协调、相互促进,再以高效的技术手段将之引入纺织品中,是发展阻燃多功能纺织品的关键。为此,以本文作者团队近年来的纺织品阻燃及多功能化相关工作为例,探讨了纺织品多种功能与其固有特性之间相互协调促进的思路。主要阐述了本体及表面阻燃多功能化技术,包括共聚引入功能结构单元的阻燃抗熔滴多功能聚酯及表面阻燃和抗菌、疏水、疏油、耐腐蚀的棉、粘胶及涤/棉混纺等织物。此外,针对目前该领域面临的挑战,介绍了前期已开展的相关研究和提出的阻燃功能化思路,期望能为发展高品质多功能纺织品提供借鉴与启发。
传统纺纱工序长而散、用工多,造成单产能耗高、产品一致性差、运营成本高等行业痛点问题;纱线原料的多元化使原料及成品回收难度大。为实现2030年碳达峰、2060年碳中和目标,提出了人-机-料-法-环的五位一体化碳中和纺纱的低碳生产策略,凝练并分析了集约型、简约型和延伸型低碳纺纱技术。分析结果表明:与传统纺纱相比,集约型智能纺技术运行成本降低32.67%,单位产品能耗降低17.5%、产品不良率降低61.54%,有效解决了纺纱行业的痛点问题,实现低碳高质纺纱;简约型高速纺纱技术能缩短或消除纺纱流程,纺纱速度高达550 m/min,实现了降低碳排放、提高效率的目标;低碳纺纱发展方向要向前后端延伸,对前端原料要多应用功能化循环利用技术、变废为宝技术、节能减排技术,在中端要发展固碳纺纱技术和循环利用技术,在终端研发绿色环保纺织品的制冷、隔热等功能纱制备技术。
随着各项环保政策的提出,为降低针织产品生产带来的能源消耗和环境污染,促进针织工业的可持续发展,强化了绿色低碳针织技术贯穿生产过程的绿色化理念,以实现从源头上降碳达到节能减排的目的。实施绿色低碳针织技术要综合考虑从织物设计到纤维原料的选择、织物制备成形过程中的每个环节,使生产过程朝低能耗、低污染、低排放的方向发展。重点探讨了短流程针织产品生产技术、免染色针织色织提花技术、轻量化针织结构增强技术、低能耗针织装备生产技术、免打样针织虚拟现实技术5个方面的技术创新对节能减排的影响,建议进一步推动绿色低碳针织技术的应用,构建针织工业的绿色低碳循环发展体系。
为深入了解染整行业近年来在低碳排放领域取得的技术突破和现状,掌握行业技术前沿和发展趋势,对国内外相关技术和研究进展进行了综述。主要从节能减排技术、功能纺织品技术、先进绿色染整加工设备及系统、废水深度处理及化学品循环回用几个方面,对技术性能及其对低碳排放的作用进行了介绍。研究指出:染整领域不仅传统加工手段取得技术突破,还在智能调温纺织品等前沿领域保持与时俱进;通过多维度努力,有助于推动染整行业不断的技术创新,提升产业价值,减少环境影响,实现绿色低碳循环发展,并为实现碳达峰、碳中和的国家目标贡献行业力量。
为实现活性染料对棉纺织品等亲水性纤维的无盐、高固色率和污水零排放染色加工,首先分析了传统水浴染色体系亟需解决的问题;其次对现有少水/无水染色加工技术进行总结,认为现有的活性染料新型染色加工技术没有从根本上解决耗水量大、污水排放量大的问题;在此基础上,分析了硅基非水介质染色关键技术体系的原理和发展现状,并进一步介绍了非水介质染色及其适用性和介质的基本要求,棉纤维在非水介质染色体系中的染色性能、产业化推广等;最后,对非水介质染色技术进行总结和展望,认为非水介质染色关键技术不仅解决了棉纺织品染色高污染、高排放的问题,且染色的能耗及成本得到了进一步降低。
针对全球正面临着化石能源趋紧、温室气体排放过剩的问题,减污降碳要求已经迫在眉睫,作为支柱产业之一,纺织工业的低碳绿色发展对工业领域实现双碳目标有重要意义。首先,从全产业链分析了中国纺织工业产生能耗和排污的环节,剖析了纺织品从原料加工、染整加工以及成品加工过程中碳排放的主要环节和降碳潜力,然后对推动降碳的污染治理和资源回收利用前沿技术进行了归纳,最后,根据绍兴市柯桥区纺织产业集群地滨海工业园的先进案例从环境管理层面剖析了产业聚集化对行业减碳的促进作用。指出未来纺织工业减污降碳的发展目标需要从制度、技术和管理3个层面共同落实才能实现。
结构生色是一种无需应用染料/颜料等化学着色剂就能产生绚丽多彩颜色的物理生色技术,该技术的研发和应用可为生态纺织的发展起到积极的推动作用。为此,简要介绍结构生色的基本概念和原理并从纺织染整的角度,阐述纺织品仿生结构生色常用的技术手段及其工业化应用存在的问题和面临的挑战,提出解决这些问题的若干思路和策略;概述结构生色技术在生态纺织、时尚纺织和智能纺织领域的应用和潜在应用,展望纺织品结构生色的未来发展方向。认为:色素着色和结构生色的并存和结合将是未来纺织染整领域发展和进步的必由之路。
丝素蛋白(SF)作为一种天然且古老的蛋白质材料,因其优异的特性成为了生物3D打印墨水材料绝佳的候选者,在生物医学领域受到了广泛的关注。为此,概述了SF在生物3D打印领域的发展,总结了SF材料的物理化学和生物学基本特性,探讨了其作为生物墨水应用于挤出式生物3D打印、光固化生物3D打印和喷墨生物3D打印的要求和可加工性。综述了近年来SF与人工合成聚合物、天然聚合物和无机功能材料复合形成SF基水凝胶墨水在生物3D打印领域中的研究进展,对其所面临的挑战进行了讨论。指出:随着生物3D打印技术的深入发展,通过生物3D打印形成的SF基水凝胶构建体在生物医学领域会有更广阔的应用前景。
为探索原液着色法制备Lyocell纤维过程中颜料对溶剂N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)稳定性的影响,针对传统实验分析测试方法的局限性,采用分子模拟计算的方法研究了金属氧化物、碳材料、有机分子晶体三大类代表性颜料表面与NMMO之间的相互作用,根据NMMO分子中N—O键的平衡键长变化以及O—N—C键键角的变化,说明NMMO水溶液在二氧化钛、碳黑、颜料红、靛蒽醌颜料存在下,化学结构基本不变;而在三氧化二铁、酞菁铜颜料存在的情况下,N—O键的平衡键长明显变长,存在化学键断裂的风险,且这一结果与已有的实验结果相吻合,并且说明分子模拟方法可快速预判颜料对NMMO稳定性的潜在影响。
为促进智能纤维材料和智能可穿戴纺织品的发展,对智能可穿戴纺织品用电活性纤维材料进行了全面的陈述。总结了近几年纤维基和织物基智能可穿戴纺织品的发展现状;介绍了电活性纤维材料的定义、常用制备方式、发展过程以及最新研究进展,并对其应用领域进行系统分类与性能探讨,包括应变传感、电致变色、智能调温、能量收集与存储等领域;讨论了目前电活性纤维材料用于智能可穿戴纺织品的发展潜力和面临的问题;最后指出其未来发展方向,以期为电活性纤维材料在智能可穿戴纺织品中的广泛应用提供理论和技术参考。
为系统分析生物基锦纶56与锦纶66的吸放湿性能,在标准状态下对不同规格纤维进行对比研究。测试了生物基锦纶56、锦纶66弹力丝及短纤维的吸湿、放湿和干燥特征曲线,并由此推导出4种纤维在标准状态下达到吸湿、放湿和干燥平衡过程中,回潮率或含水率对时间的回归方程,以及吸湿、放湿和干燥速率方程。结果表明:标准大气条件下,与锦纶66相比,生物基锦纶56的吸湿、放湿平衡回潮率大,吸湿、干燥速率大,初始放湿速率略小,但随着时间的延长,生物基锦纶56的放湿速率大于锦纶66;4种纤维的吸湿等温线均呈反S形,在高湿度环境下生物基锦纶56的干燥性优于锦纶 66,即生物基锦纶56具有较好的快干性能。
为探究零维碳纳米材料碳点(CDs)对阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯(FRPET)热力学性能、阻燃性能、力学性能及荧光性能的影响,将对PET具有良好阻燃效果的共聚型阻燃剂2-羧乙基苯基次膦酸(CEPPA)与碳点同时采用原位聚合的方式添加到PET基体中,研究碳点添加量对FRPET各项性能的影响规律。通过极限氧指数(LOI值)、垂直燃烧(UL94)、锥形量热(CONE)等测试分析不同碳点添加量对FRPET的性能影响。结果表明:在碳点添加量为1.50%时,FRPET的LOI值最高可达34%,垂直燃烧级别为V-0级,较只添加CEPPA的FRPET引燃时间变长、热释放速率峰值与平均热释放速率及总热释放量均降低;加入CDs后FRPET的力学性能也有很大改善,且赋予了荧光性能,有益于拓宽FRPET的应用领域。
为减轻纺织生产和消费带来的原料消耗压力和环境污染问题,促进生活源废旧纺织品的高值化再利用,从消费者动力、回收成本、技术难题和政策标准4个方面总结回收再利用体系的二大现实难点:一是如何鼓励消费品牌商尽可能地使用更多的再生原料;二是如何实现高值化再生产品的标准化和规模化生产。在此基础上,提出“一溯两消三推动”的体系构建思路,即“逆向追溯推动消费力,消费者推动消费品牌,技术推动高值化”的新模式。同时,指出体系构建后的落地建议,以期进一步推动生活源废旧纺织品的高值化回收再利用。
纤维微塑料是一种重要的微塑料存在形态,对环境生态、人民健康存在极大潜在风险,也对化纤行业绿色可持续发展提出严峻挑战,亟待对其深入了解并提出削减、管控方案。介绍了纤维微塑料的基本概念和研究现状,阐述其主要产生来源,揭示纤维微塑料从织物表面脱落的影响因素,概述了其生态危害及作用对象,归纳整理现阶段针对纤维微塑料污染问题的削减策略。提出应重点发展纺织品循环再生资源化利用技术体系、生物可降解纤维技术体系、纺织品耐污易清洗技术以及强化过滤截留效率等系列技术,为提升化纤行业绿色制造能力提供解决思路。
微塑料作为一种水环境中大量存在的新兴污染物已引起学者和公众的重视,而且目前常用的污水处理工艺无法实现对微塑料的完全去除,导致大量的小尺寸微塑料和纤维微塑料在水环境中积累,对生物体造成持续危害。为减少环境中的微塑料污染,通过对现有的水环境微塑料去除技术相关工作的综述,探讨了各项技术的去除机制、效率和可行性。并针对目前传统水处理工艺对去除纤维微塑料的低效和纤维微塑料去除相关研究工作的匮乏,从传统水处理工艺的改革、纤维微塑料的重视程度、纤维微塑料无害化去除手段的探索、纤维微塑料的资源化利用4个方面对未来纤维微塑料去除技术的发展趋势进行展望。
传统静电纺纳米纤维常作为组织工程支架被用于修复缺损部位,往往必须借助外科手术有创植入,极大限制了其在生物医学领域中的应用。为促进静电纺丝技术的开发和应用,综述了静电纺短纤维的制备及其功能化的方法,分类介绍了功能化短纤维在诊断检测、治疗和组织工程这3个方面的生物医学应用;系统分析通过调节工艺参数、后续加工等方式保留静电纺纳米纤维膜的内在功能,以及基于其小尺寸和单分散性,避免纤维膜植入所造成的机体侵入创伤;最后,结合静电纺短纤维当前发展情形分析了其在生物医学领域应用中所面临的挑战和未来的发展前景。
生物基聚酰胺56(PA56)纤维是由生物基1,5-戊二胺和石油基1,6-己二酸聚合制备而成的新型生物基材料。为探究生物基PA56纤维的热稳定性,分别在氮气氛围中测定其在不同升温速率下的热降解过程,并计算其热降解动力学参数,同时分析了生物基PA56纤维在热降解过程中的主要热降解气相产物。结果表明:生物基PA56纤维的热失重曲线及热降解动力学参数对升温速率具有显著依赖性,采用Kissinger法、Flynn-Wall-Ozawa法和Coasts-Redfern法获得的生物基PA56纤维的活化能分别为235.00、217.23和232.18 kJ/mol,可推测其热降解机制为F1型,热降解过程中产生的主要气相产物为CO2、环戊酮和1,5-戊二胺。
为提高棉针织物的漂白效率,深入研究其漂白机制,利用二价铜离子、亚氨基二乙酸和4-二甲氨基吡啶制备得到铜配合物催化剂,并构建了催化漂白体系,研究短时间内不同温度下催化漂白棉针织物白度值的变化。采用气相色谱-质谱联用仪检测分析铜配合物降解木质素及其模型化合物的中间产物和最终产物,推测其漂白机制。结果表明:在90 ℃条件下催化反应5 min,棉针织物的白度值约为78%,毛效值达到17.9 cm,强力保留率达到98%左右;木质素及其模型化合物均可被降解成芳香烃小分子,并进一步矿化为水和二氧化碳。漂白体系漂白过程中条件的改善可有效提高棉针织物加工的生产效率,漂白机制的研究可为改进漂白体系提供借鉴。
为提高有色织物上颜料粒子在热真空环境条件下的耐升华色牢度,考察了颜料萘酚红F3RK颗粒和丝素粉体的表面形貌、粒径和分子结构。采用颜料粒子与丝素粉体混合对织物进行颜色调控,利用负压流体场模拟热真空环境下的热力场,研究了颜料粒子和丝素粉体在不同比例下的吸附性能,并探讨了丝素粉体与颜料粒子之间的相互作用机制,构建了微纳米丝素粉体提升涂料印花织物耐升华色牢度的理论模型。结果表明:丝素粉体通过其比表面积大和含有酰胺键的官能团协同作用解决了有色织物热真空沾色问题,耐升华色牢度达到了5级。该方法对极端环境条件下提高有色织物的耐升华色牢度具有借鉴意义。
针对硬质纳米微球所构筑的光子晶体在外力作用下结构易损坏,结构色耐久性差的问题,采用分步法合成内刚外柔型聚苯乙烯/聚(甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯)(PS/P(MMA-BA))纳米微球,然后通过熔融剪切法快速制备柔性光子晶体结构生色膜。结果表明:纳米微球制备中内核交联剂二乙烯苯(DVB)可增加PS内核的交联密度和折光指数,使之与外层产生一定的折光指数差,且可与外层P(MMA-BA)共价连接;外层交联剂甲基丙烯酸烯丙酯(ALMA)可使纳米微球外层形成一定的交联点而提高外层的稳定性;当DVB用量为苯乙烯(St)的12.5%,ALMA用量为MMA与BA总量的0.3%时,光子晶体结构生色膜具有优良光学性质和力学性质,产生的结构色鲜艳明亮,且耐弯折、耐冲洗、耐摩擦;适应此类纳米微球组装的熔融剪切法,能快速大面积制备柔性光子晶体结构生色膜。
静电纺纳米纤维尺度效应和表/界面效应突出,但集合体的形式单一,结构稳定性较差,力学性能不足,纱线结构的纳米纤维集合体可有效综合纳米纤维和纺织结构双重优势,突破其应用瓶颈并拓宽应用范畴。为此,首先以静电纺纳米纤维构筑功能性纱线为主轴线,从结构成形原理与技术、功能设计与应用角度,系统综述了纳米纤维纱线的最新研究进展;其次从高效可控制备与实际应用等方面深入分析了纳米纤维纱线的潜在问题,并展望了该研究领域的未来发展趋势。研究认为,量小集成的微型高科技器件与量大面广的功能服装面料是各类纳米纤维功能性纱线走向工业化的主要应用途径,高效高品质绿色成形与多功能集成是其未来的发展重点。
为拓展含二氮杂萘酮结构的聚芳醚酮(PPEK)高性能树脂在纤维材料领域的应用,采用对氯苯酚与1,1',2,2'-四氯乙烷(二者体积比为1:1)混合溶剂溶解PPEK制备纺丝液,通过干法纺丝得到PPEK纤维。借助旋转流变仪、差示扫描量热仪、偏光显微镜、拉伸试验机、X射线衍射仪以及声速取向仪等对PPEK纺丝液以及PPEK纤维的结构与性能进行表征。结果表明:PPEK质量分数为40%时,最优纺丝温度为140 ℃;初生PPEK纤维经1.43倍热拉伸后,其断裂强度为167.6 MPa,弹性模量为4.6 GPa,声速取向因子为0.570 5;经热拉伸后,PPEK纤维保持无定形态,且玻璃化转变温度均高于250 ℃,具有良好的耐热性能。
为开发生物相容性好、安全有效性能稳定的医用纺织品,对医用纺织品及其原材料的种类、构成形式、物理性能、生物性能和优缺点进行了阐述,介绍了医用纺织品的常见制备加工技术、表面处理和化学改性技术的研究进展,分析了医用纺织品的未来发展需求和趋势,以及面临的主要问题和机遇。最后指出:天然和人工合成的生物材料正在被广泛用于医用纺织品中,这些材料因其易于加工、可降解性、良好的力学性能以及生物相容性,使得医用纺织品能够用于体内植入、软组织修复、医疗保健和卫生等相关领域;医用纺织品涉及多学科交叉领域,需要生物材料、纺织和医学临床的多学科人才团队协同创新。
为深入了解防护口罩用非织造滤料的研究现状,分别介绍了纺粘非织造滤料、针刺非织造滤料和熔喷非织造滤料的应用基础与制备技术。归纳了电晕驻极技术、水驻极技术和热空气驻极技术的原理与特点,针对性地阐述了三类非织造过滤材料和驻极处理技术的国内外最新研究进展。分析了聚合物改性技术、驻极处理技术对非织造滤料过滤性能的影响。认为防护口罩用非织造滤料及其制备技术未来的研究方向是聚合物的改性技术、新材料的高速成网技术和驻极处理技术,并需完善相应的评价标准体系。
针对中国高性能聚丙烯腈(PAN)基碳纤维产业技术发展现状和存在的问题,就其生产过程中的一些基础问题进行总结,提出了研究和产业发展建议。在PAN原丝纺丝溶液制备过程中,可通过聚合工艺和设备的协同,实现PAN连续溶液聚合,得到均匀的PAN纺丝溶液。在原丝制备过程中,可通过凝固参数控制,调控PAN纺丝溶液细流的相分离过程,减小相分离过程形成的微孔尺寸;在干燥致密化和干热牵伸过程中,调控温湿度和张力,可控制微孔融合和PAN分子结晶与取向,制备出高品质碳纤维原丝。在预氧化和炭化过程中,通过对温度场和应力场的调控,控制预氧化过程的皮芯结构和炭化过程中的乱层石墨结构,可实现对碳纤维性能调控。
为更好了解复合材料缝合技术的研究现状,简述了缝合方式、缝合参数和近年来缝合复合材料力学性能的研究近况,以及国内外缝合设备的发展和应用。总结了缝合技术对复合材料力学性能的影响,证明缝合在材料的厚度方向引入连续纤维,可增强复合材料的层间断裂韧性,提高冲击损伤容限;分析了缝合系统和机器人相结合的发展现状,可在现有设备的基础上,不断创新新型设备,推动实现复合材料缝合技术的高效化、智能化;最后提出缝合技术目前发展存在的挑战及机遇,并指出复合材料缝合技术在航空航天、新能源、汽车等领域的发展前景。
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