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編材制造:從原子到超系統的多層次創新制造技術
發布日期:[2019-8-23]    共閱[147]次
    

  美國物理學家費曼提出過一個著名的問題:“假如原子能夠按照我們設想的方式來排列,那么材料將有怎樣的性質?”這個問題啟示高分子科學家們要走出傳統高分子的范疇,將可控的分子不均一性及其相關的精確結構引入合成高分子,拓展合成高分子的基本結構,實現更為精密的功能化。在美國工程院程正迪院士等人撰寫的《巨型分子:化學、物理學和生物科學的交匯》一文中提出“From structure to function(從結構到功能)”的觀點,提示我們要從結構思考發展到關于功能性的考量。比如,紗布過去只是用于包扎傷口,但用大纖維來開發的智能紗布除了包扎傷口之外還有消炎、治療功能,并可與遠程醫療系統連接,在線監測病人情況。

  上述兩位科學家的思想啟示我們,在物理層次上,關于大纖維的討論絕不應僅僅著眼于纖維和織物這樣的中觀層面,還應該向微觀進發,下探到分子和原子的基本層次,同時向宏觀擴展,上升到器件和系統、甚至超系統(系統之系統)的層次。因此,大纖維的物理層次包括7層,分別是:原子—分子(鏈)—纖維—織物—器件—系統—超系統。

  過去,我們較多從纖維的結構特點和彼此之間的聯結關系出發指向具體功能。現在,我們則從需求出發,確定功能性,再來設計纖維結構,必要時可以多組分、多結構融合獲取所需要的功能。

  大纖維兼具材料技術革命與制造技術革命的雙重意義。其充分利用現有的紡織和其他先進制造技術,并不斷發展出新的制造技術,在從原子到超系統的各個層面進行制造活動。如在原子和分子層面的基因編輯技術或生物合成技術,雜化和各類聚合物分子合成技術(纖維和基質用聚合物、碳纖維前體、陶瓷纖維、纖維素和生物高聚物等);在纖維和紗線層面,有濕式或干式紡技術、熔融紡技術、雙組分紡技術、非織造技術、短纖維技術和精密卷繞技術等;在織物和結構層面,有間隔技術、編織、編帶、機織、針織、編織連接、組織工程、膜技術、編織擠拉、結構卷繞技術等;在功能化和器件層面,有溶膠-凝膠技術、染整技術、數字印刷技術、納米技術、物理和化學方法、涂層、電子元件集成、傳感和執行特性的開發等;在智能系統和超系統層面,有建模仿真、虛擬化、自動化與機器人、3D打印(增材制造)、數字化、智能化、綠色和可持續制造技術等。

  此外,大纖維對沿襲了幾千年的紡織及其制造工藝具有顛覆性意義,如多材料智能纖維可用紡紗手段制造,多功能織物可用織造和印刷手段制造,高性能織物可以用復合和混合手段制造。

  大纖維所對應的制造工藝技術體系,容納了紡織工程常見的等材制造方法、常規材料加工所用的減材制造方法、以3D打印和機器人為代表的增材制造或數字建造方法。另外,還有許多非常規的創新的制造工藝和方法有待我們進一步研究和開發。

  可以說,基于大纖維的從原子到超系統的新制造技術體系極大地豐富了制造手段,有望成為繼以機床為代表的減材制造和以3D打印為代表的增材制造之后的,又一類有著重要意義和極高價值的制造模式。大纖維產業工作組的專家們首次創新地稱之為“編材制造”。這個“編”字,既反映了傳統意義上的纖維和紗線層面上的紡制和編織,又反映了在分子甚至原子層面的編輯和剪裁;既反映了在織物和器件層面上的集成和結構化,又反映了在系統和超系統層面上的多維數字化編程,賦予對象自動化和智能化的屬性。

  與大纖維相關的以編材制造命名的新制造技術體系,不僅涵蓋了常規的等材制造、減材制造和新興的數字化增材制造技術,而且包含了大量創新的尖端的制造工藝和技術。所謂“一代材料、一代工藝、一代裝備”,對編材制造工藝技術的研究和掌握,以及相應研發、制造、測試和驗證裝備的開發,是大纖維最終走向產業應用的必由之路,同時也是一片新的制造業“藍海”。

常州市永桐嘉麗無紡布有限公司生產的丙綸無紡布主要用于:服裝用丙綸無紡布、汽車內飾用丙綸無紡布、工業用丙綸無紡布、農業園藝用丙綸無紡布、家居日用品用丙綸無紡布等;

 
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