隨著科學技術的飛速發展和人們生活水平的不斷提高,功能性纖維和人們生活結合得越來越密切,不僅在服裝領域得到廣泛應用,而且在醫療、工農業、交通、環保等各方面都呈現巨大的發展空間。在日前落下帷幕的北京冬奧會上,多種功能性纖維在多個領域精彩亮相,助力奧運健兒取得優異成績。借此機會,東華大學博士生導師王華平教授接受了本刊記者的采訪。
功能性纖維已具備獨有優勢
【CCN】從疫情期間的防護服,到冬奧期間奧運健兒身著的比賽服,頒獎儀式的禮儀服裝……功能性纖維材料為特殊場景下的服飾提供了不可替代的優秀性能。還有哪些功能纖維在冬奧會期間精彩亮相?有哪些優異性能?
【王華平】功能纖維按照功能主要分以下幾類:①具有特殊力學性能的纖維。主要包括高強度纖維、高模量纖維、高韌性纖維等。②具有特殊熱學性能的纖維。主要包括耐高溫纖維(亦稱耐熱纖維)、抗燃纖維(亦稱阻燃纖維)、耐低溫纖維等。③具有化學穩定性的纖維。如耐強酸、耐強堿、耐有機溶劑的纖維。④具有特殊物化性能的纖維。如導電纖維、發光纖維、防透明纖維、耐輻射纖維、蓄熱纖維、變色纖維、香味纖維、相變纖維、吸附纖維和離子交換纖維等。⑤具有特殊生物性能的纖維。如生物活性(或惰性)纖維、抗菌防臭纖維、生物降解纖維、易溶易吸收纖維等。
從時尚特性來看,除奧運會閉幕式折柳寄情篇章所采用的光導纖維外,還有光致變色、原液著色、智能響應纖維;功能特性,比如高強高磨聚乙烯可以為運動員提供防割傷、劃傷的運動服;石墨烯發熱保暖纖維,可以為冬奧會的工作人員抵御外界嚴寒,保持人體溫度。速滑競賽服中,會在大腿的部位選擇一種比普通纖維彈性強數十倍的橡膠材料,可以最大程度減少體力消耗;在右胯部的位置,則采用一種合成纖維,有效減少摩擦力;為了較少空氣阻力,速滑競賽服的手腳處使用了蜂窩樣式的聚氨酯材料,這些材料的選擇都是為了最大限度提高運動員的成績。還有滑雪服采用了剪切增稠流體(STF)材料,這是一種智能分子材料,常態下處于一種粘稠的半液體狀態,一旦遇到高速的撞擊,這些智能分子立刻相互連接形成防護層,將沖擊力分散,減少對運動員身體的傷害。用STF材料制成的滑雪服防護性很高,更重要的是對于運動員來說,它解決了空氣阻力和衣服柔韌性的問題。
此外,奧運防護服及口罩等,大量采用了納米纖維及抗菌抗病毒等功能纖維纖維。冬奧火炬“飛揚”將碳纖維與高性能樹脂結合在一起做成碳纖維復合材料,重量只有鋼的1/4左右,但是強度是鋼的7~9倍。通過將碳纖維絲立體三維編織,最終像“織毛衣”一樣織成了火炬外殼,看不出任何接縫與孔隙,整個造型渾然一體。
【CCN】我國功能性纖維材料是否仍處于“跟跑”階段?您如何看待該產業的發展現狀?有哪些困境亟待突破?
【王華平】不能將“跟跑”階段一概而論。從功能纖維的原創性技術角度來看,我國可能仍處于跟跑階段。近期一些原創性、基礎性的工作還有待加強。但是,在產業化、功能化、市場化方面,我國功能纖維產業發展較為突出,甚至可達領跑水平,將其提升到規?;ㄖ坪彤a業鏈整合的層面,我們有很大的話語權與影響力。比如許多功能纖維都在中國實現了市場化。從制造技術角度來說,我們能夠將整個產業鏈從纖維到最終制品,從制造-評價-應用,都做到中國特色,有自己獨有的優勢。不論是世界尖端品牌還是大眾品牌,如阿迪達斯、耐克、宜家、沃爾瑪等的紡織原料采購大多在中國。
“十四五”發展重點:更快、更強
【CCN】“十四五”期間,我國功能纖維有哪些方面發展重點?
【王華平】“十四五”時期我國功能纖維的發展要借鑒奧運精神,做到更快、更強。在性能上,要做到更強。以高性能纖維為例,在提高強度的同時更加輕量化,更好滿足極端條件或極限運動中的特殊需求。在動力學上,能更快響應,比如服裝更加能感知外部環境或者人體的溫度、濕度、血壓、呼吸,并迅速做出響應等,讓服裝更加智能。更快,行業發展也要更融合,主要包括技術和形態上的融合,也包括人文、地理、文化的融合。推動功能纖維向高端化、智能化、綠色化、產業鏈/供應鏈現代化、安全化發展,將是“十四五”功能纖維發展的重點方向。
“十四五”時期,我們還要重視可持續發展,低碳、可持續發展將是化纖紡織行業發展的主旋律。首先是材料的可再生循環利用;其次是生物基原料替代傳統石油原料,通過玉米秸稈等農林廢棄物來制備相關的纖維材料;再次是要用生物合成學、基因改性的方法來提高生產效率;第三,要優化流程,把傳統工藝中割裂的流程高度融合為一體,進一步減少全產業鏈系統中運輸、包裝、能源等的成本與碳排放。
突破回收再生的產業困局
【CCN】目前我國化纖紡織品的回收率遠低于發達國家的水平,造成這一問題的原因是什么?應該如何提升回收率?
【王華平】我國化纖紡織品的回收率不足8%,而在日本,聚酯瓶片及紡織品回收率為84%,歐洲為49%,美國為29%。據估計,目前中國閑舊服裝保有量大約為2800萬噸,每年中國紡織服裝的廢棄物達100多萬噸,但大都通過垃圾掩埋或被焚燒,這類比較簡單的處理方式既造成了資源浪費,又污染了環境。
廢舊化纖紡織品是指在以化纖紡織服裝為原材料進行加工生產過程中產生的各類下腳料、廢料,以及各種消費后產生廢舊的紡織服裝、紡織制品。廢舊紡織品的再生循環之路面前還有好幾座大山需要跨越,回收物流體系不完整、管理部門模糊、政策支撐力度低、運營驅動力小是制約我國廢舊紡織品回收利用率提升的重要因素。
化纖紡織品再生行業的主要技術瓶頸在于,廢舊纖維及制品成分復雜、資源化和標準化面臨較大困難。目前主流的物理法和化學法均面臨技術與發展瓶頸。物理法從瓶片到纖維確實實現了高效再生,但廢舊纖維物理法由于生產過程中雜質分離困難,粘度差異大,產品批次穩定性差,廢纖利用率低,再生降級明顯、質量波動大,難以攻克“品質瓶頸”,無法實現閉環循環?;瘜W法是將廢舊紡織品解聚到分子水平,再進行過濾分離,能夠實現高品質回收。但該方法只能實現聚酯部分的回收利用,分離出來的其他高分子成分、染化料等無法進行再次利用,資源利用低、流程長、回收成本高,限制了該技術的發展和推廣。
【CCN】消費者對于紡織品回收再生的產品會有一些“心理障礙”,應如何消除這種現象?
【王華平】對于消費者而言,往往把紡織品循環利用與“黑心棉”劃上等號。行業如何能讓消費者“買的放心”非常重要。從技術方面來說,我國再生纖維技術與規模已經處于世界領先地位,部分高端產品已經可以達到食用級、嬰兒級。針對廢舊紡織品回收,東華大學也在牽頭做一些國家標準,如再生纖維的安全生產標準與產品標準,與國際對標,推動行業標準化體系建設。在標準推行過程中,既要做到能科學地制定標準,又要清楚地解讀標準,要讓消費者清晰認知再生產品的成分,以及安全性。換言之,要努力達到政府主導、企業配合、群眾接受的局面。
其次,纖維自身品牌和下游品牌客戶的推廣非常重要,比如近幾年循環再利用纖維通過化纖協會和東華大學聯合舉辦的纖維流行趨勢發布平臺推廣,讓企業產品應用范圍與總量得到快速增長。第三方推薦平臺可以讓消費者從源頭上了解、科學認識循環再利用纖維,消除心理障礙;通過安踏、李寧、宜家等知名品牌,結合奧運會等大型事件,使用和宣傳再生纖維產品,起到引領消費的作用,讓循環再利用纖維成為一種可持續的時尚。