現代纖維材料的發展——迪肯大學材料與纖維創新中心介紹

李建強

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現代纖維材料的發展——迪肯大學材料與纖維創新中心介紹

李建強

(武漢紡織大學 新型紡織材料綠色加工及其功能化教育部重點實驗室，湖北 武漢 430073)

現代纖維材料學科是一個具備高新概念的學科，纖維材料在生產和生活中起重要作用，而且它們的作用正擴展到家用和產業用紡織品領域。在介紹澳大利亞迪肯大學材料與纖維創新中心的構架基礎上，以中心多學科研究活動為例證，選擇性地列舉了中心在纖維方面的部分新興研究，包括納米結構表面功能性涂層、用靜電紡超細纖維、天然纖維的新應用等。

纖維材料；功能材料；靜電紡

澳大利亞是南半球最大的國家，其豐富的自然資源和科技創新支撐著國家的發展與進步。筆者有幸受國家留學基金委項目和武漢紡織大學資助，在澳大利亞迪肯大學材料與纖維創新中心作為高級訪問學者研修、交流。感悟到現代纖維材料的發展脈絡。本文以現代纖維材料的發展為軸，介紹迪肯大學材料與纖維創新中心，他山之石，以資借鑒。

1　澳大利亞紡織研究及迪肯大學基朗技術中心簡介

1.1澳大利亞紡織研究成就

根據搜索篩選的18篇相關文獻，筆者做了整理，對重點文獻進行分析，以期為后續的研究提供借鑒參考之用，主要的文獻分析如下列表，如表2。

盡管國家歷史不長，但澳大利亞的紡織研究，卻有著悠久和輝煌的歷程[1]。澳大利亞作為世界上最大的羊毛生產和出口國家，在紡織領域，特別是毛紡織研究領域處于世界領先地位。

纖維方面：澳大利亞人通過對綿羊的引進、培育、改良，成為當今世界最大、最優良細羊毛的生產國，譽為騎在羊背上的國家。通過澳大利亞的羊毛細化技術，可得到細化3～4mm的Optimòfine纖維、被細化1～2mm的Optimòmax纖維、結構和物理性能接近絲的超細羊毛纖維Optimòfine等，所成輕薄織物有絲質光澤和手感、優良的懸垂性。澳大利亞基本解決了羊毛的系統評價和實用表征方法（如ATLAS、SiroLan-LaserScan、OFDA等）以及IWTO采納的標準及測量方法。

紗線方面：澳大利亞通過引入英國專利技術，最早進行工業化的羊毛自捻紡紗技術的應用。20世紀60～80年代，澳大利亞聯邦科學與工業中心（CSIRO）對環錠紡紗系統作出了突破性的貢獻，解決了雙邊分布的結構紡紗和人工控制纖維轉移的紡紗，為高支單紗織造提供了可能：將兩根須條靠的很近，在一個皮輥寬度上紡紗的“Sirospun（賽絡紡）”、單須條分束紡（Solospun）和引入長絲束形成了S/F（短/長）的“Sirofil（賽絡菲爾）”紡紗。

高水平技術轉移隊伍還沒有形成 科技成果轉化往往需要資金和市場，需要包括技術研發、技術經紀、技術市場把握、與企業溝通談判等在內的團隊協同工作。就當前情況看來，學校主要是在人才建設方面的力度不夠，表現在缺乏科技中介人才以及相應的一些專利經紀人隊伍，制約了專利成果轉化。

織物方面：織物風格表征方面，澳大利亞聯邦科學與工業中心（CSIRO）的FAST居于國際領先水平。Postle等教授提出的織物手感風格的觀點與理論是紡織材料領域的經典理論[2]。

有理由相信，澳大利亞國家未來纖維研究與創新中心有著美好的未來。

1.2迪肯大學與基朗技術中心（GTP）

實例2 表面功能纖維和聚合物制品：

迪肯大學還是澳大利亞有史以來第一所兩次獲得"年度最佳大學"獎項的學校，包括1995年最佳大學（科技輔助教學項）以及2000年最佳大學（杰出合作培訓項）。鑒于迪肯大學一直以來在澳大利亞高等教育中的杰出成就，澳大利亞政府委員會將迪肯的高等教育質量排名于澳洲的一流大學之列。此外，迪肯大學是澳洲職業教育領域的領頭羊，長期以來一直與工商業界、政府及專業會社保持著密切的合作關系。作為由政府資助的公立大學，學校目前提供的所有學位受到世界上其他大學和職業協會的廣泛認可。迪肯大學的學位目前為澳洲的其他大學及英國、加拿大、新西蘭、美國、東南亞和歐洲的大學所承認。

依靠科技進步，迪肯大學的科學研究已經進入了一個全新的發展時代。位于基朗的迪肯大學Waurn Ponds校區支撐著迪肯大學的自然科學研究。具有政府背景的基朗技術中心（GTP）就設在迪肯大學的Waurn Ponds校區，已成為培養人才、進行科學研究、促進澳洲技術進步的中心。基朗技術中心注重基礎研究和應用領域的研究，具有獨特的跨學科的優勢。基朗技術中心在自然科學研究領域，在高級人才培養方面，在科學和工程領域，已居于澳大利亞的領先地位?；始夹g中心特別注重發展迪肯的優勢學科領域，如生物科學，先進的材料和智能系統。GTP由材料和纖維創新中心（CMFI）、生物科學與技術中心（BioDeakin）和智能系統研究中心（CISR）組成。這三個中心在GTP構架下，開展了廣泛的跨學科和交叉學科的研究。

2　材料與纖維創新中心（CMFI）介紹

2.1研究團隊

材料與纖維創新中心傳承和發展著澳大利亞的纖維研究事業。CMFI是由澳洲院士Peter Hodgson教授和終身教授王訓該帶領，按研究方向及負責人（帶頭人）構成的研究機構。其研究的重點在于材料熱點發展領域，而不局限于產品或技術的使用。例如從2005年起，研究項目就深入到生物材料和納米技術范疇。

職員：研究隊伍由教授（4人）、名譽研究員（1人）、副教授（2人）、各級研究人員（25人）、訪問學者構成。

輔助人員：管理人員（4人）、技術人員（7人）、IT管理員（2人）和其他工作人員（5人）等，其中部分人員為整個GTP服務。

博士生團隊：CMFI沒有培養碩士、本科的層次，完全由超過60人構成博士生研究團隊。僅以王訓該教授的研究方向為例，其團隊人員來源于20國家，包括美國、英國、意大利、日本等發達國家；就中國人員而言：通常其學源構成為一流大學研究所、紡織背景院校和其他院校。目前，在王教授處的人員，學術背景有中國科學院、清華大學、北京大學、浙江大學、武漢大學、華中科技大學、中山大學、武漢理工大學等一流大學研究所；有東華大學、天津工業大學、西安工程大學、武漢紡織大學、浙江理工大學、江南大學、蘇州大學、北京服裝學院、大連工業大學等紡織背景院校；還有寧夏大學、合肥工業大學等院校。

泛北部灣區域最早受到的是來自印度文明的影響。據考古學發現，印度文明的宗教（特別是印度教和佛教）、服飾、風俗等在公元前就已經傳到了東南亞地區。在后面，該地出現了很多佛教和印度教的建筑物。在語言方面，東南亞地區也有大部分國家使用梵文與巴利文，有些國家甚至還借用這兩種文字引申出自己的文字，如緬甸的驃文和柬埔寨的高棉文等。

2.2研究條件與平臺

CMFI擁有專門實驗室，涉及的領域是金屬，復合材料，聚合物，紡織品和生物醫學研究。實驗室配備了先進的設備與儀器，使得工作人員和學生可以進行探索性的研究。這些專門的設備與儀器，為CMFI的研究提供了堅實的表征條件。

CMFI的實驗室，按類別分為：CAD實驗室、化學實驗室、紡織實驗室、電子顯微鏡-SEM和TEM實驗室、重型裝備實驗室、染色設備及實驗室、金屬粉末實驗室、金相實驗室、顯微鏡實驗室、粗研磨和準備實驗室、紡織聚合物擠出及紡絲實驗室、熱實驗室等。

圖1　紡織實驗室

CMFI的紡織實驗室，這是一個測試纖維、紗線和織物的標準實驗室，實驗室的環境條件是20±2℃和相對濕度為65±2％。實驗室可進行纖維測量、紗線測量、織物測量、機械試驗、粒徑分析、表面接觸角、切片分析、分光光度分析等實驗。纖維測量儀器主要包括：電子單纖維拉伸試驗儀、纖維直徑測量儀、單纖維彎曲磨損測試儀、SDL纖維纖維長度儀等。紗線測量儀器主要包括：紗線毛羽測試儀、烏斯特紗線強力儀、烏斯特4型條干均勻度測試儀、捻度儀、視覺檢測紗疵儀、計數儀等。織物測量儀器主要包括：織物舒適儀、織物厚度儀、燈箱、耐光牢度測試儀、起毛起球評估分析儀、織物抗彎剛度、織物風格儀等。此外，還有萬能強力機、粒度分析儀、表面接觸分析儀、切片機、分光光度分析儀等，見圖1。

紡織聚合物擠出及紡絲實驗室是一個專門為熔融的聚合物復合、擠出和紡絲的實驗室。它包括聚合物共混設備、長絲擠出設備等大型設備。

2.3工作條件

每個人員都有專門的辦公地點和專用電腦，辦公設備齊全，文具免費保證使用。上網、復印、打印、掃描都配備。

2.4管理方法

無紙化辦公，所有活動網上通知。

開展科研培訓與訓練。每個新來的職員、學生，都必須進行各級培訓。進入專門的實驗室也必須培訓。實行實驗預約登記管理制度。

開展多層次的學術交流。每周五都有各種學術講座：講座人員包括CMFI 的教授、外來科研工作者、博士生（后）、企業科技人員等。2008年底，召開了澳大利亞全國博士生交流會議。

2018年8月30日，江蘇南通一名13歲少年沉迷網游墜樓身亡。有關記錄顯示，十一點四十六分該少年還在玩游戲，十二點多鐘跳樓，少年玩的是“吃雞”游戲，里面有小孩跳樓情節。

2.5經費

CMFI年科研經費在800～1000萬澳元，經費來源從國家到企業各種渠道。

2.6成果獎項

線列陣各部分線性參數見表1。d為纜的橫截面的直徑；ρc為纜密度；EA為軸向拉伸剛度；EI為彎曲剛度；Cdτ、Cdn和Cdb分別為各纜索的切向阻力系數、法向阻力系數以及副法向阻力系數；Caτ、Can和Cab分別為切向附加質量系數、法向附加質量系數以及副法向附加質量系數。

澳大利亞籍華人王訓該教授，澳大利亞Deakin大學有杰出成就教授，Deakin大學材料與纖維創新中心主任。2005年獲得了美國纖維學會杰出成就獎，主持過多項澳大利亞國家自然科學基金項目和澳大利亞羊毛發展公司項目；多項科研成果均屬世界首創。在國際刊物上發表過200多篇文章，是四個國際刊物的編委。王訓該教授的團隊，也有多人獲得各類獎勵。

圖2為CMFI從2006～2008三年部分正式發表論文數量，圖3為CMFI從2006～2008三年部分正式發表論文不同等級刊物的百分比，從中可以看出論文數量、質量的大幅度提高。

引導學生體會正方形能鋪滿（密鋪）所測的圖形，而且四條邊一樣長，擺放時不受位置和方位的限制，所以正方形做面積單位最合適。

圖2　CMFI（2006～2008）三年部分正式發表論文數量

圖3　CMFI論文，分年度不同級別刊物的百分比

圖4　纖維應用輪

3　現代纖維材料的發展及應用實例

從CMFI的研究方向，特別是王訓該教授的研究方向，我們很容易看到現代纖維材料的發展方向，及在傳統紡織的繼承基礎上，超越傳統紡織，進入功能、智能、產業用、生物、納米等熱點領域。在纖維及紡織品領域，纖維和紡織品發展重點是創新性利用各類纖維即從天然纖維到化學纖維，從微觀級纖維到納米級纖維，這種研究包括纖維的生產及加工各個領域。這類計劃的研究重點，在于先進的纖維制品的測試和表征技術、一系列和一定規模加工技術和制品表面處理技術和設備。

3.1纖維應用輪

現代纖維材料的發展及應用的另一個重點，即探索擴大的纖維材料的應用范圍。王訓該教授制作了纖維應用輪，既直觀明確了現代纖維材料應用領域，又有利于普及現代纖維材料的知識。纖維應用輪形象表達了現代紡織、大紡織、超紡織理念。圖4為纖維材料的應用領域圖[3]。

3.2CMFI在纖維及紡織品領域

近些年CMFI在纖維及紡織品領域，進行了如下項目研究[4-15]：

——三維纖維制品生物支架功能及納米結構表面整理；

——高性能和功能性纖維及制品；

——納米氧化鋅紫外線保護紡織品；

——多功能的先進聚合物纖維；

——基于導電聚合物和碳納米管的纖維制品；

——環錠細紗模型；

——靜電紡絲納米纖維；

——毛紗毛羽的構成機理及低毛羽紗線加工技術與設備；

——纖維傳輸和分離的流體模型；

——澳大利亞羊絨纖維的初加工；

——中澳羊毛創新項目；

——常壓等離子體處理羊毛織物處理。

3.3研究實例簡介

實例1 靜電紡納米纖維：

在溶劑型或熔融紡絲系統中，利用靜電紡絲技術，制造納米級纖維以及雙組分纖維，見圖5，用以生產非織造布。生物醫學研究表明，通過對纖維的表面活化處理（常壓等離子體），這些納米纖維支持細胞生長。靜電防納米纖維由于其高比表面積，可提供大量的機會用于組織細胞生長[16]。見圖6。

對于工程造價信息化建設工作的優化，必然還需要把握好具體工具和技術的創新，這也就需要切實把握好信息化管理數據庫的優化，能夠確保相應工程造價信息化管理數據庫具備較強的勝任力，能夠較好實現對于各類數據的有效收集和匯總保存，并且在分析方面也能夠實現流暢高效處理。此外，造價信息化管理數據庫還需要體現出較強的個性化效果，在統一規范要求的基礎上，能夠為個別工程項目提供相適宜的功能，有效滿足工程項目的造價信息化管理要求。

圖5　雙組份靜電紡絲納米纖維

圖6　粘附大鼠細胞（核染色藍色和紅色的細胞質染色）的合成纖維

圖7　光致變色紡織品（從a到e間隔5秒記錄）

（a）處理前 　　　　 （b）處理后

位于澳大利亞維多利亞州的迪肯大學（Deakin University）是一所建立于1974年的由政府資助的大學。大學提供學士、碩士、博士課程，專業訓練及工業員工培訓，共有四萬六千名學生修讀學位或非學位課程，其中包括二萬名接受專業訓練的學生。迪肯大學是澳大利亞最大的大學，也是澳大利亞最賦活力的大學之一。 迪肯大學由四個校區組成。Burwood校區位于維多利亞州的首府——墨爾本市的東郊，Waurn Ponds和Waterfront校區位于維多利亞州的第二大城市基朗（Geelong），距墨爾本市西72公里處，Warrnambool校區位于大洋路終端的瓦南布爾市。

因此，綜合來看，對于中國汽車市場的未來，我們充滿了信心。新能源和智能網聯汽車發展勢頭良好，新技術新產品層出不窮，新的商業模式正在不斷涌現，汽車產業的生態正在發生著深刻變化，競爭格局正在重塑。全行業一定要正確看待中國汽車產業的發展現狀，放寬視野積極尋求市場機會。我們深信，汽車產業全面變革的新時代將給我們帶來更多的機遇。

具有增強的性能纖維制品和功能性纖維制品，其應用的領域已迅速擴大。在CMFI受各方面的資助，開展了防護服裝（如彈道導彈和耐刺傷面料，防紫外線磨損）、功能性面料（如光致變色紡織品、拒水紡織品）、特殊聲應用的紡織品（例如在汽車）、智能電子紡織品（如織物傳感器和驅動器）等方面研究項目[17-19]。

通過上述對西部礦業企業的營運能力、盈利能力、短期及長期償債能力和發展能力的分析后，綜合其財務指標來分析企業的核心競爭力，具體分析如下：

光致變色紡織品。已經開發出一種柔軟劑，使織物的度光致變色反應快速，具有良好的色牢度，見圖7所示。

在電氣自動化設備的選擇當中，企業要組織安排專門的技術人才，加強對設備選擇的整體把控。在進行零部件以及相關產品的選擇時，技術人員要對市場進行實地考察，通過多方面的對比分析，選擇信譽度較好，企業口碑較高的產品生產企業，對選擇的產品要進行質量方面加強把關。例如，產品的規格、質量、型號、生產日期、出廠日期、生產合格證書等，避免由于選購人員一時疏忽，選購到質量不達標的設備。此外，電氣企業在保障選購產品質量的基礎上，要在產品價格方面進行綜合考慮，盡量選擇性價比較高的產品。在保證提升電氣自動化控制設備可靠性的前提下，降低電氣企業的生產成本，實現企業經濟效益的最大化。

圖8顯示的是制品表面功能化、拒水紡織品。

防紫外線紡織品。通過把納米顆粒進入合成纖維或涂層，使織物基質覆蓋一層薄薄的納米粒子。防紫外線輻射的波長范圍從280～400納米。

穿刺織物。耐各種刀傷和穿刺的耐穿紡織品是用于軍警人員和其他類型的安全執法人員。通過模型和行為的模擬，幫助開發出更好的耐穿刺織物。

實例3 羊毛及其他纖維：

重點在動物纖維的研究，創新的加工和應用動物纖維，特別是澳大利亞美利奴羊毛。例如，與武漢紡織大學和北京服裝學院合作，把羊毛纖維轉化成超細的粉體，然后用微粉生產新的功能性混合纖維及織物，見圖9。目前還正在探討其他動物纖維粉體應用[20]。

圖9　羊毛超細粉體功能性產品

4　最新發展

CMFI對于現代纖維材料的發展與研究受到了政府和社會的極大關注與重視，基于澳大利亞聯邦科學與工業研究中心（CSIRO）在Geelong紡織部分的實力，澳大利亞政府決定：由澳大利亞聯邦科學與工業研究中心（CSIRO）的紡織部分和迪肯大學的纖維研究中心合并成立 澳大利亞國家未來纖維研究與創新中心（Australia Future Fibre Research and Innovation Centre），新的澳大利亞國家未來纖維研究與創新中心就坐落在CMFI的后面。2010年5月21日，澳大利亞前總理陸克文（Kevin Rudd）親自來到迪肯大學宣布3700萬澳幣的投標通過政府審理。

面料和服裝領域：國際羊毛局（INTERNATIONAL WOOL SECRETARIAT）的簡稱是IWS，成立于1937年，由主要產羊毛國家和地區澳大利亞、新西蘭、烏拉圭和南非出資組成。澳大利亞美麗奴羊毛在毛紡領域的地位，證明了澳大利亞人在面料和服裝領域的巨大成功。國際羊毛局的純羊毛標志在世界上風靡。

[1] 王立晶, 王訓該.澳大利亞羊毛產業研究和發展動向[J].紡織導報，2005,5：68-72.

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此外，為了保障農田水利能夠進行大面積的噴射，應在噴灌機的上面安裝噴頭，確保噴灌機能夠大面積的噴灌，克服局限性的影響。在設計農田灌溉路線的過程中，可對其自由設計，如自動的移動噴灌機，通過不斷移動噴灌機使農田水利的各個方位和方向達到灌溉的效果。

[6] Tang ZX, Wang X, Fraser WB, et al. An Experimental Investigation of Yarn Tension in Simulated Ring Spinning[J]. Fibers and Polymers, 2004,5 (4)：275-279.

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此外，學校還應該借助互聯網手段搭建管理、教學、學習、測驗和評價各類平臺，并逐步進行整合，以實現家長多渠道多形式地參與管、教、學、測、評等活動，構建管、教、學、測、評數據庫。學校通過對大數據進行分析，實現對基礎教育管理和學校教育教學的科學評價，實現家校共育系統化、常態化。

[8] Chang L, Tang ZX, Wang, X. Effect of Yarn Hairiness on Energy Consumption in Rotating a Ring-Spun Yarn Package[J]. Textile Research Journal, 2003,73(11)：949-954.

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我們都可以意識到數學的重要性，但數學知識繁雜，而且在日常生活中能使用的到的知識點卻較少，這樣我們很容易對這些數學知識遺忘了，但是數學思維卻可以在我們解決各種問題時得到應用，不容易遺忘，所以，我們在教學過程中要重視滲透數學思維方法，這不僅有利于提升教師的教學水平，也符合素質教育的要求.近幾年，我國很多數學教師都進行滲透性設計激活學生的數學思維，提高學生的數學成績.

[11]LIN T, WANG X, WANG H, et al. The charge effect of cationic surfactants on the elimination of fibre beads in the electrospinning of polystyrene[J]. Nanotechnology, 2004, 15(9)：1375-1381.

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The Development of Modern Fiber Materials——The Introduction of the Material and Fibre Innovation Centre of Deakin University

LI Jian-qiang

(Education Ministry Key Lab for Green Processing and Function-based Production of New Textile Material, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073, China)

The modern fiber materials science has high-tech concept. The fiber material playes an important role in production and life, and it is applied to household and industrial fields. Based on the introduction of the Material and Fibre Innovation Centre of Australia's Deakin University, the research activities of the centre are taken as examples, some new researches on fiber in the centre are listed selectively，such as functional coating on nano-structured surface, ectrostatic spinning superfine fibers, new applications of natural fibers, etc.

Fiber Material; Functional Materials; Electrostatic Spinning

TS01

A

1009－5160(2011)03－0001－06

李建強（1964-），男，教授，研究方向：新型紡織材料.