一場以纖維為名的新工業革命

基于大纖維的新制造技術體系極大豐富了制造手段，有望成為具有極高價值的制造模式

近一段時間以來，關于下一次工業革命所發生的領域，已經有很多不同的預測，比如AI、能源、生物、信息和材料領域。更加客觀的觀點其實是，下一次工業革命是充分跨界的，是由不同領域的科技突破互相促進、互相融合之后共同激發的，而新材料及其制造技術的重大突破是所有這些領域發展的共同使能要素。

一場跨領域、跨學科的工業革命

大纖維是基于材料、信息、機電、生物、能源等學科領域的技術突破與交叉融合，以“智能，超能，綠色”為特征，具有多功能、多結構、多組分特性，對眾多產業起到高滲透性、顛覆性、革命性提升效果的新一代纖維。例如，一個以先進纖維材料為基礎，具備多組分、多結構和多功能特點，能夠感知、計算、儲能、通信、執行的新型智能纖維家族已經開始出現并走向市場，國內復旦、浙大、東華等高校和研究機構均有類似技術和產品的研發，有的還注冊了公司進行小規模制造和產業化。香港理工大學陶肖明團隊從事的基于纖維的智能可穿戴技術開發，致力于通過纖維解決發電、傳感和通信問題，新研發的一代可穿戴設備將在高性能織物里面集成這些功能，從而實現從外掛到內嵌再到內生的跨越。中科院蘇州納米所李清文團隊從事的基于碳納米管的高性能納米纖維研發，有可能為我們帶來新的具備超級性能的纖維品種，從而取代被日本東麗壟斷的碳纖維。

這方面的例子還有很多，蜘蛛絲幾十年來用傳統化學合成理論和方法一直無法制造出來，現在采用生物合成理論，用蜘蛛基因調控家蠶和細菌的蛋白質分子，已經能量產高性能蜘蛛絲，這被認為是自尼龍問世以來最重要的紡織材料進步。上海長勝集團采用冷轉印（cooltrans）技術精確定量以印代染，顛覆了幾千年來大量使用稀釋染液的印染工藝，基本實現無水耗無排放印染，而且可直接在織物上印染高精密功能線條和圖案，成為發展智能化電子織物產業化的平臺級技術。

在柔韌性、輕量化、多功能、高性能、綠色化、智能化等方面，大纖維相比傳統材料如鋼材、塑料等有明顯的差異化優勢。在高性能鋼材的傳統優勢應用領域如汽車和飛機制造等，已經有越來越高的比例使用了基于纖維的復合材料以達到更高的柔韌性、輕量化和高能效。碳纖維汽車的車身用3D織造（完全省掉了裁剪，沖壓，焊接等金屬加工工序）復合制成，又在織物中混合了具有太陽能發電功能的纖維，可取代部分電池。多功能碳纖維的采用使整車性價比大大提高。這是很典型的大纖維取代傳統材料的應用案例。

更進一步，智能、超能、綠色特征的交叉融合將誕生許多完全嶄新的纖維品種，其中相當比例最終將轉化為巨大的商業價值，給下游許多產業帶來深刻的影響并從根本上改變這些產業的生態，從而誕生一個龐大的新興產業集群。我們把大纖維相關技術/產品以及圍繞下游豐富應用所形成的新產業集群叫做大纖維產業。

從原子到超系統的多層次創新制造技術

在物理層次上，關于大纖維的討論絕不應僅僅著眼于在纖維和織物這樣的中觀層面上進行，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七層，他們是：原子-分子（鏈）-纖維-織物-器件-系統-超系統（系統之系統）。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的功能，現在則須更多從需求出發，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。它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，在前述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，雜化以及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/干式紡技術、熔融紡技術、雙組分紡技術、變形和拉伸、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等。

可以這樣說，基于大纖維的從原子到超系統的新制造技術體系極大豐富了我們的制造手段，可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，更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，更反映了在系統和超系統層面上的多維數字化編程而賦予對象自動化和智能化的屬性。

抓住建立現代工業的牛鼻子

大纖維面向未來智能社會的發展需求，以下一代智能、綠色、超能纖維為特征，展現了從原子到產品、再到系統和超系統的廣大縱深。其應用行業不僅覆蓋傳統領域如技術性紡織品、能源、輕量化構造、醫療、建筑和土木工程，還對諸多戰略性新興產業具有強大的促進作用，如物聯網、半導體、汽車、航空航天、智能機器人等。

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。如采用編材制造技術制造多功能、多結構的智能纖維，進一步開發基于智能纖維高效、連續、低成本地制造各種功能的智能電子信息系統、智能機器人和裝備。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。正所謂“一代材料、一代工藝、一代裝備。”

眾所周知，現代工業體系有兩個最基本的立足點，一個是材料，另一個是精密制造與加工。中國制造業產業鏈盡管相對比較完整，但在這兩個立足點上十分薄弱，長期依靠跟隨策略難以解決根本問題，必須開辟新路。而大纖維及編材制造的興起，預示著又一場新的、由材料突破和制造突破雙輪驅動的工業革命即將來臨，抓住這兩個戰略支點，就抓住了建立強大現代工業的牛鼻子，就有可能為我們的制造強國夢帶來全局性的突破。