现代纤维材料的发展——迪肯大学材料与纤维创新中心介绍

李建强



现代纤维材料的发展——迪肯大学材料与纤维创新中心介绍

李建强

(武汉纺织大学 新型纺织材料绿色加工及其功能化教育部重点实验室，湖北 武汉 430073)

现代纤维材料学科是一个具备高新概念的学科，纤维材料在生产和生活中起重要作用，而且它们的作用正扩展到家用和产业用纺织品领域。在介绍澳大利亚迪肯大学材料与纤维创新中心的构架基础上，以中心多学科研究活动为例证，选择性地列举了中心在纤维方面的部分新兴研究，包括纳米结构表面功能性涂层、用静电纺超细纤维、天然纤维的新应用等。

纤维材料；功能材料；静电纺

澳大利亚是南半球最大的国家，其丰富的自然资源和科技创新支撑着国家的发展与进步。笔者有幸受国家留学基金委项目和武汉纺织大学资助，在澳大利亚迪肯大学材料与纤维创新中心作为高级访问学者研修、交流。感悟到现代纤维材料的发展脉络。本文以现代纤维材料的发展为轴，介绍迪肯大学材料与纤维创新中心，他山之石，以资借鉴。

1　澳大利亚纺织研究及迪肯大学基朗技术中心简介

1.1澳大利亚纺织研究成就

根据搜索筛选的18篇相关文献，笔者做了整理，对重点文献进行分析，以期为后续的研究提供借鉴参考之用，主要的文献分析如下列表，如表2。

尽管国家历史不长，但澳大利亚的纺织研究，却有着悠久和辉煌的历程[1]。澳大利亚作为世界上最大的羊毛生产和出口国家，在纺织领域，特别是毛纺织研究领域处于世界领先地位。

纤维方面：澳大利亚人通过对绵羊的引进、培育、改良，成为当今世界最大、最优良细羊毛的生产国，誉为骑在羊背上的国家。通过澳大利亚的羊毛细化技术，可得到细化3～4mm的OptimÒfine纤维、被细化1～2mm的OptimÒmax纤维、结构和物理性能接近丝的超细羊毛纤维OptimÒfine等，所成轻薄织物有丝质光泽和手感、优良的悬垂性。澳大利亚基本解决了羊毛的系统评价和实用表征方法（如ATLAS、SiroLan-LaserScan、OFDA等）以及IWTO采纳的标准及测量方法。

纱线方面：澳大利亚通过引入英国专利技术，最早进行工业化的羊毛自捻纺纱技术的应用。20世纪60～80年代，澳大利亚联邦科学与工业中心（CSIRO）对环锭纺纱系统作出了突破性的贡献，解决了双边分布的结构纺纱和人工控制纤维转移的纺纱，为高支单纱织造提供了可能：将两根须条靠的很近，在一个皮辊宽度上纺纱的“Sirospun（赛络纺）”、单须条分束纺（Solospun）和引入长丝束形成了S/F（短/长）的“Sirofil（赛络菲尔）”纺纱。

高水平技术转移队伍还没有形成 科技成果转化往往需要资金和市场，需要包括技术研发、技术经纪、技术市场把握、与企业沟通谈判等在内的团队协同工作。就当前情况看来，学校主要是在人才建设方面的力度不够，表现在缺乏科技中介人才以及相应的一些专利经纪人队伍，制约了专利成果转化。

织物方面：织物风格表征方面，澳大利亚联邦科学与工业中心（CSIRO）的FAST居于国际领先水平。Postle等教授提出的织物手感风格的观点与理论是纺织材料领域的经典理论[2]。

有理由相信，澳大利亚国家未来纤维研究与创新中心有着美好的未来。

1.2迪肯大学与基朗技术中心（GTP）

实例2 表面功能纤维和聚合物制品：

迪肯大学还是澳大利亚有史以来第一所两次获得"年度最佳大学"奖项的学校，包括1995年最佳大学（科技辅助教学项）以及2000年最佳大学（杰出合作培训项）。鉴于迪肯大学一直以来在澳大利亚高等教育中的杰出成就，澳大利亚政府委员会将迪肯的高等教育质量排名于澳洲的一流大学之列。此外，迪肯大学是澳洲职业教育领域的领头羊，长期以来一直与工商业界、政府及专业会社保持着密切的合作关系。作为由政府资助的公立大学，学校目前提供的所有学位受到世界上其他大学和职业协会的广泛认可。迪肯大学的学位目前为澳洲的其他大学及英国、加拿大、新西兰、美国、东南亚和欧洲的大学所承认。

依靠科技进步，迪肯大学的科学研究已经进入了一个全新的发展时代。位于基朗的迪肯大学Waurn Ponds校区支撑着迪肯大学的自然科学研究。具有政府背景的基朗技术中心（GTP）就设在迪肯大学的Waurn Ponds校区，已成为培养人才、进行科学研究、促进澳洲技术进步的中心。基朗技术中心注重基础研究和应用领域的研究，具有独特的跨学科的优势。基朗技术中心在自然科学研究领域，在高级人才培养方面，在科学和工程领域，已居于澳大利亚的领先地位。基朗技术中心特别注重发展迪肯的优势学科领域，如生物科学，先进的材料和智能系统。GTP由材料和纤维创新中心（CMFI）、生物科学与技术中心（BioDeakin）和智能系统研究中心（CISR）组成。这三个中心在GTP构架下，开展了广泛的跨学科和交叉学科的研究。

2　材料与纤维创新中心（CMFI）介绍

2.1研究团队

材料与纤维创新中心传承和发展着澳大利亚的纤维研究事业。CMFI是由澳洲院士Peter Hodgson教授和终身教授王训该带领，按研究方向及负责人（带头人）构成的研究机构。其研究的重点在于材料热点发展领域，而不局限于产品或技术的使用。例如从2005年起，研究项目就深入到生物材料和纳米技术范畴。

职员：研究队伍由教授（4人）、名誉研究员（1人）、副教授（2人）、各级研究人员（25人）、访问学者构成。

辅助人员：管理人员（4人）、技术人员（7人）、IT管理员（2人）和其他工作人员（5人）等，其中部分人员为整个GTP服务。

博士生团队：CMFI没有培养硕士、本科的层次，完全由超过60人构成博士生研究团队。仅以王训该教授的研究方向为例，其团队人员来源于20国家，包括美国、英国、意大利、日本等发达国家；就中国人员而言：通常其学源构成为一流大学研究所、纺织背景院校和其他院校。目前，在王教授处的人员，学术背景有中国科学院、清华大学、北京大学、浙江大学、武汉大学、华中科技大学、中山大学、武汉理工大学等一流大学研究所；有东华大学、天津工业大学、西安工程大学、武汉纺织大学、浙江理工大学、江南大学、苏州大学、北京服装学院、大连工业大学等纺织背景院校；还有宁夏大学、合肥工业大学等院校。

泛北部湾区域最早受到的是来自印度文明的影响。据考古学发现，印度文明的宗教（特别是印度教和佛教）、服饰、风俗等在公元前就已经传到了东南亚地区。在后面，该地出现了很多佛教和印度教的建筑物。在语言方面，东南亚地区也有大部分国家使用梵文与巴利文，有些国家甚至还借用这两种文字引申出自己的文字，如缅甸的骠文和柬埔寨的高棉文等。

2.2研究条件与平台

CMFI拥有专门实验室，涉及的领域是金属，复合材料，聚合物，纺织品和生物医学研究。实验室配备了先进的设备与仪器，使得工作人员和学生可以进行探索性的研究。这些专门的设备与仪器，为CMFI的研究提供了坚实的表征条件。

CMFI的实验室，按类别分为：CAD实验室、化学实验室、纺织实验室、电子显微镜-SEM和TEM实验室、重型装备实验室、染色设备及实验室、金属粉末实验室、金相实验室、显微镜实验室、粗研磨和准备实验室、纺织聚合物挤出及纺丝实验室、热实验室等。

图1　纺织实验室

CMFI的纺织实验室，这是一个测试纤维、纱线和织物的标准实验室，实验室的环境条件是20±2℃和相对湿度为65±2％。实验室可进行纤维测量、纱线测量、织物测量、机械试验、粒径分析、表面接触角、切片分析、分光光度分析等实验。纤维测量仪器主要包括：电子单纤维拉伸试验仪、纤维直径测量仪、单纤维弯曲磨损测试仪、SDL纤维纤维长度仪等。纱线测量仪器主要包括：纱线毛羽测试仪、乌斯特纱线强力仪、乌斯特4型条干均匀度测试仪、捻度仪、视觉检测纱疵仪、计数仪等。织物测量仪器主要包括：织物舒适仪、织物厚度仪、灯箱、耐光牢度测试仪、起毛起球评估分析仪、织物抗弯刚度、织物风格仪等。此外，还有万能强力机、粒度分析仪、表面接触分析仪、切片机、分光光度分析仪等，见图1。

纺织聚合物挤出及纺丝实验室是一个专门为熔融的聚合物复合、挤出和纺丝的实验室。它包括聚合物共混设备、长丝挤出设备等大型设备。

2.3工作条件

每个人员都有专门的办公地点和专用电脑，办公设备齐全，文具免费保证使用。上网、复印、打印、扫描都配备。

2.4管理方法

无纸化办公，所有活动网上通知。

开展科研培训与训练。每个新来的职员、学生，都必须进行各级培训。进入专门的实验室也必须培训。实行实验预约登记管理制度。

开展多层次的学术交流。每周五都有各种学术讲座：讲座人员包括CMFI 的教授、外来科研工作者、博士生（后）、企业科技人员等。2008年底，召开了澳大利亚全国博士生交流会议。

2018年8月30日，江苏南通一名13岁少年沉迷网游坠楼身亡。有关记录显示，十一点四十六分该少年还在玩游戏，十二点多钟跳楼，少年玩的是“吃鸡”游戏，里面有小孩跳楼情节。

2.5经费

CMFI年科研经费在800～1000万澳元，经费来源从国家到企业各种渠道。

2.6成果奖项

线列阵各部分线性参数见表1。d为缆的横截面的直径；ρc为缆密度；EA为轴向拉伸刚度；EI为弯曲刚度；Cdτ、Cdn和Cdb分别为各缆索的切向阻力系数、法向阻力系数以及副法向阻力系数；Caτ、Can和Cab分别为切向附加质量系数、法向附加质量系数以及副法向附加质量系数。

澳大利亚籍华人王训该教授，澳大利亚Deakin大学有杰出成就教授，Deakin大学材料与纤维创新中心主任。2005年获得了美国纤维学会杰出成就奖，主持过多项澳大利亚国家自然科学基金项目和澳大利亚羊毛发展公司项目；多项科研成果均属世界首创。在国际刊物上发表过200多篇文章，是四个国际刊物的编委。王训该教授的团队，也有多人获得各类奖励。

图2为CMFI从2006～2008三年部分正式发表论文数量，图3为CMFI从2006～2008三年部分正式发表论文不同等级刊物的百分比，从中可以看出论文数量、质量的大幅度提高。

引导学生体会正方形能铺满（密铺）所测的图形，而且四条边一样长，摆放时不受位置和方位的限制，所以正方形做面积单位最合适。

图2　CMFI（2006～2008）三年部分正式发表论文数量

图3　CMFI论文，分年度不同级别刊物的百分比

图4　纤维应用轮

3　现代纤维材料的发展及应用实例

从CMFI的研究方向，特别是王训该教授的研究方向，我们很容易看到现代纤维材料的发展方向，及在传统纺织的继承基础上，超越传统纺织，进入功能、智能、产业用、生物、纳米等热点领域。在纤维及纺织品领域，纤维和纺织品发展重点是创新性利用各类纤维即从天然纤维到化学纤维，从微观级纤维到纳米级纤维，这种研究包括纤维的生产及加工各个领域。这类计划的研究重点，在于先进的纤维制品的测试和表征技术、一系列和一定规模加工技术和制品表面处理技术和设备。

3.1纤维应用轮

现代纤维材料的发展及应用的另一个重点，即探索扩大的纤维材料的应用范围。王训该教授制作了纤维应用轮，既直观明确了现代纤维材料应用领域，又有利于普及现代纤维材料的知识。纤维应用轮形象表达了现代纺织、大纺织、超纺织理念。图4为纤维材料的应用领域图[3]。

3.2CMFI在纤维及纺织品领域

近些年CMFI在纤维及纺织品领域，进行了如下项目研究[4-15]：

——三维纤维制品生物支架功能及纳米结构表面整理；

——高性能和功能性纤维及制品；

——纳米氧化锌紫外线保护纺织品；

——多功能的先进聚合物纤维；

——基于导电聚合物和碳纳米管的纤维制品；

——环锭细纱模型；

——静电纺丝纳米纤维；

——毛纱毛羽的构成机理及低毛羽纱线加工技术与设备；

——纤维传输和分离的流体模型；

——澳大利亚羊绒纤维的初加工；

——中澳羊毛创新项目；

——常压等离子体处理羊毛织物处理。

3.3研究实例简介

实例1 静电纺纳米纤维：

在溶剂型或熔融纺丝系统中，利用静电纺丝技术，制造纳米级纤维以及双组分纤维，见图5，用以生产非织造布。生物医学研究表明，通过对纤维的表面活化处理（常压等离子体），这些纳米纤维支持细胞生长。静电防纳米纤维由于其高比表面积，可提供大量的机会用于组织细胞生长[16]。见图6。

对于工程造价信息化建设工作的优化，必然还需要把握好具体工具和技术的创新，这也就需要切实把握好信息化管理数据库的优化，能够确保相应工程造价信息化管理数据库具备较强的胜任力，能够较好实现对于各类数据的有效收集和汇总保存，并且在分析方面也能够实现流畅高效处理。此外，造价信息化管理数据库还需要体现出较强的个性化效果，在统一规范要求的基础上，能够为个别工程项目提供相适宜的功能，有效满足工程项目的造价信息化管理要求。

图5　双组份静电纺丝纳米纤维

图6　粘附大鼠细胞（核染色蓝色和红色的细胞质染色）的合成纤维

图7　光致变色纺织品（从a到e间隔5秒记录）

（a）处理前 　　　　 （b）处理后

位于澳大利亚维多利亚州的迪肯大学（Deakin University）是一所建立于1974年的由政府资助的大学。大学提供学士、硕士、博士课程，专业训练及工业员工培训，共有四万六千名学生修读学位或非学位课程，其中包括二万名接受专业训练的学生。迪肯大学是澳大利亚最大的大学，也是澳大利亚最赋活力的大学之一。 迪肯大学由四个校区组成。Burwood校区位于维多利亚州的首府——墨尔本市的东郊，Waurn Ponds和Waterfront校区位于维多利亚州的第二大城市基朗（Geelong），距墨尔本市西72公里处，Warrnambool校区位于大洋路终端的瓦南布尔市。

因此，综合来看，对于中国汽车市场的未来，我们充满了信心。新能源和智能网联汽车发展势头良好，新技术新产品层出不穷，新的商业模式正在不断涌现，汽车产业的生态正在发生着深刻变化，竞争格局正在重塑。全行业一定要正确看待中国汽车产业的发展现状，放宽视野积极寻求市场机会。我们深信，汽车产业全面变革的新时代将给我们带来更多的机遇。

具有增强的性能纤维制品和功能性纤维制品，其应用的领域已迅速扩大。在CMFI受各方面的资助，开展了防护服装（如弹道导弹和耐刺伤面料，防紫外线磨损）、功能性面料（如光致变色纺织品、拒水纺织品）、特殊声应用的纺织品（例如在汽车）、智能电子纺织品（如织物传感器和驱动器）等方面研究项目[17-19]。

通过上述对西部矿业企业的营运能力、盈利能力、短期及长期偿债能力和发展能力的分析后，综合其财务指标来分析企业的核心竞争力，具体分析如下：

光致变色纺织品。已经开发出一种柔软剂，使织物的度光致变色反应快速，具有良好的色牢度，见图7所示。

在电气自动化设备的选择当中，企业要组织安排专门的技术人才，加强对设备选择的整体把控。在进行零部件以及相关产品的选择时，技术人员要对市场进行实地考察，通过多方面的对比分析，选择信誉度较好，企业口碑较高的产品生产企业，对选择的产品要进行质量方面加强把关。例如，产品的规格、质量、型号、生产日期、出厂日期、生产合格证书等，避免由于选购人员一时疏忽，选购到质量不达标的设备。此外，电气企业在保障选购产品质量的基础上，要在产品价格方面进行综合考虑，尽量选择性价比较高的产品。在保证提升电气自动化控制设备可靠性的前提下，降低电气企业的生产成本，实现企业经济效益的最大化。

图8显示的是制品表面功能化、拒水纺织品。

防紫外线纺织品。通过把纳米颗粒进入合成纤维或涂层，使织物基质覆盖一层薄薄的纳米粒子。防紫外线辐射的波长范围从280～400纳米。

穿刺织物。耐各种刀伤和穿刺的耐穿纺织品是用于军警人员和其他类型的安全执法人员。通过模型和行为的模拟，帮助开发出更好的耐穿刺织物。

实例3 羊毛及其他纤维：

重点在动物纤维的研究，创新的加工和应用动物纤维，特别是澳大利亚美利奴羊毛。例如，与武汉纺织大学和北京服装学院合作，把羊毛纤维转化成超细的粉体，然后用微粉生产新的功能性混合纤维及织物，见图9。目前还正在探讨其他动物纤维粉体应用[20]。

图9　羊毛超细粉体功能性产品

4　最新发展

CMFI对于现代纤维材料的发展与研究受到了政府和社会的极大关注与重视，基于澳大利亚联邦科学与工业研究中心（CSIRO）在Geelong纺织部分的实力，澳大利亚政府决定：由澳大利亚联邦科学与工业研究中心（CSIRO）的纺织部分和迪肯大学的纤维研究中心合并成立 澳大利亚国家未来纤维研究与创新中心（Australia Future Fibre Research and Innovation Centre），新的澳大利亚国家未来纤维研究与创新中心就坐落在CMFI的后面。2010年5月21日，澳大利亚前总理陆克文（Kevin Rudd）亲自来到迪肯大学宣布3700万澳币的投标通过政府审理。

面料和服装领域：国际羊毛局（INTERNATIONAL WOOL SECRETARIAT）的简称是IWS，成立于1937年，由主要产羊毛国家和地区澳大利亚、新西兰、乌拉圭和南非出资组成。澳大利亚美丽奴羊毛在毛纺领域的地位，证明了澳大利亚人在面料和服装领域的巨大成功。国际羊毛局的纯羊毛标志在世界上风靡。

[1] 王立晶, 王训该.澳大利亚羊毛产业研究和发展动向[J].纺织导报，2005,5：68-72.

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[5] Najar SS, Khan ZA, Wang XG. The New Solo-Siro Spun Process for Wool Yarns[J]. Journal of the Textile Institute, 2006，97(3)：205-210.

此外，为了保障农田水利能够进行大面积的喷射，应在喷灌机的上面安装喷头，确保喷灌机能够大面积的喷灌，克服局限性的影响。在设计农田灌溉路线的过程中，可对其自由设计，如自动的移动喷灌机，通过不断移动喷灌机使农田水利的各个方位和方向达到灌溉的效果。

[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.

[7] Chang L, Wang, X. Comparing the Hairiness of Solospun and Ring Spun Worsted Yarns[J]. Textile Research Journal, 2003,73(7)：640-644.

此外，学校还应该借助互联网手段搭建管理、教学、学习、测验和评价各类平台，并逐步进行整合，以实现家长多渠道多形式地参与管、教、学、测、评等活动，构建管、教、学、测、评数据库。学校通过对大数据进行分析，实现对基础教育管理和学校教育教学的科学评价，实现家校共育系统化、常态化。

[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.

[9] Wang, X. Chang L. Reducing Yarn Hairiness with a Modified Yarn Path in Worsted Ring Spinning[J]. Textile Research Journal, 2003,73(4)：327-332.

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我们都可以意识到数学的重要性，但数学知识繁杂，而且在日常生活中能使用的到的知识点却较少，这样我们很容易对这些数学知识遗忘了，但是数学思维却可以在我们解决各种问题时得到应用，不容易遗忘，所以，我们在教学过程中要重视渗透数学思维方法，这不仅有利于提升教师的教学水平，也符合素质教育的要求.近几年，我国很多数学教师都进行渗透性设计激活学生的数学思维，提高学生的数学成绩.

[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

李建强（1964-），男，教授，研究方向：新型纺织材料.