一场以纤维为名的新工业革命

基于大纤维的新制造技术体系极大丰富了制造手段，有望成为具有极高价值的制造模式

近一段时间以来，关于下一次工业革命所发生的领域，已经有很多不同的预测，比如AI、能源、生物、信息和材料领域。更加客观的观点其实是，下一次工业革命是充分跨界的，是由不同领域的科技突破互相促进、互相融合之后共同激发的，而新材料及其制造技术的重大突破是所有这些领域发展的共同使能要素。

一场跨领域、跨学科的工业革命

大纤维是基于材料、信息、机电、生物、能源等学科领域的技术突破与交叉融合，以“智能，超能，绿色”为特征，具有多功能、多结构、多组分特性，对众多产业起到高渗透性、颠覆性、革命性提升效果的新一代纤维。例如，一个以先进纤维材料为基础，具备多组分、多结构和多功能特点，能够感知、计算、储能、通信、执行的新型智能纤维家族已经开始出现并走向市场，国内复旦、浙大、东华等高校和研究机构均有类似技术和产品的研发，有的还注册了公司进行小规模制造和产业化。香港理工大学陶肖明团队从事的基于纤维的智能可穿戴技术开发，致力于通过纤维解决发电、传感和通信问题，新研发的一代可穿戴设备将在高性能织物里面集成这些功能，从而实现从外挂到内嵌再到内生的跨越。中科院苏州纳米所李清文团队从事的基于碳纳米管的高性能纳米纤维研发，有可能为我们带来新的具备超级性能的纤维品种，从而取代被日本东丽垄断的碳纤维。

这方面的例子还有很多，蜘蛛丝几十年来用传统化学合成理论和方法一直无法制造出来，现在采用生物合成理论，用蜘蛛基因调控家蚕和细菌的蛋白质分子，已经能量产高性能蜘蛛丝，这被认为是自尼龙问世以来最重要的纺织材料进步。上海长胜集团采用冷转印（cooltrans）技术精确定量以印代染，颠覆了几千年来大量使用稀释染液的印染工艺，基本实现无水耗无排放印染，而且可直接在织物上印染高精密功能线条和图案，成为发展智能化电子织物产业化的平台级技术。

在柔韧性、轻量化、多功能、高性能、绿色化、智能化等方面，大纤维相比传统材料如钢材、塑料等有明显的差异化优势。在高性能钢材的传统优势应用领域如汽车和飞机制造等，已经有越来越高的比例使用了基于纤维的复合材料以达到更高的柔韧性、轻量化和高能效。碳纤维汽车的车身用3D织造（完全省掉了裁剪，冲压，焊接等金属加工工序）复合制成，又在织物中混合了具有太阳能发电功能的纤维，可取代部分电池。多功能碳纤维的采用使整车性价比大大提高。这是很典型的大纤维取代传统材料的应用案例。

更进一步，智能、超能、绿色特征的交叉融合将诞生许多完全崭新的纤维品种，其中相当比例最终将转化为巨大的商业价值，给下游许多产业带来深刻的影响并从根本上改变这些产业的生态，从而诞生一个庞大的新兴产业集群。我们把大纤维相关技术/产品以及围绕下游丰富应用所形成的新产业集群叫做大纤维产业。

从原子到超系统的多层次创新制造技术

在物理层次上，关于大纤维的讨论绝不应仅仅着眼于在纤维和织物这样的中观层面上进行，还应该向微观进发下探到分子和原子的基本层次，同时向宏观扩展上升到器件和系统、甚至超系统（系统之系统）的层次。因此大纤维的物理层次包括七层，他们是：原子-分子（链）-纤维-织物-器件-系统-超系统（系统之系统）。过去我们较多从纤维的结构特点和彼此之间的联结关系出发指向具体的功能，现在则须更多从需求出发，确定功能性，再来设计纤维结构，必要时可以多组分、多结构融合获取所需要的功能。

大纤维兼具材料技术革命与制造技术革命的双重意义。它充分利用现有的纺织和其他先进制造技术并不断发展出新的制造技术，在前述从原子到超系统的各个层面进行制造活动。如在原子和分子层面的基因编辑技术或生物合成技术，杂化以及各类聚合物分子合成技术（纤维和基质用聚合物、碳纤维前体、陶瓷纤维、纤维素和生物高聚物等）；在纤维和纱线层面，有湿式/干式纺技术、熔融纺技术、双组分纺技术、变形和拉伸、非织造技术、短纤维技术和精密卷绕技术等；在织物和结构层面，有间隔技术、编织、编带、机织、针织、编织连接、组织工程、膜技术、编织挤拉、结构卷绕技术等；在功能化和器件层面，有溶胶-凝胶技术、染整技术、数字印刷技术、纳米技术、物理和化学方法、涂层、电子元件集成、传感和执行特性的开发等；在智能系统和超系统层面，有建模仿真、虚拟化、自动化与机器人、3D打印（增材制造）、数字化、智能化、绿色和可持续制造技术等等。

可以这样说，基于大纤维的从原子到超系统的新制造技术体系极大丰富了我们的制造手段，可望成为继以机床为代表的减材制造和以3D打印为代表的增材制造之后的，又一类有着重要意义和极高价值的制造模式，大纤维产业工作组的专家们首次创新地称之为“编材制造”。这个“编”字，既反映了传统意义上的纤维和纱线层面上的纺制和编织，更反映了在分子甚至原子层面的编辑和剪裁；既反映了在织物和器件层面上的集成和结构化，更反映了在系统和超系统层面上的多维数字化编程而赋予对象自动化和智能化的属性。

抓住建立现代工业的牛鼻子

大纤维面向未来智能社会的发展需求，以下一代智能、绿色、超能纤维为特征，展现了从原子到产品、再到系统和超系统的广大纵深。其应用行业不仅覆盖传统领域如技术性纺织品、能源、轻量化构造、医疗、建筑和土木工程，还对诸多战略性新兴产业具有强大的促进作用，如物联网、半导体、汽车、航空航天、智能机器人等。

与大纤维相关的以编材制造命名的新制造技术体系，不仅涵盖了常规的等材制造、减材制造和新兴的数字化增材制造技术，而且包含了大量创新的尖端的制造工艺和技术。如采用编材制造技术制造多功能、多结构的智能纤维，进一步开发基于智能纤维高效、连续、低成本地制造各种功能的智能电子信息系统、智能机器人和装备。对编材制造工艺技术的研究和掌握，以及相应研发、制造、测试和验证装备的开发，是大纤维最终走向产业应用的必由之路，同时也是一片新的制造业蓝海。正所谓“一代材料、一代工艺、一代装备。”

众所周知，现代工业体系有两个最基本的立足点，一个是材料，另一个是精密制造与加工。中国制造业产业链尽管相对比较完整，但在这两个立足点上十分薄弱，长期依靠跟随策略难以解决根本问题，必须开辟新路。而大纤维及编材制造的兴起，预示着又一场新的、由材料突破和制造突破双轮驱动的工业革命即将来临，抓住这两个战略支点，就抓住了建立强大现代工业的牛鼻子，就有可能为我们的制造强国梦带来全局性的突破。