高性能和可持續(xù)性成為材料研究的驅(qū)動因素

紡織業(yè)是制造業(yè)的主要貢獻因素之一。勞動力成本和市場競爭迫使紡織業(yè)從西方向東方轉移，但具有創(chuàng)造分支價值和增量增值應用的高性能紡織關鍵技術卻仍然掌握在西方業(yè)內(nèi)手里。為應對這一形勢，印度紡織業(yè)正在制定國家級舉措，如技術紡織品技術團隊，重點是研發(fā)紡織物的關鍵技術。印度政府的這一重大舉措旨在將國內(nèi)市場規(guī)模在2024年之前達到400億～500億美元。

高級紡織產(chǎn)品屬于增值制造，這些應用包括非商品應用，如工業(yè)紡織品、可穿戴電子紡織品、智能活動服裝等。這些產(chǎn)品的應用在很大程度上側重于改善生活方式，提升健康和保護環(huán)境，強化循環(huán)經(jīng)濟和可持續(xù)性屬性。由于利用新材料和生產(chǎn)成本效益高的產(chǎn)品正在出現(xiàn)，行業(yè)給予適當?shù)目紤]。

作為原料的新作物

天然纖維，包括有機棉、亞麻、黃麻和大麻，在工業(yè)和功能應用方面提供了新的應用機會。美國對這類品種正產(chǎn)生特殊興趣，已對研發(fā)大麻取消了禁令，并嚴格規(guī)定四氫大麻酚(THC)的用量，設定在0.3%以下。此外，部分國家機構也在頒發(fā)相關許可證。

美國已有46個州種植大麻合法化，約50萬英畝的土地在2019年獲得種植大麻的許可。工業(yè)大麻可制造復合材料、工業(yè)濕巾，對家用家具的研發(fā)也在進行中，它能向一些建筑產(chǎn)品提供無可替代的原材料，并且大麻油也十分具有經(jīng)濟潛力，大麻工業(yè)產(chǎn)品和紡織品已成為最直接的產(chǎn)品。

生物模擬研發(fā)

以杜邦公司為例，模仿大自然在實驗室中開發(fā)并改進和功能化的紡織材料一直是許多公司的研發(fā)靈感來源。纖維公司有很多開發(fā)仿生纖維資源，一個值得注意的是用于彈道防護和其他重工業(yè)應用的合成絲纖維。盡管高端紡織業(yè)的研發(fā)仍處于方興未艾階段，但有幾個性能已通過仿生原理獲得應用。防水劑涂層紡織品的超疏水性就是一個很好的例證。

美國得州理工大學校長路易斯·拉菲爾·赫雷拉-埃斯特雷拉是著名的植物基因組學教授，他利用仿生概念開發(fā)出下一代棉花。這種新型棉纖維是一種重要的可持續(xù)材料，是農(nóng)民的寶貴經(jīng)濟作物，它避免了讓棉花在嚴重的非生物脅迫下生長，培育出高質(zhì)量的棉花，這是棉花產(chǎn)業(yè)的一項主要項目，它適用于美國得州、非洲和印度中部。美國科技顧問委員會(PCAST)因此將其納入5個“未來產(chǎn)業(yè)”，并將其定位為高端制造業(yè)。

自然賦予某些物種獨特的生存特征。如，鹵蟲藻可在鹽水中生存，當咸水塘干涸時，其卵可存活10年。為建立這種自然生存策略的遺傳基礎，人類可開發(fā)下一代糧食和經(jīng)濟作物。赫雷拉-埃斯特拉實驗室的研究重點是如何彈性模仿生物特征。水熊就是這樣，它可在極端的氣候中生存，如高壓和低壓，及在空氣稀薄和缺乏食物的環(huán)境中生存。利用基因工程和重組DNA技術模擬熱帶溫度，使植物在不適合氣候的條件下復活，如棉花。

功能性合成產(chǎn)品

纖維和紡織品已能實現(xiàn)功能化增值，如催化清洗或自潔。在纖維方面，功能可結合擠壓技術，使纖維功能化。這種功能化過程在織物成型后已很常見。由于易于處理，更具有可用性的三維結構應運而生，也使相關化學獲得更廣泛的應用。

催化顆粒與合成絲的結合可通過芯/護套擠壓工藝實現(xiàn)。位于美國佛羅里達的墨爾本希爾斯公司專門研發(fā)這類技術。根據(jù)希爾斯的說法，不同類型的結構都是如此，如低熔鞘和高熔核、導電核；以及表面的添加劑顆粒，以提供催化能力。機械的研發(fā)使纖維噴絲板獲得改進，它可擠出亞微米纖維，以生產(chǎn)具有增強表面積的無紡品強度。

通常，熔噴網(wǎng)有微米大小的纖維制造。美國田納西州諾克斯維爾大學和得州理工大學的無紡研究小組在合作開發(fā)獨立的、單層的熔噴網(wǎng)，其纖維的亞微米尺寸在520nm到2000nm之間。熔噴網(wǎng)由于缺乏強度，通常需要多層，但仍具有過濾效果。

該行業(yè)正在努力實現(xiàn)高效率研發(fā)，因此若能減少層次和減輕重量則可帶來更高的價值，它能使腹板產(chǎn)生足夠強的熔噴器，這將帶來很好的增量發(fā)展。獨特的亞微米網(wǎng)顯示出比正常大小的無紡布更高的過濾質(zhì)量因子。隨著目前疫情的蔓延，市場更需要高效率的納米水平，具有精細纖維尺寸的高效過濾器。

納米纖維研發(fā)：人類研發(fā)去哪里？

自20世紀90年代以來，阿克倫大學的研究人員恢復了將聚合物溶液拉伸以形成薄而細的絲，這導致納米中第一批初創(chuàng)企業(yè)初出茅廬。其中有一家名為eSpinTechnologiesInc.的光纖技術公司因此而爆發(fā)式增長，它因此得到美國政府的贊助。以此可看出，納米纖維在醫(yī)療應用、儲能和過濾功能化方面提供了大量的潛在空間。

美國得州理工大學的研究重點是利用納米纖維作為解毒和過濾介質(zhì)催化衰變有毒染料化學品。使二氧化鈦納米粒子轉化為復合納米纖維。功能化的納米纖維可用于羅丹明B(RhB)更加潔凈。研究人員發(fā)現(xiàn)，RhB在6小時內(nèi)可降解80%，其余時間內(nèi)降解20%，49天后完全消失。

功能化是個有趣的方面，如照片在陽光下要發(fā)生退化，依據(jù)早期的方法，通常是紫外線發(fā)生了作用。依據(jù)其原理，納米纖維和納米粒子就有相當有效的科學方法來支持其效率和應用。而要實現(xiàn)廣泛的應用，則需要降低成本并讓市場接受。

下一步將產(chǎn)生怎樣的工業(yè)部門？

紡織工業(yè)需要集中精力研發(fā)并促進增值應用，這些應用可滿足增進人類健康和保護環(huán)境。這需要傳統(tǒng)部門產(chǎn)生新的研發(fā)路徑，就像第二次世界大戰(zhàn)一樣，對國防工業(yè)的投資導致其他工業(yè)部門的增長。若把注意力集中在涉及科學、工程和人文科學的多學科方法上，那么新的增長將會出現(xiàn)。

（據(jù)美國《高級纖維資源網(wǎng)》https://advancedtextilessource.com/2020/03/09/developments-inadvanced-fibers/近期資料）