从“穿得暖”、“穿得美”发展到“穿得健康”，科技在功能纤维领域再度赋能。近日，中国科学院院士、东华大学材料学院院长朱美芳团队荣获2020年度国家技术发明奖二等奖，这个大奖项目就是“有机无机原位杂化构筑高感性多功能纤维的关键技术”。那么，到底什么是“高感性”多功能纤维？
高感性抗菌纤维微生物杀灭机制
要防护又要亲肤，矛盾体难调和
业内人士清楚，我国化纤产量占全球70%，其中超过八成是量大面广的聚酯和聚酰胺纤维，且同质同构现象较为严重。与之对比，高感性、多功能的高品质纤维供给不足，功能化产品比例偏低。因此，兼具抗菌、阻燃等健康防护和舒适亲肤作用的高感性多功能纤维研发，成为国家行业的急需和国际竞争的焦点。
所谓“高感性”，是指吸湿导汗、超细柔软等人体舒适感。但在相关材料的研发过程中，它与功能性又是一对很难调和的矛盾体。如何实现二者统一，成了一道世界性难题。
解放日报·上观新闻记者了解到，在高感性多功能纤维产业化过程中，有三大关键技术瓶颈亟待突破——功能组分在聚合物基体中添加量多、分散性差；功能材料在高温熔融纺丝加工中不稳定、功效不耐久；功能纤维连续化加工难、制成率低等。于是，这十余年来，朱美芳带领团队在杂化材料设计制备及其高感性多功能纤维开发领域，不断从实际需求中寻找问题，破解难题。
课题组研发产品送至抗疫一线后，朱美芳与部分团队成员合影
自本科算起，“80后”团队成员成艳华进组已有十多年。从当年朱老师手把手地教，到如今能够在基础研究领域“单兵作战”， 今年初刚当上“新妈”的成老师骨子里带着拼劲儿。她表示，很幸运在这个有高度、速度和温度的团队中打拼着。深入工厂、查阅文献原版书籍、讨论到深夜甚至凌晨……每个人都明确团队的共同目标：解决国家重大战略问题，解决“卡脖子”技术难题。
为此，项目组先后承担了一系列国家、地方和企业任务，提出并发展了国际前沿的有机—无机杂化技术，基于功能导向与构效协同，将有机组分的可设计性和无机组分的功能性，通过两相界面调控完美结合，率先提出了聚酯、聚酰胺纤维全流程功能化杂化技术的开发思路，并创立了三大技术发明点，形成了六大发明技术。
高舒适十字异形功能纤维吸湿排汗机理
上书架也上货架，低添加却高效能
说到纳米材料，人们恐怕都不陌生。但如何把纳米材料添加到高分子材料中，并充分发挥其功能，这道加法题让不少研究者犯了难。
“‘要到企业中去发现问题，调研问题，提出解决方案，再加以实施、总结’，这是朱老师经常和大家说的。”团队成员材料学院博士后周家良说，基于抗菌聚酯加工理论和方法，加上纳米粒子，他们研究的是多项高分子材料功能杂化的项目，其目的是实现材料功能的协同叠加，不让它们“打群架”。他解释称，添加量是其中的关键要素——量高，材料间的相互影响随之增大；量低，对纤维成型影响小。如何做到添加量小，同时功能性保持和感性增强，正是关键。
朱美芳与团队成员讨论功能纤维生产情况
针对金属系功能组分在聚酯高温聚合中极其容易“自团聚”从而失稳失效的难题，团队发明了溶胶原位聚合和原位氧化还原两项技术，实现了抗菌功能聚酯的一步原位杂化、金属系功能单元的设计构筑及其在复杂流体中的均匀稳定分散，制备了“低含量、高分散、高效能”的抗菌功能聚酯。
此外，团队还发明了抗菌阻燃功能杂化材料一体化制备技术。针对复杂加工条件下，功能材料不稳定、不持久、不协效等难题，研发了高热稳定抗菌阻燃杂化磷酸锆制备和高含量多功能杂化协效母粒制备技术。一体化制备了形貌可控、高温熔融加工不变色、持久高效抗菌阻燃杂化功能材料，应用于多功能聚酯、再生聚酯和聚酰胺纤维，还拓展用于功能薄膜、工程塑料等领域。
“我们做的东西要么上书架，要么上货架”这是朱美芳常说的一句话。在她看来，做项目研发，就要真真切切把成果转化成产品，不仅有创新，更要考虑全流程生产链问题，拿出“全流程解决方案”。迄今，项目建立了多功能、高感性聚酯和聚酰胺纤维全链条技术开发体系。同时，针对功能聚酯、聚酰胺可纺性下降，功能性和舒适性难统一的瓶颈，发明了多功能高感性杂化纤维纺丝技术，构建了杂化功能聚合物熔融两相纺丝动力学模型。
高感性多功能纤维全流程杂化机理
万吨级短纤长丝量产，成本直降三成
从实验室到生产线的距离，往往最近也最远，需要双方都多跨一步。团队在杂化功能聚合物的剪切、拉伸流变行为研究基础上，专门设计开发了十余种杂化纤维专用高异形度的异形喷丝板，产品色泽柔和，赋予人体舒适感。在万吨级短纤、长丝生产线上，实现多功能原生（再生）聚酯长丝、短丝及聚酰胺纤维的规模化生产，制成率从90%提高到97%，成本直降三成。
据了解，该项目整体技术在恒逸、德福伦、恒申、美达、龙福等国内化纤龙头企业全面应用和产业化，开发了五大系列30多类功能产品，被广泛用于服饰家纺、交通运输、安全防护和国防军工等领域，系列成果引领纤维多功能化科技进步和产业升级，示范效应显著。
从“科班”到“青椒”的相恒学，博士阶段起就跟随朱美芳教授做科研。他说“自己的角色类似课题组的项目小组长”，需求、谈判、方案、结果……在他心里都有本“明白账”。为跟进实验过程，简易版铺盖卷成了办公室的“流行装备”。有时候，一个月在企业最多要待上差不多20天。
朱美芳（中）在生产一线指导交流制备抗菌功能母粒
作为团队中的校企合作骨干，上海德福伦化纤有限公司总经理杨卫忠时刻关注着项目研究进展，深入生产一线推动成果落地应用。“只要团队在小试线上做成的事情，我就能把它应用到德福伦产品中去。”凭借对化纤功能新产品开发的一份执着，技术团队带领企业应用项目成果技术，开发了系列抗菌、阻燃等差别化纤维产品，使企业走上了“专、精、特、新”的差别化发展之路，打造了“不可或缺、不可超越、不可模仿”的纤维品牌，成为国内涤纶短纤维新材料领域的行业龙头。
“科研人才只有经过长期培养和积淀才能拥有揭榜挂帅的底气和能力。”11月3日中午，刚刚走出北京人民大会堂国家科技奖励大会颁奖现场的朱美芳院士表示，做研究要静下心来，坚持基础研究和问题导向相结合，把问题想得多一点，困难想得大一点。“在实现高水平科技自立自强的道路上，还有很多难题要攻克，做好打持久战的准备，不断积累实战经验。”
栏目主编：徐瑞哲 文字编辑：徐瑞哲
题图说明：朱美芳与团队合作成员杨卫忠讨论杂化功能纤维生产情况 图片来源：东华大学供图
来源：作者：徐瑞哲 孙庆华
,
