世界科技文化论文

2022-05-15

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第一篇:世界科技文化论文

2010世界科技发展回顾

在认识生命方面,美生物学家在实验室制造出了首个完全由人造基因指令控制的细菌。将8个由60个核苷酸组成的DNA片段,人工合成了实验老鼠的线粒体基因组。

科学家称在实验室利用老鼠细胞培植出可分解毒素的人造老鼠肝脏,这标志着“订制器官”技术的进步;利用死鬼狒的皮肤细胞制造出了干细胞。

公布了首个可植入式人工肾脏的原型。该人工肾脏中包含有数千个微型过滤器和生物反应器,能过滤血液中的毒素,模拟真实肾脏的代谢功能和水平衡功能;制造出了人造卵巢,这是人类首次制造出一个三维的身体组织结构,也是首次制造出可完全承担人体功能的身体组织。

发明了可直接用于创面的皮肤“打印机”,实现了皮肤组织的人工制造;东弗吉尼亚医学院去年5月迎来了由冷冻了将近20年的胚胎孕育而生的男婴,打破了此前胚胎冷冻13年的纪录。

通过开启过早衰老的老鼠体内的一个端粒酶基因,扭转了老鼠的衰老进程,老鼠的器官也得以再生,其萎缩的大脑体积增大,并且恢复了生育能力。

在DNA研究方面,揭示了单链DNA在穿越碳纳米管时发生的“易位”过程。该研究为实现高速、低成本的一对一的基因测序,以及完善个体化治疗以治愈更多疾病奠定基础;将已有30年历史的彗星化验改造成一项全新的分析技术,不仅能加快DNA损伤分析进程,还能应用于流行病学和药物筛选等。

对由DNA制成的分子机器人“蜘蛛侠”进行编程,实现了让其沿着DNA轨道运动的控制。该项技术进步或许可以让科学家最终制造出分子级可自组装的机器人;找到了开发DNA自组装材料的最佳方法,确定用于自组装的DNA链的最佳长度应介于10个碱基到30个碱基之间。该方法在药物输送以及分子传感器等诸多领域具有重要价值。

在治疗癌症方面,研发出纳米级抗癌“鸡尾酒疗法”。这是首次将不同作用的纳米粒子组合形成的纳米协作治疗系统,可对血液中的癌变肿瘤进行定位,并释放抗癌药物达到消灭肿瘤的目标;首次证实,靶向纳米粒子可传输到肿瘤中,释放出双链小干扰核糖核酸(siRNAs),并利用核糖核酸干扰(RNAi)机制关闭一个重要的癌症基因。

在U87的成胶质瘤细胞系上首次完成了脑癌细胞系全基因组测序。这是对单个癌症细胞系所做的最为彻底的测序分析,揭示了几乎所有潜在的致癌染色体易位及导致该癌症发展的基因缺失和突变。

发现转铁蛋白与纳米粒子结合可瞄准并杀死拉莫斯癌细胞,新发现将有望发展出癌症靶向治疗的新策略,并且副作用更小;首次在组织培养皿中将人体正常细胞转变成三维癌细胞组织,该研究成果提供了观察细胞如何分裂和侵入周围组织的全新途径;研制出可以阻断与恶性黑色素瘤密切相关的B-RAF突变的抗癌药物,科學家认为,此成果堪与发现青霉素相媲美。

在病毒方面,发明由数百个微型针构成“贴布疫苗”。贴在皮肤上,微型针就会渗透进皮肤外层并且溶解,同时释放出一定剂量的流感疫苗。

发现抗逆转录病毒药物或能在一定程度上降低艾滋病的感染风险和传播速度,这是首次证明定期服用药物可部分减少艾滋病在男同性恋和双性恋男性高危人群中的传播。

揭示了T细胞阻断艾滋病病毒的作用机理:前胸腺素-α宿主蛋白在抑制艾滋病病毒复制过程中具有重要作用;发现了两种可有效中和艾滋病病毒的抗体VRC01和VRC02,能阻止90%以上已知的艾滋病病毒菌株侵袭人体细胞;发现胞苷和健泽合用可杀艾滋病病毒。这是人们首次寻找到无毒性副作用对付艾滋病病毒的方法。

在干细胞研究方面,美国地方法院发布干细胞研究临时禁令。美国哥伦比亚特区地方法院8月23日以破坏人类胚胎为由禁止联邦资金资助人类胚胎干细胞研究。尽管这只是一项临时禁令,但依旧在美国社会引起巨大反响。

将老鼠皮肤细胞转化为神经细胞,绕开了诱导多功能干细胞过程。这些新神经细胞不但功能完备,还可与实验室中的其他神经细胞形成突触,被科学家称为“诱导神经细胞”。

利用蛋白质可让每千克脐带血中的干细胞数量从20万激增到6亿;科学家利用成人细胞和生长因子LIF,研发出新的人体多功能干细胞,与现在使用的干细胞相比更易操控。

在医学诊断方面,制造出可轻易进入细胞内部进行检测的V形纳米晶体管。这种纳米级场效应传感器能测量5微米直径的细胞,且不会对细胞造成任何可见伤害。

发现无痛的拉曼激光束能探出癌症初发迹象,可能很快取代X射线作为一种非侵入式的疾病诊断方式。

借由促卵泡激素受体,发现了人体多种癌症通用标记,并借助扫描方法可让多种类型癌症自动“现形”。

在疾病治疗方面,让纳米大小、能够对抗疾病的RNA分子自我组装成具有治疗效果的生物支架,其直径仅为13纳米,由短链的寡核苷酸组成。生物支架除了可制造纳米传感器外,还可用作“桥梁”向人体递送抗病药物。

在纳米弹簧中成功地放置进生物分子。该纳米弹簧在微型反应器中能最大限度地扩张药品同其他物质接触的表面积,从而可作为高效催化剂载体加快化学反应速度。

在一个类细胞膜内植入了一个可由“细胞”内部的燃料驱动的纳米晶体管。该技术可用于制造新型人机接口,植入设备可传达细胞膜内与疾病相关蛋白的内部工作信息,并最终创造出可读取甚至影响大脑或神经细胞的新方法。新研究在生命和机器之间建立起了前所未有的紧密联系。

英 国

基因研究成果显著,大量新基因被发现;干细胞研究迈出关键一步。

英国科学家发现了许多与人体健康相关的基因,如与近视相关的基因、与哮喘相关的基因、与肺结核病和疟疾在内的多种传染性疾病相关的基因、与血脂代谢相关的基因等。而通过基因测序技术,科学家绘制出斑胸草雀、苹果、青蒿、小麦等动植物的基因图谱。

英首例干细胞人体治疗试验于2010年10月获得英医药与保健产品管理局(MHRA)批准。该试验针对西方国家老年人中最为常见的一种眼疾——视网膜黄斑变性,这意味着干细胞终于走上了“改变医学”的道路。而英国耗资300万英镑的人造血计划也取得了阶段性成果,科学家首次使用胚胎干细胞制造出红血球。

干细胞领域研究成果还包括:成功地将实验鼠胸腺干细胞转变为毛囊细胞,迈出了器官组织再生研究重要一步;利用诱导多功能干细胞技术,成功地将肝病患者的皮肤细胞培育成肝脏细胞,对特定肝病患者的治疗极有助益。此外,英科学家还开发出一种可利用植物干细胞来生产紫杉醇的新技术,该技术可大幅降低紫杉醇等植物药用成分的提取成本,将在一定程度上对癌症以及其他疾病的治疗带来希望。

法 国

发现影响脊椎动物身体对称性物质,发现抗药性不强的超级细菌,合成阻断艾滋病病毒传播的分子,找到激活新生鼠呼吸系统关键基因,发现抗癌新方法,揭示病毒侵入细胞机制。

法国科学家发现维生素A酸在确保身体对称性上起到了关键性作用,为理解脊椎动物身体对称性的形成以及防止身体发育异常提供了新思路。

合成了一种分子,可以阻止艾滋病病毒与淋巴TCD4+的接触,阻止艾滋病病毒在细胞间传播。

在老鼠身上检验出一种基因,它能够帮助新生幼鼠用肺呼吸。如果老鼠幼崽细胞内编码合成TSHZ3蛋白质的基因无法表达,那么小老鼠就会在出生几分钟后窒息而亡。研究人员认为,这是哺乳动物出生后存活的关键所在。

发现一名受伤者的皮肤样本中含有超强抗药基因NDM-1基因的细菌菌株,但这些菌株的抗药性不强,受伤者也未受到感染。

发现老鼠的脂肪组织能够生成对抗过敏和发炎的免疫细胞,这一研究成果有助于新药的研制。

發现番茄红素有助于预防II型糖尿病等与肥胖有关的疾病。

发现“玫瑰树碱”的衍生物对多种癌症具有特别疗效,这一发现将有助于抗癌新药的研发。

揭示了基孔肯雅病毒表面蛋白质的3D结构,掌握了这种病毒侵入细胞的机制。这一发现将有助于开发新的抗病毒药物。

德 国

首次直接测量了植物基因突变过程的速度,研发出一种水溶性光感多肽结构,发现对蛋白质的构成起调控作用的基因开关,发现肥大细胞免疫反应机理,发现分子复合物中的全新能量转换机制。

德国科学家通过跟踪5组拟南芥30多代的遗传发育以及比较每一代的基因与上一代的区别,首次直接测量了植物基因突变过程的速度,用全新视角展现了进化的基本过程。

研发出一种水溶性光感多肽结构,其生物学功能可以利用灯光来开启和闭合。这种多肽模型可以控制相应的天然蛋白质相互作用,进而借助光来控制相应的信号链。

首次在烟草叶绿体中发现了对蛋白质的构成起调控作用的基因开关。未来这种核糖开关或许可以在提高转基因作物的生物安全性方面发挥重要作用。

发现特殊的转录因子“Neurogenin2”或“Dlx2”,可使大脑皮层的星形胶质细胞转化为功能性神经细胞。这将有助于老年痴呆症或中风等疾病的新疗法研究。

首次揭示病原体有一种类似注射器一样的运输系统,可直接将致病因子注入宿主细胞。

发现了肥大细胞免疫反应机理,证明一直以来被低估的肥大细胞,其实处于免疫系统抗病第一线,在感染后的几个小时内就已经确定了该如何防御。

以果蝇为实验对象,首次成功研发出研究蝇脑神经细胞活动机制的方法。

揭示细胞线粒体呼吸链膜蛋白复合物Ⅰ的结构,并发现了分子复合物中的全新能量转换机制。该成果对于彻底了解细胞内电子传递和能量转化的机理至关重要。

德国高等法院维持了该国管理转基因(GM)农作物的法案,继续保持对转基因农作物的限制。

日 本

证实RNA具有维持整个基因组稳定性的重要作用,发现引起白血病复发的主要原因,开发出脑机接口技术的新型电极,发现可将水稻产量提高五成的新基因,证实IPS细胞可用于进行癌症的免疫治疗。

日本科学家证实部分过去被认为“没用”的RNA,实际上具有维持整个基因组稳定性的重要作用。为未来研制出副作用更小的抗癌药剂开辟了新的思路。

在白血病干细胞中发现了25种可引起白血病复发的主要分子。根据这一发现,可开发出仅以白血病干细胞为标靶的新型药物。

日研究人员利用新原理,即采用间距只有1纳米的电极,测定流入一个核酸碱基分子的电流来确定碱基分子,开发出可高速决定DNA碱基配对的DNA自动定序新方法。

开发出一种新型神经信息传输系统,该系统通过读取脑电波,可以在屏幕上表达出512种具体信息,并可通过语音将信息读出来。

开发出一种适用于脑机接口技术的新型电极,这种电极由ECoG电极改良而来,对未来脑机接口技术的加速发展具有重要意义。

解开纳豆菌的全部遗传信息。该成果有望在水质净化等环境领域以及食品和医药领域得到应用。

发现了一种可将水稻产量提高五成的新基因。该基因位于水稻染色体的第八染色体中,可以控制水稻一次枝梗的数量。这种基因还可以通过自然杂交的方式传递到下一代。人们期望这项发现能为未来人类解决粮食危机提供帮助。

证实导致遗传性听力障碍的物质机理。这种被称为TRIOBP的物质主要存在于人的内耳部分,如果制造TRIOBP的遗传基因出现问题,声音就无法转化为神经信号,从而产生听力障碍。

证实IPS细胞可用于进行癌症的免疫治疗。开发出IPS细胞的自动培养装置,该技术不但避免了干细胞研究的伦理问题,而且更加简单方便。

发现五种与前列腺癌有关的遗传基因。该成果有助于开发出新型前列腺癌检查方法,对于开发抗癌药物也颇有益处。

通过移植神经干细胞的方法,让受到严重脊髓损伤的瘫痪老鼠重新走起路来。该方法弥补了再建损伤脊髓方面的空白,对于中风等中枢神经系统病患的恢复治疗也有很大的启发作用。

通过让蚜虫感染细菌的方式,使蚜虫获得了在以往并不吃的植物上生存和繁殖的能力。该成果将对开发新型害虫防止方法提供新思路。

加拿大

成功绘制出表现细胞内基因之间相互作用的图谱,找到降低血液中脂肪含量的新方法,开发出一种新型“活传感器”,成功利用人体皮肤制成血液。

加拿大科学家成功绘制出表现细胞内基因之间相互作用的图谱,找到降低血液中脂肪含量的新方法。研究人员发现,通过降低一种称为甘油三酯水解酶TGH的活性,可以降低动物血液中脂肪的含量,并改善葡萄糖的新陈代谢。表明TGH酶最终可以成为药物治疗肥胖症引发的代谢并发症的靶子。

发现膜蛋白PD-1和细胞衍生因子IL-10这两种分子联手作用,影响了艾滋病人体内的CD4 T-细胞发挥正常作用,导致患者免疫系统受损并加快了患者病情发展。对研究开发新型治疗艾滋病的药物将产生重要的推动作用。

发现哺乳动物大脑使用一种特殊的方式对一种特别的蛋白质4E-BP2进行修改,导致蛋白质正常功能的改变。对了解人类大脑的工作机理并最终攻克治疗记忆丧失问题有重要价值。

发现了一种使用药物直接攻击癌细胞的全新治疗白血病和其他癌细胞的新方法。人体存在允许抗癌药物如博来霉素进入人体的“门口”,可以直接攻击白血病癌细胞。

发现与核糖核酸相结合的一种蛋白质中一小段能够控制基因的正常表达,其中包括那些在癌症中活跃的基因。使癌症个性化治疗向前迈进了一大步。

发现超级病菌内部存在控制其致病能力的“中央处理器”。所谓的“中央处理器”,是一种小化合物,由超级金黄葡萄球菌以其抗药性的形式产生,由它决定了这种病菌的传染强度和传染能力。该项发现为治疗这种致命的病菌感染提供了一条新途径。

开发出了一种新型的“活传感器”。这种“活传感器”其实是一种芥菜类植物,黑暗、温度偏高或偏低、缺水以及缺少营养剂等都会导致这种植物“感觉不舒服”而发光。

在实验室成功利用人体皮肤制成血液。该发现可以帮助人类解决血源供应不足的难题,也可以改进实体瘤、白血病等许多癌症的治疗效果。

以色列

生物医药是以色列的传统强项。2010年,以生物医药领域成果显著。

以色列科学家用悬浮液培育胚胎干细胞,培育过程比原有方法更为简便,为胚胎干细胞的大规模培育开辟了一条新途径。

开发出一种名为“皮肤扫描650”皮肤癌探测装置。探测早期皮肤癌的有效率为92%。

研发出一种放射性治疗癌症新方法。利用一种经特殊混合的纳米粒子和抗体来确定肿瘤位置,纳米粒子可直接附着在肿瘤上,然后通过外部磁场使其在特定部位发热,可定向杀死癌细胞。

发现了一个与慢性疼痛有关的基因。在对实验鼠的研究中发现,其第15染色体的一个区域可能存在引起疼痛的变异基因。

研发出一种可广泛用于农业、医疗等领域的新型超级吸收剂聚合物。将充满这种超级吸收剂的水源放在作物下面的土壤中,可节水60%—80%;此外,用该技术生产的医用吸收剂能保持特定湿度并具有自消毒功能,治疗创伤、烧伤和慢性溃疡可减少感染,加速伤口愈合。

乌克兰

国家科学院下属的生物化学,生理学和分子生物学学部的研究工作集中解决生物学,医学和生态学方面的基础问题。学部的研究人员取得了不少具有重大意义的研究成果。

揭示了包含有α7_亚组的乙酰胆碱受体会消极地调节老鼠B-淋巴细胞的激活,影响CD40信号传递过程。

證实TRPV1渠道积极参与了对主要有疼痛反应神经元的钙稳态的调节,并证实了用于确定这些神经元的功能状态的方法。

首次揭示肿瘤细胞的超微结构存在着某种程度的不同。

首次揭示植物适应性改变中涉及的表达基因组过程的机能。

建立起监测玉米转基因存在度的方法。在高等植物中,找到细胞骨架调节中涉及的人类苏氨酸蛋白激酶的唯一同族体。开发出一种增强小麦抗全蚀病愈合组织再生能力的新方法。

首次发现了暴露在热脉冲中的叶绿体通过数个叶绿体基粒的聚集,快速改组叶绿体基粒的现象。收集到一组根瘤大豆细菌再分离株。建立起有效保护植物免受杂草影响的灭草剂的整体应用技术。确定代谢组中水通道蛋白-水孔蛋的昼夜节律表现度的调整作用。

培育出新的冬小麦栽培品种,这种小麦移植了黑小麦的基因组,可增加高质量小麦产量。

俄罗斯

利用纳米材料研制的药物减缓衰老,培育出了耐涝能力更强的小麦品种。

俄罗斯科学家通过动物实验发现,用一种纳米材料研制的药物能够减缓衰老对动物机体组织的影响。

通过诱导小麦的愈伤组织,培育出了耐涝能力更强的小麦品种。

南 非

南非科学家尝试用螃蟹壳制造下一代绷带,肺结核病新疗法首次在南非进入临床试验。

南非科学家正在研究螃蟹壳的抗菌性能,期望能找到一种基于壳聚糖的聚合物溶液配方,通过静电纺丝的方法制备出壳聚糖纳米纤维膜。纳米纤维具有很高的表面积/体积比、高多孔性以及纤维直径很小等特点,是理想的创伤敷料。

全球结核病药物开发联盟宣布,一种治疗肺结核病的新药首次在南非的两个结核病治疗中心进入临床试验。进入临床试验的药物称为“新药物组合1”(NC001),是将两种新的治疗结核病的候选药物PA-824和莫西沙星与目前已广泛使用的结核病治疗药物吡嗪酰胺组合使用。

韩 国

作为未来成长动力的关键一环,韩国业已在多个细分市场占据了全球产业高点,2010年在医疗和生物科技取得的科研成果也是内容丰富。

韩国科学家发现从“韩药”的多种常用草药中提取的被命名为“KIOM-C”的草药制剂具有抑制甲型流感病毒繁殖的功效。

发现咖啡和绿茶中的咖啡因成分对激发脑癌细胞活性的三磷酸肌醇受体有抑制作用。

成功绘制30名亚洲人高清晰基因组图谱,发现了3500个新的组织变异因子,以及亚洲人基因组图谱与欧洲人和非洲人的差异性。

在世界上首次成功进行了治疗心血管疾病的微型机器人的动物试验。

开发出一种以Wnt信号传导为靶点的抗癌新药“CWP231A”,该药显示出广谱抗癌效果。研发的“半导体生物传感芯片及其传输器”设备30分钟之内即可诊断是否罹患癌症。

发现了过度饮酒引发糖尿病的细胞传导体系。

发现谷氨酸羧肽酶II可有效分解能够引发早老性痴呆症的淀粉状样蛋白,遏制其在脑组织中的积累对神经系统的损伤。

韩国开发的干细胞分化方法在世界干细胞论坛上被选定为标准方法,用于干细胞的分化和比较分析过程。

使用脐带血干细胞分化的神经组织治疗早老性痴呆症的临床试验获得批准。

巴 西

生物技术科研在巴西一直受到较大重视,2010年巴西生物技术科研项目较多,并取得一定成果。

巴西科学家开展了从人类乳齿中提取干细胞进行新生牙齿及新组织的培育;在小鼠身上进行风湿热菌疫苗试验;用从骨髓中提取的间叶干细胞治疗烧伤,以及改善烧伤后过度免疫反应;利用改造皮肤基因获取诱导多功能干细胞。

此外,巴西研究人员还选择了一些患有心脏病和肾功能不全的马、狗和猫进行成人干细胞临床实验。实验显示,干细胞可以治愈动物的疾病,或至少改善其生存质量。

作者:毛黎

第二篇:未来驱动创新科技改变世界

根据普华永道今年公布的全球CEO年度调研,对于问题“未来五年里,什么因素最有可能塑造行业利益相关者的业务期望”,CEO们明确表态,指出科技进步是目前最有影响力的因素。当“科技进步”占据如此重要的位置,那么哪些科技会对企业造成最重大的影响?我们该从何处着手探索新兴科技?我们该投资哪项技术携手科学家促成科技成果转化?

为普及前沿科技和新兴科技的宣传,推动科技创新和科技成果的转化,促进资本、科研人员、科技成果的融合发展,本刊新增“未来科技”栏目,与“科技投资”栏目相辅,为前段问题开辟答疑解惑的平台窗口。“未来科技”涉及未来二十年在科技、装备制造、农业、环保、交通、能源、人才、文化和教育等领域,将对中国经济、社会和民生等各方面产生深远影响、也会给国际社会带来重大机遇的前沿科技和超越现实的科学技术;旨在探索研发着眼于未来的、能够重塑人类生活、工业生产、商业消费模式乃至全球经济革命性进步的技术。

中国科学院院长白春礼院士在分析国内外科技发展态势时指出:“在若干重要科技领域,外部技术变革和内在矛盾正在推动一些基本科学问题的突破,而其结果可能会深刻影响人类的生产和生活方式,深刻影响社会发展的进程,深刻影响国家的国际竞争地位。我们必须及时分析科技发展的态势,把握新一轮科技革命的战略机遇,大幅提升我国科技创新与产业化能力。”

当前,我国正在研究的绝大部分技术,都是在别人已经研发成功的基础上进行跟踪、模仿并力求超越,但对于处在萌芽状态的探索性的、有可能带来重大变革的技术却关注很少。与此同时,我国高层次科技人才的培养也往往落后于产业需求,难以满足当前产业变革急需的交叉复合型人才。由此导致我国技术创新原创力不强的问题持续存在,关键领域很多核心技术受制于人,许多重要产业的制造装备、制造工艺和基础材料水平落后。为实现我国科技水平“弯道超车”、从跟跑到领跑的跨越,迫切需要围绕未来可能产生的变革性技术进行前沿探索,迫切需要围绕未来技术提前布局培养具有前瞻交叉思维的复合型科技人才,为我国产业结构调整、经济转型升级过程中国民经济发展、国家安全的重大问题提供支撑,进而加速科学发现、引领产业发展。中国科学院副院长、国科大校长丁仲礼院士认为,未来技术同现有技术的边界很难划分,不是从学科的角度去布局,而要从材料领域、信息领域、能源领域和生命科学领域的核心关键问题出发,充分考虑领域之间的相互交叉融合设立研究方向;每一个未来技术方向应该有不同的技术路线,每一条技术路线,都需要年富力强、思维活跃、符合未来技术定位,而且愿意从事未来技术研究与教学、能够与学生共同研究共同成长的老师去探索。

“未来科技”栏目将邀请国内和国际著名科学家、科技企业家讲授前沿科技未来发展趋势,为掌握未来科技动向的企业家和具有独立创新精神的未来科学家提供培养交流平台,从“科技创新”和“社会责任”角度,共同探讨“如何更加高效地利用能源、资源和科技,打造绿色、智慧、可持续发展的城市”。同时以中国科学院和中国科学院大学为主要载体,以构建未来科技创新体系为强大支撑,充分发挥本刊高端科普宣传作用和所拥有的顶级科学家资源优势,秉持开放合作理念,推动科技和经济结合,通过,政、产、学、研、用,等各方面的深入合作,构建区域协同创新共同体,实现创新链与产业链有效嫁接,增强企业创新能力,加强科技创新合作,为建设世界科技强国、国家生态文明建设和可持续发展做出贡献。

未来二十年改变世界的重大科技趋势(摘自ATOS【2016科技趋势报告】):

1、3D打印

3D打印也可被称为叠加制造技术,是一种制造方法,将用CAD(计算机辅助设计)程序创建的虚拟3D对象做成实物。可打印的实物尺寸范围很广,小至纳米级别,大至建筑物般大小。打造物体零件过程中,3D打印机可使用各种添加流程,对材料进行层层叠加,而后整个物体才会被创造出来。

2、5G

5G代表下一代通信网络与服务。不再是传统通信技术的演进版本,5G將会是一种新的通信方式,以满足未来的应用和场景的需求;传统的4G LTE技术将继续并行演进。预计将减少约2毫秒的网络延迟并将提升1000倍的无线容量,而后可为移动视频流、视频会议等应用提供所需容量,最多节省90%的能源,为70多亿人提供服务的7万多亿台无线设备通过5G连接物联网,真正趋近万物互联。

3、先进的数据可视化

在复杂数据集中,可视化呈现技术(d8taviz)是一种更自然地理解模型和关系的方式之一。这些数据集之间的交互(比如操纵数据,改变视角等),通过更深层地探索数据,发现大量变量之间隐含的联系和相关性等。先进的dataviz技术不但可对快速演变的数据集进行可视化和探索,还可以不局限于2D屏幕,通过增强现实,或现实环境,甚至是沉浸式洞穴以提供3D的呈现形式。

4、先进的机器人技术

因为人工智能和计算机视觉(应用在软件或硬件中的人工视觉计算机系统,能够对如图像和视频等视觉数据进行认知、处理和理解)方面的进展,机器人领域得以蓬勃发展。机器人互联性也在不断提升,能够成为物联网的一部分与周围环境及其他智能机器进行交互。

5、自动驾驶汽车

自动驾驶汽车是车辆运输和机器人功能交集产生的新兴领域,其中包括采用人工智能的环境传感器,环境意识和自主决策。自驾车辆能够依靠这些技术自己开车,同时识别、响应周围环境。这个领域的主要参与者包括相互之间既竞争又合作的汽车和技术公司,分别从技术以及传统汽车制造两个出发点向无人驾驶方向演进。

6、生物计算机

生物计算机,使用例如DNA和蛋白质等生物材料,来执行包括储存、检索和处理数据在内的计算机计算任务。它们利用生命功能,依靠纳米生物技术,去设计提供计算功能的生物分子系统。生物计算机将被广泛应用于演绎生命过程,基于我们DNA编码的生物分子之间的复杂生物分子互动;提供分析细菌和病毒的先进生物模板,推动其它生物力学技术的发展,且是目前所知道的唯一自我复制计算技术;执行需要极端平行的计算,通过数十亿分子彼此同时互动来实现;解决无法在多项式时间内确定解决的问题;提供作为长期储存信息机制的可能性等。

7、区块链

区块链是分布式数据库的一种形式,使用密码技术以确保档案按顺序储存并且防止篡改。公共、私人或社区的区块链提供由单个实体维护和集中控制总账的替代方法。这样做的时候,它们建立一个允许信任建立的对等网络(peer-to-peer network)新模型,而不需要委托第三方。

8、云服务集成

新的计算连续体(continuum)会是一个异构环境,它建立在去中心化和各种不同计算实体和资源拓扑结构的联合基础上。包括多个云(以及云联合)模型,这些模型具有他们不同的、去中心的自主管理以及混合云模型,这些混合云模型横跨内部和外部云服务、或公私以及社区提供商的边界。云服务集成(CSI)为集成这些不同的、以云为基础的元素提供了灵活手段,为横贯IT领域的商业过程提供支持。计算工作量被部署于跨多个云环境中,提供最优的配送模式。

9、分布式社交网络

分布式社交网络(DSN)是指由社交网络倡议开发的、以一种联合和分布式的模式运营的社交网络平台。关键的社交网络功能(如个人信息共享、通信、关系管理和内容分享)是通过新兴的开放标准和协议实现的。尽管DSN和中心化的社交网络可能具有相似的应用场景,但它们更加重视私人和对个人数据的控制。

10、百亿亿次超级计算

百亿亿次超级计算机是指每秒至少能执行100亿亿(10.18)次计算(exaFLOPS)的高性能计算(HPC)系统,这超过了今天的千万亿次超级计算机速度的一千倍。它将在解决

21世纪的新挑战上提供重要的推动力,满足各个领域(尤其是产业界、学术界和科学界)对越来越高的强大计算系统的需求,并可使其可利用认知计算来解决涉及到不断增长的数据量的问题。

11、沉浸式体验

沉浸式体验是指用户的注意力完全被吸引,让用户与真实世界断开并在模拟的空间中失去自己的体验。沉浸式体验技术涵盖多个种类的帮助体验更为沉浸化的设备,并通过这些设备来让该技术对用户更无形。这些设备包括3D显示器——创造深度感的显示设备;触觉设备——添加触摸的感觉;全息用户界面——基于激光的立体显示,用户可在其中与全息图像交互;虚拟现实(VR)——真实世界环境的数字模拟。

12、万物联网

万物联网是一个无所不在的通信网络,它有效的从几十亿的现实物体和物理活动中捕捉、管理并传递数据,将人、过程、地点和其他事物包含进来对物联网进行延伸;空间分布式的传感器和执行器(节点)组成的网络,每一个节点都有一个接收器和控制器用于在网络环境上进行通信,从而探测和检测时间(传感器)或者激发动作(执行器);每一个节点都有一个独一无二的标签,以及不需要人人或人机互动,只通过网络进行数据交换的能力。传感器和执行器有多种尺寸和价格,一些甚至只有用显微镜才可以看到,此类微型设备可以植入许多不同物体中,并应用到不同环境中,像边远地区的恶劣环境中。感应器可能包含以下功能,如GPS、无线射频识别(RFID)、Wi-Fi联网接入,一些甚至还具有探测其它节点的准确地点的能力,比如心脏监控植入、农畜物芯片转发器、沿海水域的电子蛤,嵌入感应器的汽车或能够帮助消防队员展开搜救的现场操作设备。

13,IPv6

IP(互联网协议)是当下网络的主要通信协议,如因特网。为了取代IPv4,在20世纪90年代设计出了IPv6(互联网协议版本6)。IPv6包含了一些新特征,如地址分配,网络重新编号和自动配置。它通过提供支持给组播,并更有效率地管理移动数据流量来解决IPv4的缺点,同时IPv6可以嵌入一些配置和发现机制从而加入到IPv4的标准网络。IPv6的实施与推广,在以下几个方面将极大促进互联网创新:实时联网一一随着自动化汽车、远程遥控手术、工业自动化、视频直播和网络语音传输(voice over IP)的需求增长,IPV6能够突破IPv4在这些领域应用案例中所暴露出来的人工瓶颈;移动性——以

5G与

IPv6的组合为决定性要素,为路由层面提供无限的覆盖范围;物联网——提供近乎无限的(IP)地址;创新平台——相比IPv4,IPv6运行得更好,配置更加简单易用。

14、自然用户界面

自然用户界面(NUI)是设计用来让人机交互感觉尽可能自然的系统,其所包含的广泛的技术让用户可以利用日常行为、直观的操作和他们自然能力控制交互式应用。其中可能包括触觉、视觉、语音、运动和更高级的认知功能,比如表情、感知和回忆。一些自然用户界面依赖于媒介设备,而其它更先进的系统对用户来说要么不显眼,甚至是不可见的,其最终目标是让人机界面近乎消失。比如增强现实一一在自然生活之上增加一个额外的智能层;虚拟现实一一提供真实或想象的环境的沉浸式数字表征;混合现实一一融合真实和虚拟世界以生成物理和数字目标共存和实时交互的环境;神经接口一一基于大脑产生的神经活动,提供大脑和外部设备之间的直接通信路径;虚拟视网膜显示器一一直接在视网膜上播放影像,有效增強现实世界;身体监测一一读取比手势更进一步的肢体语言;触觉一一模仿身体感觉的数字反馈;自适应接口/情感跟踪一一根据变化的背景或用户需求改变布局和元素;关系意识(relational awareness)一一作为用户代理的设备了解用户与其他人处于何种关系;功能可见性一一提供实际物体的数字表征,让用户可以利用所有他们所知道的如何使用该物体的知识;3D显示器一一创造深度感的显示设备;全息用户界面一一基于激光的立体显示,用户可在其中与全息图像交互;物理控制一一其中物理输入被转换成数字输出。

15、量子计算

量子计算机是利用量子力学现象(比如叠加与纠缠),对数据进行运算的计算系统。量子计算的基本元素是量子比特(量子的叠加态,可以同时有多个值),相比最优的经典计算方案,其主要优点在于能够以成倍快于前者的速度执行一些量子算法。这些算法正在迅速发展,未来有一天或能打破当前组合分析的一些技术限制。量子计算应用范围广泛,如解密、运筹学、优化、仿真(结合齐次多项式模型)和大数据分析(神经网络)等。

16、无线供电

无线供电描述了不需要实体线路,而通过电磁场替代的电力传输方式。现有两种电力传输方式:利用电磁感应和电容性充电的近场充电(NFC);利用电磁装置辐射电磁波的远场或辐射充电。

作者:刘晓云

第三篇:世界纺织科技进展:回顾与展望

引子

科技的发展给人们的生活带来了日新月异的变化。衣食住行“衣”为首,在服装的舒适化、功能化、多样化、智能化的表观变化之下无不体现出该产业链上每个环节的技术进步。除了衣着之外,家用纺织品与产业用纺织品的发展变化也是快速而多样的。

在工业生产快速发展的同时,人们也更加重视资源、环境及可持续发展的问题,清洁生产技术的推广应用引人瞩目。此外,高分子材料、电子信息、纳米技术、生物工程等高新技术在纺织领域更广泛地渗透,使传统的纺织行业正在发生着革命性的变化。

近两年来,纤维生产、纱线加工、织造、针织、染整、非织造布等各个领域均取得了新的技术进展,并推出了大量的新工艺和新设备,整体技术水平得到提升,这系统体现了纺织行业的创新能力。可以看出,“高质、高效、节能、环保、智能”依然是当今世界纺织技术的发展方向,近期的技术进步重点体现在高效生产技术、节能环保技术、电子信息技术、质量控制技术和循环利用技术等方面。

新年伊始,万象更新。本刊编辑部策划并组织了此次新年特别专题,力邀业内著名专家,以本刊专家委员会为依托,盘点了近两年来纺织领域的技术进展情况,以飨读者。

专家盘点 化纤领域

张大省 北京服装学院教授

高温熔融纺丝是在 300 ~ 450 ℃下对高分子材料进行熔融纺丝加工的新技术,该技术可将那些常规纺丝技术无法加工的高熔点、高黏度热塑性树脂纺制成纤维。开发高温熔融纺丝技术的意义在于摒弃现有纺丝技术(如液晶纺丝、冻胶纺丝)使用有机溶剂,导致环境不友好的欠缺。同时由于熔融纺丝的成本较低,有利于高性能纤维的推广。

进展之一:聚苯硫醚(PPS)纤维熔融纺丝技术

PPS的Tg为 86.5 ℃,Tm为 280.9 ℃。通过高温熔融纺丝可制得PPS长丝,单丝强度为4.6 cN/dtex。由于聚苯硫醚纤维具有一定的耐热性、阻燃性和优异的耐腐蚀性,目前主要用于环境保护 — 高炉废气及热电厂废气过滤材料、化学工业耐腐蚀过滤材料以及军事领域等。聚苯硫醚纤维在燃烧时虽无明显熔滴,但有含硫气体放出,因此在作为阻燃材料使用时仍嫌不足。另外,PPS的耐热氧化性能较差,在加工和使用中也应特别注意。

进展之二:聚醚砜(PES)纤维熔融纺丝技术

PES的Tg为 221 ℃,无熔点,可在 180 ℃下长期使用,耐化学性和耐蒸汽性突出,阻燃性好,尤以无熔滴性特点突出,极限氧指数(LOI)可达到 30% 以上,阴燃和续燃时间均为 0。空气中的起始热分解温度达 454 ℃。目前国内外均未有真正聚醚砜纤维面世(只有湿法纺制的超滤用中空纤维)。北京服装学院的课题组已经顺利纺制出多种规格的聚醚砜长丝,单丝强度达到 2.0 cN/dtex,并制成机织面料供先进复合材料使用。聚醚砜纤维与聚苯硫醚纤维相比耐热性更优,阻燃性更好,突出的优点是耐磨性极高(由于聚醚砜具有极高的表面硬度),因此它在工业中非常适合用于同时具有阻燃、耐热、耐磨要求的输送带。另外,聚醚砜纤维具有可染性,因此也同样适合于公共场所及医院等有阻燃要求的纺织材料。

进展之三:聚醚醚酮(PEEK)纤维熔融纺丝技术

PEEK熔点为 334 ℃,长期使用温度可达250 ℃,甚至在 300 ℃条件下仍能保持一部分特性。目前除北京服装学院外国内尚未有聚醚醚酮纤维生产,北京服装学院课题组已经成功制得PEEK纤维,单丝强度达 6.0 cN/dtex。还对PEEK织物的阻燃性进行了详尽的测试,发现PEEK与一般织物相比发烟量和放热量都极低,CO释放量小于 9 mg/kg,具有很好的燃烧安全性。目前PEEK纤维除了作为航空用复合材料制作之外,还可用于高温条件下的传送带、过滤网、过滤毡以及高性能帆布、电缆包覆材料、体育用品等。

肖长发 天津工业大学副校长/教授

自20世纪80年代起,占据世界化纤主导地位的美、日、欧洲等国著名生产厂商就开始选择逐步退出常规化学纤维的生产,而转向利润更高、受资源或环境影响更小的高技术纤维产业。

在发展纤维产业方面,美国的基本思想是“为了强化纤维产业的竞争力,唯有掌握战胜世界竞争者的巨大技术”;而由于日本天然纤维资源短缺,所以政府高度重视发展化学纤维和纤维产业结构的调整。

我国化纤产业结构不合理的局面依旧突出,原料价格的不断上涨使纤维企业的处境十分困难,而美国、日本、欧洲等发达国家和地区对高新技术的封锁使得我国化学纤维产品的差别化程度和技术含量与发达国家相比存在很大差距,仍需大量进口补充。例如,近年来聚酯工业国产化,大容量、高起点、低投入的熔体直接纺装置得到了快速发展,装置规模不断扩大,直接纺比例不断提高,但同时,大规模直接纺生产线产量大,生产灵活性差,开发差别化产品成本高,导致产品同质化严重,进而引发低价竞争,导致企业亏损。

进展之一:复合型导电纤维系列产品的研制与应用开发

复合型导电纤维系列产品作为高附加值和高技术的功能性纤维,由于其导电性能优越、使用时间长久等特点,被广泛应用在纺织品、医疗器械、航空航天、石油化工等领域。为缓解复合型导电纤维进口产品价格较高与国内市场需求不断扩大的矛盾,自2003年以来,天津工业大学和中国纺织科学研究院开始进行导电纤维的生产开发基础性研究和产业化研究,2007年实现了浅色导电复合纤维的工业化生产,开始应用于羊绒衫等服装领域。主要进行了浅色导电母粒、导电碳黑母粒、溶解-涂覆技术、聚氨酯溶液法纺丝技术、化学气相沉降技术、纺丝专用设备以及复合导电纤维等几个方面的研究工作。

该技术成功地开发出导电性能优异、价格低于进口同类产品的系列导电纤维,填补了国内空白,替代了进口产品。该技术有力地促进了纺织行业的产品结构调整和我国高技术纤维的发展,提高了我国高技术纤维的质量和档次,对我国高技术纤维的发展起到了良好的推动作用。

进展之二:压力响应型中空纤维膜及其应用技术研究

该项目属功能性化学纤维和产业用纺织品领域,涉及纤维材料科学、产业用纺织品和化工分离技术等,由天津工业大学与天津膜天膜工程技术有限公司合作完成,获得2007年中国纺织工业协会科技进步一等奖。与传统成孔制膜技术不同,该项目开发了一种全新的中空纤维膜制膜成孔方法,开发出具有界面微孔结构特征、对分离体系压力变化有明显响应功能的智能中空纤维膜,同时将相关理论成功应用于常规聚偏氟乙烯中空纤维膜改性,开发出具有自主知识产权的高抗污染型改性聚偏氟乙烯中空纤维膜及其水处理装置应用技术。作为一种比表面积大、装置占用空间少、可反洗重复使用的膜材料,中空纤维膜已广泛应用于水处理及化工分离领域,是资源、能源化工和环境等领域的共性技术。该项目技术有效地提高了我国中空纤维膜产业的核心竞争力,必将在我国国民经济和社会发展中起到举足轻重的作用。

芦长椿 全国化纤新技术开发推广中心总工程师

目前世界纤维产业技术趋势如下:(1)环境与资源制约着纤维产业的发展;(2)新产品新技术开发周期明显加快(纳米纤维产业化进程);(3)通过超越国界的专业化技术合作,提高企业市场竞争能力的趋势明显;(4)市场供需变化大大加快,提高市场供需平衡预测能力十分重要。

进展之一:纳米纤维技术产业化

纳米纤维具有特别的性能,属高技术含量纤维产品,是21世纪前沿学科,它将开辟纤维材料新的应用领域,诸如高精密过滤、医用纺织品等。其现实和潜在的市场和技术经济意义重大。

近来,捷克Elmarco公司采用静电纺丝工艺,纺制 50 ~ 500 nm纤维网,标志着纳米技术已进入实用化阶段。与此同时日本帝人公司双组分工艺、可乐丽公司纺丝成网工艺纺制纳米纤维也已进入半工业化运转。可以说纳米纤维技术取得了巨大进步。

进展之二:生物技术在化纤生产中的应用及潜在市场

全球多家跨国公司参与生物技术开发。目前世界上已有 26 家公司完成生物高分子的商业化生产,并有 60 余家参与生物高分子研究和开发。生物技术被誉为是蒸汽机车、微电子技术之后第三次工业上的重大变革。

近年生物技术已进入化纤产业链的各个环节。巴西Braskem、陶氏化学等公司制造生物基PE、PVC的 15 万t/a生产工厂将于2009年投入运转。Braskem公司生物基PP也在实验中。杜邦生物基PDO已形成 4.5 万 t/a产能。PLA、Sorona® – PTT已用于POY/FDY、BCF及纺粘和熔喷非织造布,生物高分子PLA/PHA/PCL等已用于医用纺织品。生物高分子的研究开发是传统纤维产业持续发展的新机遇。

进展之三:熔纺氨纶与熔纺技术的广泛使用

传统氨纶的干法与湿法工艺对环境存有危害,20世纪欧美及日本等发达国家已限制其于本土扩大氨纶生产能力。

近年来熔法氨纶技术日趋完善并已为众多厂家认可。日本日清纺、钟纺、可乐丽,德国Uhde Inventa – Fischer(伍德依汶达・菲瑟),以及美国等的诸多厂家都涉足熔法氨纶的研发,具有能耗和环境友好特征,是氨纶纤维持续发展不可忽视的方面。熔法氨纶成本可降低 15% ~ 20%,无溶剂消耗和不需要回收设备投资。纤维产品无对人有害的残留溶剂,具有生产单纤纤度为 15 ~ 20 dtex氨纶的最佳技术的经济条件。

邱有龙

中国纺织工业设计院教授级高工

在粘胶短纤维生产中,浆粕中的甲种纤维素经碱液浸渍、压榨后生成碱纤维素,成为主要生产原料。半纤维素溶解于压榨碱液中,如果不去除,则在黄化过程中将消耗过多的CS2,且降低了成品纤维的强力。CS2废气仅在二浴塑化槽中得到回收,回收量仅 30% ~ 40%,余气排放,污染环境。

进展之一:采用膜过滤技术代替老的透析法技术,可达到半纤维素去除率高、回收碱液量大、少占地、节约投资、节省劳动力等效果

将压榨碱液采用膜过滤装置 2 套,去除半纤维素,代替现在使用的 24 台压液透析机,回收纯净碱液 110 m3/d,回收浓缩碱液 90 m3/d,压液碱回收率提高到 98%。建设纺练车间用的碱性废水 200 m3/h,膜过滤装置 1 套,生产除盐水 115 m3/h。

项目总投资为 1 506.2 万元,其中:压榨液膜过滤回收装置为 720.0 万元,纺练车间碱性废水膜过滤回收装置为 786.2 万元。

预期效果:(1)压榨碱液膜过滤回收装置可多回收NaOH4 600 t/a,价值 1 012 万元,扣除成本后,年收入 384 万元;(2)碱性废水膜过滤回收装置可节水 93.4 万m3/a,少排放污水 92 万m3/a,减少COD排放量 821.6 t/a,扣除成本后,年收入 208 万元。

进展之二:排放的废气中含有H2S和CS2,先用碱液处理废气,使H2S气体生成NaHS溶液,作为副产品回收出售;再用活性碳吸附CS2废气得到液体CS2,回收再用于生产

唐山化纤厂年产粘胶短纤维 15 万t,处理工艺废气 20 万m3/h,项目分两期进行,一期处理能力 8 万m3/h,二期处理能力 12 万m3/h。采用境外引进技术,将H2S气体用碱液处理,生成NaHS,再将CS2气体用活性炭吸附,生成液态CS2回用。该装置H2S去除率为 99.5 %,CS2回收率为 95 %。

项目总投资为 13 882.5 万元,其中:一期工程投资为 4 941.7 万元,二期工程投资为8 940.8 万元。

预期效果:一期工程可减少向大气排放CS2约 6 080 t/a,扣除处理运转费用,年收入 1 514.2 万元;二期工程可减少向大气排放CS2约 9 120 t/a,扣除处理运转费用(需增加用电装机 4 590 kW,蒸汽 24.5 t),年收入 5 956.8 万元。

程博闻

天津工业大学科技处处长/教授

随着差别化纤维需求量的日趋增大,纤维制备技术取得了新的进展,此类技术对推动行业技术进步意义重大。

进展之一:熔融复合纺丝技术

天津工业大学与捷德纺织(深圳)有限公司合作,采用熔融复合纺丝技术将耐热温度较低的相变石蜡、驱蚊油、香料直接纺丝包封于纤维内部,扩宽了功能纤维制备手段。有机小分子物质由于耐热性较差,粘度低,很难直接用于熔融复合纺丝,以往制备功能性纤维需要采用微胶囊法或浸渍法。

进展之二:复合纤维溶液纺丝技术

该技术通过改变喷丝板结构,直接制备出了腈纶复合纤维(导电、抗菌、光热转换),将以往只能用于熔融纺丝的皮芯复合纺技术用于溶液纺丝。

聚丙烯腈、聚乙烯醇等由于分解温度低于熔融温度所以只能采用溶液纺丝技术制备纤维,而由于聚合物溶液黏度小于一般熔体的黏度,所以此前没有采用溶液纺丝工艺制备皮芯复合纤维的技术。

武海良

西安工程大学教授

进展之一:环保型彩色涤纶绣花线生产技术

当前涤纶绣花线都是通过染色途径生产的,生产工艺过程繁琐、产生大量练染废水,生产成本高,对环境水体危害很大。废水处理成本高、效果差,产品色牢度低,使用过程中还会因洗涤、出汗造成沾色,产品档次低,属于高污染型低档产品。采用三原色色母粒经电脑配色制成有色母粒,再注入螺杆挤压机与白色聚酯切片共混纺丝,经特殊加工制成彩色涤纶绣花线,满足了对高品质、环保型底线原料的需求。

彩色涤纶绣花线成套生产技术成熟,克服了绞纱或筒子染色带来的缸差、色牢度差等缺点,避免了因传统染色产生的污染,实现了小批量多品种工业化生产,为下游企业提供了高质量、低成本、价格低的优质产品,直接和间接经济效益显著,具有良好的推广前景和显著的社会效益。

专家盘点 纺纱领域

狄剑锋 五邑大学纺织服装系主任/教授

在纺纱领域,其技术进步表现在设备水平不断提高,特别是自动化水平越来越高,单台产量越来越大。另外,一些纺纱新技术得到迅速发展,例如,紧密纺纱技术越来越成熟,转杯纺纱的转速已经达到 16 万r/min,而且实现了全部自动化;喷气涡流纺纱得到快速发展,摩擦纺纱也有所改进。

进展之一:“从纤维到纤维”的循环利用技术

全世界每年的纤维使用量基本上和纤维废弃量等同,如果能将废弃的服装等循环利用,不仅可以减少新纤维的使用量,节约自然资源,减少环境污染,而且可以产生显著的经济效益。

日本帝人公司研制成功世界独创的“从纤维到纤维”的循环利用技术。据介绍,该技术可以把回收的旧衣服经过粉碎、磨粒、处理等过程,生产出新的纤维。用这种循环利用的纤维可生产出非常漂亮的运动服、领带、丝巾等时尚产品。但目前这种技术的成本还比较高。

进展之二:3 tex以下(200S以上)超细纱线纺纱技术

山东鲁泰纺织有限公司研制成功 300S 纱线,并用纯棉 300S 纱制成了衬衫面料,制成的衬衫已出口到英国、意大利及美国,高端的产品也获得了不菲的利润,可以说是销路很好。该产品的推出,不仅使我们在高端纺织品领域取得了突破,更重要的是对我国纺织产业升级起到了积极的引领作用,增强了我们向纺织强国迈进的信心。

能纺 200S 以上纯棉纱的企业在世界寥寥无几,产品自然供不应求。山东鲁泰能够研制成功 300S 纱线,并实现产业化,说明此项技术是可行的,我国应该加大力度推广这项技术。

进展之三:转杯纺纱自动化技术

国际上转杯纺纱技术已经发展到了第四代,转杯速度已经达到 16 万r/min,实现了全部自动化。国际上最有代表性的转杯纺纱机主要有德国Oerlikon Schlafhorst(欧瑞康赐来福)公司生产的Autocoro 360和瑞士Rieter(立达)公司生产的R40,Autocoro 360的最高纺杯转速可以达到 15 万r/min,引纱速度最高可以达到 300 m/min,有360个锭位。后来又开发出Autocoro 480,锭位达到 480 个。R40 的最高纺杯转速可以达到 16 万r/min,引纱速度最高可以达到 350 m/min,有 400 个锭位。这两种机型的自动接头技术、在线质量检测和控制技术、主要零部件系列化技术、特种纱线模块技术等都是世界上最先进的。

郁崇文 东华大学纺织学院教授

纺纱领域近期的科技进展主要是前期有关技术的推广应用,如,紧密纺、大牵伸(细纱采用压力棒控制装置)等。还有就是在设备上的优化完善,如,Autocoro S 360 —— 智能化经济型转杯纺纱机,将原来整机上巡回的接头小车改为每头上固定的接头装置,降低了成本,提高了稳定性。

进展之一:毛纺的半精纺(即采用棉纺的梳棉、并条、粗纱和细纱等加工毛纤维)

纤维长度对纺纱过程和成纱质量都有一定的影响,例如,毛纺、麻纺等长纤维所需要的加工流程比棉长,但成纱质量(条干均匀度等)比棉差。探索纤维长度对纺纱加工及成纱质量的影响,以期确定纺纱的最佳纤维长度,以简化纺纱过程,改善成纱质量。半精纺就是这一思想的应用实例,近年来发展较快。

专家盘点 织造领域

洪海沧 上海市纺织工程学会织造专业委员会常务副主任

近一年半来,国外无梭织机主要是剑杆织机和喷气织机在体现高速化、智能化、自动化、多适用化、模块化方面作了改进和努力,直至推出新机型。

现代无梭织机已完全实现了电子计算机技术、传感技术、新型驱动技术与织机机械的完美结合,织机已完全实现了自动化和智能化,机电一体化水平已达到了相当高的水平;织机机电一体化的应用主要体现在对运动机构电气化、织机监控、生产管理自动化系统三方面。自动化是织机特点,计算机技术的应用使织机自动化更进一步发展。

准备机械(整经机、浆纱机)技术无大的突破,但新型浆料特别是变性淀粉类环保浆料的积极推广应用,少用或不用PVA,一直是国内同行关注的重点。

进展之一:功能强大的织机控制系统

现代无梭织机最显著、最有效果的进展就体现在控制系统的技术进步方面,也是体现高端无梭织机技术水平的重要标志。当前国外剑杆织机和喷气织机的控制系统普遍采用了智能分布式控制系统,主要具备织机监控和信息化网络管理二大功能。

织机监控主要有实时监控、数据处理、双向通讯等功能,是一种先进的质量控制技术,可使生产管理实行自动化。归纳有如下功能:(1)对织造全过程实行运转状态监控、故障诊断、数据处理等;(2)新一代织机智能织造系统,存储着许多种织物的经验性工艺参数,系统会自动生成工艺参数供参考并同时储存新参数以丰富该系统;(3)可用储存卡编程或软件升级,与中央电脑系统双向通讯。

信息化网络管理技术是织机计算机技术应用的更高一个层次,国外高端无梭织机都程度各异地具备此项功能。以太网、CAN总线,甚至光纤通讯等组成局域网,可以实行织机群控;实时织造参数查询可通过通信网络实现全球和区域的远程信息遥控及传输,藉以实现问题和故障的诊断及处理。

国内高端无梭织机近期在控制系统中采用多CPU分布式控制方式的系统增多了,在实时监控、数据处理功能方面,已与国外织机缩小了差距,但在信息化网络管理技术和系统的稳定性及可靠性方面还有待于进一步努力。

进展之二:模块化设计理念的广泛应用

织机是多运动机构的组合体,各机型按自身特点有各自的基本产品平台(也即基本模块),在基本产品平台上进行功能单元的组合配置,采用通用型运动单元(子模块),和有各自机型特点的单元系统(特种子模块),即可生产出符合用户要求的最终产品。

模块化设计由于充分考虑了零部件通用性、变换配置的便利性,可降低成本,加快产品的市场供给进度,是一项高效生产技术;现时运动机构的电气化为模块化设计创造了快速组合条件。织机模块化,模块通用化,生产专业化,是织机发展的必然趋势。

当前欧洲织机广泛应用了模块化设计理念,可扩展和演化原机型,大部分机型可实现剑杆和喷气织机的部件通用。近年来,日本 2 家厂商在喷水织机的设计中,也应用了模块化设计理念,应用了各自喷气织机的一些产品平台,从而提高了产品的综合技术性能。国内剑杆和喷气织机的制造,由于以仿制机型为主,受此限制,在 2 种织机的通用化方面,尚未进入模块化设计理念的阶段,但零部件通用性的应用实际早已涉及该领域,相信市场一定会给予我国这方面工作的调整。

进展之三:主电机的数控直接驱动技术

近 2 年来,国外喷气和剑杆织机已广泛推行应用主电机数控直接驱动技术,将主驱动纳入控制系统, 加速推进了织机的完全自动化。主驱动系统采用此技术后,取消了主离合器、制动器和慢速、寻纬机构,直接由程序数字化控制驱动,有利于提高织机速度、运转效率,减少能耗和机物料消耗。采用该项驱动技术,要求主电机低耗、高启动转矩、调速性能好、能频繁启制动、效率高。

目前各厂商采用直接驱动技术的电机主要有开关磁阻电机(Sumo)、同步可变磁阻电机(DD)、独立变频电机、交流无刷电机(Hi–Drive)等4种。SMIT(斯密特)公司于2007年9月在ITMA展会上推出的GS – 920型剑杆织机,更是采用 2 个直接驱动的(DD)变速电机,一个用于主驱动,另一个用于驱动开口装置,展示了该机很高的控制技术。

近两年来国内高端剑杆织机也开始少量试用同步可变磁阻电机(DD),广东丰凯公司于2007年6月在上海纺机展上最先推出用 2 个直接驱动的变速电机,分别用于主传动和开口运动的驱动。

李嘉禄 天津工业大学教授

三维纺织技术是20世纪80年代在航空航天工业的推动下发展起来的新型纺织技术,主要用于制备高性能复合材料的增强结构体。近年来,三维纺织技术得到了迅速的发展,应用领域由航空、航天等领域逐渐拓展到船舶、汽车、机械等民用领域的高性能复合材料的研制中。

进展之一:三维净体编织技术

由天津工业大学复合材料研究所研制开发的三维净体编织技术是一种材料与零部件的一体化、集成化设计制造技术,即在零部件制备过程中,根据零部件功能要求进行零部件外部几何拓扑形状和内部材料细观结构的并行设计,一次完成零部件内部组织结构和三维形体的制造。采用三维净体编织技术研制的卫星发动机支架及其关键技术于2007年获国家科技进步二等奖。

进展之二:多轴向纬编技术

多轴向纬编技术是天津工业大学复合材料研究所在双轴向纬编技术基础上开发出的一种新型高性能纤维织造技术。0°、90°、 ± 45°排列的高性能纤维由纬编成圈纱线捆绑在一起,形成一个整体结构织物,可用作高性能复合材料的增强结构。

龙海如 东华大学纺织学院教授

针织加工领域的技术进展主要体现在:(1)针织机的机号进一步提高,以适应加工高支轻薄型面料的需求,如单面和双面圆纬机的最高机号分别达到E60和E44等;(2)针织机速度进一步提高,以适应高效生产的需求,如圆纬机、电脑横机和经编机的最高速度分别达到 1.8 m/s、1.6 m/s和 4 000 r/min等;(3)电脑控制进一步拓展,以提高了自动化程度,如电子选针盘针和沉降片,圆纬机的电脑控制织物密度与输纱张力的自动调整系统等;(4)成圈机件进一步改进与完善,以提高编织质量和功能,如电脑横机的滑动织针与相对运动沉降片,无缝内衣针织机的移圈织针等。

进展之一:超细针距高性能单面多针道圆纬机

该机不仅机号高达E60(之前最高为E54),而且生产效率也很高,路数达到每英寸筒径 3.2,速度达 1.3m/s,可以采用高支纱线,生产丝绸般细洁的高质量轻薄型织物。机号进一步的提高,对于编织系统的设计、材料及其热处理、加工制造精度、疵点与故障的检测控制等提出了很高的要求。该机采用的新技术主要有:(1)开发了特殊形状双导向的沉降片以及沉降片三角,以确保均匀的织物外观和减少沉降片的磨损;(2)研制了新型的积极式输纱装置,以确保了添纱编织时纱线在导纱孔的优化分纱以及可靠垫入织针;(3)设计了新的温度控制系统,以确保整个编织过程优化的运行温度。

进展之二:配置滑动织针与相对运动沉降片的电脑横机

滑动织针有别于目前电脑横机普遍采用的舌针。它由两部分组成,运动受两个滑动装置分别控制,类似于复合针。滑动织针特别有益于复杂的移圈,可以不用弹簧移圈针,允许织针配置在针槽中央,避免了移圈断纱。因此该针可以获得完全均匀的成圈和高质量的织物。此外,与滑动织针配合的沉降片相对运动技术,减小了滑动织针的动程,使成圈过程纱线张力分布更为均匀,减少了纱线的磨损,防止了断纱。滑动织针与相对运动沉降片的配合,在使用各种纱线编织时,都能获得优质织物,并明显提高了生产效率。

蒋高明 江南大学Karl Mayer经编研究中心 主任/教授

经编作为我国针织行业的一个分支,近年来规模不断扩大,是我国纺织工业中发展最快的产业之一。随着经编产业规模的逐步扩大,我国不断引进国际先进生产设备,在较短的时间内,全行业的技术装备水平得到快速的提升。经编设备不仅材质好,加工精度高,并且向多种规格、高机号、宽幅、多梳栉等方向延伸,同时向专用型、专业化发展。在机器高速化、控制电子化、功能多样化、操作便利化、设计电脑化和管理网络化等方面都有飞速的发展,现代经编机已完全成为一种现代化的设备。机器速度达到 4 000 r/min,梳栉达到 95 把,起花的能力大大提高,进一步扩大了经编产品的应用范围。

进展之一:碳纤维增强材料(CFRP)在经编机成圈机件中的应用

碳纤维增强材料(CFRP)在任何气候环境下都具有质轻、结构刚硬和稳定的特点。通过采用CFRP材料,高速特里科经编机成功地打破了工作幅宽和针距的限制。由于该材料的使用,梳栉的重量减轻了 25%,刚性得到提高,从而使机器速度大幅度提高。更重要的是,使用CFRP材料意味着元件在生产条件下耐高温能力更强。通过采用CFRP材料和对机器进行设计,HKS2 – 3 E高速特里科经编机的速度比原有机型大幅度提高,机器最高速度可达 4 000 r/min,即使机号达E40 时,也能保持这种较高水平,并能确保织物质量。

进展之二:压电陶瓷贾卡提花技术在国内的大量推广

近年来贾卡经编机发展迅速,从机械式贾卡装置发展到电磁式控制的贾卡装置,再从电磁式发展到现在的压电式,即Piezo贾卡系统。随着压电陶瓷贾卡提花技术的出现,贾卡提花原理得到进一步的完善,不但能控制贾卡梳针背、针前的偏移,而且能控制贾卡纱线进入和退出工作。与传统贾卡技术相比,在Piezo贾卡系统(PJS)中没有移位针与贾卡导纱针的横移配合。Piezo贾卡元件由电流脉冲控制偏移一个针距。现在PJS不但用于普通贾卡经编机,而且还可用于多梳和双针床经编机。Piezo贾卡的成功开发,使机器的速度提高了 50%,可达 1 300 r/min,而且贾卡提花技术得到进一步发展。

国外Piezo贾卡系统虽然开发较早,但在国内大量推广使用还是近两年的事情,尤其在多梳花边机、双针床连裤袜机、浮纹型贾卡机上等等。国内在Piezo贾卡开发方面已取得长足的进步,并且已将该技术用于国产的全电脑花边机和无缝织物经编机上,为我国经编机新技术的自主研发开辟了道路。

进展之三:伺服控制技术在经编机中的广泛应用

随着计算机技术与伺服控制技术的发展,它们已被广泛应用于经编机器的各种机构中,如经编电子送经、电子梳栉横移、电子牵拉卷取和电子铺纬等。国内在伺服控制技术的应用方面已取得了一些研究成果,但是这些成果还没有到成熟阶段,需要进行不断的深入探索。国产的RYKT43/1型全电脑多梳经编机花梳系统全部采用大功率伺服电机控制钢丝条花梳导纱系统,使得花型范围更宽,变换花型更加简便。而在RYKT43/1电脑花边机基础上推出的RYKD42梳花边机将伺服电机和气动元件相结合,使生产速度达到 500 r/min,多把地梳和弹性梳可选用凸轮或EL传动,形成各种花式底布。

近年新开发的国产氨纶整经机采用电脑变频伺服控制技术,电机由PLC实行通信控制,使产品性能更加完善,控制更加精确。适用于棉、涤长丝、低弹丝、粘胶丝、棉纱、腈纶纱等短纤纱。

专家盘点 非织造领域

刘玉军 中国纺机集团宏大研究院院长/教授级高工

从近年来非织造布工业的发展趋势上看,加工技术的发展主要集中在以下领域:(1)发展水刺技术,包括水刺复合技术(多种组合技术如纺粘加水刺、气流成网加水刺等);(2)细旦、双组分、异形截面纺熔技术及应用新聚合物的纺熔技术;(3)各种工艺技术都向大规模、高速度、高产量、高质量、自动化和低耗节能方向发展;(4)各工艺之间互相渗透,向混杂化、复合化方向发展。

纺熔技术方面,其发展的重点是细旦、高产、节能、复合及新材料应用。纺粘技术的核心是高成丝速度和生产率、多喷丝孔数和多纺丝箱体配置。另外,新型纺粘和熔喷技术可以使高速、大规模生产纳米级纺粘纤维和熔喷纤维成为现实。各大公司在开发自己独特的成网技术过程中,都注重均匀成网技术的运用,以期生产出结构均匀、各向同性的纤网。

梳理和铺网技术正向着产品均匀、大规模和高速度方向发展;质量控制技术用来生产高产量、高质量的非织造布产品。针刺技术正朝着高速度、高密度和高质量方向发展;Dilo(迪罗)集团的椭圆针刺梳理技术和圆形针刺梳理技术是这一趋势的典型代表。水刺固网技术也向更高速度和更高质量的阶梯迈进,其与纺粘技术及其它成网技术的结合使非织造布种类繁多。超声波技术已经商业化应用于非织造布的粘合、轧花、切割、焊接以及将宽卷材分割成窄卷材方面上来,进一步提高了非织造材料和产品的生产速度和质量。静电纺丝技术有了突飞猛进的进展,经过 70 多年发展的静电纺丝技术已经开始走向大规模工业化生产阶段。纺粘和熔喷领域已经出现可以直接生产纳米纤维的新技术(不是通过双组分方法)。

进展之一:静电纺丝技术的工业化

作为纳米技术的一个分支,静电纺技术是利用静电场力作为驱动力进行纺丝的方法,该技术具有下列特点:

(1)应用范围广(可应用于增强复合材料、工业过滤、吸声防噪、化妆品、电池隔膜、防护/透气、医疗卫生以及传感器、储能材料等领域);

(2)适合于各种不同高聚物的静电纺丝;

(3)极大的经济和社会价值(目前世界上只有美国的 NanoStatics 和捷克的 Elmarco 公司实现了该技术的工业化,我国还没有自己的专利技术,发展空间广阔)。

静电纺是目前唯一可用来生产最小细度仅为几个纳米的连续纳米纤维的技术。合成和天然聚合物,聚合物合金,载有发色团、纳米颗粒或活性剂的聚合物,以及金属和陶瓷材料都可用于生产静电纺纳米纤维。静电纺纳米纤维生产过程的灵活性使得静电纺过程可以生产各种各样的纳米纤维产品,应用领域非常广泛,具有极大的发展潜力和经济、社会价值。

进展之二:熔喷纳米纤维制造技术

熔喷领域里的最新技术是Hills(希尔)的熔喷纳米纤维新技术。这项熔喷技术利用Hills著名的薄板“印刷电路板”技术,来精确地计量及分配两种以上的聚合物通过模头。其原理为在纺丝组件中使用薄型的分配板,把每种聚合体的单一入口分成多个入口,而后根据需要计算并分配工作给每一个薄型分配板的喷丝板入口。该最新技术可纺出平均细度仅为 250 nm的均聚物纳米纤维,成本低,稳定性好。Hills的熔喷系统已经商业化并被用于生产并列型纤维、皮芯型纤维(皮比例小于 20%)和混合丝。

这项技术生产的纳米纤维细度可以与静电纺相媲美,且纺丝成网的均匀性和生产速度要远高于静电纺。生产的纳米纤维应用领域广,具有极高的经济和社会价值。

进展之三:纺粘纳米纤维制造技术

纺粘工艺上的新亮点当数Nanoval公司纺粘纳米纤维新工艺;这是一种基于纤维劈裂原理的聚合物熔、溶纺粘新技术。其原理是由从喷头两侧进入的冷空气喷头中挤出的熔体进行拉伸并使之分裂。技术关键在于牵伸气流被导入一个先收缩后扩散的喷嘴;刚进入喷嘴时纤维表面受冷空气拉伸迅速固化,而纤维内层仍为液态。当气流到达喉口时,其速度达到亚音速,随着喷嘴内径的迅速扩大,气流压力急剧下降达到某种真空状态,使丝条内部及表层产生强大的压力差,最后急剧分裂成众多的细纤维。

该工艺纺出的连续长丝的强度可以达到纺粘非织造布的水平,而纤维的纤度可与熔喷媲美,甚至超过熔喷法,长丝大分子取向高、强力高。NanovalTM技术可纺出与熔喷纤维细度相当或者更细的纤维,而能耗要低得多。SplitfiberTM技术用于非织造布、喷丝宽度为75 cm时,产能可达到 150 kg/h。目前该公司的NanovliszTM纤维劈裂技术已经可以生产出细度低于 1 μm的纳米纤维,应用范围广泛,具有极高的经济和社会价值。

郭合信 中国产业用纺织品行业协会纺粘法非织造布分会名誉会长/教授级高工

非织造布工业自1978年改革开放以来,已经历了 3 个发展阶段。第一阶段:1978 — 1987年,以梳理成网为主,服务于制衣工业、衬布、喷胶棉、针刺棉的生产;第二阶段:1987 —1995年,开展纺粘法生产,使中国的非织造布生产有了突飞猛进;第三阶段:1995年后,开展水刺法生产,非织造布质量得到了大大提升。

进展之一:纺粘水刺超细纤维生产线

2008年,中国成功开发了拥有自主知识产权的第一条纺粘水刺超细纤维非织造布生产线,且已投入生产,这在中国的非织造布发展史上具有里程碑的意义。

专家盘点 染整及纺织化学品领域

王济永 中国纺织工程学会染整专业委员会主任

染整既是一个劳动密集型行业,也是集机械、电子、化工等最新技术成果应用为一体的技术密集型行业。染整技术是应用技术,应用技术就是研究整合其他领域的先进技术,利用其他领域的最新成果,采用最低的物质消耗,生产加工出人们需要的纺织品。

近几年染整技术进步主要体现在:(1)采用计算机技术,使染整设备全部实现自动控制、在线监测、自动给液,大大提高了染整设备运转的可靠性;(2)由于设备制造技术的提高,已完全可以实现小浴比染色及废热、废水回用,清洁生产、节能环保技术在逐步推行;(3)高效短流程工艺日臻成熟,冷堆染色、活性染料无盐轧蒸连续染色技术进展迅速;(4)机电技术的进步、墨水性能的改进使数码印花性能得到迅速提高,数码印花大量替代机械印花的时间已为时不远;(5)人体健康型、环境友好型染化料得到大力推广。适应气候、环境变化的各种整理技术不断完善。

总之,近几年染整行业应用其他领域的技术成果,总体技术水平得到很大提高。所生产的印染纺织品不仅满足了各层次人们衣着、家用的需要,而且在产业用纺织品方面也得到了很大的发展。技术进展主要特征应集中体现在:利用最新技术,采用最低物耗,生产出适合需要的印染纺织品。

进展之一:气流染色机逐步替代溢流染色机

气流染色机是应用空气动力学原理,利用压缩空气来优化液流染色机的染色效果。近几年的改进和发展主要体现在:更小的浴比,采用空气动力系统,增加和重新设计设备部件,以减少用水量;改进织物输送机理和储布箱设计,降低喷嘴压力,从而达到缩短染色循环时间、减少水耗和柔和地处理织物的目的。采用自动化设备来控制各种工艺参数,特别是使织物速度、绞盘驱动与喷嘴中液流之间的同步协调,以尽可能实现织物的柔和处理,普遍采用的触摸屏技术使操作更简便。随着国家节能减排政策的实施,环保措施的严格执行,目前大有用气流染色机替代老式溢流染色机的趋势。

气流染色机节能效果显著,染同样的纺织品,可节水 40%,节约蒸汽 30%,节电 10%。

进展之二:植物染料染色产业化

天然植物染料是以植物为原料,从植物中萃取。植物染料来源于植物,它具有再生性。植物染料直接取自大自然,它本身结构的形成完全是自然形成的结果,期间不会涉及任何化学原料。植物染料原料均是来自绿色可再生资源,受污染少,安全性好,不含有任何有害元素,并且经过严格的筛选,不仅无毒无害,而且还有医疗和保健作用,对人类的健康和延续具有深远的意义,这是合成染料难以比拟的。

天然植物染料在印染生产整个过程中,对生产环境无污染,不会对人体健康产生任何伤害,排污也不会对人类生存环境产生不良影响。印染加工工艺生态化,染色固色过程无需任何人工合成化学品,只在弱酸浴中进行,达到现代生态纺织品的要求。

进展之三:活性染料无盐轧蒸连续染色工艺

活性染料无盐轧蒸连续染色工艺属于短流程湿蒸工艺技术应用之一,采用活性染料无盐轧蒸连续工艺技术耗盐少,甚至不耗盐;由于轧染液后不经烘干而直接进入还原蒸箱,缩短了固色时间;蒸箱温度高湿度大不仅提高了固色率,而且减少了排污。短流程湿蒸工艺技术在国内虽然推广没有几年,但由于节能减排效果显著,物耗小,成本低,工艺技术已日臻成熟。

毛志平 东华大学生态纺织教育部重点实验室 主任/教授

节能减排是染整及纺织化学品领域近年来的工作重点,因此,本领域的重大技术进展也围绕此主题而产生。

进展之一:高固色率活性染料的开发

棉型织物约占印染布总产量的 50%,棉型织物染色最重要的一类染料是活性染料,其最突出的问题是固色率低,不仅增加了染料用量和成本,而且净洗需要大量的水,会增加污水处理的负担。提高活性染料的利用率对解决棉型织物印染加工过程的污染物排放至关重要。

提高活性染料利用率的方法有多种,如增加活性剂等。大连理工大学研究开发的可交联大分子活性染料,通过将染料组装到反应性大分子上,提高活性染料与棉纤维织物的亲和力,可实现染料接近 100% 地吸附到织物上,再利用大分子上的多个反应性官能团,通过共价键将染料结合到织物上,可实现活性染料接近 100% 地固色。

进展之二:染色过程中染料浓度实时监测技术研究和应用开发

染整行业的生产大多数加工还是处于以经验控制工艺的技术水平上,特别是染色加工更是缺乏有效的染料监测手段,由此使批次色差大,一次准率低,回修率高,并造成污染增大、能耗提高等问题。染色技术的提升除了开发新型染料、工艺外,很大程度上取决于加工过程各种工艺参数的实时监控技术的应用。

目前,印染行业能够在线实时监控的参数有温度、pH值、湿度、液位等。而染浴中染料浓度实时监测,则是使纺织品染色加工从“凭经验控制”向自动化(数字化)控制转变的技术基础。

东华大学研究开发的全波段实时染浴光谱监测装置、电脑自动采样和数据处理方法,已实现了实验室活性染料染色全过程的染料浓度实时监测。该研究的进一步推进将实现织物染色加工过程的数字化控制。

徐谷仓 中国纺织工程学会染整专业委员会 顾问/教授级高工

近年来以电子信息技术、生物技术和新材料为核心的高新技术迅速发展,带动了现代科学和现代技术的交叉融合。这对纺织染整行业产生了巨大的冲击,同时促进了信息技术、生物技术、激光技术、传感器技术及空气动力学技术等高新技术在染整行业和相关行业(印染助剂、印染机械等行业)的推广应用,并研发了不少新技术、新工艺、新设备、新助剂,因而促使染整行业的迅速发展并向智能化、自动化、连续化、高速高效高品质及节能环保等方面发展了一大步。

进展之一:新型生态纱线涂料连续环状轧染新技术

该新技术是以解决纱线涂料染色为突破口而开展的系统工艺技术攻关,组合应用了纤维改性技术、超声波处理技术、中红外烘燥技术、高效前处理技术,同时还采用了染料涂料的复合染色、同浴混合染色等工艺,涂料染料利用率和染深性可显著提高。总的创新点是以生态纱线连续环状轧染新技术和从源头来抓节能减排的实践来实现涂料色织针织产品的清洁生产。

进展之二:高速直辊布铗松堆丝光机

YF1098 – 180型高速直辊布铗松堆丝光机是由中国纺织工程学会染整专业委员会和山东源丰印机有限公司合作开发的一台具有自主知识产权的松堆丝光联合机。该设备为国际首创,其综合技术达国际先进水平,在浙江亚太印染有限公司投产应用。该新设备解决了“八五”期间松堆丝光机工艺设备未能解决的技术难题(经向缩水率大和生产后产生短码问题),将设计理念“恒堆置时间”及“恒张力控制”革新为“恒堆置速率控制”及“定长控制”,并对松堆丝光工艺进行工艺优化和技术创新。经生产实践证明“透而均”的溶胀既可提高染色得色率和匀染质量,又可降低纤维的内应力,使织物门幅容易扩张,相应降低了缩水率,解决了短码缺布问题,同时又采用高给液装置和变频调速真空吸液装置及滚动真空吸水盘,提高了纤维的透芯效果,解决了织物的凹纬和极光疵病,加上联合机全程逆流水洗无排放,其节能减排效果显著,使松堆丝光工艺进入实用阶段,实现了产业化。

房宽峻 青岛大学化学化工与环境学院教授 英国染色家学会 资深特许会员

随着节能减排要求的日益紧迫,生物技术在纺织印染中的应用越来越显示出其巨大优势。此外,数字喷墨印花技术也日益成熟,工业化应用程度越来越高。

进展之一:生物技术在纺织印染中的应用

生物处理温和的工艺条件显示出其节能减排的优势。生物处理与传统染整技术紧密结合,不仅可以解决传统染整加工水能消耗大,废水排放量大等问题,而且可以弥补生物技术本身的不足,成就新的生态染整工艺。目前一些关键技术已经取得突破,生物技术的应用将不断扩大领域。

进展之二:数字喷墨印花技术

数字喷墨印花机无论从速度上还是从可靠性上,都可以满足工业化生产的需求。染料和涂料墨水的日益成熟和价格的下降,为喷墨印花生产的成本降低提供了空间。目前,工业化规模的喷墨印花示范工厂正不断涌现。

章杰 上海染料有限公司 高级顾问 中国染料专业委员会顾问/教授级高工

近两年来随着能源、环保问题的日益突出以及织物品质日趋高档化的发展趋势,世界染整行业为节能减排环保开发了不少新的染整工艺。因此开发适于这些新染整工艺用的新型节能减排环保型染料和助剂成了国内外染料助剂工业发展的主流和重点。在新品种中占据着显著的位置,主要反映在节能减排环保型活性染料、分散染料和助剂的开发上。新活性染料集中在适于低温染色、冷轧堆染色、高固着率染色、一次成功染色、湿短蒸连续轧染、小浴比吸尽染色、低盐染色、一浴一步法染色等的品种开发上;新分散染料集中在适于一次成功染色、高洗涤牢度染色、气流染色、超细聚酯纤维染色、高光牢度染色、快速染色等的品种开发上,新助剂集中在适于节能减排环保新染整工艺的高功能性与多功能性、高专用性等的品种开发上。这些新型纺织化学品不仅具有能耗与物耗低、时间省、加工成本小、染色物牢度优等特点,还减少了排放废水量及减轻了废水负荷,具有很好的节能减排环保增效结果。

进展之一:节能减排环保型活性染料的发展和应用

适用于新的节能减排型染整工艺的新型活性染料,如Levafix CA、Novacron NC、Remazol Ultra RGB、Drimarene HF – CD、Intracron CDX等,具有卓越的RCM要素、优异的匀染性和重现性、对染色工艺参数变化的低敏感性、很好的可洗涤性、高固着率和高色牢度,不仅能降低能耗、节约加工时间、大大地提高染色能力和生产率,而且显著地减轻废水负荷和对环境的污染,特别能用于一次成功染色和敏感色染色。

进展之二:节能减排环保型助剂的发展和应用

适用于节能减排染整工艺的新型助剂,如适用于双氧水低温漂白的前处理剂,适于冷轧堆漂白用前处理剂、适于一次成功染色用前处理剂和染色助剂、适用于一浴一步法染色的助剂等。

新型高功能性与多功能性前处理剂Sandoclean T10 liq.等、耐强碱的双氧水稳定性和螯合剂Tinoclarite CBB等,能保证基质稳定,为一次成功染色奠定了坚实的基础;新型高功能性染色助剂如新型酸性染色的pH缓冲剂Setavin PAS、新型液状碱性缓冲剂Egasol SF、亲水型染料用固色剂Danfix SA 100、新型皂洗剂Cyclanon XC – W,能有效地保证染色的匀染性与重现性、高固着率与高牢度,实现一次成功染色;新型多功能整理剂如Hydroperm ECO liq.、新一代有机硅柔软剂Rucofin HHS、新型三防整理剂Nava N2114 liq.等,都能严格满足生态环保的标准。

徐顺成 中国针织工业协会 专家技术委员会委员

针织物染整加工的技术进步在于生物酶和连续化平幅处理工艺的应用,都是节能减排型新技术。

进展之一:生物酶技术

生物酶前处理工艺:生物精练酶 1%、渗透剂 0.5%、50 ℃、40 min处理后可直接染深色,较常规工艺节水、电、汽 50% 以上。生物酶皂洗工艺:活性染料染棉后水洗 3 遍,用生物酶皂洗剂 0.8%、20 min,未固色的浮色及未上染的染料全部脱色,只需再水洗一遍即可,牢度好。

进展之二:针织物连续化平幅前处理设备与工艺

针织物采用连续化平幅前处理设备与工艺(包括平幅烧毛、平幅丝光、平幅练漂),与间歇式绳状加工工艺相比,生产效率可提高 4 倍,节水、汽 30%,加工坯布质量无细皱纹、磨毛等现象,并适宜于平幅冷堆染色、平幅印花等后工序的加工,是针织物染整的发展方向。

专家盘点 检测技术领域

王建平 天祥集团(Intertek)中国市场事业部 总经理/教授级高工

经过 10 多年的发展,纺织品生态安全性能检测技术和标准化的发展长期滞后于立法进程的僵局被打破,检测技术和标准的配套水平已能基本满足国际生态纺织品发展的要求,其中中国在该领域的整体发展水平在全球处于领先地位。

进展之一:纺织品生态安全性能检测技术和标准化已从基本空白迅速发展到基本完善,传统的纺织品性能测试的内涵已完全改变

纺织品生态安全性能的检测不少涉及高新技术领域,存在一定的技术难度,传统的纺织品检测并不涵盖这些技术领域。此外,有关纺织品生态安全的立法相对超前,立法时对是否有成熟的配套检测技术的考虑相对缺乏。为适应形势变化的要求和可持续发展战略,世界各国的科学家在有关纺织品生态安全性能检测技术的研究开发方面做了大量的工作,并取得重大进展,检测技术相对滞后的局面已经根本改变。

进展之二:纺织品生态安全性能的检测技术与方法已从初期的各自为政、零乱纷杂全面向标准化转变,为破除国际贸易中的“绿色”技术壁垒奠定了坚实的基础

检测技术的多样性是分析测试领域一种正常现象,加上纺织品生态安全性能检测项目的多样性,使早期的纺织品生态安全性能的检测技术从原理、技术手段到结果的表示都呈现出多样化和错综复杂的局面,不仅对法规的实施带来困难,更给世界各国跨越贸易技术壁垒造成很大的障碍。经过各国的协调努力,有关纺织品生态安全性能检测技术的标准化工作取得了突破性的进展,意义重大。

进展之三:大量先进的检测技术和装备的使用,使纺织品检测领域的整体技术水平实现了跨越式的发展

随着大量精密分析测试技术的广泛应用,纺织品生态安全性能检测从一开始就与现代化的分析测试技术手段结缘,使目前全球的生态纺织品检测技术水平一步就跨上现代化的台阶,同时使传统的纺织品测试的概念发生了革命性的变化,纺织品测试的整体水平已不能同日而语了。

吴雄英 上海出入境检验检疫局工业品与原材料检测技术中心主任技术助理/研究员

纺织品服装的检测技术进展主要围绕新型纺织服装材料的鉴别、生态纺织品的检测技术和功能性纺织品的性能检测等几个方面。由于技术法规是市场准入的门槛,往往国外技术法规的最新出台,为标准和检测技术的发展带来强劲的需求。欧盟REACH法规的实施,使得作为下游产品的纺织品和服装在甄别使用有毒有害物质技术方面有不断扩大的趋势;美国新的消费品安全加强法(CPSIA)对儿童产品的安全监管更为严格;新型的吸湿速干功能性纺织品层出不穷要求必须有相应的评估技术等等。

进展之一:吸湿速干纺织品检测技术和标准

作为一种能提高穿着舒适性的功能性产品,吸湿速干(亦称吸湿排汗)织物因其独特的吸湿性和速干性正受到市场的青睐。目前,吸湿速干织物产品的开发主要以各种新型吸湿速干聚酯纤维为原料,而且产品种类越来越多。但在织物吸湿速干性能的测试与评价方面国内尚属空白,如何快速科学地进行性能评估,一个织物样品达到什么指标就能称其为吸湿速干织物,亟需相应的检测技术和标准。目前,国内外的标准只是测试液态水传递的某项性能,并且是测量的稳态条件下的液态水传递性能。

新的检测仪器MMT(Moisture Management Tester)可以满足这种功能性纺织品的需求。新的仪器的原理主要是:当液态水与织物浸水面接触后,会发生液态水沿织物的浸水面扩散,并从织物的浸水面向渗透面传递,同时在织物的渗透面扩散,含水量的变化过程是时间的函数。利用与试样紧密接触的传感器,测定液态水两个面 3 个方向的动态传递状况,计算得出一系列性能指标,以此评估纺织品的吸湿速干、排汗等性能。

目前国标“GB/T 21655 纺织品吸湿速干性的评定 第2部分:动态水分传递法”正处于报批状态,同时AATCC等标准也在制定中。

该仪器和标准为该类功能性纺织品的检测和评估提供了科学、快速的推动作用。

进展之二:欧盟REACH法规对纺织品服装中有毒有害物质的检测技术的扩大

欧盟REACH法规已于2007年6月实施,以前有关纺织品服装中有毒有害物质的指令进而转为REACH法规的要求。对纺织品服装中有毒有害物质的要求不仅仅是原来的检测,还需要根据REACH的要求进行评估工作,以确认是禁止或者许可。REACH法规的实施,对可能用于纺织品服装的新型化学品带来了评估的周期和不确定性。

进展之三:美国新的消费品安全加强法(CPSIA)对儿童产品的安全监管

对儿童产品的要求加强,使得儿童服饰及其小部件要受到更为严格的监管。而且如果违反法规,也会受到高于 1 500 万美元的处罚。因此,出口美国的儿童产品检测将更趋严格。

专家盘点 智能纺织品领域

施楣梧 总后勤部军需装备研究所研究室主任/教授级高工

智能纺织品是具有刺激响应能力的纺织品,在医疗、运动休闲、军工、宇航等领域具有广泛用途。从功能划分,包括智能保温、生理状态遥测、太阳能发电、穿戴式计算机、形状记忆、智能透湿防水、感温变色、电子化服饰等。

进展之一:相变蓄热技术

原位成囊直接纺丝技术。将相变物质、成囊单体及引发剂混合成均相溶液,将此溶液以小液滴形式分散在聚合物纺丝原液中,原液经纺丝得到的初生纤维经过物理化学处理使成囊单体在纤维基体内原位聚合对相变材料包裹形成微胶囊,再经后处理得到相变储能纤维。相变焓达到 50 J/g,与Outlast® 纤维热焓约 8 J/g相比,具有实用意义。

进展之二:柔性综合能源装置生产技术

柔性太阳能或振动能收集技术。可穿戴电子产品(或电子纺织品)是智能纺织品的一大分支,如健康监测,集成ipod或者MP3等消费类电子产品的服装。但是此类纺织品或服装一般都需要能量驱动,所以如何提供能量,且保持能源供给装置轻量、柔软、机可洗,与普通的服装集成一体等成为阻碍此类智能纺织品发展的主要问题。柔性综合能源装置生产技术则解决了这一难题,其主要是将以往的团块状或膜状吸能材料以涂敷或刻蚀结合于单根纤维,然后再利用纺织加工技术形成纺织品,尤其是其中的振动吸能装置,人体穿着其运动时,振动产生的能量可被吸收并存贮于电池中,具有极好的民用和军用前景。

进展之三:压敏纳米传感器

基于静电纺丝的压电应变传感器技术。将CNT为基底的压敏聚合物复合物通过静电纺丝技术制成压敏纺织品,其对于应变的感觉能力可较之以往的压敏纺织品显著增加 35 倍,对于此类传感器可通过结构振动实验来表述其特征,以评定其应变-感觉性状。上述传感器的电能和机械能的相互转换可引导新一代智能纺织品或服装的开发。

编后语

“科学技术是第一生产力。” 现代科技每前进一步,都会为社会生产力带来巨大影响。科技创新和高新技术的产业化已成为世界各国综合国力竞争的核心和关键。与世界先进水平相比,我国科技还处于追赶阶段,只有深刻剖析技术进步中的问题和差距,提出相应的对策与谋略,才能逐步缩短距离,赶超世界先进水平。

近两年来,随着经济全球化进程的不断加速和国内外经济贸易环境的发展变化,我国纺织工业进入了结构调整和产业升级的关键时期。加快行业技术进步,提升自主创新能力已成为产业转变发展方式,保持竞争力的重要手段。

为了系统、全面地了解和掌握行业技术发展新动向,为企业开展技术改造、政府制订产业技术政策提供及时有效的信息支持,本刊将对世界纺织新技术加大报道力度,拓宽报道范围,践行“关注纺织技术进步,推动企业财富增长”的办刊使命。

除此之外,本刊的主办方 —— 中国纺织信息中心长期以来开展技术进步跟踪研究工作,并连续推出了 2004/2005、2006/2007、2008/2009年版《中国纺织工业技术进步研究报告》,系统和详尽地介绍了当时国内外纺织技术发展趋势,总结了国内纺织各行业技术进步的新进展,介绍了纺织工业技术进步的总体目标,需要突破的关键技术、装备等,对我国纺织行业的产业提升具有巨大的指导意义和参考价值。特别是最新出版的 2008/2009年版《中国纺织工业技术进步研究报告》以产业化应用与工业化生产为出发点,围绕国内外纺织科技领域的六项共性技术 —— 高效生产技术、清洁生产技术、环保节约型纺织化学品、电子信息技术、质量控制技术、循环利用技术进行了重点介绍,分析其在纺织加工链的各个环节的开发、创新与应用现状,是对过去两年行业技术进步研究工作的一次全面总结。

“一年之际在于春。”严冬过后,必然会迎来焕发勃勃生机的春天,而技术进步、产业升级就是打开通向春天大门的金钥匙。

(注:盘点专家排名不分先后)

作者:本刊编辑部

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