新材料织就复兴梦

蔡巧玉

方寸之间的高科技

“桂布白似雪，吴绵软于云。布重绵且厚，为裘有余温。”这是唐代大诗人白居易记录的《新制布裘》诗中的几句。无论从织造原料，还是织造技术来说，我国纺织业都具有悠久的历史，并且不断在纺织技术上做出重大的改革和创新，从而在世界纺织史上创造出了辉煌的成果。

随着时代的发展和科技的进步，纺织技术也日新月异。作为新材料产业的重要组成部分，产业用纺织品不同于一般的服装用和家用纺织品，而是经过专门设计的、具有工程结构特点的纺织品，具有技术含量高、产品附加值高、劳动生产率高、产业渗透面广等特点，目前不仅广泛应用于民生产业，而且在国家战略安全中发挥着重要的作用，已经成为医疗卫生、安全防护、环境保护、基础设施建设、新能源、航空航天、国防军工等行业的战略支撑力量。

据联合国预测，到2050年，全球纺织纤维加工总量预计将达到2.53亿吨，其中，产业用纺织品加工量将达到1.7亿吨，占比达到67.4%，未来发展空间巨大，所以，其发展水平也成为衡量一个国家纺织工业综合竞争力的重要标志之一。

以2020年新冠肺炎疫情为例。一场疫情打乱了我们的生活。随着疫情在全球不断蔓延，口罩用量需求激增。无论是一次性医用口罩，还是医用防护口罩都是“一罩难求”。但是大多数人没有料到，平时看起来并不起眼的小小口罩，却难住了世界上众多的国家与企业。究其原因，作为口罩核心材料的熔喷布成为了口罩扩产的最大瓶颈。

“别小看这方寸之间，却蕴含着极高的科技含量。”研究了半辈子纺织科技的天津科技大学副校长程博闻教授告诉记者，“熔喷布被称作口罩的‘心脏，是生产医用口罩和N95口罩的关键性材料。一般医用性口罩主要由三层构成（SMS），内外两层均为纺粘层无纺布（S），中间的过滤层为熔喷无纺布（M），利用超细纤维的网状结构和静电吸附病毒粉尘、飞沫，起到阻隔和防护作用。”

程博闻介绍道，熔喷布的质量决定着口罩的质量，用于医用口罩的熔喷无纺布对产品质量、性能、过滤效率等有着严格要求。纤维丝的细度和驻极处理是熔喷布技术的关键，纤维太细，阻力就大，影响呼吸。驻极技术让纤维表面带上静电，吸附细微颗粒物，决定口罩阻挡病毒的能力，静电保持时间越长越好。但这两者又互为矛盾，低阻力且耐久驻极性，是行业一直努力攻克的难点。

医卫防护材料是应对疫情、灾害的重要战略物资和民生健康产业急需的关键材料，而一直以来，在产业用纺织品中不可或缺的高品质熔喷非织造材料却长期被国外垄断。为了打破这一被动局面，程博闻从1983年开始，一直从事纺织纤维材料及其产品的研究与开发。他带领着科研团队开展改性与功能纤维的研究，开发出了导电纤维、抗菌纤维、纳微复合纤维、驻极体纤维等；利用功能纤维开发出了相关纺织和非织造产品，涉及医用卫生材料与医用隔离服、高效驻极熔喷非织造布过滤材料、高温过滤材料、高级电子仪器擦布、电池隔膜材料、隔音材料、保暖材料、保健服装及其他功能纺织品。无论是在制造方法上，还是在理论方面，程博闻团队都做了大量的工作，申请和获得了近百项专利，开发了多个产品，实现了工业化生产，取得了很好的经济效益和社会效益，对提升我国纤维和纺织产业的国际竞争力具有重要意义，也有力地推动了产业用纺织品的科技进步。

长久以来，熔喷纤维及制品的力学、压缩回弹、通透、驻极电荷储存等问题都难以解决，并在一定程度上影响了熔喷非织造材料的应用效果。为此，程博闻带领着创新团队，以复合技术为核心，通过产品结构设计与调控，高新技术渗透与融合，向“点、线、面”多维度复合型熔喷非织造材料的关键制备技术发起“冲锋”。

程博闻的团队项目攻关形成了纳米掺杂、短纤插层、层间复合和双组分熔喷等4项核心技术。其中，纳米掺杂耐久驻极复合熔喷制备技术，解决了纳米粒子在超细纤维基体中均匀分散、相容和相畴尺寸控制问题；短纤插层高弹耐压复合熔喷制备技术，解决了熔喷非织造材料同时兼备低阻与高容尘和蓬松柔软与高回弹的技术难点；在线喷射纤维状热熔胶的织物层间复合装置及技术，弥补了单一熔喷非织造材料抗拉、耐磨等力学及过滤精度不高等不足，开发出高强耐磨复合熔喷非织造保暖材料及孔径梯度分布复合熔喷聚乳酸环保型非织造精密过滤材料；双组分熔喷纳微纤维非织材料制备技术，成功攻克了国产PP/PET双组分复合熔喷纳微纤维非织造材料制备工艺，形成了具有自主知识产权的熔喷纳微纤维非织造材料制备技术。在此基础上，程博闻团队还利用自行设计的纳米掺杂驻极技术，开发出耐久驻极双组分复合熔喷纳微纤维非织造高效过滤材料。测试结果表明，熔喷纳微纤维非织造材料其纤网抗压、压缩回弹、过滤阻力等产品性能均超越了国际通用的美国3M公司标准。

目前该特性材料及制备技术已被广泛用于医用防护、军用保暖、汽车隔音和吸油材料等多个领域，产品也远销日本、美国、英国、俄罗斯等国，不仅保障了我国国民在此次疫情中安然度过“口罩荒”的困局，也为世界抗疫做出了贡献。

攀登纺织产业科技高峰

目前，纺织科技创新需要多学科、多领域的交叉融合已成为业内共识。程博闻多年来一直坚持要在充分发挥技术纺织品的“高、精、尖”特长方面下工夫，走差异化、高端化发展之路，加快我国由纺织大国向纺织强国转变的进程。

由中国制造到中国创造，虽然只有一字之差，但在程博闻看来，其间的技术含量和实力内涵却是天壤之别。与其他很多制造产业一样，高端装备和关键部件是制约纺织产业发展的一个掣肘。“比如刚才提到的口罩，我们虽然拥有了熔喷布的制備技术，但是像熔喷模头这些核心设备仍然需要进口，而且供货周期和组装时间都比较长，这就成为了影响熔喷布短期内难以增产的重要原因！”程博闻进而说道，“中国的新材料要想打一场翻身仗，不看别人脸色行事，想在产业化的道路上取得关键性突破，除了自主创新，拥有核心技术和设备之外，没有别的路径可走！”

曾经，很多企业的决策者头脑中固守着一种“想提高技术就要引进国外设备”的观念，于是争先选择引进国外先进的设备。但程博闻始终认为，一家企业可以从市场上买到最好的装备，但有一样东西是买不到的，那就是自己的学习和创新能力。行业技术每一天都在进步，唯有掌握核心技术，才能在激烈的市场竞争中拥有话语权。

“只有踏踏实实先把机理弄清楚了，研究吃透了，随着社会发展的需求，它的作用才会一点一点呈现出来。”程博闻反复强调，“我们要站在国家的视角，知道国家的痛点在哪里，同时能够因地制宜，结合国家的需求融会贯通，才能让我们的科研成果带动起整个行业的向前发展。”

为了这个目标，这些年来，程博闻长期从事纤维新材料和产业用纺织品的科研与教学工作，围绕我国在环境保护、医疗卫生、国防、先进能源等领域对高性能产业用纺织品及其应用技术的重大需求，以产业纺织品应用为重点，无时无刻不在思考和解决着困扰中国纺织产业的实际问题。

——在新型非织造材料设计与开发方向，基于高速气流拉伸成形机理开发出溶液喷射纺和静电溶液喷射纺规模化微纳米纤维生产成套装置，解决了传统微纳米纤维制备技术制备效率低的难题，取得了微纳米纤维规模化制备技术的突破，开发出高效空气过滤器、质子交换膜、超级电容器电极等用的纳米纤维制品，为我国环境治理、个体防护和新能源产业等领域提供了高性能材料；开发了PPS纤维熔融纺丝技术和PPS纤维的涡流纺纱工艺，突破了隔膜多级孔结构的力-温协同调控技术，实现了大尺寸PPS纤维织物型隔膜的规模化制备，成功替代了西方限制使用的传统石棉纤维水电解隔膜，解决我国传统石棉隔膜存在的环境污染、电解能耗高、气体纯度低、运行不稳定等技术难题，为电能转化为清洁的氢能提供了非常关键的材料，水电解设备大量出口欧洲。此外，实现了柔性无机纳米纤维隔热非织造材料的产业化。

——在纤维材料设计和制备方向，程博闻团队解决了纤维用纳米功能材料制备、多相体系纺丝成形、纤维加工等系列科学与技术难题，揭示了功能组分对纤维性能的影响规律，形成了功能纤维复合纺丝设备与生产线设计、生产、产品性能评价等成套产业化集成技术，实现了复合导电纤维的产业化，复合导电纤维技术指标均达到国际先进水平，打破了国外技术的封锁和垄断，填补了国内相关技术领域的空白，开发出多种导电纤维功能面料和制品，对我国新型功能纤维的开发具有重要的推动作用。

——中空纤维反渗透膜技术属于膜领域中少数的“卡脖子技术”之一，技术难度最大，在高端分离领域具有重大的战略意义。程博闻带领的产学研交叉团队针对国产中空纤维/卷式反渗透膜存在的诸多缺点和不足，从原材料改性、工艺优化、设备开发等方面突破改性反渗透膜产业化关键技术，开发出新型耐氯、抗微生物污染改性中空纤维反渗透膜与新型抗微生物污染、易清洗的改性卷式反渗透膜产业化制备关键技术，建成了国内首条具有自主知识产权的规模化制备中空纤维反渗透膜及膜组件的生产线，形成了成套技术并实现了规模化应用，打破了国外在反渗透膜制备领域的技术垄断，有力地提升了我国反渗透膜制备及应用技术水平。

…………

儒雅的程博闻在科研过程中却是大家公认的“拼命三郎”，他从来没有把科研当作一种工作，而是视为自己生活的全部。了解他的人都清楚，他全年几乎没有休息日，每天忙到很晚，永远在加班，永远在拼命。别人的人生里，有娱乐，有休息，有调整，而他的人生里，只有科研！

正是在他的这种精神引领下，程博闻团队在产业用纤维材料、非织造材料和功能纺织品等方面紧密合作共同攻关，承担了国家原“863”计划、原“973”计划、国家支撑计划、国防科工局军品配套项目、国家自然科学基金、天津市科委、中石化委等课题近百项，取得了多项具有自主知识产权并达到国际先进水平的研究成果。

不懈努力 为国育才

国家科学技术进步奖二等奖3项，中国纺织工业联合会科技进步奖一等奖4项，上海市科技进步奖一等奖1项，天津市科技进步奖一等奖2项、二等奖2项、技术发明奖二等奖2项，中国专利优秀奖2项，中国纺织行业专利金奖1项；“百千万人才工程”国家级人选、全国中青年突出贡献专家、国务院政府特殊津贴专家、全国纺织科技创新领军人才、中国纺织学术大奖、中国纺织学术带头人、全国优秀科技工作者、全国五一劳动奖章获得者、改革开放40年中国纺织行业突出贡献人物和全国创新争先奖……几十年下来，程博闻可谓荣誉加身，但是面对获奖和赞誉，他对此却十分看淡：“名利都是身外之物，重要的是对国家的发展有所贡献。成绩的取得要归功于整个团队，我也只是他们其中的一员而已。”

勇于担当，实业兴国。出生于20世纪60年代的程博闻，内心深处有着那一代人所特有的情怀和使命感。当年，报纸上一条天津石化将石油变成纤维再织成布的新闻，让年轻的程博闻对科学充满了兴趣。钻研“石油代替棉田”的魔法让他走上了石化与纺织的科研之路，直到今天，依然不知疲倦地向前奔跑。

随着年龄的增加，程博闻愈发重视起纺织科技人才梯队的完善和建设。长久以来，他一直把人才培养视作学科长远发展的一个重要工作。早在2005年，程博闻就参与到了我国最早开设的非织造材料与工程专业中，时至今日已经培养了一大批优秀的本、硕、博毕业生。在他看来，中国要由纺织大国转变为纺织强国，人才培养的压力巨大。如何建立起良性循环的、满足不同层次需求的人才梯隊，如何充分激发人才的创新和创造能力，是行业当前面临的难题。

程博闻希望能够形成一支具有国际水准的团队：“我希望能激发出年轻人的兴趣，培养他们的独立创新精神，鼓励他们发现新现象、新规律，使他们能建立起正确的科研态度，而不仅仅是以发表论文来做为最终科研目标。”

温文尔雅的程博闻在带学生时也有自己严厉的一面。“做我的学生，首先你要有为国家做贡献的决心。其次，学术上决不能马马虎虎，要做到精益求精。”程博闻的“严格”是为了能够培养学生的独立思考能力和对待科研的韧性。他希望学生们明白，做学问搞科研不是为了成为一种谋生的手段，那样是做不长久的，必须要有兴趣和追求在里面。新材料研究领域一头深深扎根于基础研究，另一头则与广泛的社会需求紧密相连，可以和任何行业相结合，大有用武之地。

恩格斯曾经说，一个市场需求往往比十所大学更能拉动社会进步。程博闻也总思索着能把有潜力的科研成果尽快推到市场上去，让它去实现价值。在他看来，停留在纸面上的发明和专利只有把它应用起来，使我们有机会将科技成果更好地服务于社会，价值才能真正实现。

“凡是成功的科研项目，必然是学校和企业双方共同紧密合作的结果。”程博闻解释道，学校拥有理论基础等科研优势，而企业拥有装备资金等开发优势。“产学研”的紧密结合，使学校与企业搭建了一个良好的平台，可以一展身手。

如今，身为天津科技大学副校长的程博闻坚定地认为，学校应该创造有利条件，丰富学生的基础知识构成，各学科之间要实现有机融合，通过学科交叉实现创新。他还主张，纺织行业的科技创新，绝不能仅仅局限于行业内部，要博采众长，利用数学、化学、大数据、人工智能等其他行业的最新成果以及可借鉴的成功发展模式，以促进行业发展。

程博闻认为，中国纺织业从大到强，尚需几代人的不懈努力。目前产业化的纺织科研成果，多数是从十多年甚至二十年前开始逐渐积累起来的，如果今天的基础研究不能有效开展，今后的行业科技进步将难以为继。所以，繁忙的科研和公务并没有让程博闻远离讲台，他仍然坚持给几个院系的本科生们上课。“课程虽然不多，但是能和学生们有接触，知道大家在想什么，可以从另外一个视角了解年轻人的想法和需求”，同时，在师生交流之间，他也把自己这么多年来的科研与人生经验毫无保留地分享给年轻人们。

2020年的秋天，由于“建立了以紡丝成网为核心技术的新型非织造材料制备体系，引领相关理论、技术与产业的发展；突破了功能纤维一系列关键制备技术，建立了成套产业化集成技术，实现了国产功能纤维生产技术的提升，以及推进专业、学科建设与人才培养，参与国家、区域和行业的发展规划研究”，程博闻实至名归地获得了2020年度的何梁何利基金科学与技术创新奖。

获奖后的程博闻，忙碌程度较之以前加了一个“更”字。在他心里，科技创新与成果转化一刻都不能懈怠。学校课程、学科建设、国际会议、学术研讨、科学普及、公益讲座，更是填满了他的工作日程，只要是为了中国的新材料纺织产业，他都看作是自己的事情，不计回报，不计得失。

曾经有一首歌唱得好：“金梭和银梭，日夜在穿梭，看谁织出最美的生活。”一批又一批的科研人员和纺织产业界的前辈们在实业报国的指引下，砥砺前行，开创和壮大着中国民族纺织产业，织就了生生不息的锦绣华章。时间走到今天，科技愈发成为纺织行业发展的根本，决定着行业的高度和方向。去年，程博闻调入天津科技大学后，作为轻工技术与工程学科的学术带头人，他将聚焦纺织与轻工学科的交叉，开展生物质纤维和高性能纤维功能纸的研究。接力棒传到了程博闻和他的创新团队手上，在这条振兴民族新材料产业，让中国纺织科技的核心技术和关键装备彻底摆脱国外势力的牵制，实现中华民族伟大复兴梦的道路上，他们正风雨兼程，昂首前行！