穿戴新材料 编织大未来——东华大学纤维材料改性国家重点实验室

可穿戴智能服饰——当今时尚与科技领域的一次革命性融合,在航空航天、国防军事、智能生活、医疗健康等领域有广阔的应用前景。美国高德纳公司预测,2016年可穿戴智能服饰的市场将达到100亿美元。谷歌、三星、苹果、微软等高科技公司已竞相加入此领域,美国麻省理工学院、佐治亚理工学院、哈佛大学、斯坦福大学、欧洲Hewlett-Packard实验室等都相继在植入式柔性传感器、可穿戴能源装备等方面开展了研究工作。

2005新型纤维与聚合物材料国际学术会议在东华大学隆重召开

2005年10月20—21日，时逢东华大学材料科学与工程学院五十周年院庆之际，由东华大学纤维材料改性国家重点实验室主办的“2005新型纤维与聚合物材料国际学术会议”在东华大学逸夫楼隆重举行。来自海内外纤维与高分子材料领域400余位专家学者、企业高层及年轻学子等参加了会议，新闻媒体也对此投以了热切的关注。

静电纺纳米纤维材料在环境领域中的应用研究进展

近年来,通过静电纺丝技术制备纳米纤维材料已成为材料科学领域最重要的学术与技术活动之一。静电纺丝以其制造装置简单、纺丝成本低廉、可纺物质种类繁多、工艺可控等优点,已成为有效制备纳米纤维材料的主要途径之一。目前,利用静电纺丝技术不仅能实现多种纳米纤维材料包括聚合物、无机物、聚合物/聚合物复合物、聚合物/无机物复合物以及无机物/无机物复合物等的构筑,而且可以实现纤维多级粗糙结构、堆积密度、纤维直径、比表面积、连通性等结构特性的精细调控。各种各样的静电纺纳米纤维材料经过发展、研究和商业化,已被广泛应用于环境领域的各个方面,为许多环保难题诸如有害物质监控、污水处理、水体浮油处理等的解决提供了新的方向。结合东华大学纤维材料改性国家重点实验室近期在静电纺纳米纤维领域的研究成果,简要介绍了静电纺纤维材料的研究背景、制备技术及其在环境领域中的应用研究进展。

可生物降解型纤维材料

主要介绍了近年来可生物降解材料合成技术的新进展及其在纤维材料上的应用 ,同时 ,介绍了可降解纤维材料如纤维素纤维、甲壳素类纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维 ,尤其对淀粉纤维的发展作了较为详细的论述 ,指出淀粉纤维的应用领域已获得了较大的拓展。由于淀粉可再生 ,可降解 ,成本低 ,淀粉纤维未来的应用前景十分广阔。

可生物降解纤维材料

介绍了近年来可生物降解材料合成技术的新进展及其在纤维材料上的应用 ,同时 ,介绍了改性的天然纤维和可生物降解的聚酯、聚酰胺类纤维。

静电纺纳米纤维材料在膜分离领域的应用研究进展

近年来,由静电纺丝技术制备的纳米纤维多孔膜,因具有纤维纤度细、表面积大、孔隙率高等形态特点,以及兼具良好的机械强度、低密度和易功能化而在过滤基膜分离领域的应用研究倍受各国研究者的关注。现有的高分子材质微滤膜多采用溶液相转化法,然而用该方法所制备的微滤膜孔隙率较低,并且所形成的微孔部分为闭孔结构;而静电纺纳米纤维多孔膜的孔隙率高且为相互贯通的开孔结构,能够显著改善流通性,是非常好的微孔滤膜。综述了近几年来纳米纤维作为过滤材质以及过滤用支撑材质在膜分离技术领域的研究成果,主要从纳米纤维微孔滤膜以及纳米纤维基复合滤膜用于水净化及脱盐淡化等几个方面进行概述,并对纳米纤维基滤膜的应用研究前景进行了展望。

基于天然高分子的纤维材料进展

综述天然高分子纤维材料尤其是淀粉纤维近年来取得的研究进展，指出由于淀粉可再生，可降解，成本低，变性方法众多，其未来在纤维上的应用前景将十分广阔。

骨组织工程中的碳纤维材料

归纳了聚合物支架材料在提高其力学性能方面的一些研究工作,并综述了碳纤维材料在骨组织工程上应用的进展。分析表明,骨组织工程是修复骨缺损的有效方法之一,而碳纤维材料的结构性能优势使其成为提高组织工程支架性能的首选材料之一。在提高聚合物支架力学性能的同时,进一步提高材料的生物活性和促进骨的修复是目前研究的重点和难点。指出可通过对碳纤维材料的改性、有序排列等手段来进一步提高碳纤维材料的作用。

基于碳材料的多维度柔性应变/压力传感器的研究进展

近年来,基于碳材料的柔性应变/压力传感器发展迅速,在临床疾病诊断、健康监测、电子皮肤和软机器人等智能可穿戴领域内具有广阔的应用前景。本文综述了基于碳纳米材料和生物衍生碳材料的柔性应变/压力传感器的制备方法和性能特征。根据碳材料的维度和结构特点,可将传感器划分为三大类型:一维纤维/纱线型、二维薄膜/织物型和三维多孔/网络型。本文还重点评述了不同维度碳基柔性传感器的研究进展和存在的问题。未来柔性传感器的发展重点将聚焦于新型结构设计、综合性能提升和多模式功能化应用。

具有麻醉功能的医用纤维材料的结构性能表征

纤维材料作为药物载体比其它聚合物材料具有更好的优越性,麻醉性生物活性纤维所要解决的主要问题是延长局麻药的麻醉作用时间。采用熔融纺丝的方法制备出了具有麻醉作用的生物活性纤维材料,并通过扫描电子显微镜(SEM)、差热分析(DSC)、红外光谱分析(IR)等手段对这种纤维材料的结构和性能进行了表征,并对纤维中局麻药的释放速率进行了测定,以证明这种纤维确实能够达到释放局麻药的效果。

聚对苯二甲酰对苯二胺气凝胶纤维的制备与性能

气凝胶纤维具有良好的柔韧性,其织物在可穿戴保温隔热领域受到了人们高度的关注。聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)具有优异的耐热性、耐化学品腐蚀等性能,是制备气凝胶纤维的理想材料。然而,目前利用PPTA纤维(对位芳纶)的纳米纤维分散液制备气凝胶纤维的过程复杂、耗时且成本高,因此本工作通过合成具有良好可加工性的PPTA溶液,利用湿法纺丝和冷冻干燥工艺制备PPTA气凝胶纤维,极大地简化了工艺流程。实验分析表明,通过改变PPTA溶液的浓度可以有效地控制气凝胶纤维的孔结构及机械强度。当PPTA溶液的质量分数为2%时,制得的气凝胶纤维的孔隙率高达94.5%,断裂强度可达7.8 MPa;除此之外,该气凝胶纤维还具有高的比表面积(291 m2/g)和低的热导率,其织物的热导率为29.65 mW/(m·K)。当PPTA溶液的质量分数为5%时,气凝胶纤维的断裂强度高达20.5 MPa。本工作中所制备的气凝胶纤维具有极高的孔隙率、超低的密度和热导率以及良好的力学性能,为新一代保温隔热纺织品的设计和制造开辟了新的途径。

后拉伸条件对羟基化聚丙烯中空纤维膜性能影响的研究

合成研究了不同羟基插入率的羟基化聚丙烯(PPOH),使用熔融纺丝-拉伸法(MS-S)制备了PPOH中空纤维膜并探究了热拉伸温度、热拉伸比例对其孔径分布、孔隙率、水通量和力学性能的影响。相比聚丙烯(PP)中空纤维膜,相同条件下制备的PPOH中空纤维膜的水通量更高,孔径更大,拉伸强度和孔隙率则较低。当热拉伸温度为110℃、热拉伸比例为150%时,PPOH中空纤维膜的孔径为0.139μm,孔隙率为22.1%,水通量为1 822 L/(m2·h),拉伸强度为123 MPa。

纳米纤维基智能创伤敷料的研究进展

针对当前创面修复的高需求和现代商业敷料发展不充分之间的矛盾,通过敷料的实时监测、感染预警和按需给药功能来减轻患者痛苦、加速创面愈合成为亟待解决的问题。基于纳米纤维的特性及其在创伤修复中起到的关键作用,围绕纳米纤维基智能创伤敷料的制备及响应体系,阐述了纳米纤维基智能创伤敷料的制备方法、创面微环境标志物监测体系以及敷料自响应药物缓释体系等多个领域的研究进展。最后,从理想敷料的特性、生物相容性、多功能监测和远程医疗等方面,探讨了未来纳米纤维基智能创伤敷料面临的挑战和发展趋势。

硅烷偶联剂改性对气相SiO_(2)电缆绝缘复合材料性能的影响

气相SiO_(2)是一种多孔的纳米材料,具有低介电常数、耐高温和耐辐射等优点,作为SiO_(2)电缆的绝缘材料在航空航天等领域得到广泛应用,但气相SiO_(2)复合材料表面存在大量硅羟基使之容易吸潮,因此研究改性剂对气相SiO_(2)复合材料介电性能的影响具有重要意义。选用3种不同的硅烷偶联剂(KH550、KH560、KH570)对气相SiO_(2)电缆绝缘复合材料进行改性,采用显微结构分析、红外光谱分析、宽频介电阻抗谱仪分析等方法研究了不同硅烷偶联剂对气相SiO_(2)电缆绝缘复合材料疏水性能以及介电性能的影响。结果表明硅烷偶联剂KH570对气相SiO_(2)电缆绝缘复合材料的改性效果最好,改性后复合材料吸潮率降低了89.95%,10MHz频率下介电常数和介电损耗角正切分别减小8.63%和31.85%,大幅度提高了气相SiO_(2)电缆绝缘复合材料的疏水性能和介电性能。

化学接枝聚乙二醇单甲醚的氧化石墨烯/聚丙烯相变材料

在聚乙二醇单甲醚(MPEG)中引入具有三嗪环结构的2-氨基-4,6-二氯-1,3,5-三嗪(ADCT),将MPEG的-OH接枝在ADCT的三嗪环4、6位制备具有三嗪环结构的MPEG(ADMT),然后负载于载体材料氧化石墨烯(GO)得到定形相变材料(FSPCM),利用双螺杆挤出机将FSPCM与聚丙烯(PP)熔融共混,制备FSPCM质量比为5%、10%、15%的PP/FSPCM共混材料,并采用^(1)HNMR、FT-IR、DSC、热台测试等试验手段对ADMT、FSPCM、PP/FSPCM共混材料进行表征。研究结果表明:FSPCM结晶焓值为96.1J·g^(-1),在250℃下仍保留较好的定形效果。10%质量比的PP/FSPCM相变焓值为9.10J·g^(-1),焓值效率为60.7%。

新型甲基功能化共价有机框架材料的制备及二氧化碳吸附性能

为提高共价有机框架(COFs)材料的结晶度,从而提高其在气体吸附领域的应用,使用2,5-二甲基对苯二甲酰肼(Th-(Me)_(2))与2,4,6-三(4-醛基苯基)-1,3,5-三嗪(TFPT)作为构筑单元,采用溶剂热法成功合成新型甲基功能化COF材料(COF-Th-Me)。利用粉末X射线衍射、红外光谱、固体核磁共振碳谱、氮气吸附-脱附和热重分析等方法,结合理论模拟对COF-Th-Me结构性质进行研究,并对其二氧化碳吸附性能进行分析。结果表明,与无甲基功能化COF(COF-Th)相比,COF-Th-Me的结晶度明显提高,结构表现为AA堆积结构(加权图形方差因子R_(wp)=2.00%,图形方差因子R_(p)=1.53%),具有较高的热稳定性。COF-Th-Me在273K和0.1MPa条件下,对二氧化碳气体的吸附量达到了27.6 cm^(3)/g,由此可知其在气体吸附领域具有潜在应用价值。

聚乳酸/有机磷共混纤维阻燃改性及性能研究

针对聚乳酸(PLA)易燃烧的缺点,选择高效绿色脂肪族有机磷(OP)为阻燃剂,通过熔融共混与熔纺成形技术制备PLA-OP复合材料及纤维,全面分析了OP对PLA-OP复合材料热稳定性能、阻燃性能、阻燃机制及力学性能的影响规律,结果显示:OP与PLA具有良好的相容性,且PLA-OP复合材料热稳定性良好,完全满足高温熔融加工要求;同时,OP可显著提升PLA的阻燃性能,当OP质量分数为4%时,材料垂直燃烧等级由纯PLA的NR等级提升至V-1等级,极限氧指数由纯PLA的22.6%提升至29.1%。由热失重-红外联用、扫描电镜与拉曼光谱分析可知:OP兼具气相阻燃与凝聚相阻燃作用,其在高温燃烧过程中起到催化成炭、捕捉高活性自由基、降低挥发性可燃物浓度等作用,最终有效提升PLA阻燃性能。此外,PLA-4OP熔纺纤维的断裂强度为3.6cN/dtex,满足绝大部分终端使用要求,这表明其具有良好的应用前景。

生物可降解聚酯酰胺的合成、结构性能及其纺织材料在医疗卫生领域的应用

从单体原料出发系统介绍了聚酯酰胺(PEAs)的结构和性能,综述了其主要聚合方法,梳理并剖析其纺织材料在医疗卫生领域的应用进展,指出PEAs要在环境保护领域及医疗卫生领域占据重要位置,仍需要在原料选择、制备工艺与性能等多个方面展开探索。

秸秆纤维增强复合材料的可降解性能研究

秸秆是一种来源丰富的可降解天然高分子材料。采用秸秆纤维为增强材料 ,以淀粉为基体 ,研制出一次性可降解秸秆纤维增强复合材料。采用土埋法研究了该复合材料的可降解性能。将该复合材料模压成花盆 ,并在实际栽培过程中对样品进行了跟踪测试 ,结果发现该复合材料具有优良的可降解性能。

纺织结构碳纤维增强聚醚醚酮基复合材料的制备及界面改性

采用热压成型法制备纺织结构碳纤维增强聚醚醚酮(CFF/PEEK)航空热塑性复合材料。通过对碳纤维(CF)进行去浆、活化,及采用磺化聚醚醚酮(SPEEK)进行表面涂层,显著提高了CFF/PEEK复合材料的层间剪切强度。讨论了热压温度、压力等工艺参数对材料综合力学性能的影响规律,确定优化工艺条件,制备的复合材料拉伸强度和弯曲强度分别达到714.29 MPa和955.84 MPa。借助扫描、金相显微镜等观察手段,发现经过界面改性处理后,复合材料断裂发生在基体内部而非界面处,基体与增强体浸润性和结合性良好。