纺织材料学(第2版)
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三、应关注的知识及思考

人们需要清洁、生态的纤维;要求高效、低耗、简洁的纺织加工和安全、有效、生态的后整理加工;希望产品的结构能被调控,使材料的性能得以充分实现;追求整个加工体系的合理、无冗余且柔性可变,以适应多品种纤维制品的加工与开发。但根本要求有两点:第一,材料的加工清洁和使用安全,符合生态准则;第二,纤维及其制品的性能优良和实用。这就要求我们能选好、选对纤维;会选择恰当的纺织染整及混复合加工方式;能知晓改进和提高纤维及其制品性能的加工技术与优化工艺的方法;了解从纤维到产品、再到使用和循环利用的技术。这需要有良好的专业基础知识,并能关注各相近专业和相关学科的基本理论。真正掌握理性选择原料、合适加工得到产品、在线监控各工序及步骤的效果、及时评价和预报纤维及其制品的性能与品质方法。

1.关注工业体系及工程知识

纺织材料的生成和特征依赖于加工体系及方式,如图6所示,故应该关注纺织工程、化学纤维工程、服装工程、纺织品设计以及计算机技术、测量与仪器、标准体系方面的知识、技术及进展。特别是纤维工程(包括纤维初加工和化学纤维工程)、纺织工程和仪器与标准的相关技术与理论及进展,为了解和解释纺织材料的特征及变化,为发展纺织材料提供良好的参考。

2.关注材料科学的知识

纺织材料本身就是一个专门化的材料学科,前面已提及其本身的属性及立身之本,但仍与材料学具有极大的相通性。

金属和无机材料仅有几千年的文明史,但其在规整结构(晶体)和力学、物理性质上有极为经典的理论与成果,且是材料学科中表征技术和材料发展最为超前的学科。尤其是对于线性弹性体和均质结构体的力学及物理学,仍占统治地位,有助于纺织材料的引用、借鉴。

有机和高分子材料只有100~200年的历史,但其几乎成为纺织材料中纤维的本,即高聚物的进步与发展,才有纤维材料的发展。尽管其历史相对纺织材料十分短暂,却因有机化学、高分子物理和高分子化学的基础研究及发展,比纺织材料的理论基础显得更为坚实,比纺织材料的发展更快、更有活力。其在高分子材料的结构、性质及其相互关系;缠结、扩散、蠕变、松弛理论;纤维成形原理及分子设计与合成控制;高聚物力、热、光、电、表面性质方面的理论、实验结果、假说与问题,都是本学科应该了解、借鉴与效仿的。

在结构和组成上相似的材料,当属复合材料学,尤其在非均相结构、各向异性、黏弹或线弹性、整体与界面性质并重的特征上,与纺织材料一致,亦为形属性材料。虽然复合材料学只有近百年的研究与发展史,但在界面、力学和传导性质上,理论坚实、结果众多、需多关注。

纳米材料以尺度命名,从不同尺度看既可是均相,亦可为非均相,但其为纳米尺度结构,以表面和实体间相互作用为主体特征,是形属性材料分类建立的代表材料。虽出现至今仅50余年,但已成为各材料学科最为关注和研究的热点,并已形成独立的学科。其表面、小尺寸、宏观量子隧道和量子尺寸四大效应是其理论和实用的基础,也是纳米纤维材料发展的基础。

生物材料和生物学是纺织材料应该关注、但较少关注的学科。生物结构体本身就是纺织材料模仿的对象。棉、毛、丝、麻四大类本身就来源于生物体,带有极强的生物特征,已在人类至少上万年使用中,“指导”和造福人类,使纺织材料成为人体器官或组织置换的首选材料。有关生物材料、高次结构材料的生物性(生物相容性、可降解性、耐久性、可传导性等)和生物体、生物酶对纤维体的作用等,都应该成为纺织材料学习和了解的对象。

3.关注表征技术与方法

纺织材料的突破与发展离不开当今的表征方法与手段。近代应用数学、统计学、测量仪器学、计算机技术和信息技术的发展,受惠于材料的进展,但更多地又反哺于材料和材料学科。现有的技术和理论已成为纺织材料分析、表征、预测、模拟、精准计算的基础。因此,应多关注材料的形(形态、尺度、结构和表面)、性(物理、化学、生物性质与功能)、质(组成及含量)的测量、分析理论与方法;应该知晓和运用统计学和现代应用数学、图形图像技术、计算机辅助算法与设计。上述知识与方法是纺织材料结构及性能表征,以及从材料学角度改变纺织材料结构、提高其性能的基础。

多浏览工程学、材料学和表征技术的知识,多以促进纺织材料学理解为本地关注这些领域的发展,将有助于对本书基本内容和理论的了解,更会对其不足和局限也将有所认识,进而迸发出认知探索、求真的欲望。