給火箭做“衣服”的人

　　“大家分工合作，盡快把設備組裝好，測試一下性能?！?月21日，記者在西安工程大學見到紡織科學與工程學院副教授、智能功能紡織復合材料創新團隊帶頭人樊威時，他正在實驗室指導團隊的研究生組裝一臺剛剛送到的高精度數控雕刻機。

　　“我們不是大家印象中的‘紡織工’和‘裁縫’，我們的工作也不是織布做衣服，而是主要研究三維紡織復合材料的結構與性能。這臺新到的雕刻機就是用來切割三維紡織復合材料的，能夠為火箭發動機、飛行器等設備‘量身定做’結構材料。”樊威告訴記者。

　　除了三維紡織復合材料的研究，“80后”樊威和他的年輕團隊還從事納米功能復合材料、智能纖維與智能可穿戴設備、廢舊紡織品循環利用等方面的研究，近年來已主持國家級、省部級等項目10項，申請國家專利13項。

　　航空航天領域顯身手

　　提起“紡織”，人們就會想到純棉、滌綸、化纖這些材料，因為我們穿的衣服大都是用它們生產的。但是樊威和他的團隊研究的三維紡織復合材料卻沒有這么簡單，因為他們是在給火箭發動機、飛行器等航空航天領域的裝備做“衣服”。

　　樊威告訴記者，航空航天領域的裝備使用的結構復合材料，對力學性能要求很高，拉伸強度要過關，同時對層間性能要求也很高，這樣材料的整體強度才能上去。為了克服傳統層合板復合材料層間強度低、層間剝離或開裂的問題，需要采用層間也存在纖維或者紗線的三維整體織物作為增強材料。為此，樊威和他的團隊研發了生產三維整體織物的設備和異形件制造工藝，實現了為航空航天領域裝備“量體裁衣”。

　　“航空航天領域的裝備、配件許多都是異形件而不是標準件，在使用專門研發的生產設備后，可以根據具體使用場合或者部位進行‘凈尺寸生產’?！狈f，“我們先進行計算機模擬測算，生產時一次整體成形，確保了產品的安全性能?！?/p>

　　陜西是科技大省，航空航天產業底蘊深厚，這為樊威的研究提供了用武之地。目前，團隊已經和一些航空航天科研院所開展合作，自主研發的三維紡織復合材料在相關領域科學實驗中發揮了保障作用。

　　“下一步我們將繼續加大三維編織、機織、縫合、針織、非織等自動化生產技術和紡織復合材料的快速復合固化技術研發力度，降低三維紡織復合材料的成本，大力推動先進紡織復合材料在航空航天、汽車等領域的應用。”樊威說。

　　“智能服裝”來了

　　除了用于航空航天等領域“高大上”的復合材料，樊威和他的團隊在智能可穿戴織物、廢舊紡織品循環利用等方面也有“接地氣”的成果。

　　“隨著人們生活水平的提高，現在人們越來越關注健康問題，具有心率、脈搏及人體運動狀態等實時監測功能的智能可穿戴紡織品受到了人們歡迎。”樊威說，“要對人體在不同狀態下的活動參數實現實時監測，服裝必須具備一定的傳感功能。傳統的棉、麻、絲、毛等材料都不具備這樣的性能，因此，研發柔性傳感纖維成為生產智能服裝的首要難題?！?/p>

　　經過大量研究，樊威發現，一種高聚物材料添加特殊的功能性納米粒子后，經過極化處理可加工成壓電纖維，能夠對外部載荷做出電信號響應，而且頻響寬、靈敏度高、耐腐蝕性好，同時這種壓電纖維易與普通纖維結合編成智能織物，是一種理想的智能紡織材料。

　　“我們用壓電纖維制造了一些智能可穿戴紡織品，既能夠監測，還具備可加工性能好、耐水洗等優點?！狈f，“除了普通人的身體功能監測，我們研發的智能服裝還可以用于運動員的訓練和比賽，通過對運動員的發力點、運動姿態等進行監測和分析，向運動員進行反饋，幫助運動員提升訓練水平、降低關節損傷?！?/p>

　　目前，樊威和他的團隊還研制出了一種可織入服裝中的壓電傳感元件，申請了兩項國家專利?！拔覀円源藶榛A，在手腕、心臟等部位能夠實現局部智能監測。下一步，在模塊化應用的基礎上，我們將研發真正的‘一體化’智能服裝，全部使用壓電纖維制造，推出更多的智能可穿戴產品。”樊威說。

　　年輕無極限

　　自從2015年來到西安工程大學后，在學校的支持下，樊威和他的年輕團隊加強研發工作，建成了智能功能紡織復合材料創新團隊，在三維紡織復合材料、智能纖維與智能可穿戴設備、納米功能復合材料、廢舊紡織品循環利用等方面成果頗豐。

　　“我們團隊由9位老師和17位研究生組成，大家創新活力特別強?！狈f，“組建團隊時我還注重選拔材料計算、圖像處理、化學等相關專業的人才，便于交叉創新?！?/p>

　　以廢舊紡織品循環利用研究為例，團隊不同專業的成員互相配合，各顯“神通”。“日常生活中，紡織類衣物更換頻率高，無論是焚燒還是掩埋，都會造成嚴重的環境污染。目前，歐美發達國家紡織類衣物回收利用率能達到25%左右，而國內只有1%。我們就想著能不能利用技術創新來提高紡織類衣物的回收利用效率，同時對生態環境保護也有好處?！狈f。

　　在研發過程中，來自東華大學的博士余靈婕負責圖像處理，尋找新材料的最優纖維分布狀態。同樣來自東華大學的博士劉濤在余靈婕建立的模型上進行有限元計算，對復合材料的力學性能進行優化設計。苗亞萍和馬艷麗是西安交大畢業的博士，一個負責纖維/基體界面性能計算，一個負責樹脂流動性分析。就這樣，團隊成員各展所長，節省了時間成本和經濟成本。

　　經過反復試驗，團隊最終確定以主要成分是棉纖維的廢舊牛仔服裝為增強材料，以廢舊聚丙烯纖維為基體材料，再分步使用非織造生產、針刺、熱壓成型等工藝，生產出了一種三維廢舊纖維增強復合材料。“這種材料可以用來制作辦公家具、替代木地板等。經過檢測，它的力學、吸濕、剝離等功能完全達標，并且是‘零甲醛’，實現了廢舊紡織物的綠色利用。”樊威說。

　　由于牛仔服裝回收量大、纖維構成單一，樊威的團隊優先研發并已熟練掌握了這類以棉纖維為主要成分的廢舊紡織物循環利用技術，下一步還將開展其他類型的廢舊紡織物利用研究?！拔覀儗⒚嫦虍斀袷澜缂徔棽牧系募夹g前沿，做好科技創新和技術成果轉化，為提升陜西乃至全國航空航天、智能制造、生態環保等領域的創新能力和競爭力作出新的貢獻。”樊威如是說。