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云程发轫,万里可期——石墨烯再生羊毛复合纤维项目组

日期:2022-06-24 09:32:36    作者:市场运营部    浏览量:390 次

导语:《墨园时讯》本期人物访问了2021年获得团队奖项的科研项目组,分别是石墨烯玻璃纤维项目组、烯碳/芳纶Ⅲ复合纤维工艺项目组、石墨烯再生羊毛复合纤维项目组。现将项目组的科研故事分期介绍,今天带大家走近的是石墨烯再生羊毛复合纤维项目组。


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奋楫扬帆,敢为人先。石墨烯再生羊毛复合纤维项目组秉持“发挥BGI石墨烯材料技术优势,着力打造石墨烯复合纤维产品高地”的研究理念。聚焦石墨烯增强生物质纤维的制备技术,结合石墨烯的优异特性和再生羊毛角蛋白绿色环保、亲肤、生物相容好等性能优势,着力研发轻质、高强并具有生物质特性的石墨烯增强再生羊毛复合纤维相关产品,并探索其在智能服装、生物医疗等领域的应用。在刘忠范院士、张锦院士和各位院领导的指导和关怀下,石墨烯再生羊毛复合纤维研发团队稳步前行,用实力完成了材料的研发到产业化的完美接力,为石墨烯产业全新赋能!


石墨烯再生羊毛复合纤维项目组一直专注于绿色生物质纤维的技术研发工作。中国纺织工业联合会于2021年6月颁布的《纺织行业“十四五”发展纲要》明确指出,打造无污染、可持续的绿色纤维产业已成刚性需求。其中,天然羊毛纤维将会是新的产业增长点。我国作为全球第一纺织大国,纺织纤维加工总量占全球的50%以上。目前,我国已发展成为全球第二大羊毛生产国和全球第一大羊毛消费国。市场份额已占据15.2%,年出口毛纺产品已达133.2亿美元,净营收62.1亿元。虽然我国羊毛行业发展迅速,但我国的羊毛产量逐年下降,难以满足国内需求。我国在大量进口国外羊毛的同时,也在羊毛加工过程中产生约20万吨的废弃羊毛不能被高效地产业化处理。目前,每年全球有超过250万吨的废弃羊毛通过焚烧、降解和做成饲料等方式被处理。这些过程不仅污染环境、浪费资源,而且废弃羊毛的处理附加值非常低。废旧羊毛循环利用对节约资源、减污降碳具有重要意义,是有效补充我国纺织工业原材料供应、缓解资源环境约束的重要措施,是建立健全绿色低碳循环发展经济体系的重要保障。


针对如此现状,项目组借助研究院在石墨烯材料领域的技术优势,将废弃羊毛溶解提取得到角蛋白,通过湿法纺丝技术工艺制备出了可以循环再生、舒适度高的石墨烯再生羊毛角蛋白复合纤维。角蛋白主要分为:α-螺旋蛋白丝和β-折叠蛋白丝。β-折叠蛋白丝是一种强度高、排列规整的蛋白质二级结构。羊毛以α-角蛋白为主,在动物毛发中,由于α螺旋的成对构型形成卷曲螺旋结构,应变诱导的从α螺旋到β折叠的转变是可行的。通过羊毛角蛋白二级结构的重构组装被认为是一种大规模制备低成本、高机械强度的再生角蛋白纤维的有效途径。然而,根据最新文献报道,力学强度较低(<130 MPa),难以实现再生羊毛纺纱、编织,仍是限制再生羊毛规模应用的主要因素之一。基于此,项目组发挥BGI在石墨烯领域的技术研发优势,开发石墨烯增强的再生羊毛角蛋白复合纤维,将高强、高模的二维石墨烯材料与亲肤、舒适的再生羊毛纤维进行复合,打造结构和力学性能接近并超越天然羊毛的可以服用的高强、舒适性优良的石墨烯复合纤维,以实现废弃羊毛变废为宝。


行远自迩,踔厉奋发


石墨烯再生羊毛复合纤维项目组在石墨烯纤维技术研究部部长张锦院士指示下,于2020年7月正式成立并开展石墨烯再生羊毛角蛋白复合纤维的研发工作。在项目开展初期,课题组克服重重困难不断探索,实践各种思路、想法,并进一步总结、分析。不弃微末,久久为功。在一次次不断地试错过程中,最终确定了稳定的工艺参数。同年10月,即初步实现石墨烯再生羊毛复合纤维的开发制备。研发团队经过近一年的不懈努力,2021年8月实现了石墨烯再生羊毛复合纤维连续稳定制备,纤维力学强度超过180 MPa,创下再生羊毛纤维断裂力学强度的最高纪录。


BGI正式揭牌成立仪式上的一段话,“践行工匠精神、融通政产学研,打造石墨烯产业核心竞争力”道出了做材料的精髓和适合当前中国特色的研发道路。在项目研发工作稳步推进的同时,项目组积极与市场对接,推动项目的产业化发展。项目组组长邵元龙历经探访浙江恒逸集团、江苏阳光集团、上海兰精集团和张家港扬子纺纱集团,与企业的研发人员认真交流,深入探讨石墨烯在复合纤维领域的可能性。最终经过历时一年多的多轮洽谈,最终于2021年12月与张家港扬子纺纱集团签订研发项目,正式开启双方合作。研发团队在此基础上,积极整合扬子纺纱集团在羊毛原料、染整等方面的产业技术资源,探索再生羊毛的公斤级复丝制备技术,努力将再生羊毛纤维技术推向市场,形成明星产品。


同舟共济,乘风破浪


石墨烯再生羊毛复合纤维项目的顺利推进,除了刘院长、张院长以及研究院各位领导、职能部门的鼎力支持以外,也得益于团队完善的制度建设。为更好地推动项目研发工作顺利进行,小组形成了一系列管理方法,分工明确、责任到人,确保了项目组的高效运行及项目组成员间的分工合作,同时也承担了课题组内的实验室区域规划及新成员培训等工作,为课题组的健康运行贡献力量。项目组还定期与苏大召开双边组会以及纤维部内部的文献分享和工作汇报会,梳理课题方向,讨论课题进展。


在项目组蓬勃发展的同时,团队内部的各位成员在这个过程中都得到了迅速成长。邵元龙作为项目组组长,在2021年荣获江苏省“双创人才”“姑苏青年领军人才”,同时入选国家级海外高层次人才计划。除此以外,团队成员积极参加国际学术会议以及创新创业大赛,并屡获殊荣。例如,朱锦参加第十届先进纤维与聚合物材料国际会议,并获得“优秀学术墙报”奖。马宁代表团队参加2021年福建永安石墨烯创新创业大赛,并荣获二等奖。


更为重要的是项目组在 “BGI墨园论坛2021”年终评选中,荣获孵烯材料团队奖,这个奖项是对项目组工作的充分肯定,同样也是激励。研究团队感谢BGI如此优秀的科研平台,为项目组研发工作提供了坚实保障;感谢刘忠范院士、张锦院士、孟艳芳副总裁等各位领导对本项目的关怀、支持与指导;感谢纤维部、市场部、财务部等各个部门同事同学们为项目进展提供的帮助以及为项目合作所付出的辛苦……非常幸运可以与如此优秀的团队一起共同开拓石墨烯发展之路!


云程发轫,万里可期


“发展石墨烯新材料产业没有捷径可走,需要不屈不挠的坚持和敢为人先的气魄。BGI人要勇敢担当肩负起时代赋予的重任,做石墨烯产业的铺路石和开拓者。”悬挂在展厅中间的这段话激励着每一个BGI人,下一步,项目组将立足扬子纺纱合作项目,稳步、高效地推进石墨烯再生羊毛复合纤维的产业开发。生逢大有可为的新时代,在科技成果产业化道路上,BGI人脚踏实地、稳步前行。


编辑:朱锦、刘晓婧

素材提供:石墨烯再生羊毛复合纤维项目组

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