纺织人与航天的不解之缘

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  作为产业用纺织品教育部工程研究中心主任的陈南梁,2011年曾为天宫一号编织出“玻璃翅膀”而享誉业界。在此之后,他与航天结下不解之缘,航天等项目一个个接踵而来,大飞机、火星车、卫星天线、太空飞船……作为东华大学纺织学院的一名教授,目前陈南梁还负责本科生《经编工艺》的教学,同时还带着6名博士生、25名硕士生。教学科研任务如此繁重,可陈南梁把时间安排得井井有条,每天都要绕着校园散步,晚上还要看看新闻联播,游泳池里也经常能看到他的身影。产业用为何物?
  1984年,作为纺织学院针织工程专业的优秀毕业生,陈南梁留校任教。后来曾到上海纺织控股投资发展部挂职锻炼半年,那时上海纺织业正在进行体制变革,也在思考着中国纺织业未来的发展之路。陈南梁为此赴美国调研,令他惊奇的是,当时纺织业在美国是仅次于汽车业的第二大支柱产业,其中为纺织业贡献最多的是汽车用、生物医用等产业用纺织品,“人体内补片材料”、“人造血管”、“蓬布材料”已经在美国市场得到应用。
  陈南梁又去了当时欧洲人造血管研究基地的一家捷克研究所,回国后他走访医院、企业,发现市场根本没有这个需求。后来,他又去了汽车业发达的德国,学习复合材料加工技术,当时德国纺织业为宝马、奔驰汽车配套,产业用纺织材料加工技术颇为发达。
  几次出国的经历,让陈南梁感触颇深,产业用纺织品一定是未来中国纺织业结构调整的方向。可是90年代的中国,人们对产业用纺织品这个词汇还很陌生,社会上根本不知道产业用纺织品为何物,陈南梁决定从多轴向经编织物入手。
  从风电叶片起步
  多轴向经编技术在国际上从80年代开始出现,可以加工出立体织物替代传统增强材料,广泛应用于军事领域。1995年,陈南梁和他领导的团队与德国利巴公司合作成立研发中心,对方无偿提供原材料,东华大学负责理论研究,并测试多轴向经编织物的性能。经过三年的研究,确认多轴向经编织物确实好于传统增强材料。1998年,东华大学与海宁经编企业合作,生产出我国第一台双轴向经编机,之后又与常州宏发合作开发了多轴向经编机。
  在陈南梁看来,做多轴向经编机是很值得的。中国是风电叶片生产大国,复合材料增强织物制成的叶片又是风能发电的关键部位之一,多轴向经编机的出现,使我国成为世界上少数能生产多轴向经编织物的国家。但市场开拓之路并不顺畅,“难题是技术太新,市场接受程度不够。”陈南梁联系了风电叶片生产厂家,对方也认为这种新型织物很好,但设计叶片的软件不具备,需要进口,而且不了解如何使用,这一等就是三年。2003年开始,由我国自己生产的多轴向经编织增强材料广泛应用于风电叶片领域,目前,世界近70%的风电叶片增强材料都由我国生产,是纺织业高利润的领域之一。“多轴向经编增强材料每年在风电叶片领域就有数十亿的市场规模,这对纺织业很有意义。”陈南梁和他的团队开启了产业用纺织品应用新领域。
  与航天结缘
  风电叶片的成功让陈南梁增强了拓展产业用纺织品应用领域的信心,他潜心研究玻璃纤维技术,并在国内外相继发表了多篇论文。机会总是青睐那些有准备的人,2004年,我国航天人开始了太空飞船的研制,作为提供飞行动力的关键设备,电源系统被誉为航天飞行器的“心脏”,其中电池帆板我国还无法生产,“从俄罗斯进口这么一块板要人民币1亿元,而且俄罗斯根本不会向中国出口,这个时候,航天人找到了我。”陈南梁所说的“找”,其实是航天专家通过上网搜索,发现有这么个人在研究玻璃纤维。
  以往的航天器大多使用较重的金属材质的全刚性电池帆板。因此,让电池帆板“瘦身减重”,使“天宫一号”飞得更轻盈,这就是对电池帆板的要求。“天宫一号”轨道低,环境中存在大量的氧原子,要克服氧化的弊病,不能用碳纤维,“用玻璃纤维做‘天宫一号’电池板的附着物再合适不过了。”陈南梁说。
  当看到样品的时候,陈南梁感觉很难,一般玻璃纤维细度在20μm左右,应用到飞船上要做到5.5μm,这样的密度前所未有,而且编织如此细度的玻璃纤维很脆容易折断。陈南梁看到航天人渴求的目光,下决心攻克难关。他找到合作厂家,硬是靠蚂蚁啃骨头的毅力研制出高强度、低延伸度、高柔软性的特种玻璃纤维,2006年拿出了产品。历经5年的高可靠性测试,2011年,“天宫一号”终于在太空展开了双翼——太阳能电池帆板。如今,“天宫一号”依然在太空中翱翔,寿命可以长达5年,电池帆板电能转化率为26%,远高于俄罗斯12%的水平,“我们的电池帆板做得确实不错。”陈南梁自豪地说。一发而不可收
  “航天人有个特点,只要你做成功一次,人家就认为你什么都行。”陈南梁诙谐地说道。事实上,“天宫一号”的成功让航天人认可了陈南梁和他的团队。“天宫二号”电池帆板、航天飞船的电池帆板的生产任务相继而来,目前,陈南梁的工作是研发出更轻巧的柔性电池帆板,力争用5-6年的时间形成突破。
  2008年,陈南梁团队又主持承担了国家重大需求的大型星载可展开天线金属网材料项目的研究。以前的星载天线直径只有1米,由于采用钢性材料,不可能做得很大,而卫星与地面的通信愈发频繁,小天线远远不能适应现实的需要。“美国的天线直径达到32米,用传统材料是不可能的。”陈南梁团队利用极细金属丝合股加捻技术,攻克了金属丝整经、经编等工艺技术难关,目前,项目已经开始产业化,相信不远的将来,直径30米的经编金属网天线将打破国外技术垄断和封锁,应用于我国航空、航天、卫星等领域。
  在陈南梁的科研项目中还有一个便携式球型天线的设计。这种天线在抗震救灾、野外探险中作用很大。平时可以放在背包中,在灾区或者野外没有信号的时候,进行充气打开天线,对准卫星就可以进行通信联络。“如果汶川地震有这种天线,就会对抗震救灾起到很大作用。”陈南梁表示,项目组今年9月即可拿出2个成品。
  陈南梁透露,中国的火星车2018年要上火星,“火星车囊体材料”的研究任务落在了他的肩上。囊体是用来把火星车包裹起来,在火星车接近火星表面的时候,囊体爆炸进行充气,以保护火星车着陆。“火星周围温度在零下160度至零上150度之间,气囊要求耐高压、耐高温、耐低温,这对材料提出了很高的要求。”目前,项目组正在进行攻关。
  从“天宫一号”开始,陈南梁和他领导的团队就成为了纺织业航天项目的“专业户”,从产业用纺织品的起步到与航天领域的密切合作,陈南梁认为,每个团队都要经历这样的过程,原来什么都想做,到处跑还很累,如今慢慢找到了自己的定位,找到了可以持续做下去的方向。纺织业为航天领域提供了新型材料,航天领域也为纺织业的转型升级提供了动力。
  拓展新领域
  陈南梁的背后是一个个能打硬仗的团队,从老师到博士生,再到硕士生,还有企业外聘技术人员。“项目都由项目组完成,我只是负责跑跑项目。”陈南梁谦逊地说。
  在陈南梁眼里,生物医学领域也是座大金矿,他率领着科研人员在生物医用纺织品领域正在进行着深入的研究,“可降解缝合线”、“人体内补片材料”、“人体神经再生导管”、“人工韧带”、“人造血管”等已有产品问世,各项技术均达到国际先进水平,一些项目成果有望在近几年进入临床应用。
  他做了这么多事,还有很多事等着他去做,深感责任重大,陈南梁深有体会地说:“我们要做的事太多了,我们的原材料和国际先进水平相比还有很大差距,只要我们看准技术前景,持续深入地做下去,终究会有突破。”
  与航天领域的结缘,让陈南梁看到了纺织业未来的希望。
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