它们来自于自然界的20多种物质，却可共混交织成无数可能；它们历史悠久，推动了人类文明进程，却早已站在了科技前沿：不仅在体现国家科技水平和综合国力的航空航天领域广泛应用，甚至影响到航空航天产品的研发进程。
它们是你我以为熟悉、却并不了解的纺织材料。
本月，由将纺织品送上了太空的“梦之队”编写、湖北省科学技术协会策划的《航空航天纺织品探秘》一书出版。中国工程院院士徐卫林及其团队，数易其稿，将多年的研究深入浅出地呈现，揭秘航空航天领域的纺织品。这些纺织品或是飘扬在月球的高性能五星红旗，或是飞机外壳的一部分，或是航天器结构材料，甚至存在于导弹等武器中。
近日，湖北日报全媒记者专访徐卫林院士，讲述书里书外的故事，带你走进至柔至刚的纺织品世界。
纺织品变身飞机导弹外壳——
最柔的也是最刚的
纺织品是什么？是一块柔软的纱布，却也是坚硬的飞机外壳，《航空航天纺织品探秘》里展示了这样一个奇妙的世界。为什么同样是纺织品，却呈现出完全不同的样子？这得益于各种纤维材料的应用，让纺织品具备了各种不同的特性。
徐卫林介绍，在航空航天领域，轻且强度高的材料是必不可少的。而纤维材料做成的产品，就具备有这样的优势。所以，宇航服、火箭导弹外壳等都是纤维编织复合而成的。在航空领域，纤维材料的应用更成熟。“很多人以为飞机外壳都是金属，其实很多部分是纤维材料编织后复合而成，有一款波音飞机的外壳，大量使用的就是加强碳纤维复合材料。”
为何纤维材料做成的纺织品有轻量化且强度高的特点呢？这取决于纤维材料的特性。
徐卫林介绍了纤维材料的三大优点：比强度高，不同材料若重量相同，纤维材料更多更轻更长；可柔性编织，这样做成的产品可以是任意形态，具备更多可能性，也许未来人类的空间站就是编织的；比表面积大，纤维非常细，越细比表面积就越大，可做成纱布、卫生用品等。
这些特性，让看似最柔的纤维却能打造出最坚硬的外壳，保护着航空航天器在太空遨游，而这些坚硬外壳又具备柔韧性，更加安全。
“老子道德经说：天下之至柔，驰骋天下之至坚。我们可以把纤维材料理解成一种至柔至刚的物质，柔而有韧。”徐卫林说。
上天入地，无所不能的纤维材料——
微小分子构造宏大世界
可上太空遨游，可下深海探索，如今的纺织品，存在于各行各业，从生到死，全天候陪伴着人的一生。
一辆汽车里，纺织品多达20至25公斤左右。比如，轮胎的橡胶下，其实是大量高强高韧的纺织品作为支撑。
在医院，除了手术缝合线、纱布等常见的纺织品，还有纺织品做的人造血管等。
在能源领域，巨大的风力发电叶片，其实也是由纺织品作为骨架增强的复合材料制成。
徐卫林介绍，除广泛应用于最能代表科技水平的航天航空领域，以及关系国家安全的军事科学领域，纺织品在农业、交通运输、环境保护、生物医药、基础建设、能源等行业发挥重要作用。
为何至柔至刚的纤维材料这么无所不能呢？
徐卫林说，纤维的特性是由微观决定的。
他解释道，纤维里的大分子具有沿长度方向高度取向的特点，就像一根筷子容易折断，但如果是沿长度方向拉筷子，就很难拉断。
从纤维的微观结构看，有无定形区，即柔区，有高度结晶区，即刚区。类似于由棉花和冰块组成内部结构，这就让纤维材料柔中有刚，刚中有柔，是刚柔的统一体。
根据这样的特性，就可以按照需要，按不同比例调配无定形和结晶，产生无数不同特性的纤维。比如，百分百结晶纤维就十分刚和脆，可做防弹衣；而大量的无定形就会非常柔软、有弹性，可以做成高弹性的莱卡纤维。而做成想要的纤维后，纤维之间又可以随意混合演变出不同形态、性质的纤维材料。
正因为从分子到纤维都可以有无数组合，造就了千变万化的纤维材料，让纺织品的使用无处不在。
“因此，我们研究材料科学，推动材料科学的进步，是必须做的事情。这不仅能改善生活质量，推动经济社会发展，更是某些行业解决技术难题的关键所在。”徐卫林说。
自然科学充满哲学和趣味——
纤维也有心情 不高兴就炸毛
可以是百炼钢，也能成绕指柔；是夏夜微风拂过的裙摆，也是探索宇宙的宇航服。《航空航天纺织品探秘》不仅从纺织科学的角度揭秘了航空航天领域知识，也展示了自然科学的浪漫与美学。
徐卫林讲述了纺织科学的乐趣：我们通过研究天然纤维的微观结构，了解它的变化，就能仿造、改进天然纤维，制造出各种各样不同功能的合成纤维，超越天然纤维。
比如，羊毛纤维的表面有像竹笋一样的鳞片，就像人类的头发，你愉快时，头发的鳞片就会均匀，头发就顺滑；但心情不好的时候，就会干涩。了解这种特性后，人们就能更好地去改善和利用它。
这其实也富含哲学。纤维特性不同，各有优缺点，需要取舍。比如，羊绒比羊毛和棉花贵，但最好的西装，并不是百分之百的羊绒，需要用其他纤维去改善功能或是降低成本，舍弃一部分，就能得到其他一些功能。
材料的调控，纤维的选择，后期的加工，造就了织物五颜六色的颜色以及千变万化的形态，让纺织科学也充满美感。
“中小学生读者也能从这本书中找到乐趣。”徐卫林说，这是一本跨学科的科普书籍，涉及物理学、数学等其他学科。比如，飞机会什么为能起飞、降落，这和伯努利方程相关，建议中小学生可以带着问题去看。
他介绍说，为了让大众能够更直观了解纺织科学，武汉纺织大学正在建造一个面积约2000平方米的科普场馆，预计明年能面世。该馆将展示材料科学的相关知识、历史发展、最新成果等。“我们希望参观者在看完后，能了解到纺织工业在人类文明进程中很重要、中国的纺织工业很伟大。武汉纺织大学在纺织工业进步中做了一点工作，让更多人了解纺织很重要，激发孩子们的兴趣。”
未来纺织品有无限可能——
在月球上搭帐篷 衣服可感知心跳
未来的纺织品会是什么样？
也许，登月飞船会有柔性仓，从飞船里拿出来，抖开，在月球上就像搭帐篷一样。也许，会出现可以调节温度、感知心跳、根据环境变色的衣服。
“随着科技发展，我相信会有无限可能。”徐卫林说。
纺织业是很古老的行业，是人类文明进程中重要的一环，经过数千年发展，早已成为充满高科技含量的行业，也是各国材料科学竞争中的重要部分。
徐卫林介绍说，中国纺织品在全球具备较强竞争力，中国生产的纤维及加工制品总量占全球一半以上，规模全球最大。
纺织品分为服用、家纺用、产业用三大类。其中，产业用纺织品是考验一个国家材料科学和加工能力的重要标准。越发达的国家，服用类占纺织品比例越小。改革开放前，我国纺织品服用占比80%以上，随着科学技术的发展，虽然服用纺织品的绝对数量大幅增加，但比例大幅下降，产业用纺织品占比越来越大，这说明了我国材料科学的进步。纺织工业的技术进步，是我国科学技术发展的缩影。
近几年，我国逐步加强产业用纺织品的研发，纤维材料发展较快。比如用于航空航天和军事领域的碳纤维、高分子量聚乙烯纤维、芳纶纤维等，已逐步实现了国产化，这其中，包括一些解决了“卡脖子”问题的材料，打破了国外的技术封锁。
“纺织业日新月异，未来可期，我们编写这本科普书籍的初衷，就是希望更多的人关注这个古老的行业的新变化，吸引更多孩子对此产生兴趣，投身到这个行业来，一起改变未来。”徐卫林说。
湖北日报：https://epaper.hubeidaily.net/pc/content/202204/28/content_166334.html
点击量排行
发稿排行
