文：刘永庆
仿生学作为一门学科的诞生，是在20世纪60年代，于1960年9月13日，在美国召开的第一届仿生学研讨会上，斯蒂尔博士首次提出了仿生学（Bionics）的概念，并定义仿生学是模仿生物系统的原理来建造技术系统，或者人造技术系统具有或类似于生物系统特征的科学，简而言之，仿生学就是“模仿生物的科学”。专家定义：受生物体启发或者模仿生物体的各种特性而开发的材料称为仿生材料。化学纤维就是最早模拟天然纤维而研究成功的仿生材料之一。随着仿生技术的发展，紡织领域中仿生技术的应用也逐渐增多起来。今天本文讨论的是仿生技术与奥运会有关的故事，现将该故事摘录如下：（然后讨论与紡织品印花有的关技术问题。）
2000年悉尼奥运会游泳比赛中，一位少年身穿黑色连体紧身泳装，宛如碧波中游动的黑鲨鱼，劈波斩浪，一举摘得本届奥运会的三枚金牌。他就是澳大利亚游泳选手伊恩·索普。在成绩面前，人们一面称赞索普惊人的游泳天赋，一面对他与众不同的、包裹全身的泳衣大加议论，几乎所有人都相信是这件高科技泳衣帮助索普游得更快！
这种有“第二皮肤”和“鲨鱼皮”之称的泳装于1998年由英国运动员在英联邦运动会上首次使用。它成功的关键在于模仿了鲨鱼皮肤的原理――鲨鱼皮肤上有一层细小的脊柱形突起。当鲨鱼在水中游动的时候，这些突起能够更有效地使身体周围的水流走，从而减少阻力。泳衣由特氟纶纤维制成，突起的高度和宽度都经过了严格测算，同时该面料上还添置了身体观测系统，可以记录运动员的特征，使泳衣更舒适。
实际上关于穿着什么样泳衣游得更快，人们已经探索了多年。起初，日本选手提出裸泳能够取得最好成绩，但荷兰人证明这种说法是错误的，因为实验证明，不穿泳衣的阻力比穿泳衣要大9％，泳衣可以使身体变成流线型，阻力更小。日本人又用丝绸做泳装，但效果不佳。1950年，尼龙泳衣风靡世界，这种泳衣可以自由伸缩。这之后，泳衣的样式不断变化——不是为美观，而是因为越呈流线型，阻力越小，成绩就越好。1976年，杜邦公司生产的聚氨酯纤维被用于泳衣。1988年，汉城奥运会推出的泳衣质地薄、表面光滑、伸缩性好，水的阻力比一般泳装减少10％。
1999年10月，国际泳联正式允许“鲨鱼皮”泳衣参赛，澳大利亚运动员正是借此装备与雄霸泳坛的美国展开决战。高科技的威力由此可见一斑。（此故事摘自李征编著《小故事讲述大奥运》）
文：刘永庆
仿生学作为一门学科的诞生，是在20世纪60年代，于1960年9月13日，在美国召开的第一届仿生学研讨会上，斯蒂尔博士首次提出了仿生学（Bionics）的概念，并定义仿生学是模仿生物系统的原理来建造技术系统，或者人造技术系统具有或类似于生物系统特征的科学，简而言之，仿生学就是“模仿生物的科学”。专家定义：受生物体启发或者模仿生物体的各种特性而开发的材料称为仿生材料。化学纤维就是最早模拟天然纤维而研究成功的仿生材料之一。随着仿生技术的发展，紡织领域中仿生技术的应用也逐渐增多起来。今天本文讨论的是仿生技术与奥运会有关的故事，现将该故事摘录如下：（然后讨论与紡织品印花有的关技术问题。）
2000年悉尼奥运会游泳比赛中，一位少年身穿黑色连体紧身泳装，宛如碧波中游动的黑鲨鱼，劈波斩浪，一举摘得本届奥运会的三枚金牌。他就是澳大利亚游泳选手伊恩·索普。在成绩面前，人们一面称赞索普惊人的游泳天赋，一面对他与众不同的、包裹全身的泳衣大加议论，几乎所有人都相信是这件高科技泳衣帮助索普游得更快！
这种有“第二皮肤”和“鲨鱼皮”之称的泳装于1998年由英国运动员在英联邦运动会上首次使用。它成功的关键在于模仿了鲨鱼皮肤的原理――鲨鱼皮肤上有一层细小的脊柱形突起。当鲨鱼在水中游动的时候，这些突起能够更有效地使身体周围的水流走，从而减少阻力。泳衣由特氟纶纤维制成，突起的高度和宽度都经过了严格测算，同时该面料上还添置了身体观测系统，可以记录运动员的特征，使泳衣更舒适。
实际上关于穿着什么样泳衣游得更快，人们已经探索了多年。起初，日本选手提出裸泳能够取得最好成绩，但荷兰人证明这种说法是错误的，因为实验证明，不穿泳衣的阻力比穿泳衣要大9％，泳衣可以使身体变成流线型，阻力更小。日本人又用丝绸做泳装，但效果不佳。1950年，尼龙泳衣风靡世界，这种泳衣可以自由伸缩。这之后，泳衣的样式不断变化——不是为美观，而是因为越呈流线型，阻力越小，成绩就越好。1976年，杜邦公司生产的聚氨酯纤维被用于泳衣。1988年，汉城奥运会推出的泳衣质地薄、表面光滑、伸缩性好，水的阻力比一般泳装减少10％。
1999年10月，国际泳联正式允许“鲨鱼皮”泳衣参赛，澳大利亚运动员正是借此装备与雄霸泳坛的美国展开决战。高科技的威力由此可见一斑。（此故事摘自李征编著《小故事讲述大奥运》）
上述故事是一个典型利用仿生纺织品夺得金牌的事例，“外行看热闹，内行看门道”。作为紡织品印花的朋友们，一定看出了这里边的门道（揭开神秘的面纱）。上面故事中提到两个名词是：①是鲨鱼皮：提起鲨鱼众所周知，鯊鱼是以凶猛残暴著称的，在人们印象中，鯊鱼是威风凛凛的海洋霸主，在水中游动速度快，是能吃人的可怕动物。由于游泳能力强，很多鱼类难逃出牠的捕食。研究人员发现鲨鱼皮非常粗糙，干皮可以当作砂纸使用，皮的表面有一层V字形鳞片，梭间形成一条条沟槽，这些沟槽可减少体表水流交叉，完全阻止湍流的形成，水流阻力大大降低，不但游速快且省力。所以，人们开始模仿鲨鱼皮的沟槽结构制造纺织品。②“特氟纶”或“特氟隆”（Teflon）。因为泳衣是用特氟隆制成的，特氟隆在帮助运动员提高比赛成绩是功不可没的。话就从它说起：
什么是特氟隆？
自从1934年德国赫司特公司发现了聚三氟乙烯，特别是1938年美国新泽西州杜邦研究室R．J．Plunkett博士发明了聚四氟乙烯以来，氟树脂以其优异的耐热性、耐化学药品性、不粘性、耐候性、低摩擦系数和电气特性，博得了人们的青睐，获得了长足的发展，对现代工业的发展起到了非常重要的作用。1946年杜邦公司将聚四氟乙烯商业化，商品名为特氟隆（Teflon）。由于聚四氟乙烯树脂（PTFE）制造的塑料制品具有优异的性能，尤以耐腐蚀性能最为突出，因而被称为“塑料之王”。
这里讲一个大家都熟悉的事，在各大超市里见过或自已用过的不粘锅就是特氟隆涂层。1946年，美国杜邦公司首先研制了第一个氟树脂涂料产品就是在不粘锅涂料中获得广泛应用。那么氟树脂涂料有什么特点呢？
特别是聚四氟乙烯树脂涂料形成的涂层具有以下特点：
不粘性能或防粘性能，易清洗；
表面张力小，显示出优异的润滑性能与低摩擦性能；
憎水憎油性能好，不污染内部物料；
涂层卫生，经过400℃以上高温固化成膜涂层本身无污染、不含重金属离子；
化学稳定性高，具有突出的耐候性、介电性和耐热性等。
由于聚四氟乙烯特性较多，这里与泳衣有关的要说是聚四氟乙烯的表面性能。聚四氟乙烯具有螺旋形结构，C—C主链完全被由氟原子组成的外壳所包围，组成了一个完整的圆柱体，分子比较僵硬，这种圆柱体结构使得聚四氟乙烯分子之间的吸引力变得很微弱，再加上分子形状是螺旋形的，使得聚四氟乙烯分子之间很容易滑动。所以，聚四氟乙烯是所有聚合物中摩擦系数最低的，由于鲨鱼皮泳装模仿鲨鱼皮的结构，在皮的表面又涂覆了所有聚合物中摩擦系数最低的特氟隆涂料，这样的泳装穿在运动员的身上，在水中消耗较少的体力，就能获得较高的速度（本来运动员的成绩相差就很微小），穿上鯊鱼皮泳衣不夺金牌才怪呢？
特氟隆的应用形式
聚四氟乙烯是由四氟乙烯单体聚合而成，利用聚四氟乙烯气体或液体，通过进行γ射线辐射来制备，由四氟乙烯气体聚合得到细分散粉末状聚四氟乙烯，由四氟乙烯液体聚合得到均匀的聚四氟乙烯固体材料。涂料是聚四氟乙烯树脂的一种应用形式，而起作用的是经过熔融成膜的涂层或涂膜，不同的涂料形式所得的涂层或涂膜性能有所不同。涂层或涂膜的性能不仅与聚四氟乙烯涂料的形式和配方有关，而且还与涂装方法、工艺以及涂层厚度和孔隙率有关。聚四氟乙烯涂料主要有液体和粉末涂料两大类，而液体类又称为分散液、悬浊液或乳化液。分散液不仅可以用于金属和其他基体上制备涂层，而且还可以制成薄膜来使用，浸渍织物和多孔金属等，如家庭用品、食品、橡胶、纤维、造纸、汽车、精密机械等工业领域，作为重要的防粘涂料、绝缘涂料和减磨涂料等。用聚四氟乙烯微粉做添加剂，加入胶版印刷、凹版印刷、柔性、丝印油墨中可以改善油墨的滑动性、表面平滑性和光泽等，其用量仅为固体含量的1％-3％（质量）。使印刷的产品耐摩擦，微粉还可以减少堵塞。
特氟隆涂料的制备
由于聚四氟乙烯不溶于任何溶剂，因此不仅难以用于溶剂型涂料，也难以用于做一般的粉末涂料，它的制备方法比较特殊，首先在聚四氟乙烯分散液中加浓缩剂（聚氧化乙烯辛烷基酚醚），搅拌，加热至沸点（65-70℃），静置分层后，分离出干层中的浓缩液，调节浓缩剂和水量至聚四氟乙烯含量为60％（浓缩剂为聚氟乙烯的6％），然后再将浓缩液配制成涂料。纯含氟化合物通常包含聚四氟乙烯（PTFE）、聚全氟乙丙烯（FEP）、四氟乙烯－全氟基乙烯醚共聚物（PFE）、乙烯—四氟乙烯共聚物（ETFE）等。这类树脂基本是水分散体系，其中只有PTFE可以作为单一涂层应用外，其余几个都需要配合使用附着力良好的底涂层。以上所述特氟隆系列的涂料产品产均需在高温条件下固化，除极少量可以在177℃以下固化之外，绝大多数要在260-343℃之间固化，由于固化条件的限制和涂装成本的增加，影响此类产品的应用范围。
特氟隆涂层的制备
利用特氟隆分散液涂料，通过喷涂、浸渍、涂刷（用网版刮涂）和电沉积等方式可以在金属、陶瓷、木材、橡胶和塑料等材料表面上形成涂层，下边介绍利用园网印花机在纺织品纤维上制备特氟隆涂层。聚四氟乙烯涂层可分为两类：一是清漆，即纯聚四氟乙烯涂层；二是瓷漆，即潻加其他热固性树脂及其颜料等的漆料（即所谓印花漆料）。如何利用园网印花技术对织物进行印花（瓷漆）或涂层（清漆）？用园网印花机可强迫化合物通过园筒形筛网涂在织物上，利用园网印花技术可以将聚合物在织物上形成连续的涂层，因为特氟隆树脂涂料粘度园网网眼、网内刮浆板的速度和压力均可调节以控制涂敷量。园网内的刮浆板透过园网上的网眼将树脂浆料以点阵形式挤出去，并在离心力的作用下涂在织物表面，当园网的转速与织物运行速度相同，这样操纵印机织物与印版两者之间不会产生摩擦力，涂在织物上的浆料又是点状流体，进而汇合在一起形成均匀的连续涂层，使用这种技术可以在一些弹性织物上涂层。采用园网印花涂层加工时，织物不需要为了平整而施加很大的张力。浆料渗透量较低，为此，涂层产品手感和悬垂性很好。这种技术更为优越之处是在涂层织物可以烘干、卷绕、贮存。如果在织物上若形成花纹，也可以利用园网印花机直接印制瓷漆（印花色浆涂料）即可形成特氟隆花纹。
氟树脂涂料应用的展望
由于PVDF和PTFE树脂涂料均匀熔融加工成型（成膜），大大限制了这类氟树脂涂料的应用范围。在织物上制作涂层或印花需要选择能耐高温的织物，前面提过最少也要在177℃加热固化成膜，而绝大多数涂料也要在200℃多度再能形成固化簿膜，能适应此高温的织物品种有限。1982年，日本研制开发了从氟烯烃－乙烯基醚共聚物（FEVE）树脂为基料的常温固化的氟树脂涂料，从此，氟树脂涂料应用迅速拓宽，主要有：水泥、玻璃、石头和混凝土等无机材料，铝合金、钢铁和不锈钢等金属材料，ABS塑料、PVC塑料、织物、硬纸板和胶合板等有机材料。
国内，对氟树脂的研究与国外相比要落后一些。PVDF树脂只有上海有机氟材料研究所、淅江化工研究院、上海三爱富公司和常熟中昊化工有限公司等几家单位生产，产量都不大。对PVDF涂料的研究主要集中在淅江化工研究院、上海冲峰氟涂料有限公司和珠海特氟材料有限公司等，由于研究单位少，对氟树脂进行全面深入的应用研究力度不够，所以，仅有的产品质量也很难与国外名牌产品相媲美，市场占有率低。国内涂装企业几乎全部采用进口涂料。由于国外垄断了氟树脂研发信息，很难通过正规渠道获取国外树脂的真实性数据，只能依靠自主创新，自力开发。近年来，在以三氟氯乙烯和四氟乙烯为主要原料合成常温固化涂料用树脂方面也取得了一定的成果，如大连明晨振邦涂料有限公司已经研究开发出了一系列不同用途的氟树脂涂料。只要国内加大研制开发力度，产研联合攻关，不久价格低廉性能优异的树脂涂料特别是一些溶剂可溶型、水溶性、高固体分散型和粉末型氟树脂一定会逐步占领市场。
