2022年，北京冬奥会及冬残奥会闪耀世界。“中国式浪漫”的开幕式、比赛场馆的科学运维、高科技的赛事装备、运动员夺金的瞬间……中国向世界奉献了一届精彩、非凡、卓越的奥运盛会。圆满完成的冰雪之约，展现了我国自主创新的能力与底气，为中国制造转型升级提供了重要驱动力。细数冬奥会上的科技成果，其中不乏科技纤维的身影，如碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维加持赛事装备，循环再利用化学纤维、莱赛尔纤维、聚乳酸材料助力绿色低碳，功能性化学短纤维、纳米纤维提供防护保障等，用纤维领域的创新发展为冬奥盛事增添科技力量。

碳纤维

碳纤维是由聚丙烯腈（PAN）、黏胶丝或沥青等有机纤维经过预氧化、低温碳化、高温碳化、石墨化等一系列物理化学变化得到的含碳量大于93%的纤维材料，具有高强度、高模量、热膨胀系数低、摩擦系数小、耐腐蚀、抗高温、导电、导热等突出性能，广泛应用于航空航天、国防军工、交通运输、建筑工程、风电叶片、体育用品等领域，以实现耐温、增强、减重等功能。

在北京冬奥会上，奥运火炬“飞扬”凭借其动感活力的外形和耐寒、抗高温的“黑科技”受到全世界的关注。据悉，该奥运火炬是由中国石化上海石化牵头研发，使用了新型材料碳纤维，具有“轻、固、美”等特点。在外壳造型方面，上海石化与东华大学孙以泽三维立体编织团队合作，将200多锭碳纤维，从3个不同的维度像编织羊毛衫一样在大尺寸异形结构件三维高精度球面立体编织机上进行编织，成功塑造出丝带飘舞的优美造型；在耐火抗高温方面，上海石化与核八所一起攻关，引入高性能树脂，与碳纤维一起做成碳纤维复合材料，再通过工艺调整，把火炬上半段燃烧端在1000℃以上高温中进行陶瓷化，有效解决了在高温制备过程中火炬外壳起泡、开裂等难题，达到了既能够耐温又能够耐火的要求，实现了燃烧温度＞800℃氢气燃烧环境下正常使用。

冬奥火炬

上海石化是中国石化系统内唯一研发生产碳纤维的企业，也是国内第一家率先突破48K大丝束碳纤维产业化技术的企业。在碳纤维行业内，通常将每束碳纤维根数大于48000根（简称48K）的称为大丝束碳纤维。目前，国内每束碳纤维基本处于1000～12000根之间，称为小丝束。48K大丝束最大的优势，就是在相同的生产条件下，可大幅度提高碳纤维单线产能和质量性能，并实现生产低成本化，从而打破碳纤维高昂价格带来的应用局限。未来，利用研发制造碳纤维复合材料火炬外壳的契机，上海石化将加快推进碳纤维及其复合材料核心技术攻关，为企业转型发展、创新发展、跨越发展打造新引擎、汇聚新动能。

除了奥运火炬“飞扬”，冬奥赛场上的国产雪车、速滑冰鞋、滑雪头盔、冰球杆等体育装备中也都出现了碳纤维的身影。雪车有着“冰上F1”之称，为了实现高速奔驰，车身所用的材料需要质量轻、强度高。因此，科研人员在研发国产雪车时，瞄准了碳纤维复合材料，采用了高强度等级国产TG800宇航级碳纤维复合材料。采用碳纤维复合材料后，雪车能在保证运动员安全的前提下，最大程度减轻车身重量，降低重心，使雪车滑起来更平稳。据悉，碳纤维复合材料的双人雪车车身重量只有50公斤左右。而为了改变全球知名碳纤维速滑冰鞋均由欧美公司垄断生产的局面，河北经贸大学运动生物力学教授杨金田及其科研团队建立了速滑运动员脚型和足底的数据库、足底3D扫描与打印系统。历时1年多时间，该团队成功研制出第一代高性能碳纤维复合材料速滑冰鞋。与中国高端速滑冰鞋相比，碳纤维冰鞋重量减轻3%~4%，冰鞋剥离强度提升7%。此外，采用碳纤维复合材料制备的超轻冰球杆，不仅保障了球杆的韧性，还提升了球杆整体的结构强度，使运动员在挥打时不易出现球杆开裂或是折断的情形。可以看到，碳纤维应用于体育装备上，并实现轻量化制造，有助于提高运动员的竞技表现。

超高分子量聚乙烯纤维

超高分子量聚乙烯纤维又称高强高模聚乙烯纤维，是目前所知强质比最高的纤维材料，与碳纤维、芳纶并称为当代三大高性能纤维，可用于制作防弹衣、防弹头盔、防刺服、缆绳、医学材料、体育器材等，在安全防护、航空航天、国防装备、车辆制造、渔业养殖等领域发挥着举足轻重的作用。

踏冰而来，翩然起舞，冰刀在偌大冰面划过的痕迹渐次舒展；躬身向前，势如疾风，转弯处加速驰骋，几乎贴冰而行；纵身一跃，尽情翻转，那是天与地之间的自由……冰雪运动看似轻盈灵动，其实背后的危险性一点也不低。以短道速滑为例，由于赛道较短，弯道提速容易滑出，加之运动员脚踩冰刀，瞬息之间，赛场上常常会出现运动员的跌撞擦碰，颈部、腹股部、腋部、臀部、下臂、手部、膝盖都很容易受伤。为尽可能避免危险，国际滑联从2003年7月1日起，要求所有运动员参赛时必须身穿防切割服。考虑肌肉压缩、服装减阻等功能，由北京服装学院牵头的国家冬季运动服装装备研发团队参考了全世界100多种面料，最终成功研制出一种新型的高弹防切割面料，运用专利技术，由单向防切割升级为双向，在保持弹性的基础上，防切割性能提高了20%~30%，为运动员提供了全方位防护，“冰刀划不破”已不在话下。

据国家冬季运动服装装备研发中心专项负责人、北京服装学院教师张鸣雯介绍，制作防切割面料的材料是两种性能纱线的复合，结合了原料的超强超韧和超弹两种性质，所以就可以把它做成运动面料，同时它又有很好的耐刺割性能，防护功能更强。“这其实是一对‘矛’和‘盾’的关系。”国家冬季运动服装装备研发中心主任、北京服装学院教授刘莉解释道：“防切割能力主要来自面料中一种高强高模聚乙烯纤维，它的缺点是弹性较差。防切割能力越强，必然导致服装弹性减弱。我们的任务就是找到其中的平衡点，帮助运动员在适应规则的前提下赛出好成绩。”

循环再利用化学纤维

循环再利用化学纤维又称再生化学纤维，是采用废旧化学纤维或纺织品及其他废弃的高分子材料，经物理开松后重新使用，或经熔融或溶解后进行纺丝，或将回收的高分子材料进一步裂解成小分子重新聚合再纺丝制得的纤维。循环再利用化学纤维与原生化学纤维在成分、结构、物化性质等方面基本相似，可经过纺纱等加工成纺织品或复合材料，其最突出的特点在于对资源的循环利用、显著降低固废，符合“绿色、低碳、循环”的可持续发展理念与趋势。

rPET材质的工作服套装

作为奥林匹克全球合作伙伴和携手奥运会93年的坚定支持者，可口可乐中国为北京2022年冬奥会及冬残奥会所有场馆的清废团队提供“温暖包”——采用了饮料瓶再生材质，即rPET材质的工作服套装。其中，外套设计借鉴了户外冲锋衣的可拆卸功能，通过防寒外套搭配可拆卸保暖内胆的形式，让场馆清废人员能轻松掌控体感温度。外套面料采用了rPET材料，具有良好的防水防污效果，且透气性良好。可拆卸的保暖内胆填充了先进的高效暖绒，其原料83%来自于回收材料。该材质蓬松、柔软，保暖性能媲美羽绒。同时其吸水量只有其自重的1%，所以即使在潮湿的环境中，如场馆清废人员在工作中出汗或在雨雪天作业时，保暖内胆依然能够保持良好的保温性能。保暖围脖采用 rPET 针织面料，柔软亲肤且透气性好。围脖上可调节的抽绳和头套设计，充分考虑了场馆清废人员在室外工作时对于防风的需求，且穿戴便利，在工作时不易掉落。手套设计借鉴了户外运动手套的元素，融入了防风抽绳，以及与保暖内胆同样的高效暖绒，让场馆清废人员即便在寒冷的工作条件中，双手仍能保持灵活。

冰墩墩填充材料应用循环再利用化学纤维

北京冬奥会官网显示，冬奥会特许生产商共有29家，其中类别含“毛绒和其他材质玩具”的特许生产商一共3家，分别为：北京元隆雅图文化传播股份有限公司、晋江恒盛玩具有限公司和南通金凤凰工艺玩具制造有限公司。其中，南通金凤凰生产的毛绒版冬奥会吉祥物“冰墩墩”，选用了江苏海科纤维有限公司研发的一款超细超柔的螺旋立体卷曲纤维产品——云绒。不同于市场上常见的填充材料，云绒采用了全新的涤纶生产工艺，由多种聚酯高分子材料混纺而成，生产过程采用多项自主知识产权的技术装备，在保持细旦纤维柔滑爽糯手感的同时，更兼备了持久抛弹性能。海科纤维是一家专注再生差别化涤纶短纤维生产的高技术企业，年产能10万吨，配备了技术领先的大容量生产线。据悉，云绒用的是最高等级3A级的再生原料，海科纤维摸索出了超常规的生产工艺，控制很精密。该公司总经理李军表示：“虽然云绒的成本确实比较高，但是品质也确实达到了我们当初设想的标准——轻柔如羽，爽滑如丝，洁白如云，温暖如绒，为下游客户提供了一个更好的接近羽绒品质的纤维选择。”

莱赛尔纤维

莱赛尔（Lyocell）纤维是20世纪末实现工业化生产的一种新型再生纤维素纤维，是将天然纤维素原料直接溶解在NMMO（N-甲基吗啉-N-氧化物）和水的混合溶剂中，通过干湿法纺丝制得的新溶剂法纤维素纤维。莱赛尔纤维的制备使用天然纤维素作为原料，同时采用的NMMO溶剂无毒，并且凝固浴、清洁浴中析出的NMMO可以被回收精制而重复使用，故其绿色环保属性明显，被国家列为鼓励发展的绿色纤维产品。目前，莱赛尔纤维有普通型、交联型、超细型等品种，在服装、家纺、卫生用纺织品等领域有着广泛的应用。

冬奥会期间，通用技术高新材料集团有限公司明星产品“绿纤®卫赛尔酒精消毒湿巾”化身冬奥防疫“利器”，光荣入选冬奥防疫包，供国家体育总局体育科学研究所、各省队运动员、新闻记者、冬奥工作人员使用。据悉，该款湿巾由100%绿纤®卫赛尔水刺非织造布制成，柔软亲肤、绿色环保、纯天然可降解，同时湿巾厚实不起毛，擦拭不易破。绿纤®系列纤维是通用技术中纺院生产的莱赛尔纤维，包含梵赛尔、卫赛尔、希塞尔、优赛尔等适用于不同应用场景的品种，其中卫赛尔除了拥有普通型绿纤优异的性能外，还具有更出色的抑菌性和亲肤舒适性，现有超短切型（6mm、10mm、12mm）和可冲散型等多种规格品种，是非织造领域的专用纤维，适合制作面膜、湿巾、口罩、柔巾、防护服等。

聚乳酸材料

以玉米、木薯、秸秆等农作物或农林废弃物为原料，经现代生物发酵技术制成高纯度的乳酸，乳酸再经过特殊的聚合反应就可以得到聚乳酸。科研人员以聚乳酸为主要原料，就可以替代传统的石化原料，生产生物基化学纤维和生物基塑料产品，应用于纺织服装、非织造布、家用塑料、工程塑料、薄膜塑料、医用材料、汽车内饰等领域。这些聚乳酸制品具有可生物降解、抑菌、亲肤、透气、回潮率低、难燃、生物相容性好等特性。

作为北京冬奥会和冬残奥会生物可降解塑料制品的官方供应商，安徽丰原生物技术股份有限公司提供了涉及两大类（一次性和非一次性）的生物可降解餐具，通过使用组合为28个种类，总量为3000万件，包括：一次性刀、叉、勺、餐盒、餐盘、吸管，可重复使用餐盘、碗、杯子、筷子、勺子、盘子等。这些可降解餐具的原料均为聚乳酸，在使用和生物降解过程中不产生有毒有害物质，具有一定耐菌性、阻燃性和抗紫外线性，健康环保又安全。

全部使用可降解餐具成为北京冬奥组委会打造“绿色”冬奥的一道缩影，聚乳酸材料也由此走进更多消费者的视野。而在纺织服装领域，聚乳酸也已经走进了我们生活的各个场景。比如，聚乳酸纱线和长丝可以生产针织和机织面料，制作聚乳酸衬衫、内衣、T恤、运动服、家居服、床品等；聚乳酸纤维可以通过不同的加工工艺制作成非织造布，进而制作纸尿裤、医用敷料、面膜、湿巾等，还可以直接作为填充物，制作抱枕、保暖衣服、毛绒玩具等。安徽丰原生物纤维股份有限公司是一家专业从事聚乳酸纤维及其制品研发、生产、推广与销售的企业，其年产5000吨聚乳酸短纤维生产示范线，可以生产单纤线密度0.89dtex等实心、中空等各种规格本色与有色纤维，也可以根据下游纺纱等客户的需求定制化生产特殊规格的聚乳酸纤维；年产1000吨聚乳酸长丝生产示范线，可以生产83.33dtex/72F~166.67dtex/144F的FDY和DTY本色和有色长丝；20000锭赛络紧密纺纺纱生产线，可生产16S~80S聚乳酸纯纺和混纺纱线。同时，其还积极与下游厂商合作研发，不断向市场推出聚乳酸防风衣、内衣、床品等绿色环保产品。

功能性化学短纤维

针对常规纤维进行功能改性，即通过物理和化学改性技术，使常规纤维在一般形态功能上赋予新的特殊功能，如阻燃、蓄热、凉感、吸湿快干、抗菌防臭、抗静电等，可满足消费者对纺织品舒适、健康、安全的追求。

此次北京冬奥会和冬残奥会制服以及安保民警防寒服装中的保暖“内芯”由江苏康大无纺有限公司独家供应。江苏康大是一家有着近30年专业生产保暖絮片的企业，长期从事军用、警用制服保暖材料的研制、生产，参与了多项保暖絮片技术标准的制定。2020年，北京冬奥组委会面向全球征集冬奥制服保暖材料，江苏康大研制的北京冬奥制服专用保暖材料——多维蓄热保暖絮片，以其瞬间升温、长效蓄热、轻薄舒适、吸汗透气的优异性能，在国内外10多家参选企业中胜出，成为北京冬奥会和冬残奥会工作人员、技术官员、志愿者赛时制服和安保民警防寒衣等服装保暖材料的唯一供应商。

冬奥制服“内芯”应用功能性化学短纤维

据悉，该多维蓄热保暖絮片70%采用了中国石化仪征化纤有限责任公司的多种功能性涤纶短纤维，30%采用了恒天中纤纺化无锡有限公司与上海安凸阻燃纤维有限公司联合研制的功能性锦纶短纤维混合研制成的。这些经过功能改性的化学短纤维可以吸收转换光能和人体的热能并能够实现长时间蓄热，同时短纤维质轻、柔软、回弹好和吸湿性好的特点也提高了保暖絮片的舒适性。

纳米纤维

纳米纤维是指直径为纳米尺度而长度较大的具有一定长径比的线状材料，此外，将纳米颗粒填充到普通纤维中对其进行改性的纤维也称为纳米纤维。狭义上讲，纳米纤维的直径介于1nm到100nm之间，但广义上讲，纤维直径低于1000nm的纤维均称为纳米纤维。制造纳米纤维的方法有很多，如拉伸法、模板合成、自组装、微相分离、静电纺丝等，其中静电纺丝法以操作简单、适用范围广、生产效率相对较高等优点而被广泛应用。因独特的物理化学性质，纳米纤维在环境过滤、能量转换和存储、柔性电子、组织工程、保温隔热、智能纺织品和个人防护等领域极具应用前景。

中科院过程工程研究所研发的安全环保、超薄四面弹、高透气、强防风防雨的新型纳米纤维膜复合材料，能够充分应对恶劣多变的气候环境变化，满足运动员在极端条件下训练和比赛的防寒保暖需求。据悉，其研发的350件新型纳米膜材料已成功用于2022年北京冬奥会国家高山滑雪队等13支国家队的运动员赛场保暖服，为运动健儿提供了防风、防雨雪、保暖和防失热保障。

纳米纤维膜是功能面料领域最为期待的防水透气材料，但生产技术壁垒高，至今仅有个别国外企业可以小批量生产。中科院过程工程研究所曹宏斌研究员团队提出基于溶解热力学过程调控的稀溶剂焊接技术，并对大规模静电纺丝生产设备和工艺开展技术攻关，开发出具有自主知识产权的大宽幅、高均匀性静电纺丝机及高速纺丝溶液。

新开发的纳米纺丝工艺通过数万个喷丝头将高分子溶液加工成直径只有头发丝1/200的超细纤维，再经过纳米焊接技术处理，使超细纤维相互交织成每平方厘米具有上亿个纳米孔的新型面料。这种孔隙率高达85%的新型纳米纤维面料犹如会呼吸一般，在允许水汽和空气分子轻松穿过的同时，还能阻止水滴的渗漏，实现了“防水+透气”的高度兼容。

经测试，该纳米纤维膜材料各项指标均达到国际领先水平，在静水为180千帕的情况下（GB/T 4744-2013），透气性依然可达每秒5毫米（GB/T 5453-1997），各方向弹性模量均大于150%，与锦纶、涤纶面料贴合性能优异，满足耐清洗性要求。物理方法成膜时使用的添加剂为通过国际SGS认证的环保型疏水剂，满足环保要求。

冬奥定制防护口罩

此外，愉悦家纺有限公司交付的冬奥定制版防护口罩也采用了具有高透、高物理阻隔的全新纳米级阻隔材料——纳米纤维膜，不仅能够充分阻隔各种微小颗粒、真菌、细菌以及流感和新冠病毒，而且可以将水汽更好地传递到外层，形成单向导湿的功能，达到持久的干爽舒适。

（文/宁翠娟）