水凝膠人工蜘蛛絲纖維

由劍橋大學建築系和化學系研究人員組成的材料開發團隊成功採用水凝膠為原料,模仿蜘蛛絲結構開發一款新型超彈力高強度纖維,可廣泛用於製造紡織品和輕型材料、生物材料和醫療設備等。這種水凝膠人工蜘蛛絲纖維可以吸收大量能量,且具有永續性、無毒,更可以在室溫下製造,滿足綠色環保製程的要求。


水凝膠是為一種糊狀材料,由98%的水,和2%的纖維素、二氧化矽組成,分子形狀像由一串小珠子串連而成手鐲形狀的大分子,被稱為葫蘆脲(Cucurbiturils)。(參見圖1)

資料來源:維基百科官網

圖1 Cucurbiturils大分子結構-電腦模擬圖


而劍橋大學研究人員從水凝膠中拉出長而細的纖維,即一般統稱之人工蜘蛛絲纖維,直徑約為1微米,並在纖維拉伸成形後約30秒,98%水份會完全蒸發,只留下堅固又有彈性的纖維本體。目前製造出來的人工蜘蛛絲纖維強度仍有待加強,但已經達到可以承受100~150兆帕斯卡(megapascals)的壓力,與其他合成纖維或天然纖維的強度相當,甚至超過部分纖維的強度,例如:纖維素纖維、人或動物的毛髮強度等。除了強度以外,人工蜘蛛絲纖維還呈現高阻尼能力,顯示人工蜘蛛絲纖維可以承受並吸收大量的外在衝擊能量。


一般合成纖維在製造過程中需要耗費大量能源,且往往需要使用危險溶劑;然而這種新型人工蜘蛛絲纖維全製程可以在室溫下完成,大幅降低製程中的能源使用量,且水凝膠抽絲過程只為水浴製程,可以避免有毒溶劑的使用。


另一方面,同樣是利用人工蜘蛛絲纖維作為紡織原料的日本生物材料開發公司Spiber Inc.(成立於2007年9月26日)首次在2015年即與The North Face 合作開發以人工蜘蛛絲纖維作為主要原料,成功設計生產Moon Parka戶外機能服,隨後再歷經4年的商品化製程,直至2019年正式發表上市。(參見圖2)

資料來源:Spiber Inc.官網

圖2 Moon Parka戶外機能服上市發表


Moon Parka戶外機能服採用布料具有輕量、防水、透氣和保暖機能性,售價為15萬日圓,秉持「DO MORE WITH LESS」設計理念,以簡潔、低調但具未來感配色「Moon Gold」呈現,深獲全球流行時尚界的矚目。











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