編者按：近日，人民日?qǐng)?bào)以“三維編織 實(shí)現(xiàn)性能‘精準(zhǔn)定制’”為題，在“弘揚(yáng)科學(xué)家精神”專欄中對(duì)天津工大大學(xué)復(fù)合材料研究院院長陳利教授進(jìn)行了專訪，深度報(bào)道了其帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)長期深耕高性能纖維多維編織材料領(lǐng)域，創(chuàng)建“立體織物多向耦合編織”理論體系，攻克多項(xiàng)“卡脖子”技術(shù)難題，并將科研成果成功應(yīng)用于探月工程、火星探測等國家重大工程的感人事跡與卓越貢獻(xiàn)?，F(xiàn)將全文轉(zhuǎn)發(fā)如下，以饗讀者。

三維編織 實(shí)現(xiàn)性能“精準(zhǔn)定制”

陳利，1968年生，山西太谷人，天津工業(yè)大學(xué)復(fù)合材料研究院院長、教授。他長期從事高性能纖維多維編織材料及復(fù)合材料研究，創(chuàng)建“立體織物多向耦合編織”理論體系，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研制出多種輕質(zhì)高強(qiáng)、耐高溫的新型材料與核心部件，應(yīng)用于探月工程、火星探測等國家重大工程。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成功自主研發(fā)我國首臺(tái)大型三維編織設(shè)備，系統(tǒng)解決多項(xiàng)關(guān)鍵“卡脖子”難題，相關(guān)成果兩次獲得國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

前不久，中國紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)揭曉，天津工業(yè)大學(xué)教授陳利憑借在高性能纖維多維編織材料領(lǐng)域的系統(tǒng)性創(chuàng)新成果，榮獲“桑麻學(xué)者獎(jiǎng)”。“當(dāng)前，紡織應(yīng)用不斷從普通消費(fèi)品向高科技、高附加值領(lǐng)域拓展，我們還有許多工作要做?！痹陉惱磥恚獙⒀芯糠较蚺c國家重大戰(zhàn)略需求緊密結(jié)合，才能不斷推動(dòng)紡織業(yè)從“衣被天下”邁向“編織世界”。

“最難的不是失敗，而是不知道還要失敗多少次”

上世紀(jì)80年代，陳利考入天津紡織工學(xué)院（天津工業(yè)大學(xué)前身）針織工程專業(yè)，那時(shí)候，包括他在內(nèi)的很多人對(duì)紡織的理解，還停留在織布做衣的傳統(tǒng)印象中。

隨著學(xué)習(xí)的深入，一個(gè)新的名詞——“三維編織技術(shù)”走進(jìn)了陳利的科研世界，他的視野也被逐漸打開。“那個(gè)年代，我國對(duì)三維編織的研究剛剛起步，而國外已將相關(guān)技術(shù)列入航空航天核心技術(shù)體系，并對(duì)關(guān)鍵裝備實(shí)施嚴(yán)格封鎖。”陳利介紹，1989年，為服務(wù)國家戰(zhàn)略需求，天津紡織工學(xué)院成立復(fù)合材料研究室，主要從事新型立體增強(qiáng)織物和先進(jìn)紡織復(fù)合材料的研究開發(fā)，成為我國最早開展三維編織技術(shù)研究的單位。

1993年，陳利碩士畢業(yè)后留校，師從著名紡織專家邱冠雄教授，并成為天津紡織工學(xué)院自主培養(yǎng)的第一名博士生，加入了復(fù)合材料研究室。

上世紀(jì)90年代，國內(nèi)航天領(lǐng)域?qū)π虏牧嫌兄p量化、高性能化的迫切需求。然而，對(duì)于這個(gè)年輕團(tuán)隊(duì)而言，起步之艱難超乎想象。“國外技術(shù)嚴(yán)格封鎖，高端裝備禁運(yùn)，可參考的資料零碎而有限。”陳利說，他們面對(duì)的，是真正的“一窮二白”。

沒有現(xiàn)成的圖紙、可用的設(shè)備，甚至連研發(fā)路徑都需要自己摸索。唯一的辦法，就是從源頭開始創(chuàng)新。團(tuán)隊(duì)聚集了紡織、機(jī)械、電子、力學(xué)等多學(xué)科人才，用最“笨”的辦法啃最硬的骨頭。設(shè)計(jì)手段落后，他們就趴在繪圖板上，用二維平面圖紙反復(fù)勾畫三維復(fù)雜機(jī)械的結(jié)構(gòu)。

“最難的不是失敗，而是不知道還要失敗多少次?！标惱貞洠?dāng)時(shí)沒有計(jì)算機(jī)模擬，沒有三維仿真軟件，只能手繪二維機(jī)械圖紙，再制造成型。

歷經(jīng)3年技術(shù)攻關(guān)，1996年，我國第一臺(tái)大型三維編織機(jī)誕生，但在裝配調(diào)試階段，問題接踵而至。“幾萬個(gè)運(yùn)動(dòng)組件，協(xié)調(diào)性要求極高，經(jīng)常是這里調(diào)好了，那里又出問題。”陳利說，大家經(jīng)常圍著機(jī)器一次次排查好幾個(gè)晝夜，反復(fù)修改、反復(fù)試驗(yàn)。失敗和焦慮是常態(tài)，但沒有人想過放棄?！耙幌氲竭@是國家急需的關(guān)鍵技術(shù)，就覺得必須咬牙堅(jiān)持?！标惱f。

幾個(gè)月后，設(shè)備終于實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。看著編織機(jī)編織出符合要求的復(fù)合材料，一向沉穩(wěn)的陳利落淚了。如今，這臺(tái)老舊的設(shè)備靜靜放置于校史館內(nèi)，見證著那段白手起家、自力更生的歲月。

“自主創(chuàng)新，是我們唯一且必須持續(xù)走下去的路”

什么是三維編織技術(shù)？面對(duì)這個(gè)專業(yè)問題，陳利經(jīng)常用到一個(gè)形象的比喻：“就像蓋房子用的鋼筋混凝土。傳統(tǒng)的復(fù)合材料好比一層層鋪貼碳纖維布，類似一層層‘糊紙’；而三維編織，直接用高性能纖維，像編竹籃一樣，在三維空間里編織出一個(gè)完整、連續(xù)的‘鋼筋骨架’。然后，再向這個(gè)骨架里注入樹脂等‘混凝土’，形成最終構(gòu)件。”

他進(jìn)一步解釋，這個(gè)“骨架”是整體的，纖維交織聯(lián)鎖，因此編織出的復(fù)合材料具備傳統(tǒng)層合材料無法比擬的優(yōu)勢：非常堅(jiān)固、不易分層、抗沖擊和抗疲勞性能極佳，并且可以根據(jù)受力需要，在不同部位靈活設(shè)計(jì)不同的編織結(jié)構(gòu)和纖維方向，實(shí)現(xiàn)材料性能的“精準(zhǔn)定制”。這正是航空航天領(lǐng)域許多關(guān)鍵部件要求的特性。

“當(dāng)航天器以數(shù)千米每秒的速度沖入大氣層時(shí)，與空氣劇烈摩擦將產(chǎn)生超過2000攝氏度的高溫火焰，同時(shí)承受巨大的沖擊力。”陳利介紹，對(duì)飛行器防護(hù)材料的要求，簡而言之就是“耐高溫?zé)g、堅(jiān)固抗沖擊”。

2016年，陳利團(tuán)隊(duì)接下為某新型航天飛行器研制復(fù)雜異形構(gòu)件的任務(wù)。該構(gòu)件曲面復(fù)雜、復(fù)曲率變化大，對(duì)尺寸精度和性能要求極為苛刻。

“相當(dāng)于要用柔軟的線，編出一個(gè)形狀精確、毫厘不差的堅(jiān)硬外殼?！眻F(tuán)隊(duì)成員、天津工業(yè)大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院研究員張一帆說，那段時(shí)間，陳利帶領(lǐng)大家住在試制基地，一待就是幾個(gè)月。面對(duì)編織過程中出現(xiàn)的變形、厚度不均等問題，他們進(jìn)行了上百次工藝實(shí)驗(yàn)，反復(fù)調(diào)試設(shè)備參數(shù)、優(yōu)化編織路徑。最緊張時(shí)，一個(gè)工藝方案就要試驗(yàn)一兩個(gè)星期，失敗便推倒重來。正是這種近乎執(zhí)拗的態(tài)度，最終保證了產(chǎn)品滿足所有嚴(yán)苛指標(biāo)，為飛行器的成功試飛奠定了基礎(chǔ)。

面對(duì)日益復(fù)雜的應(yīng)用場景，近年來，陳利逐步創(chuàng)建了“立體織物多向耦合編織”理論體系，相關(guān)實(shí)踐成果有效解決了航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等構(gòu)件不同部位受力不同等難題。“就像一把斧頭，斧刃需要極硬，斧柄需要抗彎抗扭?！标惱忉?，團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在可以在一件構(gòu)件上，集成多種編織結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)性能的梯度化與最大化利用。

盡管攻克了一個(gè)個(gè)難題，但陳利清醒地認(rèn)識(shí)到，科研路上，挑戰(zhàn)從未停止：“一些國家對(duì)高端編織裝備及技術(shù)的封鎖，絲毫沒有放松。自主創(chuàng)新，是我們唯一且必須持續(xù)走下去的路。”

“一個(gè)新問題，有時(shí)就是一個(gè)創(chuàng)新的源頭”

“個(gè)人的理想或許如星辰般渺小，但當(dāng)它與國家發(fā)展同頻共振時(shí)，就能迸發(fā)出光芒?！边@句話，陳利常講給學(xué)生聽。在他眼中，科研不僅需要“靜得下心”的定力，更需要有“面向國家需求”的清晰方向。

陳利也將這種理念融入人才培養(yǎng)和團(tuán)隊(duì)建設(shè)。陳利領(lǐng)導(dǎo)的復(fù)合材料研究院，本身就是一個(gè)多學(xué)科交叉融合的平臺(tái)，紡織、材料、機(jī)械、力學(xué)、自動(dòng)化等專業(yè)背景的人才在此協(xié)同攻關(guān)。多年來，他主導(dǎo)設(shè)立了我國首個(gè)“紡織復(fù)合材料”二級(jí)學(xué)科方向，牽頭建成了從教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室到國家地方聯(lián)合工程研究中心的一系列高水平平臺(tái)?！捌脚_(tái)能匯聚人才，更能成就人才。”陳利說。

“科研很多時(shí)候是枯燥的，尤其我們做工程應(yīng)用研究，一個(gè)工藝參數(shù)可能要調(diào)上萬次，沒有靜氣，守不住?！标惱f，在日?？蒲兄校貏e注意提醒學(xué)生要觀察實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，從中提煉科學(xué)問題，“一個(gè)新問題，有時(shí)就是一個(gè)創(chuàng)新的源頭?！?/p>

在學(xué)生們眼中，陳利最大的特點(diǎn)是“較真”。“陳老師常說，差之毫厘，謬以千里，我們的產(chǎn)品關(guān)系到最終裝備的性能，必須百分百精確。”陳利的博士生焦偉說，這種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)綐O致的作風(fēng)，深深影響了團(tuán)隊(duì)的每一位成員。

在陳利看來，科學(xué)家精神的核心是“求真務(wù)實(shí)”。“求真，是探索規(guī)律、追求真理；務(wù)實(shí)，是腳踏實(shí)地、解決實(shí)際問題?！彼J(rèn)為，這種精神體現(xiàn)在時(shí)間維度上是堅(jiān)持，體現(xiàn)在目標(biāo)維度上是使命感。

陳利認(rèn)為，三維編織技術(shù)，會(huì)走向更廣闊的制造業(yè)領(lǐng)域，高性能材料的制造成本也會(huì)不斷降低。

“紡織復(fù)合材料正向著更輕、更強(qiáng)、更智能的方向升級(jí)。紡織，這門古老的技術(shù)，會(huì)繼續(xù)為我們編織一個(gè)更安全、更高效、更輕盈的新世界?！标惱f。

記者手記

靜是功夫，深是積淀

采訪陳利，“靜得下心”被他反復(fù)提及。一個(gè)“靜”字，道出科學(xué)研究的基本方法，也映照一位科學(xué)家身上的動(dòng)人品格。

“靜”里藏著科研的初心。面對(duì)國家戰(zhàn)略需求的呼喚，陳利帶著團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室埋頭攻關(guān)，守在試制基地，為一個(gè)參數(shù)反復(fù)調(diào)試上萬次，為一臺(tái)設(shè)備連續(xù)攻關(guān)數(shù)年。沒有捷徑可走，沒有經(jīng)驗(yàn)可循，在“一窮二白”的困境里，他們秉持科研初心，耐心尋找答案。

“靜”里積蓄著銳氣?！办o”不是消極等待，當(dāng)積累越過臨界點(diǎn)，當(dāng)思考穿透迷霧，蓄積已久的力量便順勢迸發(fā)。多年來，陳利帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)攻破多個(gè)“卡脖子”難題，大家把枯燥重復(fù)做到極致，把沉默堅(jiān)守化為攻堅(jiān)克難的銳氣。

科技成果從不是在喧囂中追來的，而是在沉靜中干出來的。靜水流深，靜是功夫，深是積淀。而那穿石破浪的力量，就藏在這水的最深處。

（來源：天工紡織）

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