创造世界的“材料”-走在前沿 #03

从聚酯纤维中传出“丝鸣”

<出处说明>
本报道是由NewsPicks Brand Design与东丽公司共同企划制作,并于2020年7月31日在NewsPicks上刊登的合作内容。
(日语版制作:NewsPicks Brand Design/中文翻译:东丽)
https://newspicks.com/news/5077881/

<商标说明>
“Kinari”作为一款新材料名称,其商标用于日本地区市场。

【开发秘事】
追求1米的十亿分之一,合成纤维的功能美

迄今为止,东丽通过合成纤维材料,在时装设计和功能上进行了各种各样的创新。然而,即使历经五十多年的研究和技术开发,也难以复刻“丝绸”这一天然材料的质地和光泽。

去年10月,由东丽发布的新材料“Kinari”,通过复合纺丝技术NANODESIGN™,实现了东丽“超越丝绸”的夙愿。通过对3位参与了研究、技术开发到产品化全过程的关键人物的采访,让我们来一探这款新材料诞生的幕后故事吧!

合成纤维实现“超越丝绸”

──各位所参与开发的新材料“Kinari”,它的创新突破究竟体现在哪些方面呢?

2019年10月由东丽发布的面料新材料。通过追求天然丝绸的结构和性能,结合独家技术NANODESIGN™,保持聚酯易打理的特性的同时,实现了自然上乘的光泽感和轻盈感。

石井 用一句话总结,Kinari是一种超越丝绸的合成纤维。触摸后你就能明白,它具有丝绸般的触感、光泽和轻盈度。同时,与丝绸相比,它具有更高的伸缩性(自由度),因此易于缝制且打造优美线条。此外,因为它的成分是100%聚酯,所以具有与运动服材料相同的耐洗涤特征。

众所周知,丝绸给人一种礼服、和服般的高级感。然而从消费者的角度来看,这虽然是一种既美观又舒适的材料,但因太过精细难以打理,且价格昂贵,不忍心购买。为了弥补这一缺憾,从20世纪60年代开始历经半个世纪,我们一直在挑战用合成纤维完美复刻丝绸的优点。

可以说,“超越丝绸”对我们这些从事合成纤维开发和销售的人员来说,是一个长久以来难以完成的梦想。而这款名为Kinari的材料的诞生终于实现了我们大家的愿望。

──从技术上讲,它与以往的聚酯纤维有什么不同呢?

石井 在开发Kinari的过程中,核心技术“NANODESIGN™”发挥了决定性的作用。

我在20多岁的时候负责过和服业务,对于丝绸的特性,我有全面的思考。当时技术有限无法实现,但当我在2017年接触到NANODESIGN™时,我意识到这项技术也许真的可以帮助我们制造出超越丝绸的合成纤维。

增田 东丽一直致力于合成纤维的研究,NANODESIGN™对材料进行了极限探索,这项技术是犹如结晶般的关键技术。

譬如,迄今为止我们一直在追求纤维的粗细上的极致,带给了我们诸如人工皮革和眼镜擦拭布这些东丽的代表材料。而这次使用的NANODESIGN™,得益于我们世代所积累的技术成果,开创了合成纤维的新形态。

简而言之,通过对纤维的截面进行加工可以扩大材料的功能和形态的可能性,这一原理在很久以前就已经被人们掌握了。只是过去我们一直是通过改变纤维的原料—聚合物(高分子化合物)的喷丝孔的形状来设计纤维,所以无论是细度还是截面的形状都存在很多限制。

因此,我们决定从根本上改变控制截面的思路。经过无数次反复试验的结果,终于找到可以将聚合物分割到极限,不受喷丝孔的形状束缚,从而自由控制截面的纺丝方法。也就是说,把原料变成极小的“点”,通过提高分辨率的方式来自由地设计截面。

“NANODESIGN™”顾名思义,意指用纳米尺寸设计纤维。如果能够控制细微的形状,那么纺织出来的面料,其功能、触感、外观等将具有更多的表达空间。

传统合成纤维的制造方法
喷丝孔的形状决定截面,使得纤维形状的多样化受到了限制。

左侧图片文字(由上至下):纺丝口 Y孔喷丝孔
左侧图片文字(由上至下):原料切片 喷丝 冷却 热固定 拉伸 卷取

铃木 像我这种,工作内容囊括了加工技术在内的面料开发部门的人员,经常会向增田先生他们提出诸如“能不能制作出具有此类功能的纱线?”的请求。但是在过去,很多情况下由于技术上的限制我们的要求是无法得到实现的。

随着NANODESIGN™的出现,这种情况发生了巨大的变化。制造上的灵活性越来越高,我们面临了一个前所未有的新问题:材料经过纺丝和编织,将会孕生出什么样的功能和价值。

虽然压力很大,但这是一个非常有意义的挑战。其中,Kinari就是一款结合了审美、功能性上的新价值相的成功典范,它充分在质地上体现了纤维材料的精密设计。

复合纺丝技术NANODESIGN™是什么?
用“点”形成丝的截面
●白色原料喷丝孔
蓝色原料喷丝孔

1具有三角形横截面的复合纤维 2含有多种原料的横截面
3复合纤维的局部放大照片
4因为可以用细小的点来设计,所以甚至可以制造出具有如此截

石井慎二(东丽女装・男装衣料事业部)
1993年进入公司。隶属于女装・男装衣料事业部。早期负责女装、男装、和服用途的服装材料的销售,之后从事由休闲服装产品的材料到缝制的全球供应链管理。
2017年10月起任职于现部门。是使用了NANODESIGN™开发了新材料“Kinari”的成员之一。

铃木英俊(东丽面料・功能性资材开发中心第2开发室长
1990年进入公司。同年,他被派遣到Toray DuPont(现为Toray Operontex),负责聚氨酯弹性纤维和弹性材料的开发。之后历任DuPont de Nemours,Inc.(美国)派遣研究员、东丽纤维加工技术部、东丽纤维研究所(中国)有限公司的整个服装用途面料的开发,2018年起任现职。负责整个服装面料、产业资材的纤维深加工产品的开发。

增田正人(东丽纤维研究所 研究主管)
1999年进入公司。在纤维研究所曾对通用纤维的制造过程进行过研究,随后被调任至东京工业大学,从事提升产业纤维的性能的国家项目。2005年4月回归到现部门,参与从服装到产业材料广泛应用领域中与高功能纤维相关的研究和技术开发。

50年后迎来的突破

──Kinari是以怎样的手法来表现“丝绸”的质感的呢?

石井 我们的前辈从20世纪60年代起就开始一直在追求用聚酯来实现丝绸质感的材料的开发。但是,复刻天然丝绸的高雅光泽和丰盈感一直是无法攻克的难题。

增田 我是一名研究人员,石井部长对我说,“想做一种史无前例的‘丝绸质地的材料’”。所以我选择了从“丝绸和合成纤维的区别究竟是什么呢”这个角度来思考。从材料的设计方面来考虑如何体现产品优点的时候,怎样的形态才是正确的?为了决定研发的方向,首先明确定义和透彻的理解是很重要的。

铃木 从天然绢丝织物的截面来看,丝绸的主要成分叫做丝素,它的单丝朝向是不规则的,那里存在细微的空隙。蚕以“8”字形摇头吐丝。那时丝线会扭曲相互缠绕,在纤维之间形成绝妙的缝隙。

然而在传统的聚酯纤维中,单丝均朝同一方向,中间没有太多的空隙。所以表面平整,光的反射会变强,因此只能产生人造的光泽。如何制造出不规则的缠绕结构,就是Kinari努力的方向,也是一个很大的挑战。

图片文字(由上至下,由左至右)

丝素
丝胶

绢丝的截面
溶出混合了单丝成分和丝素的丝胶,纤维之间产生空隙。

绢丝织物的截面

石井 这也是“Kinari”这个名字的由来,天然的绢丝因为这些空隙里会发出吱吱作响的“丝鸣”。实际上,触摸Kinari 时也会发出和天然的绢丝一样柔滑的声音。

增田 天然丝绸自然而高雅的光泽和丰盈感、丝鸣的特性,都是由“空隙”产生的。看到这里,我们会意识到东丽累积了各种各样的技术。每一位研究人员和加工技术的开发人员的心中都拥有一个“备用知识储存库”,这些内容是至今为止的研究和技术开发中的衍生产物。在“Kinari”的创造上,一切的技术出乎意料地顺利联接在了一起。

图片文字(由上至下,由左至右)

Kinari的原丝和深加工
高收缩PET 普通PET 易溶出PET

Kinari的原丝中具有两种不同收缩率的聚合物。通过热处理,收缩差会产生像绢丝一样的不规则缠绕。

光反射方向
反射面

同时,通过溶解粘合两种芯的成分,在织物上产生微细的空隙,实现Kinari自然的光泽和轻盈的质感。

当储存库里的知识转化为产品时

──东丽研究了半个世纪的“丝绸质地的合成纤维”。这次顺利突破的契机是什么呢?

石井 东丽原本就有从研究、开发到销售的一体化商品开发团队体制,每个月会聚集开一次会。

那时,在会议上增田先生畅谈了NANODESIGN™所拥有的可能性。我听后就萌生了一个想法:自己梦寐以求的丝绸质地的合成纤维材料是不是有希望实现呢?当下一拍即合,包括加工在内的开发顺利地进行了。

增田 真的非常巧。在研究丝绸特性的过程中,我想起了以前在研究完全不同的材料时偶然发现的聚酯材料的特性。尝试了一下,居然成功了(笑)。
即使是抱着明确的目的进行研究、技术开发,成功的概率也最多是五成,甚至更少。但是在这个过程中总会衍生出一些东西。放入知识库中的储备量,我认为在关键时刻决定了事情的成败。

──铃木先生所属的“面料・功能性资材开发中心”(以下简称“面料资材开发中心”)负责哪个环节?

铃木 面料资材开发中心由两个开发区域组成:第一开发室,负责强化基础核心技术和技术的创新;第二开发室,负责高附加价值材料和商品开发、评价技术。

面料・功能性资材开发中心
东丽纤维深加工的开发基地。除了制作面料样品的加工设备之外,还配备了最新的评估和分析技术,包括再现所有天气状况的人工气象室以及可数字量化人体动作的系统等。

Kinari 常规聚酯 天然丝绸
缝纫收缩率 1.0% 2.0% 2.0%
拉伸强度 4.5% 2.5% 2.0%

就Kinari而言,我们获取了增田先生所在的纤维研究所开发的原丝,然后先进行深加工,制成面料样品。然后负责对其进行评价的工序。
比如,绢丝用缝纫机加工时会产生波纹,难以缝制。但是Kinari与绢丝材料和常规的聚酯材料相比波纹少,也不容易起皱,因此非常易于加工和缝制。

将这种差距数字量化,以便能够进行客观评估,也是面料资材开发中心的工作。和其他材料相比有什么特点?通过比较数据,我们可以看到服装领域的设计可行性和优势。考虑适合什么样的运用用途,也是材料开发不可或缺的要点。

──商品开发、材料、加工。在每个领域的参与者都有自己的“知识的储备库”。
如果能很好地联接到一起的话,就会诞生诸如Kinari这样的新材料。

增田 是啊!东丽倡导每个研究人员可以自由进行“先锋派研究”,我也经常和该研究所的年轻成员们讨论想要什么样面料的衣服。

例如,以电影《回到未来》中出现的服饰和动画中天马行空的装扮为例,应该设计什么样的纤维来实现呢?从这样的讨论中产生的创意,已经有很多作为现实中的关键技术放入我们的“储备库”中。

铃木 面料资材开发中心的年轻人还会与研究人员和工程师一起,研究电影和动漫中出现的西装和服装(笑)。

和增田先生的研究一样,结合深加工也很重要。即使是一项一项的独立技术,只要改变组合,也许又会产生完全不同的面料。

另外,合成纤维除了聚酯以外,还有丙烯酸、尼龙、PPS、氟纤维、碳纤维等各种各样的材料。通过将各种材料所使用的加工技术转移到其他材料上,或许也会有新的发现。

最近,我甚至开始思考通过与不同行业的合作能否发现新的市场价值。

合成纤维将创造怎样的未来?

石井 现在听着两位的谈话,我再次切身体会到东丽的研究和技术开发背后有这么多狂热的参与者的支持(笑)。而这也正是东丽的强大之处。

另一方面,作为像我这样的销售人员,在感受、接纳这份狂热的同时,如何更好地向顾客提供解决问题的方案,正是展示自身能力的关键。因此,如何将两位所说的材料技术和原丝的特性,去与世界的潮流和消费者的期待相结合的调节能力就变得尤为重要。

即使有了新的纤维,如果不去畅想如何灵活运用它们,且同时不去倾听顾客的意见来推进开发的话,很有可能将会偏离社会的需求。

东丽是唯一一家从聚合物、原丝到面料一条龙式开发、以满足社会需求的制造商。负责沟通,连接市场和技术是作为销售的重要职责,这也是东丽的优势。

──通过新材料和合成纤维,大家想实现怎样的未来呢?

铃木 如同设定可持续发展目标(SDGs)一样,保护可持续环境的问题对未来的材料来说也是必不可少的主题。
此外,日本还有一个独特的社会性课题,那就是超老龄化。

在高温潮湿的气候下,我们能为肌肉力量和身体机能逐渐衰退的老年人们做些什么呢?如何在应对传染病等威胁的同时,让生活变得更加舒适呢? 这些问题都需要我们材料制造商去考虑。

为此,倾听消费者的话语和感知,不让技术人员过分偏执独行也是非常重要的。

石井 我认为,守护人类生命这一机能今后会越来越受到重视吧。

新型冠状病毒的传播就是如此,酷暑、暴雨等自然灾害变多,人们生活中的不安情绪蔓延。为了缓解这种不安,维系舒适的生活,我认为追求各种材料的功能性是非常重要的。

增田 同感。在此基础上,我个人想探究能够实现这一功能的复合性材料。包括Kinari在内,电影中出现的未来的衣服总会让人感觉它拥有很多功能,材料的设计恰到好处,外观也很漂亮。我希望自己能继续创造出令人感受得到这种“功能美”的材料。

外观美,使用起来更方便、更舒适。我们希望可以通过使用像NANODESIGN™这样核心技术创造的材料去开拓材料的表现形态,丰富并帮助人们享受生活。

我想,通过探索这些问题来支撑社会和人们的生活,正是作为材料制造商去创造未来的方式。

<制作团队>
制作:NewsPicks Brand Design
采访/编辑:宇野浩志 Koji Uno
构成:齐藤哲也 Tetsuya Saito
设计:国弘朋佳 Tomoka Kunihiro