酷炫的彩繪護(hù)目鏡、可以消失在土里的“小白鞋”，用土豆、玉米為原材料制作的可降解口香糖……北京化工大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一系列“黑科技”產(chǎn)品，學(xué)校學(xué)生體驗(yàn)過(guò)后直呼“太強(qiáng)了！”

3D復(fù)印彩繪護(hù)目鏡

(資料圖)

前不久，北京化工大學(xué)教務(wù)處、機(jī)電工程學(xué)院、藝術(shù)與設(shè)計(jì)系、工程訓(xùn)練中心聯(lián)合舉辦了科教融合實(shí)踐育人成果展暨“北化師生喜迎二十大，彩繪萬(wàn)副護(hù)目鏡”系列活動(dòng)。

活動(dòng)中，同學(xué)們聚集在展臺(tái)前，挑選自己喜愛(ài)圖案的彩繪模貼在“3D復(fù)印”護(hù)目鏡上，紛紛戴上合影留念，稱(chēng)贊“太酷炫了！”

小編了解到，彩繪護(hù)目鏡由北京化工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院利用自主研發(fā)的“3D復(fù)印”智能模塑成型技術(shù)生產(chǎn)制造。

“3D復(fù)印”是高分子材料最重要的加工方式之一，學(xué)校高分子材料加工成型與先進(jìn)制造（英藍(lán)）實(shí)驗(yàn)室主持研發(fā)的系列化“3D復(fù)印”智能成型裝備使我國(guó)徹底打破國(guó)外技術(shù)和市場(chǎng)壟斷，成果獲得國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)2項(xiàng)，省部級(jí)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)5項(xiàng)。

“3D復(fù)印技術(shù)以模塑成型為核心，通過(guò)掃描、制模、成型一體化的智能系統(tǒng)構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)特征光學(xué)級(jí)零件的三維立體快速?gòu)?fù)制。”機(jī)電工程學(xué)院教授謝鵬程告訴小編， 3D打印技術(shù)大家十分熟悉，它通過(guò)材料的逐層累加可以做出任何復(fù)雜結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，但是效率低、精度差、成本高。而團(tuán)隊(duì)提出的“3D復(fù)印”技術(shù)卻能極好地解決上述問(wèn)題。

“受3D打印的啟發(fā)，我們首次提出了3D復(fù)印的概念，模塑成型裝備就像復(fù)印機(jī)一樣，模具一開(kāi)一合就完成了一個(gè)立體產(chǎn)品的復(fù)制，生產(chǎn)一副護(hù)目鏡只需30秒。”謝鵬程說(shuō)道。同時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)已在各種光學(xué)級(jí)塑料零件生產(chǎn)制造中得到廣泛應(yīng)用，例如汽車(chē)車(chē)燈組件、全塑天窗，手機(jī)精密鏡頭組、高端樹(shù)脂眼鏡片等。

早在四年前，謝鵬程所在英藍(lán)團(tuán)隊(duì)就已經(jīng)在探索建立圍繞產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈的“新工科”人才培養(yǎng)模式。在中國(guó)塑料機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)的倡議和推動(dòng)下，國(guó)內(nèi)首家“中國(guó)塑機(jī)創(chuàng)新人才培養(yǎng)基地”在北化建校六十周年時(shí)正式落戶昌平新校區(qū)，超過(guò)20余家企業(yè)捐贈(zèng)了30余套高端裝備，放置在學(xué)校工程訓(xùn)練中心為同學(xué)們創(chuàng)新實(shí)踐提供最好的平臺(tái)。

新冠疫情爆發(fā)期間，謝鵬程帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)克服困難，利用“3D復(fù)印”技術(shù)應(yīng)急生產(chǎn)了1萬(wàn)多副護(hù)目鏡，全部捐給了武漢抗疫一線，為前線抗疫工作人員提供急需的防護(hù)物資。

“大學(xué)階段所有工科學(xué)生都會(huì)參加工程訓(xùn)練環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)工程訓(xùn)練課程僅以金工實(shí)習(xí)為主，只能做個(gè)金屬錘子，這一傳統(tǒng)代代相傳延續(xù)了幾十年。”依托團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“3D復(fù)印”技術(shù)，謝鵬程直接將防疫護(hù)目鏡智能生產(chǎn)線搬上了工訓(xùn)課堂，傳統(tǒng)金工實(shí)習(xí)也轉(zhuǎn)型升級(jí)為現(xiàn)代“高工實(shí)習(xí)(高分子材料加工工藝實(shí)習(xí))”，很好地滿足了現(xiàn)代制造業(yè)對(duì)于高端人才實(shí)踐能力培養(yǎng)的要求。

去年，高工實(shí)習(xí)課程更是面向所有工科學(xué)生開(kāi)放，每學(xué)期2500名同學(xué)都能獲得一個(gè)自己親手制作的護(hù)目鏡作為紀(jì)念品。

今年臨近國(guó)慶節(jié)時(shí)，同學(xué)們想把喜迎二十大的心情通過(guò)彩繪的形式，體現(xiàn)在自己親自制作的護(hù)目鏡上。藝術(shù)系的同學(xué)們負(fù)責(zé)彩繪創(chuàng)意設(shè)計(jì)，工科同學(xué)負(fù)責(zé)護(hù)目鏡3D復(fù)印。通過(guò)在彩繪貼膜上打上激光微孔，既不影響視覺(jué)又十分美觀?！翱蒲谐晒螌?shí)踐教學(xué)，’藝工結(jié)合’展現(xiàn)北化特色?！敝x鵬程說(shuō)道。

在活動(dòng)中，一幅幅彩繪護(hù)目鏡擺在展臺(tái)上，吸引了很多學(xué)生的目光。有參與生產(chǎn)的同學(xué)在朋友圈中驕傲的曬出戴著彩繪護(hù)目鏡說(shuō)道，“不得不感慨3D復(fù)印技術(shù)太牛了！”還有打卡彩繪護(hù)目鏡的同學(xué)表示，“太強(qiáng)了，確實(shí)好看，很有科技感！”

護(hù)目鏡還僅是個(gè)開(kāi)端，謝鵬程謀劃的利用“3D復(fù)印”技術(shù)生產(chǎn)創(chuàng)意產(chǎn)品水晶手機(jī)支架即將上線。未來(lái)學(xué)生們親自參與從“創(chuàng)意設(shè)計(jì)”到“生產(chǎn)制造”的一系列新產(chǎn)品，將源源不斷的成為實(shí)踐教學(xué)課堂的新內(nèi)容。

最近，謝鵬程還在思考：當(dāng)學(xué)生拿著自己現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的咖啡杯去接一杯自己釀的啤酒，會(huì)是一種什么樣的體驗(yàn)?zāi)兀靠粗叫^(qū)工訓(xùn)中心隔壁的啤酒生產(chǎn)線，謝鵬程誕生了這個(gè)有趣的想法。

他半開(kāi)玩笑地說(shuō)：“啤酒我們已經(jīng)喝過(guò)了，啤酒杯智能化生產(chǎn)線也已調(diào)試完成，舉杯共飲的時(shí)刻即將到來(lái)?！痹谥x鵬程看來(lái)，這不僅是科研成果轉(zhuǎn)化帶給學(xué)生的成就感，也是學(xué)科交叉成果最直接的體現(xiàn)?！艾F(xiàn)在流行DIY（自己動(dòng)手制作），那就讓我們的學(xué)生也來(lái)DIY?！边@對(duì)學(xué)生的啟發(fā)和收獲比純粹的課堂理論教學(xué)要生動(dòng)得多。

能消失在土里的“小白鞋”

白色的鞋底、鞋面，搭配綠色的走線級(jí)一顆椰子樹(shù)圖案，誰(shuí)能想到這樣一雙簡(jiǎn)單的小白鞋，實(shí)際上是款“黑科技”——其鞋底的原材料，由土豆、玉米、淀粉發(fā)酵而得；穿舊后，把鞋底埋在土里，經(jīng)過(guò)半年左右時(shí)間，它會(huì)變成水和二氧化碳，直接降解掉。

今年，北京化工大學(xué)張立群院士、王朝教授科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了全生物基可降解鞋，并將首批初期500雙鞋子，送給了學(xué)校學(xué)生和后勤保障人員。

據(jù)了解，長(zhǎng)期以來(lái)，由于國(guó)際上沒(méi)有可生物降解的橡膠材料，難以制備可生物降解鞋底，嚴(yán)重限制了全生物降解鞋的發(fā)展。而中國(guó)每年可產(chǎn)生多達(dá)近10億雙的廢棄鞋，如不能有效回收利用和處理，極易對(duì)自然環(huán)境造成威脅。

“不光是鞋底，還有輪胎等橡膠制品，都存在難以降解的問(wèn)題。那時(shí)候我們就在想，能不能開(kāi)發(fā)出一種新型可降解的橡膠材料來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)橡膠材料，既能解決生活用品淘汰后的污染問(wèn)題，又能解決橡膠領(lǐng)域可持續(xù)發(fā)展的問(wèn)題。”從2019年起，王朝教授團(tuán)隊(duì)成員聚焦服務(wù)國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略，以“創(chuàng)新，低碳，環(huán)保，健康”為理念，致力于開(kāi)發(fā)全生物基可降解鞋。

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19277.1-2011，通過(guò)國(guó)家塑料制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測(cè)，可降解鞋鞋底橡膠在130天內(nèi)70%以上完全變成水和二氧化碳，不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。

經(jīng)過(guò)幾年的研究，北化工的科研團(tuán)隊(duì)做到了。

其實(shí)在更早之前，團(tuán)隊(duì)已經(jīng)可以利用從土豆、玉米這些淀粉類(lèi)的植物中發(fā)酵出來(lái)的成分，制作生物基的聚酯橡膠。但鞋底有它的特殊性，要耐穿、耐磨、有彈性、軟硬適中、能和鞋面粘合住。對(duì)此，團(tuán)隊(duì)展開(kāi)了一系列的粘合實(shí)驗(yàn)和生物降解性能實(shí)驗(yàn)。

“鞋底既要可降解，又不能降解太快。鞋子穿一個(gè)月沒(méi)了，那也不行?！蓖醭f(shuō)，團(tuán)隊(duì)將鞋底放進(jìn)土壤、河水、海水中，分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不斷記錄鞋子的降解速度，并在后期配方中不斷調(diào)整，提高穩(wěn)定性。

一般來(lái)說(shuō)，將鞋底進(jìn)行90度彎折大于5萬(wàn)次不斷裂，才能證明鞋底的質(zhì)量沒(méi)問(wèn)題。為了既保證鞋底能夠承受一定強(qiáng)度，同時(shí)兼顧耐磨、防滑的特性，團(tuán)隊(duì)又不斷調(diào)整材料。

第一波鞋底硫化過(guò)程中，由于鞋底太厚導(dǎo)致硫化程度不夠，在放了一段時(shí)間后，鞋底出現(xiàn)降解變軟，手指一扣就扣下來(lái)了。

第二批進(jìn)行工藝改進(jìn)后，雖然硫化程度夠了，而且穩(wěn)定性也變好了，但是鞋底又太硬了。

……

在研發(fā)的過(guò)程中，鞋子的樣品一波一波做出來(lái)。直到團(tuán)隊(duì)終于成功做出了樣鞋，大家又親身穿著可降解鞋子踩在雨水里、泥土里……一段時(shí)間過(guò)后，鞋底完全沒(méi)有變化。這款“小白鞋”的研發(fā)，終于成功了。

在進(jìn)行小批量生產(chǎn)后，團(tuán)隊(duì)將小白鞋送給了北化工的同學(xué)們，還特意做了小程序，讓學(xué)生反饋情況。

“開(kāi)始我們收到的反饋結(jié)果并不多，后來(lái)我們?nèi)?wèn)才知道，有一半學(xué)生說(shuō)，都沒(méi)舍得穿。我們就跟大家說(shuō)，穿完了還給換新的！”王朝說(shuō)，后續(xù)，他們還會(huì)不斷根據(jù)學(xué)生的反饋，對(duì)配方進(jìn)行調(diào)整。

“鞋子放幾年也不會(huì)有變化的，但埋進(jìn)土里就不行了，慢慢就降解掉了。”王朝介紹道，在學(xué)校發(fā)布了這項(xiàng)成果后，很多鞋企都找來(lái)尋求合作，還有一些做手套、瑜伽墊、橡膠護(hù)具的廠家，也都對(duì)可降解材料有同樣的需求。

“黑科技”口香糖也可實(shí)現(xiàn)降解

過(guò)去，口香糖被亂吐在地上，無(wú)法降解，清理麻煩還不易清干凈。利用生物基可降解聚酯橡膠材料，同樣可以開(kāi)發(fā)可降解的口香糖。

可降解口香糖的原材料，同樣是從土豆、玉米種發(fā)酵出來(lái)的，嚼在嘴里放心。而且就算是吐在地上，經(jīng)過(guò)1、2個(gè)月左右，也會(huì)完全分化為水和二氧化碳。

“我們自己已經(jīng)做出來(lái)一批口香糖了，雖然從表征性能結(jié)果上看和市場(chǎng)上的口香糖相似，但我自己嚼過(guò)后發(fā)現(xiàn)，嚼著嚼著就軟了，咀嚼性還不太夠。”王朝說(shuō)，如果未來(lái)能尋找到一個(gè)好的口香糖合作伙伴，就可以將可降解的口香糖也推向市場(chǎng)了。

文/北京青年報(bào)記者 葉婉

編輯/高艷