酷炫清新还可DIY 北化工的这些“黑科技”来圈粉了

酷炫的彩绘护目镜、可以消失在土里的“小白鞋”，用土豆、玉米为原材料制作的可降解口香糖……北京化工大学科研团队研发出一系列“黑科技”产品，学校学生体验过后直呼“太强了！”

3D复印彩绘护目镜

(资料图)

前不久，北京化工大学教务处、机电工程学院、艺术与设计系、工程训练中心联合举办了科教融合实践育人成果展暨“北化师生喜迎二十大，彩绘万副护目镜”系列活动。

活动中，同学们聚集在展台前，挑选自己喜爱图案的彩绘模贴在“3D复印”护目镜上，纷纷戴上合影留念，称赞“太酷炫了！”

小编了解到，彩绘护目镜由北京化工大学机电工程学院利用自主研发的“3D复印”智能模塑成型技术生产制造。

“3D复印”是高分子材料最重要的加工方式之一，学校高分子材料加工成型与先进制造（英蓝）实验室主持研发的系列化“3D复印”智能成型装备使我国彻底打破国外技术和市场垄断，成果获得国家科技进步二等奖2项，省部级科技进步一等奖5项。

“3D复印技术以模塑成型为核心，通过扫描、制模、成型一体化的智能系统构建，实现具有复杂结构特征光学级零件的三维立体快速复制。”机电工程学院教授谢鹏程告诉小编， 3D打印技术大家十分熟悉，它通过材料的逐层累加可以做出任何复杂结构的产品，但是效率低、精度差、成本高。而团队提出的“3D复印”技术却能极好地解决上述问题。

“受3D打印的启发，我们首次提出了3D复印的概念，模塑成型装备就像复印机一样，模具一开一合就完成了一个立体产品的复制，生产一副护目镜只需30秒。”谢鹏程说道。同时，这项技术已在各种光学级塑料零件生产制造中得到广泛应用，例如汽车车灯组件、全塑天窗，手机精密镜头组、高端树脂眼镜片等。

早在四年前，谢鹏程所在英蓝团队就已经在探索建立围绕产业链、创新链的“新工科”人才培养模式。在中国塑料机械工业协会的倡议和推动下，国内首家“中国塑机创新人才培养基地”在北化建校六十周年时正式落户昌平新校区，超过20余家企业捐赠了30余套高端装备，放置在学校工程训练中心为同学们创新实践提供最好的平台。

新冠疫情爆发期间，谢鹏程带领团队克服困难，利用“3D复印”技术应急生产了1万多副护目镜，全部捐给了武汉抗疫一线，为前线抗疫工作人员提供急需的防护物资。

“大学阶段所有工科学生都会参加工程训练环节。传统工程训练课程仅以金工实习为主，只能做个金属锤子，这一传统代代相传延续了几十年。”依托团队研发的“3D复印”技术，谢鹏程直接将防疫护目镜智能生产线搬上了工训课堂，传统金工实习也转型升级为现代“高工实习(高分子材料加工工艺实习)”，很好地满足了现代制造业对于高端人才实践能力培养的要求。

去年，高工实习课程更是面向所有工科学生开放，每学期2500名同学都能获得一个自己亲手制作的护目镜作为纪念品。

今年临近国庆节时，同学们想把喜迎二十大的心情通过彩绘的形式，体现在自己亲自制作的护目镜上。艺术系的同学们负责彩绘创意设计，工科同学负责护目镜3D复印。通过在彩绘贴膜上打上激光微孔，既不影响视觉又十分美观。“科研成果支撑实践教学，’艺工结合’展现北化特色。”谢鹏程说道。

在活动中，一幅幅彩绘护目镜摆在展台上，吸引了很多学生的目光。有参与生产的同学在朋友圈中骄傲的晒出戴着彩绘护目镜说道，“不得不感慨3D复印技术太牛了！”还有打卡彩绘护目镜的同学表示，“太强了，确实好看，很有科技感！”

护目镜还仅是个开端，谢鹏程谋划的利用“3D复印”技术生产创意产品水晶手机支架即将上线。未来学生们亲自参与从“创意设计”到“生产制造”的一系列新产品，将源源不断的成为实践教学课堂的新内容。

最近，谢鹏程还在思考：当学生拿着自己现场生产的咖啡杯去接一杯自己酿的啤酒，会是一种什么样的体验呢？看着昌平校区工训中心隔壁的啤酒生产线，谢鹏程诞生了这个有趣的想法。

他半开玩笑地说：“啤酒我们已经喝过了，啤酒杯智能化生产线也已调试完成，举杯共饮的时刻即将到来。”在谢鹏程看来，这不仅是科研成果转化带给学生的成就感，也是学科交叉成果最直接的体现。“现在流行DIY（自己动手制作），那就让我们的学生也来DIY。”这对学生的启发和收获比纯粹的课堂理论教学要生动得多。

能消失在土里的“小白鞋”

白色的鞋底、鞋面，搭配绿色的走线级一颗椰子树图案，谁能想到这样一双简单的小白鞋，实际上是款“黑科技”——其鞋底的原材料，由土豆、玉米、淀粉发酵而得；穿旧后，把鞋底埋在土里，经过半年左右时间，它会变成水和二氧化碳，直接降解掉。

今年，北京化工大学张立群院士、王朝教授科研团队开发出了全生物基可降解鞋，并将首批初期500双鞋子，送给了学校学生和后勤保障人员。

据了解，长期以来，由于国际上没有可生物降解的橡胶材料，难以制备可生物降解鞋底，严重限制了全生物降解鞋的发展。而中国每年可产生多达近10亿双的废弃鞋，如不能有效回收利用和处理，极易对自然环境造成威胁。

“不光是鞋底，还有轮胎等橡胶制品，都存在难以降解的问题。那时候我们就在想，能不能开发出一种新型可降解的橡胶材料来代替传统橡胶材料，既能解决生活用品淘汰后的污染问题，又能解决橡胶领域可持续发展的问题。”从2019年起，王朝教授团队成员聚焦服务国家“双碳”战略，以“创新，低碳，环保，健康”为理念，致力于开发全生物基可降解鞋。

按照国家标准GB/T19277.1-2011，通过国家塑料制品质量监督检验中心检测，可降解鞋鞋底橡胶在130天内70%以上完全变成水和二氧化碳，不会对环境产生污染。

经过几年的研究，北化工的科研团队做到了。

其实在更早之前，团队已经可以利用从土豆、玉米这些淀粉类的植物中发酵出来的成分，制作生物基的聚酯橡胶。但鞋底有它的特殊性，要耐穿、耐磨、有弹性、软硬适中、能和鞋面粘合住。对此，团队展开了一系列的粘合实验和生物降解性能实验。

“鞋底既要可降解，又不能降解太快。鞋子穿一个月没了，那也不行。”王朝说，团队将鞋底放进土壤、河水、海水中，分别进行实验，不断记录鞋子的降解速度，并在后期配方中不断调整，提高稳定性。

一般来说，将鞋底进行90度弯折大于5万次不断裂，才能证明鞋底的质量没问题。为了既保证鞋底能够承受一定强度，同时兼顾耐磨、防滑的特性，团队又不断调整材料。

第一波鞋底硫化过程中，由于鞋底太厚导致硫化程度不够，在放了一段时间后，鞋底出现降解变软，手指一扣就扣下来了。

第二批进行工艺改进后，虽然硫化程度够了，而且稳定性也变好了，但是鞋底又太硬了。

……

在研发的过程中，鞋子的样品一波一波做出来。直到团队终于成功做出了样鞋，大家又亲身穿着可降解鞋子踩在雨水里、泥土里……一段时间过后，鞋底完全没有变化。这款“小白鞋”的研发，终于成功了。

在进行小批量生产后，团队将小白鞋送给了北化工的同学们，还特意做了小程序，让学生反馈情况。

“开始我们收到的反馈结果并不多，后来我们去问才知道，有一半学生说，都没舍得穿。我们就跟大家说，穿完了还给换新的！”王朝说，后续，他们还会不断根据学生的反馈，对配方进行调整。

“鞋子放几年也不会有变化的，但埋进土里就不行了，慢慢就降解掉了。”王朝介绍道，在学校发布了这项成果后，很多鞋企都找来寻求合作，还有一些做手套、瑜伽垫、橡胶护具的厂家，也都对可降解材料有同样的需求。