智能纺织品

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1、智能纺织品的现状和发展趋势1531015348摘要：智能纺织品是近几年才兴起的一种纺织产品，由于其涉及到化学、生物、 医学、计算机等学科，是一类多学科交叉的高科技产品。文章介绍了智能纺织品 的作用原理、研究现状，并展望了其发展前景。 关键词：智能纺织品；研究现状；发展趋势Abstract：Smart textiles is a textile product, which emerged in recent years due to its involving chemical, biological, medical, computer and other disciplines, is a

2、 kind of multidisciplinary cross of high-tech products.This paper introduces the principle of intelligent textile, the research status quo, and prospected its development prospects.Key words：Smart textiles;The research status;The development trend随着纺织科技的发展，纺织品已突破了原有的保温和美化的范畴，正在逐步 走向功能化和智能化。智能纺织品是一类贯

3、穿纺织、电子、化学、生物、医学等 多学科综合开发的具有高智能化的纺织品，它基于仿生学概念，能够模拟生命系 统，同时有感知和反应双重功能。智能纺织品不仅能够感知外部环境和内部状态 的变化，而且能够实现自检测、自诊断、自调节和自修复等多种特殊功能。智能纺织品的开发研究起步较晚，属于近些年来才出现的高科技产品，它始 于上世纪六、七十年代, 最初主要是将一些电子元件与纺织品相结合，纺织品 仅作为电缆和连接器的载体，应用在医疗、军事、航空等特殊领域，由于当时技 术水平有限, 其发展十分缓慢，产品功能单一，体积庞大。目前，发达国家对 智能纺织品的开发与应用已达到了相当高的水平，美国、日本和欧洲一些国家在

4、这方面已处于领先地位，而我国对智能纺织品的研发还处在起步阶段，它将对我 国纺织行业的发展产生深远的影响。1. 智能纺织品概念及其作用原理材料大辞典中对于智能材料(smart materials)的解释是：模仿生命系 统同时具有感知和驱动双重功能的材料。也就是说某种材料不仅能够感知外界所 发生的变化，而且自身应具备某种反馈机制，从而根据外界变化做出响应。显而 易见，智能纺织品是智能材料的一种。我们可以认为，智能纺织品本身是一个体 系，它需要有感知单元、反馈单元和响应(执行)单元，因此相对于智能纤维而 言，智能服装比较容易通过整合感知元件、反馈元件和响应元件，从而达到“智 慧化”的目的。智能纺织品

5、的作用原理是其通过传感部分感知外界环境的变化，将变化所产 生的信号通过信息处理部分做出判断并发出指令，然后通过驱动部分调整材料的 各种状态，以适应外界环境的变化，从而实现自诊断、自调节、自修复等多种功 能。其作用原理如图所示。环境变化 传感部分智能纺有如下智能特征： 传感功能：能够感知外部或内部的环境条件，如应力、应变、震动、热、I光、 电、磁、化学等的强度及其变化； 反馈功能：可通过内部的传感系统，对系统的输入与输出信息进 行对比，并将对比结果反馈给驱动系统；改变状态 响应功能：能够根据外界环境和内部条件变化，适时动态地作出 相应的反应，并采取必要的响应措施；(4) 自诊断功能：能通过分析比

6、较系统目前的状况与以前的情况，对系统内部因 环境变化出现的问题进行自我诊断；(5) 自修复功能：根据自我诊断，通过原位复合、自生长等修复环节，来修补 某些局部损伤或破坏；(6) 自调节功能：对不断变化的外部环境条件，能及时地自动调整自身结构和功 能，并相应地改变自身的状态，从而使纺织品信息系统始终以一种最优方式对外 界变化作出响应。其设计思路包括两种：第一种是多功能复合，它将多种功能与纺织品相结合；第二种则是仿生设计，它基于仿生学概念，模拟生命系统。其实现通过3种途径:(1) 将智能或改性纤维编入织物，使其具有智能化特性；(2)将某些智能物 质微胶囊化或制成粉体，用染整加工或涂层等方法加工实现

7、或将织物与智能型膜 等材料复合而成；(3)通过织入或嵌入方式使电子元件与织物进行特定组织结 构设计，制成智能服装。2. 智能纺织品的应用2.1 智能调温纺织品2.1.1 智能调温纺织品的定义及制作原理智能调温纺织品是一种通过自动感知外界温度变化，智能双向调节温度变化 的织物。在温度变化时，可吸收、释放或储存热量，也可在周围形成恒定微气候 ，使温度处于舒适范围。其制作原理主要利用相变材料、有调温作用粒子或聚合 物粘附在纤维、纱线和织物上或对其进行后整理。2.1.2 智能调温纺织品的工艺智能调温织物制作工艺有四种方法：(1)中空纤维填塞法：将C02、 无机盐和聚乙二醇等填充到纤维中空部分，制成具有

8、智能调温性能的纺织品；(2) 纺丝法：通过熔融复合纺丝来实现，它将相变材料分散在纺丝熔体或溶液 内进行纺丝，或将调温Outlast纤维与其他纤维混纺；(3)后整理法： 通过涂层整理和浸渍法实现，涂层工艺流程：涂层浆配制一织物涂层一焙烘；浸 渍法采用浸渍液浸渍一轧一烘一皂洗工艺得到含有相变材料织物，且涂层浆和浸 渍液中均含相变微胶囊、交联剂、催化剂等，或在纤维上镀上具有调温粒子后纺 成纱线，再将其织造成调温纺织品。目前，关于智能调温纺织品的研究集中在高支纱线调温改性处理上，常先研 制智能调温纤维、纱线，再将其制织成织物或调温后整理，以此来织造调温纺织 品。2.2 形状记忆纺织品2.2.1 形状记

9、忆纺织品的定义 所谓“形状记忆”，是指具有某一原始形状的制品，经形变并定形之后，在 特定的外界条件下，如加热等外部刺激手段的处理, 又可使其恢复初始形状的现 象。2.2.2 形状记忆纺织品的工艺目前, 棉织物形状记忆整理技术主要有: 树脂整理、多元羧酸免烫整理、聚 氨酯涂层整理、超柔软桃皮整理、液氨整理等； 真丝绸形状记忆整理技术有: 树 脂整理、三甘醇缩水甘油醚整理等；毛织物形状记忆整理技术有: “机可洗”整 理、“洗可穿”整理等。形状记忆纺织品可运用制作功能性运动服装、羽绒衣、 床上用品。常用记忆面料有很多种，如以PTT记忆纤维为原料的斜纹记忆面 料、常见纹理记忆面料等。2.3 智能防水透

10、湿纺织品2.3.1 智能防水透湿纺织品的定义及制作原理 智能防水透湿织物是指水在压力下不浸透织物，而人体散发出的汗液以水蒸 气形式通过织物自动传导至外界，不在人体表面和织物间积聚冷凝使人感到不舒 适的智能化功能性织物。它制作原理主要是在水蒸气转移机理上，进行前、后处 理来制作。2.3.2 智能防水透湿纺织品的工艺 智能防水透湿织物织造工艺主要包括接枝工艺、智能凝胶工艺、防水透湿高 密织物织造工艺、微孔膜和无孔膜防水透湿织物织造工艺。接枝工艺过程如下： 织物f电子束预辐照浸入单体水溶液进行接枝共聚反应一漂洗一水煮和 清洗一晾干。智能凝胶工艺是指利用凝胶材料在受到环境变化刺激时，其体 积会发生变化

11、，吸水体积变大，脱水体积变小，是纺织品在干燥时透湿，遇水后 防水的工艺体现。防 水 透 湿 高 密 织 物 工 艺 据 孔 隙 自 然 扩 散 机 理，当气体分子通过纱线间孔隙由高浓度向低浓度方向自然扩散时，该过程不可 逆，用这一原理设计具有智能防水透湿高密纺织品。微孔膜防水透湿织物织造机 理是用微孔直径为水滴的数千至数万分之一，而是水蒸气分子的几百倍。且孔隙 和通道在内部连成网络，起防水透湿作用。无孔膜防水透湿织物是在嵌段共聚物 大分子链上引入亲水性链段制成薄膜，水分子以薄膜上亲水性链段中的亲水基 团为依托，由高湿度侧传到低湿度侧，按这一原理引入工艺可制作此种纺织品。2.4 智能变色纺织品2

12、.4.1 智能变色纺织品的定义 智能变色纺织品是指随环境变化织物显示不同颜色。其制作原理主要是利用变色染料或颜料加工整理或与电子元件相结合制得。2.4.2 智能变色纺织品的工艺变色纺织品可通过以下方法得到：（1）在织物中添加电子变色纤维、染料、 涂料等；（2）生产带有磁性纳米颗粒，通过外部机电装置内磁场感应作用，产 生颜色变化；（3）微胶囊技术芯材料使用，在此基础上制作智能变色纺织品。2.5 电子信息智能纺织品电子纺织品是基于电子技术, 将传感、通讯、人工智能等高科技手段应用 到纺织技术上, 而开发出的新型纺织品。电子信息智能纺织品是目前技术织物领 域研究的热点课题，它将微电子、信息、计算机等

13、技术融合到纺织品中，能按照 预先的设定采集信号，并能对信号做出处理及反馈。现已开发的产品中，柔性电 子元件植入纺织品内部，传感器、柔性体纺织开关、柔性电子线路板、导电纱线 与纺织品融为一体。3. 展望高新技术、信息技术与纺织品相结合，将促进纺织品的升级换代，智能纺织 品将会成为新世纪纺织品竞争的焦点之一。未来的智能纺织品将向以下几个方向 发展：（1）多功能化：由于技术水平的局限性，目前大部分智能纺织品的功能过于单 一。随着科技的发展，智能纺织品将趋于多功能化，如同时包含形状记忆、生理 监测、全球定位及音乐播放等功能。（2）低成本化：未来的智能纺织品将具备低成本的组合技术，那样，智能纺织 品的价

14、格才能被普通消费者接受，才能有更广阔的市场。（3）易于穿着：智能纺织品将会与普通纺织品一样穿着舒适，可随意折叠、洗 涤和进行各种整理，同时各种电子产品直接嵌入面料中，使智能纺织品与普通纺 织品看起来没什么两样。（4）美观：智能化的纺织品，尤其是针对普通消费者的纺织品，不仅要有强大 的功能性，还要符合美学的要求，符合时尚的要求。这就需要将时尚与科技结合 到纺织品中。（5）绿色环保：智能纺织品不仅要求对身体没有危害，如一些电子纺织品可能 产生电磁波辐射，还要求生产过程无污染，节约能源，绿色环保。这也是未来智 能纺织品必须解决的一个问题。4. 结语智能纺织品是继功能纺织品之后出现的又一类型的高科技纺

15、织品, 它在增加 服装舒适性、提高人们的生活质量、改善人们的劳动条件、满足某些特种行业和 特种场合的需要等方面正在发挥越来越重要的作用。随着科技的进步及多学科的 相互交叉、渗透和融合， 纺织材料的研究开发已经进入到一个新的领域, 正在 向着高功能、高附加值的方向发展。智能纺织品的加工技术也在不断地深入相信 在不远的将来，其品种会越来越丰富，应用范围也将越来越广。5. 参考文献1 沈新元，沈云.智能纤维的现状及发展趋势J.合成纤维工业,2001, 24（ 1） : 1- 52 魏新杰.智能纤维的研究进展J.济南纺织化纤科技，2006（4）:4 7. 张云逸.智能纤维的生产及其发展前景J.山东纺织科技2011, 51（2）： 44-46 师昌绪.材料大辞典M.背景:化学工业出版社,1994: 1161.窦明池.智能纺织品的研究进展】J.河北纺织，2006(3):13王运利刘夺奎，张莹智能纺织品及其在不同领域中的应用J染整技术2008(30):17施楣梧，肖 红智能纺织品的现状和发展趋势J高科技纤维与应用2010(35)-4