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智能纺织品现状和趋势
尹 博
（西安工程大学机电工程学院,陕西西安 710048）
摘 要 本文旨在对智能纺织品的概念进行介绍,并对现有智能纺织品材料进行分类,介绍了现有4 种纺织品处理工艺以及智能纺织品的8 种智能材料,此外,列表总结归纳了现有智能纺织品的应用情况,分析了未来纺织品将会朝着多功能、易穿着、低成本、环保型、美观化的方向发展.
关键词 智能纺织品；纺织品处理工艺；智能材料
中图分类号：TS10
文献标识码：A
0 前言
进入21 世纪以来,学科间知识不断交叉融合,先进的科学技术在新型纺织材料中得到广泛应用.当前,纺织品正朝着智能化、交互式、功能高度集成化的方向发展,使得纺织品具有了对温度、热量、电磁场、位置、运动、力、辐射、湿度、生物活性等量等测量和感应功能,渴望在航天服、恶劣环境下的工作服以及运动休闲服饰中起到检测、信息传递、信号反馈、生命保护等特定功能,故在航空航天、生物医学、休闲娱乐、体育运动、医疗保健等领域有着重要的应用前景和巨大的市场潜力.随着新材料新技术的不断问世,其纺织品必将会有很广阔的应用前景.
为进一步了解当前智能纺织品发展现状,本文主要对目前智能纺织品进行简要分析,对现有纺织品处理工艺进行整理,并归纳分析智能纺织品的种类以及发展趋势,对未来智能纺织品进行了展望.
1 智能纺织品的概念及分类
1988 年日本高木俊宜教授最早将信息科学融于材料构性和功能中, 提出智能材料（SmartMaterials）[1].智能材料是指根据外部环境的变化,自身感知并做出判断,发出指令,执行和完成相应的行为,并且集自检测、自诊断、自监控、自矫正、自适应及自修复为一体的功能材料.
根据智能材料的特性可将智能材料分为被动智能材料、主动智能材料和高级智能材料.被动智能材料对外界条件只能感知,如压电材料、电流变体、磁流变体、光导纤维等；主动智能材料能够感知外界的刺激,并对刺激做出相应的响应与环境相协调,如光热致变材料、形状记忆材料、相变材料等；高级智能材料既能感知外界环境刺激并作出相应,还能自动调节以适应外界环境的条件和刺激,如集机械、电子、纺织于一体的材料等[2].
2 智能纺织品处理工艺
2.1 等离子体处理
等离子体处理方法是指在不改变织物材料抗撕裂性、柔韧性、密度等性质的前提下对织物表面改性处理的一种处理工艺[2].采用等离子体处理工艺可以提高织物染色和印花的亲和力、抗菌灭菌、提高表面电导率等性能,而通过此种工艺处理的织物可以作为防火材料、香水面料、疏水、亲水织物等.
2.2 溶胶凝胶技术处理
溶胶是指含有小固体颗粒（10-9-10-6m）的胶态悬浮液,凝胶则是比溶胶固体颗粒更大的分子的胶态悬浮液.20 世纪中期,就有研究人员发现用溶胶-凝胶处理过的织物具有较高的耐磨性.而随着溶胶凝胶技术的发展,采用此种工艺处理的织物具有了高耐磨性、抗菌、防紫外线、防油防水、易护理、导电率等相关优点.
2.3 紫外线（UV）处理
紫外线处理是用波长为1-400nm 的电磁辐射照射.其目的是通过紫外线照射使织物表面的颜料、染料、涂层干燥或固化.从而高效率生产低挥发性有机化合物织物、温度敏感织物以及紧凑型电子元件织物.这种方法处理的纺织品在医疗卫生方面具有很高的利用价值[4].
2.4 纳米技术的运用
纳米技术将具有纳米级尺寸的结构用于织物中,从而实现织物高强度、高透气性、更柔软轻便的特性.纳米级材料可以通过各种元件载体和不同的涂层技术加载导织物上,从而实现相应的功能[4].
3 智能纺织品所采用的智能材料
近几年,随着全球新型材料和纺织品种类的迅速增多,智能材料将逐渐的取代传统的非智能材料.先进材料、纳米技术、智能材料的出现将会使得智能纺织品在新的领域有更快、更好的发展.就目前的技术发展现状,智能材料主要有以下8 种：
3.1 功能纤维
功能纺织纤维是比普通纤维（如棉、聚酯、聚酰胺等）具有更好性能的纤维材料.这些功能纤维一般具有抗高温、高强度、低吸湿性、无蠕变、耐化学性和耐火性等特点,例如芳族聚酰胺纤维、芳纶、玻璃纤维、聚丙烯腈预氧化纤维、凯夫拉尔纤维等在消防、防弹、化学和有害射线的保护方面有很好的利用.
3.2 纳米纤维
纳米纤维是指直径为纳米尺度而长度较大的具有一定长径比的线状材料,其尺寸在50-1000nm 之间,把添加了纳米级（小于100 nm）粉末填充物的纤维也称为纳米纤维.目前制造纳米纤维的方法有拉伸、模板合成、自组装、微相分离、静电纺丝等.碳原子链是目前最细的纳米纤维,我国目前可以制造出直径小于0.4nm 的碳纳米管,处于世界的领先水平.由于纳米纤维具有较大的长径比,纤维结构很少有缺陷,强度是一般纤维的200 倍,并且具有奇异的导电特性,可用其做成微电子元件嵌于织物中实现各种功能.
3.3 变色纤维
变色纤维是一种具有特殊组成或结构,在受到光、热、水分或辐射等外界刺激后有可逆性自动改变颜色的纤维.变色纤维具体又可分为光敏变色纤维和热敏变色纤维（温敏变色纤维）.
光敏变色纤维是指具有光致变色性能的纤维.美国Cyanamide 公司为满足美军对作战服装的要求,开发了一种吸收光线后可改变颜色的织物,这是光敏纤维最早的实例.现阶段,美国研究人员已经研究出能从橙色变为蓝色,从红色变为蓝色的纤维.日本制成的光敏纤维在无阳光的条件下不变色,在阳光或UV 照射下显深绿色.
温敏变色纤维是随温度的变化颜色发生变化的纤维.日本东丽公司开发的Sway 织物是将热敏材料密封在微胶囊中,然后涂层整理在植物表面.胶囊中包含三种成分：热敏变色性色素、显色剂、消色剂.调整这三种物质的比例就可得到可逆的温敏变色纤维[5].
3.4 压电材料
压电材料就是在受到压力时会在两端面间出现电压的晶体材料.按照其材料的不同分为无机压电材料和有机压电材料.
无机压电材料主要指压电晶体和压电陶瓷,压电晶体一般指压电单晶体,其结构无对称中心,具有压电性.压电陶瓷压电性强、介电常数高,可以加工成任意形状,也被制成陶瓷纤维,在织物中有所应用.如美国的内莱公司用陶瓷的聚酯纤维制作出一种“智能T 恤衫”,这种T 恤衫即可防紫外线又可杀灭蚊子.因为这种衬衫的纤维里含有陶瓷,所以能够控制衣服内的温度,无论在室内还是室外,都能达到舒适的效果.
有机压电材料又称压电聚合物,如PVDF.采用柔性多层聚偏二氟乙烯（PVDF）双压电晶片制成的运动鞋[6],可以将运动的机械能转化成电能储存起来使用.
3.5 导电聚合物
最早的导电聚合物是1977 年从掺碘聚乙炔中获得的.近年来,人们已经实现了通过导电聚合物丝线编织成织物实现加热功能,达到织物保暖的作用.通过将聚合物符合材料与新兴导电材料如炭黑,合成石墨和碳纳米管,制成导电聚合物.
3.6 相变材料
相变材料是指随着温度变化而改变物质状态并能提供潜热的物质.相变材料在服装、内衣、袜子、鞋子、床上用品等不同种类的纺织品领域得到了高度的应用.同时在军事如防弹背心,医疗,汽车等行业也有相应的应用.
3.7 形状记忆材料
在智能纺织品领域形状记忆材料主要是指形状记忆纤维.形状记忆纤维是一种在一定条件下产生塑性形变,当加热到某一温度时,纤维又恢复到初始的形状的纤维.应用最普遍的形状记忆纤维是镍钛合金纤维,如瑞士Mcrofil Industries 公司生产的一种镍钛合金（镍含量为50.63%）纤维,直径为300μm.
英国将太镍合金纤维固定在面料中制成防烫伤服装,能起到很好的防烫伤作用.美国学者将聚乙二醇与各种纤维（如棉、聚酯、聚氨酯、聚酰胺）共混物结合,研发出具有热适应性和可逆收缩性的纤维,这种纤维常用于伪装系统、热传感器、体温调节、烧伤治疗的生物医学制品中.
3.8 生物模拟材料
大自然中有许多现象是需要人类来借鉴学习的.比如植物组织的超疏水性和自洁性,鸟类羽毛的自然多彩性,北极熊皮毛的超级保暖性等等,这些生物所具有的特有功能人类如果可以研究出相同功能的生物模拟材料用于智能纺织品中,将会对纺织品的发展带来巨大的进步.
4 现阶段智能纺织品的应用
现阶段,智能纺织品的发展十分迅速,现将目前部分智能纺织品的应用分类总结如下表1 所示,通过表格来明确目前智能纺织品的应用现状.
通过表格可以看出,目前的智能纺织品主要为上述所说的三类,并且在智能纤维方面以及织物与电子元件结合方面应用较多,而在纳米级材料、生物模拟材料等方面应用较少.
5 未来智能纺织品的发展趋势
在目前智能纺织品的开发过程中,坚持的理念是针对某些特定的功能要求,结合相应的功能或智能纤维,以及其他智能材料,以织造或整理的形式加工成或引入到纺织品中,从而开发出能够满足用户需求的纺织品.智能纺织品能够实现的关键是多种技术的相互融合,随着纺织科学技术的发展,智能纺织品的功能将会更加的完善,它的发展主要有以下几个方向[12]：
（1）多功能化：目前智能纺织品的技术还未有实质性的突破,还不能实现一物多用的智能纺织品,而随着科学的不断进步,多功能的智能纺织品将会陆续的出现；
（2）易于穿着：智能纺织品的出现就是为人类生活的方便服务的,所以要便于穿戴,提高智能纺织品的舒适性,使其可以像普通织物一样可以洗涤,整理；
（3）低成本化：智能纺织品的研究应当朝着低成本的方向发展,采用低成本的组合技术,从而适应不同层次的消费者；
（4）绿色环保：电子智能纺织品存在的一个最大的问题就是它会像其他电子产品一样产生电磁波辐射,将来的智能纺织品应当尽量的避免这些电磁辐射,同时生产过程中要尽量的减少资源的浪费；
（5）美观性：为与时尚接轨,智能纺织品还必须注重它的美观性能,这样可以更好的迎合广大的消费者.
如今,智能功能纤维以及智能纺织品的研究开发工作已进入一个新的阶段,更注重高性能、高附加值.智能纺织品必须朝着多功能、易穿着、低成本、环保型、美观化的方向发展.预计到2020 年,智能纤维和智能纺织品将成为世界纺织品市场的主流,而随人们生活水平的提高和智能纺织品需求的增长,其发展的前景将会非常的广阔.
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