智能紡織品的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

尹 博

智能紡織品的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

尹 博

（西安工程大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，陜西西安 710048）

本文旨在對(duì)智能紡織品的概念進(jìn)行介紹，并對(duì)現(xiàn)有智能紡織品材料進(jìn)行分類，介紹了現(xiàn)有4種紡織品處理工藝以及智能紡織品的8種智能材料，此外，列表總結(jié)歸納了現(xiàn)有智能紡織品的應(yīng)用情況，分析了未來紡織品將會(huì)朝著多功能、易穿著、低成本、環(huán)保型、美觀化的方向發(fā)展。

智能紡織品；紡織品處理工藝；智能材料

0 前言

進(jìn)入21世紀(jì)以來，學(xué)科間知識(shí)不斷交叉融合，先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)在新型紡織材料中得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)前，紡織品正朝著智能化、交互式、功能高度集成化的方向發(fā)展，使得紡織品具有了對(duì)溫度、熱量、電磁場(chǎng)、位置、運(yùn)動(dòng)、力、輻射、濕度、生物活性等量等測(cè)量和感應(yīng)功能，渴望在航天服、惡劣環(huán)境下的工作服以及運(yùn)動(dòng)休閑服飾中起到檢測(cè)、信息傳遞、信號(hào)反饋、生命保護(hù)等特定功能，故在航空航天、生物醫(yī)學(xué)、休閑娛樂、體育運(yùn)動(dòng)、醫(yī)療保健等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景和巨大的市場(chǎng)潛力。隨著新材料新技術(shù)的不斷問世，其紡織品必將會(huì)有很廣闊的應(yīng)用前景。

為進(jìn)一步了解當(dāng)前智能紡織品發(fā)展現(xiàn)狀，本文主要對(duì)目前智能紡織品進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，對(duì)現(xiàn)有紡織品處理工藝進(jìn)行整理，并歸納分析智能紡織品的種類以及發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)未來智能紡織品進(jìn)行了展望。

1 智能紡織品的概念及分類

1988年日本高木俊宜教授最早將信息科學(xué)融于材料構(gòu)性和功能中，提出智能材料（Smart Materials）[1]。智能材料是指根據(jù)外部環(huán)境的變化，自身感知并做出判斷，發(fā)出指令，執(zhí)行和完成相應(yīng)的行為，并且集自檢測(cè)、自診斷、自監(jiān)控、自矯正、自適應(yīng)及自修復(fù)為一體的功能材料。

根據(jù)智能材料的特性可將智能材料分為被動(dòng)智能材料、主動(dòng)智能材料和高級(jí)智能材料。被動(dòng)智能材料對(duì)外界條件只能感知，如壓電材料、電流變體、磁流變體、光導(dǎo)纖維等；主動(dòng)智能材料能夠感知外界的刺激，并對(duì)刺激做出相應(yīng)的響應(yīng)與環(huán)境相協(xié)調(diào)，如光熱致變材料、形狀記憶材料、相變材料等；高級(jí)智能材料既能感知外界環(huán)境刺激并作出相應(yīng)，還能自動(dòng)調(diào)節(jié)以適應(yīng)外界環(huán)境的條件和刺激，如集機(jī)械、電子、紡織于一體的材料等[2]。

各向同性材料：本身具有各向同性屬性的原料，多種物料均勻混合，各微小顆粒體雖然具有各向異性屬性，但由于大量微小顆粒的隨機(jī)分布，可以將其均勻混合物近似視為各向同性材料。配合飼料雖然由玉米等大量各向異性原料微?；旌隙?，但由于大量微粒的隨機(jī)分布和排列，可將模孔中的物料顆粒近似視為各項(xiàng)同性材料(武凱等，2013)。各向同性材料其實(shí)是橫觀各向同性材料的特殊情況。

2 智能紡織品處理工藝

2.1 等離子體處理

在當(dāng)下經(jīng)濟(jì)體制中，組織的競(jìng)爭(zhēng)能力，實(shí)際上就是人才的競(jìng)爭(zhēng)，即企業(yè)與企業(yè)之間人力資源團(tuán)隊(duì)的競(jìng)爭(zhēng)，可以說人力資源直接決定著一個(gè)企業(yè)、一個(gè)組織的人才管理體制優(yōu)越性。

等離子體處理方法是指在不改變織物材料抗撕裂性、柔韌性、密度等性質(zhì)的前提下對(duì)織物表面改性處理的一種處理工藝[2]。采用等離子體處理工藝可以提高織物染色和印花的親和力、抗菌滅菌、提高表面電導(dǎo)率等性能，而通過此種工藝處理的織物可以作為防火材料、香水面料、疏水、親水織物等。

2.2 溶膠凝膠技術(shù)處理

溶膠是指含有小固體顆粒（10-9-10-6m）的膠態(tài)懸浮液，凝膠則是比溶膠固體顆粒更大的分子的膠態(tài)懸浮液。20世紀(jì)中期，就有研究人員發(fā)現(xiàn)用溶膠-凝膠處理過的織物具有較高的耐磨性。而隨著溶膠凝膠技術(shù)的發(fā)展，采用此種工藝處理的織物具有了高耐磨性、抗菌、防紫外線、防油防水、易護(hù)理、導(dǎo)電率等相關(guān)優(yōu)點(diǎn)。

綜上所述，堪輿術(shù)不但影響著韓國(guó)漢文小說的結(jié)構(gòu)框架，而且滲透于小說對(duì)人物形象的塑造，同時(shí)，以堪輿為主題的韓國(guó)漢文小說還深受當(dāng)時(shí)社會(huì)風(fēng)氣的浸染，并在一定程度上反映了古代朝鮮的喪葬文化，宣揚(yáng)了行善積德等社會(huì)觀念。

紫外線處理是用波長(zhǎng)為1-400nm的電磁輻射照射。其目的是通過紫外線照射使織物表面的顏料、染料、涂層干燥或固化。從而高效率生產(chǎn)低揮發(fā)性有機(jī)化合物織物、溫度敏感織物以及緊湊型電子元件織物。這種方法處理的紡織品在醫(yī)療衛(wèi)生方面具有很高的利用價(jià)值[4]。

2.4 納米技術(shù)的運(yùn)用

納米技術(shù)將具有納米級(jí)尺寸的結(jié)構(gòu)用于織物中，從而實(shí)現(xiàn)織物高強(qiáng)度、高透氣性、更柔軟輕便的特性。納米級(jí)材料可以通過各種元件載體和不同的涂層技術(shù)加載導(dǎo)織物上，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能[4]。

3 智能紡織品所采用的智能材料

近幾年，隨著全球新型材料和紡織品種類的迅速增多，智能材料將逐漸的取代傳統(tǒng)的非智能材料。先進(jìn)材料、納米技術(shù)、智能材料的出現(xiàn)將會(huì)使得智能紡織品在新的領(lǐng)域有更快、更好的發(fā)展。就目前的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，智能材料主要有以下8種：

3.1 功能纖維

隨著我國(guó)會(huì)計(jì)制度的不斷革新，給企業(yè)財(cái)會(huì)工作水平的提升創(chuàng)造了便利條件，加之計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，使得會(huì)計(jì)電算化得以誕生，更大程度地推動(dòng)了企業(yè)的發(fā)展。但是對(duì)于企業(yè)會(huì)計(jì)檔案管理工作而言，會(huì)計(jì)電算化的應(yīng)用還存在一些缺陷，極大地影響了檔案管理工作效率和質(zhì)量的提升，如何有效解決這些問題，成為當(dāng)下企業(yè)相關(guān)負(fù)責(zé)人需要思考的一大難題，需要給予足夠重視。

功能紡織纖維是比普通纖維（如棉、聚酯、聚酰胺等）具有更好性能的纖維材料。這些功能纖維一般具有抗高溫、高強(qiáng)度、低吸濕性、無蠕變、耐化學(xué)性和耐火性等特點(diǎn)，例如芳族聚酰胺纖維、芳綸、玻璃纖維、聚丙烯腈預(yù)氧化纖維、凱夫拉爾纖維等在消防、防彈、化學(xué)和有害射線的保護(hù)方面有很好的利用。

對(duì)南水北調(diào)受水區(qū)來說，主要是實(shí)施海水入侵防治、集中式地下水飲用水水源地防護(hù)和污染含水層修復(fù)。受水區(qū)可以采用適宜的地下水修復(fù)方法，如滲透性反應(yīng)墻法、抽出—處理法、物理阻隔法和原位微生物修復(fù)技術(shù)等，對(duì)地下水水質(zhì)進(jìn)行修復(fù)。

3.2 納米纖維

史海沉鉤，以古鑒今。前赴后繼的共產(chǎn)黨人留給我們寶貴的歷史遺產(chǎn)，光榮偉大的革命先輩撒播下純正的革命種子，這是我們不朽的精神源泉，激勵(lì)我們不懈地繼續(xù)追求新時(shí)代的中國(guó)夢(mèng)。70年風(fēng)雨滄桑，鐫刻在淮海戰(zhàn)役烈士紀(jì)念碑上的大字依舊閃閃發(fā)光，永垂不朽，激勵(lì)后人。炮火與鮮血中誕生的共和國(guó)在一條光明的大道上堅(jiān)定前行著，牢記歷史，把握當(dāng)下，淮海戰(zhàn)役精神將會(huì)在今天煥發(fā)出一種新的生命力與活力。

納米纖維是指直徑為納米尺度而長(zhǎng)度較大的具有一定長(zhǎng)徑比的線狀材料，其尺寸在50-1000nm之間，把添加了納米級(jí)（小于100 nm）粉末填充物的纖維也稱為納米纖維。目前制造納米纖維的方法有拉伸、模板合成、自組裝、微相分離、靜電紡絲等。碳原子鏈?zhǔn)悄壳白罴?xì)的納米纖維，我國(guó)目前可以制造出直徑小于0.4nm的碳納米管，處于世界的領(lǐng)先水平。由于納米纖維具有較大的長(zhǎng)徑比，纖維結(jié)構(gòu)很少有缺陷，強(qiáng)度是一般纖維的200倍，并且具有奇異的導(dǎo)電特性，可用其做成微電子元件嵌于織物中實(shí)現(xiàn)各種功能。

現(xiàn)如今的社會(huì)畢竟是信息的時(shí)代，信息技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入每一家庭、每一行業(yè)，同樣的機(jī)械制造行業(yè)也必將依賴信息技術(shù)進(jìn)行更好的發(fā)展，信息技術(shù)對(duì)機(jī)械制造行業(yè)的影響主要體現(xiàn)在生產(chǎn)以及管理上，信息技術(shù)的應(yīng)用大大的提高了生產(chǎn)效率，而且大大降低了生產(chǎn)成本。同時(shí)，在信息技術(shù)的作用下，使得產(chǎn)品的生產(chǎn)周期縮短，使得現(xiàn)代機(jī)械制造工藝擁有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

3.3 變色纖維

根據(jù)以上表格的數(shù)據(jù)，入學(xué)考試中三個(gè)實(shí)驗(yàn)組和三個(gè)對(duì)照組的閱讀和寫作成績(jī)差異不大，經(jīng)過一學(xué)期的學(xué)習(xí)，在四級(jí)考試中除個(gè)別班級(jí)以外，6個(gè)班的閱讀和寫作成績(jī)都有所提高，尤其是三個(gè)實(shí)驗(yàn)組的成績(jī)提高明顯。其中寫作翻譯的成績(jī)有大幅度提升，因?yàn)樗募?jí)考試的寫作和翻譯是合并計(jì)分，對(duì)很多同學(xué)而言，翻譯的難度比寫作低，所以總的寫作部分成績(jī)有較大的提升。

變色纖維是一種具有特殊組成或結(jié)構(gòu)，在受到光、熱、水分或輻射等外界刺激后有可逆性自動(dòng)改變顏色的纖維。變色纖維具體又可分為光敏變色纖維和熱敏變色纖維（溫敏變色纖維）。

光敏變色纖維是指具有光致變色性能的纖維。美國(guó)Cyanamide公司為滿足美軍對(duì)作戰(zhàn)服裝的要求，開發(fā)了一種吸收光線后可改變顏色的織物，這是光敏纖維最早的實(shí)例?，F(xiàn)階段，美國(guó)研究人員已經(jīng)研究出能從橙色變?yōu)樗{(lán)色，從紅色變?yōu)樗{(lán)色的纖維。日本制成的光敏纖維在無陽(yáng)光的條件下不變色，在陽(yáng)光或UV照射下顯深綠色。

溫敏變色纖維是隨溫度的變化顏色發(fā)生變化的纖維。日本東麗公司開發(fā)的Sway織物是將熱敏材料密封在微膠囊中，然后涂層整理在植物表面。膠囊中包含三種成分：熱敏變色性色素、顯色劑、消色劑。調(diào)整這三種物質(zhì)的比例就可得到可逆的溫敏變色纖維[5]。

3.4 壓電材料

3.8 生物模擬材料

無機(jī)壓電材料主要指壓電晶體和壓電陶瓷，壓電晶體一般指壓電單晶體，其結(jié)構(gòu)無對(duì)稱中心，具有壓電性。壓電陶瓷壓電性強(qiáng)、介電常數(shù)高，可以加工成任意形狀，也被制成陶瓷纖維，在織物中有所應(yīng)用。如美國(guó)的內(nèi)萊公司用陶瓷的聚酯纖維制作出一種“智能T恤衫”，這種T恤衫即可防紫外線又可殺滅蚊子。因?yàn)檫@種襯衫的纖維里含有陶瓷，所以能夠控制衣服內(nèi)的溫度，無論在室內(nèi)還是室外，都能達(dá)到舒適的效果。

有些睡不著的晚上，我們會(huì)一起在床上聊天。我們寢室可是絕好的寢室：寢室關(guān)系和睦，大家作息習(xí)慣基本一致，沒人沉迷網(wǎng)游，而且大家都是光棍——因故不會(huì)有半夜給女朋友打電話打得一屋子人睡不著的情況。為了保持優(yōu)良的風(fēng)氣，寢室長(zhǎng)柳哥甚至還追加了三條睡前聊天三不談：不談姑娘，不談網(wǎng)游，不談國(guó)是。

有機(jī)壓電材料又稱壓電聚合物，如PVDF。采用柔性多層聚偏二氟乙烯（PVDF）雙壓電晶片制成的運(yùn)動(dòng)鞋[6]，可以將運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能儲(chǔ)存起來使用。

3.7 形狀記憶材料

2.3 紫外線（UV）處理

在智能紡織品領(lǐng)域形狀記憶材料主要是指形狀記憶纖維。形狀記憶纖維是一種在一定條件下產(chǎn)生塑性形變，當(dāng)加熱到某一溫度時(shí)，纖維又恢復(fù)到初始的形狀的纖維。應(yīng)用最普遍的形狀記憶纖維是鎳鈦合金纖維，如瑞士Mcrofil Industries公司生產(chǎn)的一種鎳鈦合金（鎳含量為50.63%）纖維，直徑為300μm。英國(guó)將太鎳合金纖維固定在面料中制成防燙傷服裝，能起到很好的防燙傷作用。美國(guó)學(xué)者將聚乙二醇與各種纖維（如棉、聚酯、聚氨酯、聚酰胺）共混物結(jié)合，研發(fā)出具有熱適應(yīng)性和可逆收縮性的纖維，這種纖維常用于偽裝系統(tǒng)、熱傳感器、體溫調(diào)節(jié)、燒傷治療的生物醫(yī)學(xué)制品中。

3.6 相變材料

相變材料是指隨著溫度變化而改變物質(zhì)狀態(tài)并能提供潛熱的物質(zhì)。相變材料在服裝、內(nèi)衣、襪子、鞋子、床上用品等不同種類的紡織品領(lǐng)域得到了高度的應(yīng)用。同時(shí)在軍事如防彈背心，醫(yī)療，汽車等行業(yè)也有相應(yīng)的應(yīng)用。

3.5 導(dǎo)電聚合物

Now P can be rewritten asNGis the grids number of FEM model.According to the modal orthogonality principle,P equals zero.Similarly,Then Eq.(16)can besimplified as

最早的導(dǎo)電聚合物是1977年從摻碘聚乙炔中獲得的。近年來，人們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了通過導(dǎo)電聚合物絲線編織成織物實(shí)現(xiàn)加熱功能，達(dá)到織物保暖的作用。通過將聚合物符合材料與新興導(dǎo)電材料如炭黑，合成石墨和碳納米管，制成導(dǎo)電聚合物。

壓電材料就是在受到壓力時(shí)會(huì)在兩端面間出現(xiàn)電壓的晶體材料。按照其材料的不同分為無機(jī)壓電材料和有機(jī)壓電材料。

大自然中有許多現(xiàn)象是需要人類來借鑒學(xué)習(xí)的。比如植物組織的超疏水性和自潔性，鳥類羽毛的自然多彩性，北極熊皮毛的超級(jí)保暖性等等，這些生物所具有的特有功能人類如果可以研究出相同功能的生物模擬材料用于智能紡織品中，將會(huì)對(duì)紡織品的發(fā)展帶來巨大的進(jìn)步。

4 現(xiàn)階段智能紡織品的應(yīng)用

現(xiàn)階段，智能紡織品的發(fā)展十分迅速，現(xiàn)將目前部分智能紡織品的應(yīng)用分類總結(jié)如下表1所示，通過表格來明確目前智能紡織品的應(yīng)用現(xiàn)狀。

表1 現(xiàn)階段部分智能紡織品分類總結(jié)

續(xù)表1

通過表格可以看出，目前的智能紡織品主要為上述所說的三類，并且在智能纖維方面以及織物與電子元件結(jié)合方面應(yīng)用較多，而在納米級(jí)材料、生物模擬材料等方面應(yīng)用較少。

5 未來智能紡織品的發(fā)展趨勢(shì)

在目前智能紡織品的開發(fā)過程中，堅(jiān)持的理念是針對(duì)某些特定的功能要求，結(jié)合相應(yīng)的功能或智能纖維，以及其他智能材料，以織造或整理的形式加工成或引入到紡織品中，從而開發(fā)出能夠滿足用戶需求的紡織品。智能紡織品能夠?qū)崿F(xiàn)的關(guān)鍵是多種技術(shù)的相互融合，隨著紡織科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能紡織品的功能將會(huì)更加的完善，它的發(fā)展主要有以下幾個(gè)方向[12]：

（1）多功能化：目前智能紡織品的技術(shù)還未有實(shí)質(zhì)性的突破，還不能實(shí)現(xiàn)一物多用的智能紡織品，而隨著科學(xué)的不斷進(jìn)步，多功能的智能紡織品將會(huì)陸續(xù)的出現(xiàn)；

（2）易于穿著：智能紡織品的出現(xiàn)就是為人類生活的方便服務(wù)的，所以要便于穿戴，提高智能紡織品的舒適性，使其可以像普通織物一樣可以洗滌，整理；

（3）低成本化：智能紡織品的研究應(yīng)當(dāng)朝著低成本的方向發(fā)展，采用低成本的組合技術(shù)，從而適應(yīng)不同層次的消費(fèi)者；

（4）綠色環(huán)保：電子智能紡織品存在的一個(gè)最大的問題就是它會(huì)像其他電子產(chǎn)品一樣產(chǎn)生電磁波輻射，將來的智能紡織品應(yīng)當(dāng)盡量的避免這些電磁輻射，同時(shí)生產(chǎn)過程中要盡量的減少資源的浪費(fèi)；

我們有時(shí)也去打網(wǎng)球玩玩，球撞到她臉上的時(shí)候，她才用球拍遮了一下，否則她半天也打不到一個(gè)球。因?yàn)樗簧狭藞?chǎng)站在白線上就是白線上，站在格子里就是格子里，她根本地不動(dòng)。有的時(shí)候她竟拿著網(wǎng)球拍子站著一邊去看風(fēng)景去。尤其是大家打完了網(wǎng)球，吃東西的吃東西去了，洗臉的洗臉去了，惟有她一個(gè)人站在短籬前面，向著遠(yuǎn)遠(yuǎn)的哈爾濱市影癡望著。

（5）美觀性：為與時(shí)尚接軌，智能紡織品還必須注重它的美觀性能，這樣可以更好的迎合廣大的消費(fèi)者。

如今，智能功能纖維以及智能紡織品的研究開發(fā)工作已進(jìn)入一個(gè)新的階段，更注重高性能、高附加值。智能紡織品必須朝著多功能、易穿著、低成本、環(huán)保型、美觀化的方向發(fā)展。預(yù)計(jì)到2020年，智能纖維和智能紡織品將成為世界紡織品市場(chǎng)的主流，而隨人們生活水平的提高和智能紡織品需求的增長(zhǎng)，其發(fā)展的前景將會(huì)非常的廣闊。

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Research status and development trend of intelligent textiles

YIN Bo
(College of Mechanical and Electrical Engineering, Xi，an Polytechnic University, Shanxi Xi，an 710048 , China)

This paper aims to introduce the concept of smart textiles, and the existing classification of intelligent textile materials, introduces the existing four kinds of textile processing technology and intelligent textiles eight kinds of smart materials, in addition, the list summarizes the current situation of the application of intelligent textiles, analyzes the future of textile will move towards a multi-functional, easy to wear, low-cost, environmentally friendly, beautiful and the direction of development.

smart textiles; textile processing technology; smart materials

TS10

A

投稿日期：2017-05-15

尹博（1991-），西安工程大學(xué)碩士研究生，機(jī)械電子工程專業(yè)，從事織物表面微滴噴射打印沉積柔性導(dǎo)電線路性能方面研究。參與國(guó)家自然基金項(xiàng)目一項(xiàng)，省級(jí)科研項(xiàng)目?jī)身?xiàng)。