智能纖維在服裝中的應(yīng)用與發(fā)展

張春媛，王 軍

(大連工業(yè)大學(xué) 服裝學(xué)院，遼寧 大連 116034)

智能纖維在服裝中的應(yīng)用與發(fā)展

張春媛，王 軍*

(大連工業(yè)大學(xué) 服裝學(xué)院，遼寧 大連 116034)

分析了智能纖維中的形狀記憶纖維、相變纖維、變色纖維、導(dǎo)電纖維在智能服裝中的應(yīng)用情況，以及目前智能纖維研究面臨的實(shí)用性、舒適安全性和加工性等問題，展望了智能服裝纖維向性能優(yōu)化、安全環(huán)保和市場化方向的發(fā)展趨勢。

智能纖維；智能服裝；應(yīng)用；發(fā)展趨勢

近二十年來，隨著仿生技術(shù)、納米技術(shù)、微膠囊技術(shù)和電子信息技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，智能纖維的研發(fā)取得了較大的成效。開發(fā)智能纖維以及智能紡織服裝是目前國內(nèi)外紡織服裝領(lǐng)域的主要關(guān)注方向之一，也是今后不可阻擋的發(fā)展趨勢[1]。智能纖維的不斷發(fā)展與創(chuàng)新，給智能服裝領(lǐng)域帶來了活力與生機(jī)；各種各樣的智能服裝涌現(xiàn)，給人們的生活帶來了許多便利與快樂。智能纖維在智能服裝中的應(yīng)用是服裝領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。

1 智能纖維在服裝中的應(yīng)用

智能服裝材料是指對(duì)外界環(huán)境(機(jī)械、熱、化學(xué)、光、濕度、電磁等)或內(nèi)部狀態(tài)所發(fā)生的變化有感知并能做出響應(yīng)，同時(shí)保留服裝材料固有風(fēng)格和服用性能的材料[2]。本文主要介紹智能纖維中的形狀記憶纖維、相變纖維、變色纖維、導(dǎo)電纖維在服裝中的應(yīng)用。

1.1 形狀記憶纖維在服裝中的應(yīng)用

形狀記憶纖維是指在一定條件下(應(yīng)力、溫度等)發(fā)生塑性形變后，在特定條件刺激下能恢復(fù)初始形狀的一類纖維[3]。由形狀記憶纖維織造成的織物,先經(jīng)過一定的條件進(jìn)行形變，然后對(duì)形變的纖維進(jìn)行外部刺激，比如加熱、水洗等，織物可以回復(fù)本來的形狀，也就是說由形狀記憶纖維制成的織物具有記憶纖維最初形狀的功能。目前，形狀記憶纖維多用于特殊工作服，如阻熱隔熱服、防水透濕服、懶人襯衫、抗浸保溫服等[4]。

英國科研人員研發(fā)出一款防燙傷智能服裝，它是由鎳鈦合金纖維加工而成的，形狀記憶合金纖維在服裝達(dá)到一定的高溫時(shí)會(huì)發(fā)生形變[5]。服裝表面是平的，當(dāng)接觸到高溫時(shí)，轉(zhuǎn)變成螺旋狀，這樣就可以在夾層中形成空隙，隔離開人體與服裝，達(dá)到防燙傷的功能。

西班牙Kukkia公司開發(fā)出了一種新型纖維，是一種對(duì)熱效應(yīng)有記憶功能的鎳鈦合金線，利用它制成一朵絹花，裝飾在女士服裝外套領(lǐng)子處，兼具美感與科技感。當(dāng)人們用手觸摸絹花時(shí)，花瓣感知到人體的溫度就會(huì)自動(dòng)合攏，當(dāng)手拿開時(shí)花瓣又恢復(fù)到自然張開的狀態(tài)，如圖1所示。

圖1 形狀記憶絹花

1.2 相變纖維在服裝中的應(yīng)用

相變纖維是利用相變過程中吸收熱量和釋放熱量的特性開發(fā)的一種蓄熱調(diào)溫功能纖維[6]，能夠自動(dòng)感知環(huán)境溫度的變化而智能調(diào)節(jié)溫度的高科技纖維產(chǎn)品。目前，市場上的相變纖維有Outlast、Thermasorb、Comfortemp和Cool Vest等，它們可以在不斷變化的環(huán)境中反復(fù)循環(huán)使用達(dá)1 000次以上。現(xiàn)在主要應(yīng)用于滑雪服、消防服、內(nèi)衣、帽子、手套等襪子等。

美國最開始研發(fā)和制造相變材料是因?yàn)榈窃掠?jì)劃的需要，1988年美國研發(fā)和制造出了Outlast纖維，1994年之后逐步實(shí)現(xiàn)了調(diào)溫紡織品的商用價(jià)值，并持續(xù)提升其產(chǎn)品性能。美國著名的Polytech公司研發(fā)制造的reatech“空調(diào)”織物能夠調(diào)溫，而且具有聚氨酯涂層。

美國安伯士國際集團(tuán)與河北保定雄亞紡織集團(tuán)共同借助“太空技術(shù)”，使用美國太空署開發(fā)的高科技太空相變調(diào)溫纖維與進(jìn)口高級(jí)洛科絨合成的方法，設(shè)計(jì)出了相變調(diào)溫洛科絨線，而且還推出了國內(nèi)首款具有冬暖夏涼性能的服裝，如圖2所示。

圖2 空調(diào)服

凡·赫本(Iris van Herpen)在2011秋冬高級(jí)定制秀中設(shè)計(jì)的驚世駭俗的3D水裙，是使用特殊材質(zhì)使其加熱變軟，再一點(diǎn)點(diǎn)彎出水的樣子，如圖3所示。

圖3 凡·赫本的3D水裙

1.3 變色纖維在服裝中的應(yīng)用

變色纖維是指具有特殊組織或結(jié)構(gòu)，在受光、熱、水分或輻射等刺激后，顏色能自動(dòng)改變且可逆的纖維[7]。變色纖維的反應(yīng)機(jī)理主要包括光敏和溫敏。變色纖維一般應(yīng)用于戰(zhàn)斗服、警示服和舞臺(tái)服裝等。

在20世紀(jì)70年代，美國的CYNAMDE公司為美國軍隊(duì)研發(fā)和制造了世界上第一件變色服裝，它能夠根據(jù)相關(guān)的外界環(huán)境，吸收光線，改變本身的顏色，適應(yīng)外界環(huán)境，更好地保障士兵的安全。

英國人克里斯·埃貝耶利用熱敏變色纖維制成一種能發(fā)出警示的嬰兒穿著的智能變色服，當(dāng)寶寶的體溫超過37 ℃,服裝就會(huì)變?yōu)榘咨w溫越高，顏色會(huì)越淺[8]，如圖4所示。

圖4 嬰兒智能變色服

美國Weili Pu公司在變色纖維的應(yīng)用上有很多創(chuàng)新設(shè)計(jì)。有一種衣服是由光敏變色的離子交換纖維織成的，在草原上能變?yōu)辄S色，而在森林中卻又能變?yōu)榫G色。另一新產(chǎn)品是由熱敏變色纖維織成的針織衫，這種針織衫平時(shí)呈藍(lán)灰色，當(dāng)穿在身上，它會(huì)隨著溫度改變而變成粉紅色或綠色。

1.4 導(dǎo)電纖維在服裝中的應(yīng)用

導(dǎo)電纖維是指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(20 ℃、相對(duì)濕度65%)下，比電阻低于107 Ω·cm的纖維[9]，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能和消除靜電的性能，主要被用于消除靜電、吸收電磁波及探測和傳輸電信號(hào)等。近年來，電子技術(shù)、傳感技術(shù)、通訊技術(shù)和人工智能等高科技發(fā)展迅猛，導(dǎo)電纖維也在快速發(fā)展和創(chuàng)新，帶動(dòng)了可穿戴的電子設(shè)備的發(fā)展，在“以人為本”的設(shè)計(jì)理念下，導(dǎo)電纖維的應(yīng)用越來越廣泛，而且與其他的智能纖維結(jié)合利用，設(shè)計(jì)出了各種各樣的智能服裝。導(dǎo)電纖維主要應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)服、醫(yī)療服、禮服和舞臺(tái)服等。

Athos推出了全新的智能運(yùn)動(dòng)衣和短褲。產(chǎn)品內(nèi)置了大量的傳感器，可以檢測使用者的心率、呼吸頻率，甚至還有EMG傳感器帶來的肌肉活動(dòng)情況。Athos智能服裝包含了一枚Athos Core小芯片和多個(gè)傳感器，可以通過藍(lán)牙將數(shù)據(jù)發(fā)送到智能手機(jī)中。這個(gè)小裝置的重量只有不到20克，并且可以連續(xù)使用超過10 h。除了發(fā)送信息之外，Athos還可以通過內(nèi)置的六軸加速度計(jì)測量運(yùn)動(dòng)鍛煉情況，如圖5所示。

日本帝人公司與關(guān)西大學(xué)研制出一種可將人體動(dòng)作信息轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)的功能性材料“壓電纖維”。這種纖維是將“聚L乳酸”(可根據(jù)受力產(chǎn)生相應(yīng)電位的壓電體)和“碳纖維”(檢測產(chǎn)生的電位的電極)織入了面料中，從而將纖維的彎曲、伸縮、扭轉(zhuǎn)方向和強(qiáng)度等動(dòng)作信息轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)[10]。由這種纖維制成的衣服和手套可以應(yīng)用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，做外科手術(shù)的執(zhí)刀醫(yī)生可通過衣服和手套的動(dòng)作來操控機(jī)器人，遠(yuǎn)程為異地患者做手術(shù)，通過床單的壓力來感知躺在床上的患者的身體動(dòng)作。

圖5 Athos的智能運(yùn)動(dòng)衣和短褲

2 智能纖維在服裝應(yīng)用中存在的問題

智能纖維在服裝中得到廣泛的應(yīng)用，同時(shí)，在應(yīng)用的過程中也遇到了許多困難與問題。

2.1 實(shí)用性

目前，大多數(shù)智能服裝還只能在實(shí)驗(yàn)室得以實(shí)現(xiàn)，如何讓它生活化是主要的問題，也就是要考慮服裝的實(shí)用性。在利用智能纖維制造智能服裝的時(shí)候，智能纖維的耐洗性決定了服裝的耐洗性，纖維的持久性決定了服裝的長久性，纖維的抗彎曲拉伸性決定了服裝的柔軟性。而現(xiàn)在主要的關(guān)注點(diǎn)是纖維的智能性，也就是本身的功能性，在將纖維制成服裝的過程中，服裝的實(shí)用性決定了纖維也需要具備這些功能。

2.2 舒適安全性

智能纖維的舒適安全性，決定了服裝的舒適安全性。智能服裝的廣泛應(yīng)用是為了保護(hù)人類在特殊工作環(huán)境下的生命安全，便利人們的生活，張揚(yáng)自己的個(gè)性，舒適安全成為了智能服裝發(fā)展必備的特性之一。智能纖維是否有毒，是否堅(jiān)硬，是否有輻射，是否環(huán)保，是否適合人類穿著，是智能纖維現(xiàn)階段必須注意的問題。現(xiàn)在的關(guān)注點(diǎn)是服裝的功能性，由于技術(shù)的局限，對(duì)纖維的舒適安全性以及服裝的舒適安全性都有一定的限制。

2.3 加工性

智能纖維在制成服裝的過程中，不僅有智能纖維本身的局限性，還有加工問題與困難等。如何將智能纖維制成服裝，是將智能纖維紡成紗，還是將智能纖維編織進(jìn)面料里，還是將智能纖維與普通纖維進(jìn)行處理結(jié)合，這些都還需要進(jìn)一步的研究與探索。另外，智能纖維的局限性在設(shè)計(jì)服裝的時(shí)候會(huì)影響服裝的美感，解決好這個(gè)問題也將是服裝投入市場的前提。

3 智能纖維的發(fā)展趨勢

智能纖維以其突出的現(xiàn)實(shí)用途和廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域逐漸成為當(dāng)今世界高度關(guān)注的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)。智能纖維的研究與開發(fā)促進(jìn)了智能服裝的更新?lián)Q代，智能服裝的需求對(duì)智能纖維的影響巨大，將呈現(xiàn)三方面的發(fā)展趨勢。

3.1 性能優(yōu)化

智能纖維最大的特點(diǎn)就是智能化，纖維的特殊功能必將不斷向極致化發(fā)展，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，多學(xué)科知識(shí)的發(fā)展，智能纖維將向著功能多樣化發(fā)展，即性能不斷優(yōu)化。智能服裝的需求是多方面、多功能的，智能纖維將向著功能復(fù)合化方向發(fā)展?？纱┐髦悄芊b的廣闊發(fā)展前景，預(yù)示著電學(xué)性能及電子信息類智能纖維將是一個(gè)重要的研究發(fā)展方向。

3.2 環(huán)保安全

服裝的安全性隨著人類發(fā)展得到人們?cè)絹碓蕉嗟闹匾?。目前，智能纖維的開發(fā)主要以技術(shù)為中心，注重對(duì)功能的實(shí)現(xiàn)，因而忽略或者限制了由智能纖維制成的智能服裝的安全性。尤其隨著導(dǎo)電纖維的大量研發(fā)與使用，可穿戴智能服裝的設(shè)計(jì)與應(yīng)用越來越廣泛，安全是必不可少的考慮因素之一。

隨著綠色環(huán)保理念的出現(xiàn)與深入，未來智能纖維的開發(fā)將考慮人類發(fā)展和環(huán)境污染，增加可再生性能或者可持續(xù)發(fā)展的性能，而這一性能的實(shí)現(xiàn)依然需要技術(shù)的支持。

3.3 市場化

隨著人們生活水平的不斷提升，智能服裝逐漸進(jìn)入普通人的生活，并且漸漸改變我們的生活。同時(shí)市場化能推動(dòng)一個(gè)產(chǎn)品的開發(fā)進(jìn)入良性循環(huán)，因此市場化是智能纖維的發(fā)展趨勢，也是其繼續(xù)發(fā)展的保證。目前，智能纖維在醫(yī)療、運(yùn)動(dòng)、航天、消防、工業(yè)等領(lǐng)域都已實(shí)現(xiàn)小部分商用，但是走進(jìn)普通人的生活的智能服裝也還只是開始，依然存在著許多問題和障礙。未來智能纖維的開發(fā)會(huì)更加商業(yè)化，秉持著“以人為本”的理念，針對(duì)目標(biāo)消費(fèi)者對(duì)智能纖維進(jìn)行相應(yīng)的功能優(yōu)化與創(chuàng)新，對(duì)智能服裝進(jìn)行需求設(shè)計(jì)，以符合市場的需求。

4 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步及人們生活水平的提高，人們對(duì)服裝的要求越來越高，對(duì)服裝智能化的需求也在快速增長，智能服裝正處于一個(gè)快速發(fā)展的階段，而且發(fā)展前景巨大，智能纖維的發(fā)展與創(chuàng)新必然會(huì)給服裝產(chǎn)業(yè)提供新的發(fā)展動(dòng)力。智能纖維的創(chuàng)新與應(yīng)用，必定會(huì)惠及許多行業(yè)，惠及民生。我國在智能纖維方面的研究起步較晚，與一些發(fā)達(dá)國家有相當(dāng)大的差距，但隨著“中國制造2025”國家發(fā)展戰(zhàn)略的提出，我國制造業(yè)格局面臨重大調(diào)整，在智能纖維領(lǐng)域加大科技創(chuàng)新，智能服裝設(shè)計(jì)交叉運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)的驅(qū)動(dòng)下，智能服裝領(lǐng)域必將繁榮發(fā)展。

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Application and Development of Intelligent Fiber in Clothing

ZHANG Chun-yuan，WANG Jun*

(School of Fashion, Dalian Polytechnic University, Dalian 116034, China)

The application of shape-memory fiber, phase change fiber, chameleon fiber, and conductive fiber in intelligent clothing were introduced. The problems of practicability, comfort, processability of intelligent fiber were discussed. Development direction of intelligent fibers to performance optimization, safety, environmental protection and marketization was prospected.

intelligent fibers; intelligent clothing; application; development trend

2017-03-27；

2017-05-10

張春媛(1994-)，女，在讀碩士研究生，數(shù)字化服裝技術(shù)與應(yīng)用。

*通信作者：王 軍(1978-)，女，副教授，主要研究方向?yàn)閿?shù)字化服裝技術(shù)，E-mail：574014917@qq.com。

TS101.9

A

1673-0356(2017)07-0049-04