應(yīng)用電子技術(shù)發(fā)展智能型紡織品

褚天飛 趙君紅

摘 ? 要：最初被貼上“智能型紡織品”標(biāo)記的紡織材料是一種具有形狀記憶功能的絲線所制成的織物，它們能夠?qū)Ω兄獊碜酝獠凯h(huán)境的刺激或變化，從而作出相應(yīng)的反應(yīng)，并且通過綜合運用自身的紡織品結(jié)構(gòu)和功能以適應(yīng)這些變化和刺激。根據(jù)它們在接觸到這些刺激物時的行為方式，分成以下四類：被動式的智能型紡織品; 主動式的智能型紡織品;非常聰明的智能型紡織品;有智慧的智能型紡織品。創(chuàng)新纖維材料著重在個人防護(hù)紡織品領(lǐng)域，如：靜電紡絲、驅(qū)蟲纖維、昆蟲防護(hù)、杜邦光纖、防彈衣、隔音與保溫織物結(jié)構(gòu)等。最后將紡織品結(jié)合傳感器、激勵器及通訊系統(tǒng)，使它們自身能因應(yīng)周圍環(huán)境的需求，進(jìn)而擴(kuò)充具有適應(yīng)性的各項功能。

關(guān)鍵詞：智能 ?纖維 ?材料 ?紡織

中圖分類號：TS106 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）10（b）-0057-02

1 ?智能型紡織品

“智能型紡織品”一詞來自于智慧或智能型材料?！爸悄苄筒牧稀钡母拍钍菤W美、日本最初所定義的。對其最廣泛的意義而言，所謂智能型紡織品是指紡織品：可以感知環(huán)境條件或刺激物而作出反應(yīng);或已作了提供諸如抗皺性、耐沾污性和氣味控制等額外功能的處理。智能型紡織品可以感知和反應(yīng)的環(huán)境條件或刺激物，包括：電、光、熱、磁力、機(jī)械壓力、化學(xué)品、生物狀態(tài)、濕氣和水分。

2 ?電子紡織品

20世紀(jì)80年代已有智能型紡織品模型（Prototype）被發(fā)表出來，但由于電子技術(shù)的組件過大，不能舒適地穿戴，所以那些原型因過于笨重而完全不適于給用戶使用。到了1990年代，軍事機(jī)構(gòu)不斷地刺激智慧型紡織品及可穿戴式科技之基礎(chǔ)研究，而美國麻省理工學(xué)院是首批研究服裝結(jié)合電子產(chǎn)品的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)之一。事實上，盡管出現(xiàn)了個型態(tài)的原型，但只有少數(shù)被商業(yè)化，極少數(shù)才被應(yīng)用到主流商品中。智能衣的設(shè)計需求包含電子、材料、紡織、通訊、信息等科技的整合。

3 ?從智能型紡織品需求進(jìn)行市場面的可行性分析

早期技術(shù)不成熟，智能型紡織品難以獲得消費者的青睞，但經(jīng)過近10年來的發(fā)展，可由文獻(xiàn)中的智能型紡織品的趨勢，其所衍生出來的潛力無限量，并經(jīng)由大量的政府企業(yè)資金投入，將可穿戴式科技應(yīng)域推廣至各領(lǐng)域。因此，在這一領(lǐng)域的產(chǎn)品幾乎全都應(yīng)用在機(jī)能性成衣的每一種類別當(dāng)中。早期智能型紡織品終端用途多在防護(hù)用及軍事上，醫(yī)療及健康照護(hù)產(chǎn)業(yè)用智慧服飾也相對發(fā)展迅速，這歸功于醫(yī)學(xué)知識的成長、光纖技術(shù)、納米技術(shù)以及信息處理技術(shù)的進(jìn)步;而根據(jù)紡?fù)貢?013年所提出的“智能型紡織品及可穿戴式科技：生活水平提高與健康管理的機(jī)遇”文中分析指出，智能型醫(yī)療服裝在以下幾方面有令人振奮的發(fā)展?jié)撃埽?/p>

（1）健康監(jiān)測。

（2）管理慢性病，如糖尿病和呼吸系統(tǒng)疾病等。

（3）預(yù)防疾病，如心血管疾病等。

并認(rèn)為這一類型服飾是主要針對下述的族群對象：

（1）希望保持身體健康狀況的人們。

（2）知道他們有特定疾病風(fēng)險的人。

（3）想要有效地管理他們的身體狀況的長期病患。

（4）面臨更高生病風(fēng)險的弱勢族群，如老人和手術(shù)后復(fù)原中的病人。

可以監(jiān)測健康和檢測疾病的智能型醫(yī)療服裝，有提高個人生活質(zhì)量的前景，也可滿足越來越注重健康的人們之需求。因此，可見智能型紡織品的需求對象明確，必有其利基市場存在。而今許多高知名度的企業(yè)如Nike、Adidas和蘋果公司等的投入許多資金于智能型紡織品以及穿戴式科技，他們和裝備都有一連串的密切關(guān)聯(lián)。使得消費者逐漸認(rèn)同相關(guān)產(chǎn)品。當(dāng)應(yīng)用在這些裝備的技術(shù)進(jìn)步顯著使的產(chǎn)品越符合消費者期待，逐漸對可穿戴式科技釋出開放的心胸，接受并愿意嘗試。近年來由于電子組件小型化，讓這些組件得以和智能型紡織品及可穿戴式科技結(jié)合，讓電子產(chǎn)品成為可以穿戴、無線鏈接和便于攜帶的商品化產(chǎn)品。

4 ?電熱性紡織品

電熱性紡織品種類包含電熱衣、熱敷墊、電熱毯，其以電熱方式結(jié)合包、袋、箱、墊、蓬、鞋等的紡織品皆視為電熱性紡織品。溫控服飾是可以隨環(huán)境溫度或熱變化而有響應(yīng)的服飾，其調(diào)控溫度的方法有二種，一為利用含相變化材料的纖維，混紡成紗并織制成布，亦是或?qū)⑾嘧兓牧弦晕⒛x囊形式涂布于織物上，或是以泡沫均勻分布于織物上，借此相變化材料隨環(huán)境溫度變化而進(jìn)行吸熱與放熱反應(yīng)，來調(diào)控織物的溫度;二為利用具導(dǎo)電性的金屬纖維混紡成紗并織制成織物，亦或利用電熱片直接結(jié)合織物，借由電子溫控裝置達(dá)到自動函溫與保暖之功能。

電熱的產(chǎn)生是由于電能轉(zhuǎn)換為其他型態(tài)的能量，如機(jī)械能、化學(xué)能、光能和熱能等，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并用熱能去函熱其他物體是電能應(yīng)用的一個重要方面。

一般函熱主要的方式有以下三種：（1）通過傳導(dǎo)、對流或輻射使熱能直接從高溫處向低溫處傳遞。（2）通過電磁感應(yīng)或高頻電場的作用使導(dǎo)體或電介質(zhì)的溫度升高。（3）以高能電子束撞擊被函熱物體使其獲得熱量而升高溫度。而常用的函熱熱源則約分為三類：（1）燃料：包括煤、石油、天然氣、煤氣等。燃料燃燒時所蘊藏的化學(xué)能被轉(zhuǎn)化為熱能，通過傳導(dǎo)、對流或輻射的方式函熱被函熱物。（2）機(jī)械能，也都是用摩擦方式產(chǎn)生熱量。這種方式只在某些特殊場合使用。（3）電能：電通過導(dǎo)體時由于電阻作用而發(fā)熱，電能轉(zhuǎn)化為熱能。

電熱在充足電源的充足條件下，是具有以下的優(yōu)點： （1）函熱溫度高。（2）溫度控制精準(zhǔn)方便。（3）熱效率高。（4）環(huán)境污染少。將電能轉(zhuǎn)化為熱能主要有以下幾種途徑：（1）電阻函熱：有直接函熱和間接函熱兩種方式;直接函熱是將電流直接通過被函熱物，間接函熱則是由通電發(fā)熱組件將熱量傳導(dǎo)給被函熱物。其根據(jù)焦耳熱效應(yīng)原理在工作：電流流經(jīng)電阻器時會產(chǎn)生熱。（2）電弧函熱：利用電極，電弧的高溫?zé)崮芎療岜缓療嵛矬w。（3）感應(yīng)函熱：位于電磁場的導(dǎo)體，由于電磁感應(yīng)而產(chǎn)生交流電流及感應(yīng)電流在導(dǎo)體內(nèi)流動，因遇電阻而產(chǎn)生熱量。（4）高頻電場函熱：位于高頻電場內(nèi)的電介質(zhì)，其正負(fù)電荷發(fā)生高頻率的交替位移，引起分子摩擦而發(fā)熱，微波函熱也是高頻電場函熱的一種方武。（5）電子束函熱：電子在電場中函速，利用高速電子撞擊被函熱物，電子的動能轉(zhuǎn)化為熱能。（6）等離子函熱：氣體電離產(chǎn)生等離子體，利用高溫的等離子焰或等離子流函熱。（7）紅外線函熱：電流通過紅外線輻射組件，輻射紅外線函熱被函熱物體。（8）輻射函熱：電源提供輻射能量，利用密度很高的輻射光束進(jìn)行局部函熱。

5 ?結(jié)語

智能衣系統(tǒng)中鑿含了許多電子與感測裝置，如生理感測組件、電阻，以及運算的硬件、有線或無線通訊裝置、GPS、函速規(guī)或陀螺儀等，可因應(yīng)量測生理信息的不同，置換不同的感測組件。超智能型紡織品最近已演進(jìn)為模仿大腦類神經(jīng)系統(tǒng)，讓服飾能偵測、接收或發(fā)送各式音頻、視訊，甚至波長訊號等。產(chǎn)品從功能的“組合”進(jìn)化至紡品機(jī)能的“融合”。讓紡織品滿足穿戴者所期待的互動機(jī)能，包含內(nèi)在身體訊號的擷取、外在環(huán)境的提醒、外在信息的給予等機(jī)能，是整合“電子組件紡織化”的創(chuàng)新技術(shù)?，F(xiàn)今，主要開發(fā)重點著重在生理感測組件對入方式、電子模塊以及紡織品主要組合技術(shù)，在設(shè)計端則需考慮到穿戴者的舒適性。

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