尹 博

智能紡織品的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

尹 博

（西安工程大學機電工程學院，陜西西安 710048）

本文旨在對智能紡織品的概念進行介紹，并對現(xiàn)有智能紡織品材料進行分類，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，列表總結歸納了現(xiàn)有智能紡織品的應用情況，分析了未來紡織品將會朝著多功能、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

進入21世紀以來，學科間知識不斷交叉融合，先進的科學技術在新型紡織材料中得到廣泛應用。當前，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溫度、熱量、電磁場、位置、運動、力、輻射、濕度、生物活性等量等測量和感應功能，渴望在航天服、惡劣環(huán)境下的工作服以及運動休閑服飾中起到檢測、信息傳遞、信號反饋、生命保護等特定功能，故在航空航天、生物醫(yī)學、休閑娛樂、體育運動、醫(yī)療保健等領域有著重要的應用前景和巨大的市場潛力。隨著新材料新技術的不斷問世，其紡織品必將會有很廣闊的應用前景。

為進一步了解當前智能紡織品發(fā)展現(xiàn)狀，本文主要對目前智能紡織品進行簡要分析，對現(xiàn)有紡織品處理工藝進行整理，并歸納分析智能紡織品的種類以及發(fā)展趨勢，對未來智能紡織品進行了展望。

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融于材料構性和功能中，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)行和完成相應的行為，并且集自檢測、自診斷、自監(jiān)控、自矯正、自適應及自修復為一體的功能材料。

根據(jù)智能材料的特性可將智能材料分為被動智能材料、主動智能材料和高級智能材料。被動智能材料對外界條件只能感知，如壓電材料、電流變體、磁流變體、光導纖維等；主動智能材料能夠感知外界的刺激，并對刺激做出相應的響應與環(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；高級智能材料既能感知外界環(huán)境刺激并作出相應，還能自動調(diào)節(jié)以適應外界環(huán)境的條件和刺激，如集機械、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分布和排列，可將?？字械奈锪项w粒近似視為各項同性材料(武凱等，2013)。各向同性材料其實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

在當下經(jīng)濟體制中，組織的競爭能力，實際上就是人才的競爭，即企業(yè)與企業(yè)之間人力資源團隊的競爭，可以說人力資源直接決定著一個企業(yè)、一個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、密度等性質的前提下對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、易護理、導電率等相關優(yōu)點。

綜上所述，堪輿術不但影響著韓國漢文小說的結構框架，而且滲透于小說對人物形象的塑造，同時，以堪輿為主題的韓國漢文小說還深受當時社會風氣的浸染，并在一定程度上反映了古代朝鮮的喪葬文化，宣揚了行善積德等社會觀念。

紫外線處理是用波長為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值[4]。

2.4 納米技術的運用

納米技術將具有納米級尺寸的結構用于織物中，從而實現(xiàn)織物高強度、高透氣性、更柔軟輕便的特性。納米級材料可以通過各種元件載體和不同的涂層技術加載導織物上，從而實現(xiàn)相應的功能[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。先進材料、納米技術、智能材料的出現(xiàn)將會使得智能紡織品在新的領域有更快、更好的發(fā)展。就目前的技術發(fā)展現(xiàn)狀，智能材料主要有以下8種：

3.1 功能纖維

隨著我國會計制度的不斷革新，給企業(yè)財會工作水平的提升創(chuàng)造了便利條件，加之計算機技術的不斷發(fā)展，使得會計電算化得以誕生，更大程度地推動了企業(yè)的發(fā)展。但是對于企業(yè)會計檔案管理工作而言，會計電算化的應用還存在一些缺陷，極大地影響了檔案管理工作效率和質量的提升，如何有效解決這些問題，成為當下企業(yè)相關負責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、高強度、低吸濕性、無蠕變、耐化學性和耐火性等特點，例如芳族聚酰胺纖維、芳綸、玻璃纖維、聚丙烯腈預氧化纖維、凱夫拉爾纖維等在消防、防彈、化學和有害射線的保護方面有很好的利用。

對南水北調(diào)受水區(qū)來說，主要是實施海水入侵防治、集中式地下水飲用水水源地防護和污染含水層修復。受水區(qū)可以采用適宜的地下水修復方法，如滲透性反應墻法、抽出—處理法、物理阻隔法和原位微生物修復技術等，對地下水水質進行修復。

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，激勵我們不懈地繼續(xù)追求新時代的中國夢。70年風雨滄桑，鐫刻在淮海戰(zhàn)役烈士紀念碑上的大字依舊閃閃發(fā)光，永垂不朽，激勵后人。炮火與鮮血中誕生的共和國在一條光明的大道上堅定前行著，牢記歷史，把握當下，淮海戰(zhàn)役精神將會在今天煥發(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度較大的具有一定長徑比的線狀材料，其尺寸在50-1000nm之間，把添加了納米級（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。碳原子鏈是目前最細的納米纖維，我國目前可以制造出直徑小于0.4nm的碳納米管，處于世界的領先水平。由于納米纖維具有較大的長徑比，纖維結構很少有缺陷，強度是一般纖維的200倍，并且具有奇異的導電特性，可用其做成微電子元件嵌于織物中實現(xiàn)各種功能。

現(xiàn)如今的社會畢竟是信息的時代，信息技術已經(jīng)進入每一家庭、每一行業(yè)，同樣的機械制造行業(yè)也必將依賴信息技術進行更好的發(fā)展，信息技術對機械制造行業(yè)的影響主要體現(xiàn)在生產(chǎn)以及管理上，信息技術的應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，在信息技術的作用下，使得產(chǎn)品的生產(chǎn)周期縮短，使得現(xiàn)代機械制造工藝擁有更強的競爭力。

3.3 變色纖維

根據(jù)以上表格的數(shù)據(jù)，入學考試中三個實驗組和三個對照組的閱讀和寫作成績差異不大，經(jīng)過一學期的學習，在四級考試中除個別班級以外，6個班的閱讀和寫作成績都有所提高，尤其是三個實驗組的成績提高明顯。其中寫作翻譯的成績有大幅度提升，因為四級考試的寫作和翻譯是合并計分，對很多同學而言，翻譯的難度比寫作低，所以總的寫作部分成績有較大的提升。

變色纖維是一種具有特殊組成或結構，在受到光、熱、水分或輻射等外界刺激后有可逆性自動改變顏色的纖維。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Cyanamide公司為滿足美軍對作戰(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例?，F(xiàn)階段，美國研究人員已經(jīng)研究出能從橙色變?yōu)樗{色，從紅色變?yōu)樗{色的纖維。日本制成的光敏纖維在無陽光的條件下不變色，在陽光或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，其結構無對稱中心，具有壓電性。壓電陶瓷壓電性強、介電常數(shù)高，可以加工成任意形狀，也被制成陶瓷纖維，在織物中有所應用。如美國的內(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。因為這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，都能達到舒適的效果。

有些睡不著的晚上，我們會一起在床上聊天。我們寢室可是絕好的寢室：寢室關系和睦，大家作息習慣基本一致，沒人沉迷網(wǎng)游，而且大家都是光棍——因故不會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)良的風氣，寢室長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，不談國是。

有機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動鞋[6]，可以將運動的機械能轉化成電能儲存起來使用。

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，當加熱到某一溫度時，纖維又恢復到初始的形狀的纖維。應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。美國學者將聚乙二醇與各種纖維（如棉、聚酯、聚氨酯、聚酰胺）共混物結合，研發(fā)出具有熱適應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狀態(tài)并能提供潛熱的物質。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域得到了高度的應用。同時在軍事如防彈背心，醫(yī)療，汽車等行業(yè)也有相應的應用。

3.5 導電聚合物

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)實現(xiàn)了通過導電聚合物絲線編織成織物實現(xiàn)加熱功能，達到織物保暖的作用。通過將聚合物符合材料與新興導電材料如炭黑，合成石墨和碳納米管，制成導電聚合物。

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

大自然中有許多現(xiàn)象是需要人類來借鑒學習的。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，將會對紡織品的發(fā)展帶來巨大的進步。

4 現(xiàn)階段智能紡織品的應用

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用分類總結如下表1所示，通過表格來明確目前智能紡織品的應用現(xiàn)狀。

表1 現(xiàn)階段部分智能紡織品分類總結

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合方面應用較多，而在納米級材料、生物模擬材料等方面應用較少。

5 未來智能紡織品的發(fā)展趨勢

在目前智能紡織品的開發(fā)過程中，堅持的理念是針對某些特定的功能要求，結合相應的功能或智能纖維，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。智能紡織品能夠實現(xiàn)的關鍵是多種技術的相互融合，隨著紡織科學技術的發(fā)展，智能紡織品的功能將會更加的完善，它的發(fā)展主要有以下幾個方向[12]：

（1）多功能化：目前智能紡織品的技術還未有實質性的突破，還不能實現(xiàn)一物多用的智能紡織品，而隨著科學的不斷進步，多功能的智能紡織品將會陸續(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當朝著低成本的方向發(fā)展，采用低成本的組合技術，從而適應不同層次的消費者；

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

我們有時也去打網(wǎng)球玩玩，球撞到她臉上的時候，她才用球拍遮了一下，否則她半天也打不到一個球。因為她一上了場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。有的時候她竟拿著網(wǎng)球拍子站著一邊去看風景去。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，惟有她一個人站在短籬前面，向著遠遠的哈爾濱市影癡望著。

（5）美觀性：為與時尚接軌，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)工作已進入一個新的階段，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。預計到2020年，智能纖維和智能紡織品將成為世界紡織品市場的主流，而隨人們生活水平的提高和智能紡織品需求的增長，其發(fā)展的前景將會非常的廣闊。

[1]葛一蘭，李青山，崔占全.智能纖維的現(xiàn)狀與發(fā)展[C]. 第八屆功能性紡織品及納米技術研討會論文，2008(4):182-188.

[2]李 健，呂 暉，唐萬林.智能材料及其在紡織領域的應用[J].2015，(2)：30-32.

[3]Stanford University News, Conductive e - Textiles: Stanford finds a new use for cloth.

[4]2006, a unique electro conductive fabric touch pad, Mar. 12. http:// www.ElekTex.

[5]李春暖. 變色纖維的開發(fā)與應用[J]. 四川絲綢, 2006,(2): 25－27.

[6]Ling Bing, K.,Li,T., Hng, H.H., Boey, F., Zhang, T., Li, S., Waste Energy Harvesting, Mechanical and Thermal Energies[M]，2014:44-56.

[7]竇明池.智能紡織品的研究進展[J].河北紡織，2006，(3)：11-17.

[8]黃 鶴，嚴灝景.智能紡織品[J].上海毛麻科技，2005，(4)：8-11.

[9]金 雋.新型智能紡織品的研究趨勢及應用[J].遼東學院學報，2015，22(1)：69-72.

[10]姚連珍，楊文芳，喬艷麗． 智能纖維及其紡織品的研究進展［J］.印染，2012 ( 12) : 43－46．

[11]施楣梧，肖 紅.智能紡織品的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].高科技纖維與應用，2010，35(4)：5-9.

[12]郭飛泉，劉 茜，翟志剛，等.智能紡織品的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J].黑龍江紡織，2015， (3)：23-26.

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-），西安工程大學碩士研究生，機械電子工程專業(yè)，從事織物表面微滴噴射打印沉積柔性導電線路性能方面研究。參與國家自然基金項目一項，省級科研項目兩項。