文/香港理工大學(xué)紡織及制衣學(xué)系 楊晨嘯 李鸝

到2026年，智能紡織品在運動健身領(lǐng)域的市場規(guī)模將達(dá)15.3億美元，占整體智能型紡織品的46.8%

據(jù)市場調(diào)研公司Allied Market Research預(yù)測，到2022年全球智能紡織品市場規(guī)模將從2015年的9.43億美元增長到53.69億美元，2016年～2022年間的復(fù)合年增長率為28.4%。經(jīng)過20多年的發(fā)展，智能紡織品已經(jīng)可以將光學(xué)纖維、壓電纖維、導(dǎo)電纖維、形狀記憶纖維、變色纖維、柔性電池材料等完好地結(jié)合在一起，即創(chuàng)新實現(xiàn)電子組件紡織化，得到不同的產(chǎn)品功能，使得其市場需求不斷增加，市場規(guī)模不斷擴大。

導(dǎo)電纖維/紗線是其關(guān)鍵組件

實現(xiàn)智能紡織品不同功能的關(guān)鍵基礎(chǔ)是新興的柔性導(dǎo)電纖維/紗線技術(shù)，包含以金屬化纖維取代漆包線、以面料紋路結(jié)構(gòu)取代電子回路、以織物電池取代固形電池等技術(shù)，使紡織品滿足穿戴者所期待的互動機能，例如內(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能。

柔性導(dǎo)電纖維/紗線可以通過機織、針織或刺繡、縫紉的方式植入基底織物中而建立出電路圖案，制作屏蔽電磁信號、柔性傳感器、電熱組件等功能性材料。其可提供諸多超越傳統(tǒng)漆包線電線的優(yōu)點，例如新型導(dǎo)電材料會更耐用、耐穿、耐拉扯，可使可穿戴智能導(dǎo)電紡織品重量更輕、更柔軟、具有彈性、更加靈活，可以隨著穿著者身體的機械運動而彎曲、扭轉(zhuǎn)、拉伸或搖晃等，同時非腐蝕性更容易處理和更具成本效益。

表1 不同紡紗方法的特點和適用場景

01 鍍層法纖維形態(tài)。

02 熔融/干濕紡絲法纖維形態(tài)。

03 拉絲紡絲法纖維形態(tài)。

根據(jù)選取原材料的不同，導(dǎo)電纖維/紗線可以分為：導(dǎo)電金屬、金屬氧化物或金屬鹽纖維/紗線；本質(zhì)型導(dǎo)電聚合物纖維/紗線；鍍層導(dǎo)電的聚合物纖維/紗線；導(dǎo)電碳纖維/紗線等。而制造方法可以分為：鍍層法，熔融/干濕紡絲法，拉絲紡絲法，這3種方法適用于不同的原材料和紡制不同的紡織品形態(tài)，具體適用條件，見表1；具體纖維形態(tài)，見圖1、圖2、圖3。

而運用上述導(dǎo)電材料，可制作：智能纖維集合體器件，例如纖維場效應(yīng)管和紗線超級電容；微電子與纖維集成器件，以實現(xiàn)可視、可聽、可傳感、可通訊的多功能性能；微電子與纖維集合體集成器件，例如嵌入式柔性可拉伸電子器件；纖維集合體微電子器件。

其中纖維集合體微電子器件包括3種電子組件，一是電子紡織部件：光纖晶體管、織物天線、織物顯示器、織物電路板；二是傳感器與傳感網(wǎng)絡(luò)：壓力和剪切應(yīng)力、大平面內(nèi)應(yīng)變、生物電勢、人造電子皮膚；三是可穿戴的能量采集與能源存儲設(shè)備：基于纖維結(jié)構(gòu)的納米發(fā)電器，可將環(huán)境、人體運動產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換為電能，儲存并應(yīng)用于可穿戴微電子系統(tǒng)等，如太陽能電池、單纖維型超級電容器、織物型超級電容器。

除了上述多維度、廣角度的運用，還可以采用表面涂層、噴墨、絲網(wǎng)、3D印刷或者表面自組裝等工藝制備可穿戴式柔性電子器件。

運動健身是其應(yīng)用最廣的領(lǐng)域

智能紡織品在運動健身領(lǐng)域的應(yīng)用是最廣的，據(jù)預(yù)測，到2026年，其市場規(guī)模將達(dá)15.3億美元，占整體智能型紡織品的46.8%。這類智能紡織品可以用于吸濕快干、溫感調(diào)劑、疲勞緩解、緩沖防護(hù)、感測使用者生理，例如心率、呼吸、EMG肌電圖以及慣性運動和相對運動（如四肢或關(guān)節(jié)的相對運動）等，為運動者提供專屬健身建議、提升運動表現(xiàn)效能等。

針對智能紡織技術(shù)在體育行業(yè)良好的應(yīng)用前景，近年來具有市場領(lǐng)導(dǎo)性的品牌企業(yè)不斷投入，具有一定規(guī)模的新創(chuàng)公司也積極參與，所以產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)逐漸形成。在這個產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，也有不同技術(shù)背景的企業(yè)進(jìn)入，實現(xiàn)跨領(lǐng)域合作，例如紡織企業(yè)、服裝時尚制造商、運動品牌、信息電子制造商、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、人工智能技術(shù)公司等都參與到一個項目中去，共同推出一個新型功能的智能紡織產(chǎn)品，這種多領(lǐng)域的跨界合作將大大加速智能紡織技術(shù)的推廣和產(chǎn)業(yè)化。

智能紡織品在醫(yī)療及健康領(lǐng)域和家飾紡織品領(lǐng)域的應(yīng)用緊隨其后，市場規(guī)模分別將達(dá)6.7億美元和4.1億美元，分別占整體智能型紡織品的20.7%和12.7%。而隨著社會老齡化問題的突出，智能纖維在醫(yī)療健康和家居紡織方面的應(yīng)用將越來越廣泛。尤其是通過整合導(dǎo)電材料的感測、運算、制動、聯(lián)網(wǎng)及能源系統(tǒng)而形成的智能服裝，不需額外配戴，就可以快速地融入到老年人的日常生活護(hù)理中，進(jìn)一步在運動健身、醫(yī)療照護(hù)、居家生活等領(lǐng)域協(xié)助消費者。除了可幫助老年群體，嬰兒及慢性病患者等也都是潛在應(yīng)用對象。

圖4 2016年－2026年全球智能型紡織品市場規(guī)模預(yù)估

表2 國外可穿戴電子智能紡織品制造商代表

除了上述應(yīng)用領(lǐng)域，智能紡織品還在時尚娛樂、服裝時尚、工商、軍事等不同領(lǐng)域中應(yīng)用。

成本是制約其在國內(nèi)發(fā)展的因素

根據(jù)IDTechEx（2016.01）的調(diào)研，智能紡織品在不同場景中的應(yīng)用和推廣，都將隨著總體市場規(guī)模的增長而增長，具體市場規(guī)模見圖4，其中北美、歐洲和亞太市場分別為第一、第二和第三大市場。而國外可穿戴電子智能紡織品制造商代表見表2，其中美國生產(chǎn)廠商和歐洲生產(chǎn)廠商在化纖基導(dǎo)電高分子纖維上占據(jù)該類纖維的近八成市場；日本生產(chǎn)廠商以導(dǎo)電、抗靜電性能優(yōu)良的炭黑型和金屬鍍層型纖維占據(jù)這兩種類型纖維高端商品的市場；近兩年來，韓國生產(chǎn)廠商和日本生產(chǎn)廠商的可樂麗株式會社也在進(jìn)軍金屬化合物型和導(dǎo)電高分子型纖維市場；而歐洲比利時的貝卡爾特股份有限公司幾乎占據(jù)了國際上超高導(dǎo)電性能不銹鋼導(dǎo)電纖維的整個市場。

相較而言，國內(nèi)生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品僅涉及不銹鋼纖維、聚合物炭母?；旌侠w維以及科研院所剛研發(fā)出來的低導(dǎo)電率導(dǎo)電聚合物纖維，只能滿足低端產(chǎn)品市場的需要，無法進(jìn)軍高端導(dǎo)電纖維市場。國內(nèi)生產(chǎn)的導(dǎo)電纖維在導(dǎo)電性能、防靜電性能、電阻率參數(shù)等方面與國外大公司的產(chǎn)品有一定的差距，無法滿足各領(lǐng)域?qū)ζ湫阅艿囊?，?dǎo)致國內(nèi)市場對高端導(dǎo)電纖維產(chǎn)品的需求基本全部靠進(jìn)口。從競爭生態(tài)位上來說，我國屬于行業(yè)的新進(jìn)入者，戰(zhàn)略位置處在挑戰(zhàn)者的位置，雖然智能纖維產(chǎn)品的產(chǎn)能已初具規(guī)模，但是在產(chǎn)品的穩(wěn)定性及核心技術(shù)的擁有上，尚處于追趕的地位，而高昂的生產(chǎn)成本則是主要制約因素。

智能紡織品采用高端材料，并且內(nèi)部制作復(fù)雜，電子設(shè)備與組件的成本居高不下，這些無疑都抬升了其價格成本，而針對推動中國智能紡織技術(shù)的發(fā)展，中國紡織工業(yè)聯(lián)合會和銀川市人民政府合力實行 “推進(jìn)銀川國家智能型紡織基地建設(shè)戰(zhàn)略合作”，標(biāo)志著創(chuàng)建國家智能型紡織基地建設(shè)項目工作正式全面啟動。因此以科學(xué)技術(shù)為主導(dǎo)，掌握智能紡織品的關(guān)鍵技術(shù)和知識產(chǎn)權(quán)已經(jīng)成為上游紡織產(chǎn)業(yè)在這股浪潮中的核心競爭優(yōu)勢和核心競爭力。

尋求技術(shù)改進(jìn)和突破

近年來，智能紡織品出現(xiàn)了供不應(yīng)求的情況，出現(xiàn)了傳統(tǒng)紡織材料和智能紡織材料母粒的供需矛盾，并且國內(nèi)外市場需求量大對生產(chǎn)效率提高的內(nèi)在要求不斷加大，迫使智能紡織纖維市場不得不積極尋找高效的新型纖維材料制造方法，并不斷探索其生產(chǎn)制備高端設(shè)備。

為應(yīng)對這種供需不平衡，全球重要的生產(chǎn)商已經(jīng)或正在積極加緊對以下四個方面的重點研發(fā)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)或者尋求技術(shù)突破：一是提高智能纖維的使用性能，尤其是提高導(dǎo)電纖維的細(xì)度、導(dǎo)電穩(wěn)定性能、拉伸斷裂強度和可紡織性能，例如改善纖維紗線的均勻度、柔軟度和服用舒適性，通過設(shè)計改造高端加工設(shè)備以改善智能纖維的質(zhì)量等；二是高分子合成技術(shù)的進(jìn)步，加強高分子聚合物材料功能性的創(chuàng)新和研發(fā)，例如將導(dǎo)電纖維紗線與低電阻值的電子組件無縫連接，組成柔軟舒適的可穿戴電子回路是當(dāng)今急需解決的技術(shù)難題之一；三是利用日益發(fā)展成熟的納米技術(shù)和生物技術(shù)，對智能纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行形態(tài)和聚集態(tài)的改進(jìn)和調(diào)整，促進(jìn)技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)品創(chuàng)新；四是加強跨界合作的平臺建設(shè)，因為智能紡織品已不再局限于紡織領(lǐng)域，而是需要來自于物理、化學(xué)、生物、電子功能、信息通訊等不同領(lǐng)域的專業(yè)知識，在這個平臺中，如何向不同背景的設(shè)計師和技術(shù)人員詮釋不同的專業(yè)知識，達(dá)成共識和親密的合作，來推動智能紡織的產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)顯得尤為重要。

除了上述宏觀方向的市場、技術(shù)瓶頸，在實際應(yīng)用中仍存在一些需要攻克的難題，例如智能紡織品的柔軟性、彈性、最大程度的形變量、健康與安全性、耐用性與耐洗性、外界評價、標(biāo)準(zhǔn)化及生產(chǎn)成本等，這也是為什么在眾多的各項先進(jìn)研究項目里，許多技術(shù)目前尚未被用于大規(guī)模的生產(chǎn)。但是在研究人員、設(shè)計師和生產(chǎn)廠商的合力推動下，消費者依然能夠感受到愈來愈多高性能紡織產(chǎn)品所帶來的舒適與便利。因此，智能紡織品要想進(jìn)一步進(jìn)入大眾市場，則需要更多的研究與努力。