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智能纺织材料助力纺织产品开发

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-06-21  来源:纺织导报  浏览次数:119
核心提示:智能纺织材料融纺织、电子、医学、计算机、物理、化学等多技术于一体,可感知环境变化,并依此作出反应,在提高生活质量,改善
       智能纺织材料融纺织、电子、医学、计算机、物理、化学等多技术于一体,可感知环境变化,并依此作出反应,在提高生活质量,改善劳动条件,满足特种行业需要等方面发挥着重要作用。近年来,智能调温、形状记忆、智能变色、电子信息等智能纺织材料正从戴向穿及更宽的领域发展。

 

 

智能调温纺织材料

该类智能纺织材料被选为“改变21世纪人类生活的21项革新”之一,具有超高的实用性与适用性。目前智能调温纺织品技术正向高性能、高技术水平、大规模产业化方向发展,智能纺织品的技术研发、服装设计和操作便利性设计等方面不断满足人类对智能产品的需求。

 

 

随着德国工业4.0概念、美国CPS智能化系统的提出,国外在产品技术研发和产业化方面已经相对成熟。美国Outlast公司的PCM(相变)技术在美国、英国等地已有了相当广泛的产业化应用;Mid6技术公司开发了一种新型的智能调温潜水服SmartSkin,其外层是闭孔氯丁橡胶泡沫材料,中间夹层是温敏性水凝胶与开孔的聚氨酯泡沫材料的复合物;美国Triangle公司合成了直径15~40μm的微胶囊,这种微胶囊具有吸放热的作用,将其整理在织物表面,就使织物具有温度调节的功能;葡萄牙纳米技术和智能材料中心(CeNTI)的科学家研制出一种由淀粉制成并内含微量蜡状物质的纳米微胶囊,可永久附着在衣物上,随着人体温度的变化,微胶囊会随之吸热融化或放热凝固,从而保持人体温度在一个舒适的范围内。

 

 

我国智能温控纺织材料研发和应用取得了较大的进步,国内已有部分企业通过不同的技术手段研发出了多款智能调温纺织品。例如香港福田实业集团与美国杜邦公司合作,采用Outlast相变材料微胶囊技术,生产出具有温度调节功能的针织面料,制成了“Fountian”牌温度响应型智能服装;恒天海龙股份有限公司同天津工业大学合作采用微胶囊技术开发的具有蓄热、放热双向温度调节功能的“耐高温相变材料微胶囊及高储热量储热调温纤维”,实现了发热、蓄热、保暖的衔接,提高了人体穿着冬季服装后的灵活性;安伯士国际集团和河北省雄亚纺织集团共同将太空相变调温纤维与进口高级洛科绒合成,设计出了相变智能调温纺织品,而且还推出了国内首款具有“冬暖夏凉”性能的服装。

 

 

国内已有初具规模的生产厂家,并形成了智能纺织材料市场。例如青岛雪达集团有限公司、青岛益泉针织服装有限公司和青岛荣海服饰有限公司合力研发了智能调温纤维商务休闲服装,并实现了批量规模生产,具有良好的国内外竞争力。但我国智能温控纺织材料研发起步较晚,一方面在产品研发方面还存在着许多突出问题,如技术不成熟、加工难度大、服装耐久性差、产品性能不足等;另一方面,技术研发与产业结合较弱,导致智能温控纺织材料应用相对滞后,处于产品探索开发阶段,没有规模化生产。

 

智能形状记忆纺织材料

智能形状记忆纺织材料综合实现以下3个目标,绿色环保材料的设计、高记忆性产品的研发以及产品的批量化生产,是目前形状记忆纺织品的主要发展方向。

 

 

国外在形状记忆纺织品的研究起步较早,市场范围大、整体技术水平高、数据源丰富、智能化程度高。目前,在日本、美国、英国、意大利、荷兰等地有关形状记忆纤维的研究已取得了很大的进展。如,英国纺织机构在研制防烫伤服装时,对形状记忆合金类智能纺织品成功实践,将镍钛合金纤维进行加工并固定在服装内部,一旦接触高温形状记忆纤维就会被激发,达到防烫伤的目的;日本三菱重工的一个子公司开发出了一种具有形状记忆功能的聚氨酯类新材料Diaplex,这种膜与外衣面料层压复合,不仅表现出高拒水性,而且通过对热量释放的控制,可对穿着者新陈代谢释放的热量进行智能性响应,适用于制造具有形状记忆且能在环境温度较高时产生散热和水汽通道的多功能智能服装,目前已有此种材料的商业化产品,如智能运动服、登山服等。

 

 

国内一些企业或研究机构在智能形状记忆纺织材料研发和应用方面也取得了较大的进展。如天津工业大学利用后处理技术对纤维进行处理,设计出了热致感应型形状记忆纤维;香港理工大学形状记忆研究中心发明了纤维素基形状记忆纺织品,并深入研究了智能形状记忆纤维的组成、结构对形状记忆温度、恢复力和记忆效果的影响,在温敏形状记忆聚合物、形状记忆面膜等方面的研究发挥了重要的作用。

 

 

与国外企业相比,国内在形状记忆纺织材料方面研究虽然较多,但大多处于试验阶段,用料单一,整体创新度不够,且大多为跟踪研究,许多新的品种尚在开发中,尚未实现规模化工业生产。同时存在人才队伍相对薄弱、竞争乏力、投入少、开发力度不够等问题,此外对于共享技术、智能技术等新技术的认识较为不足,国内实现形状记忆纺织品的工业化生产仍有较长路要走。

 

智能变色纺织材料

这是一种具有高附加值和高效益的智能产品,在纺织、军事、娱乐、防伪等领域具有良好的发展前景。智能变色纺织品技术朝着高实用性、高安全性、高智能化方向发展,变色纤维的结构设计、功能设计以及智能化设计等全方位满足产品应用的需求。

目前,智能变色材料的研发技术主要分为2类,一是对变色纤维的直接研发,如后整理技术、接枝聚合技术等,设计出具有不同功能的变色纤维;另一种将变色染料与纤维的结合,如微胶囊技术。目前,我国与国外一些发达国家均已实现以上2种技术的研发,但在技术水平上与发达国家相比还存在较大的差距。在产品的制造技术水平方面,国内企业大多处于初级阶段。

 

 

国外已实现智能产品的市场销售。如以美国国家航空航天局的技术为支撑,目前已投入市场的名为Radiate的运动衣,其能根据身体辐射出来的热量改变光子的反射方式,身体散发出的热量不同,衣服对应部位的颜色就会有所不同。此款智能变色运动衣最大的功能就是让用户实时看到肌肉的发热情况,调整不同的运动策略,实现智能产品与人体运动的结合。日本Kanebo公司将吸收350~400nm波长紫外线后由无色变为浅蓝色或深蓝色的光敏物质包敷在微胶囊中,用于印花工艺制成智能光敏变色织物,采用这种技术生产的光敏变色T恤衫早已供应市场。

 

 

 

近年来我国多家企业和研究机构开发了智能变色纤维,整体水平紧跟国际先进水平。例如,石狮森科智能科技有限公司通过在衣服内层植入自主研发的“柔屏”产品,实现服装的自动变色,且能呈现各式各样的灯光图案,满足当今年轻人对时尚纺织品的追求。智能变色纤维与传统服装制造技术结合,实现了服装智能变色。如深圳智裳科技有限公司利用光的传导原理,结合互联网技术与电子传感技术,设计制造出智能变色婚纱,且能实现手机APP远程控制,一键变色,自动闪烁。

 

 

目前,智能变色纺织材料的研究技术已经比较成熟,且智能变色纤维种类较多。针对不同的应用环境,智能变色纺织材料可起到保护、娱乐等作用。但我国智能变色纺织材料的价值有待开发,产品的产业化和市场范围有待发展。

 

电子信息智能纺织材料

全球经济大环境下,电子信息在推动纺织业的技术革新、优化纺织业的产业结构和产品类型中发挥出了非常重要的作用。电子信息智能纺织品作为不同技术领域的融合产品,正朝着多系统结合、多功能化、优异产业结构与产品类型的方向发展。电子信息智能纺织品的主要技术包括3类:第一,对外部环境和条件进行感知的技术研发;第二,反馈功能的技术研发;第三,响应功能的技术研发。

 

 

目前,在互联网、大数据的背景下,国外对于电子产品与服装的融合,已达到了较高的技术水平。如加拿大OMsignal智能服装开发公司发布了在服装内嵌入传感器的智能服装技术,能追踪心率、呼吸频率、呼吸量、运动状态、热量消耗、运动强度以及心率等信息;谷歌联手李维斯推出智能服饰,将导电纤维嵌入任何类型的纺织品来制作智能化面料,在衣物上加入纽扣大小的超小型计算系统,将可穿戴技术融入牛仔裤、夹克、衬衣甚至内衣中;英特尔联手建筑学运动服装设计师Chromat推出“响应式服装”,智能服装搭载了英特尔只有纽扣大小的硬件平台Curie,利用传感器收集的心跳、体温等人体生理信号,并通过在衣服中集成的形状记忆合金进行衣服变形。

 

OMsignal四种款式T恤

 

我国在应用电子信息智能纺织材料监测人体生理指标、收集运动数据、智能化理疗、服装微气候监测等方面取得了较大的进展,电子信息纺织材料在国内已有部分市场。例如,东莞市南耀智能服饰有限公司研发出的智能理疗内衣,可通过APP操控内衣进行智能健康按摩,实现纺织品与人体健康的结合;博迪加科技(北京)有限公司将传统服装工艺与电子技术结合,采用柔软高强弹力透气面料,在服装内层嵌入织物电极,实现了对人体心率、呼吸频率的实时监测,快速准确地采集人体运动生理信号;此外,深圳智裳、Aika爱家科技、石狮森科智能有限公司、金利莱斯等企业在智能纺织品的研发与应用上也有所进步。

 

智能电热滑雪服

 

目前,我国电子信息智能纺织品研发主要以具有传输信号功能的导电纤维和织物技术为主,并加大了人体生理指标与传感器、系统结合的研究投入。该类智能纺织材料还需解决电子传感设备给服装洗涤带来的不便问题和穿着舒适性等问题,并需进一步优化产品类型,加快产品的产业化。

 
 
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