智能材料在纺织中的应用

智能材料在纺织中的应用

杜密宇　万振江

(西安工程科技学院　西安　710048)

　　1　智能材料[1]

以最恰当的方式响应环境变化,并根据环境变化自我调节,显示自己功能的材料称之为智能材料。智能材料应具有一些生物体才有的功能,如传感、判断、处理、执行乃至自预警、自修复、刺激响应等。作为智能材料必须具备以下特征:

(1)感应(Sense):智能材料的第一特征是对环境有感应,对环境因素变化敏感,并能及时反馈,给出下一响应。

(2)识别(Indentification):在材料感应环境变化后,自身能进行识别,对影响因素能加以区别,以便进行下一步动作。

调控(Adjust):在感应和识别之后,智能材料能够对环境的变化进行调整自身的条件或进行修正,以便适应因环境变化带来的影响。2　智能纺织品

智能纺织品就是较之普通的纺织品具有更多功能的纺织品。其智能化来自于织物纤维的智能化或织物中加入的特殊成分,这些特殊成分可以是电子装置、特殊构造的聚合物甚至可以是着色剂。特殊成分的加入虽然使产品成本有所增加,但附加值增加得更大,因此针对不同要求研究开发适合不同环境条件下的智能纺织品是十分必要的。211　智能纤维

智能纤维是指能够感知环境的变化或刺激,如机械、化学、热、光、湿度、电和磁等,并做出反应的纤维。智能纤维包含有传感器、执行器和可能含有的中央处理器,具有传感、执行、调节、适应的功能[2]。

近年来,智能纤维正以异乎寻常的速度发展,主要有光纤传感器、导电纤维、形状记忆纤维、变色纤维、压电陶瓷纤维、蓄热调温纤维、调温和调湿纤维、选择性抑菌纤维等。21111　光纤传感器

些信号,是迄今为止发展最为成熟的纤维传感器。

美国佐治亚州理工学院将塑料光纤传感器植入衬衣,利用fabryΟperot型传感器可以探测某个部位信号,研制成了具有“知觉”的“聪明的T恤”,它可以协助医务人员探测病人心跳、体温、血压、呼吸等生理指标,也可由监测人员了解和掌握运动员、宇航员、飞行员的身体情况,防止婴儿在睡眠时因窒息而死亡。如士兵穿上这种T恤,一旦中弹受伤,T恤被击穿,T恤中的光信号便不能传至另一端,而会传回后方的“个人状态监测器”,医务人员便会据此知道伤员情况,按情况派人前往救援。

加拿大TactexControls公司推出一种压力敏感织物,该织物通过将光纤传感器的网络植入泡沫中制成,可以监测织物所受压力情况。美国Drexel大学将采用导电聚合物为包敷层的光纤传感器植入织物,希望用于战场上生化物质的探测。21112　形状记忆纤维

形状记忆纤维是指热成型时(一次成型),能记忆外界赋予的形状(初始形状),冷却时可任意形变,并在更低的温度下将此形变固定下来(二次成型),当再次加热时能可逆的恢复原始形状的纤维。最普遍的形状记忆纤维是镍钛合金纤维。

目前,形状记忆合金纤维已被用于智能结构、医疗矫形、防烫伤服装和新型记忆服装。如意大利一家服装公司发明了一种衬衣,它毋须用熨斗熨直,当你觉得热时,它还会自动卷起袖子。这种衣服的纤维是由尼纶和一种叫镍钛诺的合金物质织造而成。当四周气温升至某一温度时,袖子即可变短。生产商称,此种服装的纤维是由5条尼纶线绕上一条镍钛诺合金织造而成,可以当一般衣服清洗,同时也不会使人产生过敏反应。21113　变色纤维变色纤维是一种具有特殊组成或结构的,在受到光、热、水分或辐射等外界刺激后可逆、自动改变颜色的纤维。主要有光敏变色纤维和热敏变色纤

光纤传感器可以探测应变、温度、位移、化学物质浓度、加速度、压强、电流、磁场以及其它一

© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.

北京纺织　　第24卷　　第6期・61・

维两种。用变色纤维做成的服装在不同温度、光线下呈现出色彩的变化。士兵穿上它在不同的地方会变成环境的颜色,不易被敌方发现,达到隐蔽自己的目的。变色纤维还适合于制作舞台服装、童装等。

21114　调温纤维

倾斜失常时,电脑就指挥防撞器张开,调整倾斜

度,老人就会感到头部像有人扶着一样。即使因倾倒速度快,防撞器来不及反应也不要紧,因老人的头部也会被防撞弹簧张力所支撑,所以老人不会受伤。

21312　可补充维生素C的T恤

调温纤维能根据外界环境温度变化,伴随纤维

中所包含的室温相变物质发生液—固可逆相变,或从环境中吸收热量存储于纤维内部,或放出纤维中存储热量,在纤维周围形成温度相对恒定的微气候,从而在一定时间内实现温度调节。由蓄热调温纤维加工成的纺织品除具有常规纺织品的静态保温作用外,还具有由于相变物质的吸放热引起的动态保温作用。目前,该纤维主要用在滑雪衫、靴、手套、袜、帽、体育运动服装等各个方面。21115　智能抗菌纤维

日本富士纺织品公司已开发出一种含有前维生

素(proΟvitamin)的布料。前维生素是一种特殊物质,当它与人体皮肤的化学物质发生反应时就会转变为维生素C。这种T恤洗涤超过30次,还能够具有补充维生素C的能力。那些不能从饮食中得到足够维生素的人,都可以通过穿这种T恤加以补充。21313　用于军事方面的智能纺织品美国马萨诸塞州内蒂克的美军士兵系统中的研究人员正在研制一种专供士兵穿着的具有变色、接受电子邮件等功能的新式服装。这种名为“天蝎高速战斗服”的服装将使用植入服装纤维内的微型装置,包括可使士兵能够接收电子邮件以及自己、敌人所在准确位置等信息的一体化天线。此外,植入服装内的微小发光粒子能分辨现场环境的颜色和特征,改变自身颜色并与之混合。据称,这种服装将于2010年装备部队。21314　有毒物质探测织物有毒物质探测织物是在织物中织入一些光导纤维传感器,当光学微传感器接触到某种气体、电磁能、生物化学或其他有毒的介质时,被激发产生一种报警信号,提醒暴露在有毒气体中的穿着者,以及提高士兵在战场上的生存能力。这些精明的服装作为消防人员、有毒物质工作者或其他暴露在有毒气体场所中工作的工人的保护性服装有更大的意义。3　结语正是由于智能材料与结构的重要性,因而引起了整个工业发达国家的重视[3]。预计在21世纪智能材料将引导材料科学的发展方向,其应用和发展将使人类文明进入更高的阶段。

参考文献

[1]李玲,向航1功能材料与纳米技术[M]1北京:化学

人体皮肤表面生长有各种各样的细菌,皮肤表面细菌过多或完全没有细菌,都会引起各种各样的问题,如过敏、产生臭味或生病等。美国Nylstar公司制造出一种“智能聚酰胺纤维”,抗菌剂包藏于纤维内部,而不是粘附于纤维表面,所以不必担心其中的成分会引起皮肤的过敏,而且可以耐30次的洗涤,这种纤维区别于一般抗菌纤维之处在于,无论是轻微活动还是剧烈运动都可以控制皮肤表面细菌的数量维持在正常水平。212　电子技术与纺织相结合的智能纺织品

具有电子功能的智能服装对聚合物电子是有一定要求的。传感器和电子元件不能对穿着者产生干扰或制造麻烦,聚合物电子元件应当像纺织品一样柔软等。

最近,比利时一些科学家开发研制出可穿戴的电子产品。他们设计的智能跑步服还巧妙地编织有电子音响放松器。当你穿上它跑步时,它会自动播放某种类型的音乐,并随时调整音乐节奏,帮助跑步者随时调整步伐。德国FAC服装设计公司推出的智能服装集成了手机、录音机、MP3和GPS系统的功能。213　其它类型的智能纺织品21311　防撞服装

老年人行动迟缓,稍不慎容易跌倒。针对这一情况,瑞士一家公司研制成功了一种称之为“SV”老人防撞服装。如果老人血压升高,头晕眼花,一旦摔倒,只要他穿上这种服装,就不会有受伤的危险。因为在防撞帽中装有电脑防撞器,当人体头部

工业出版社,20021

[2]姚康德,成国祥1智能材料[M]1北京:化学工业出

版社,20021

[3]杨大智,智能材料与智能系统[M]1天津:天津大学

出版社,20001

© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.