智能纤维在纺织领域的应用及发展探究范文

摘要：介绍智能纤维的分类、智能材料及功能，详细阐述智能纤维近年来的国内外发展现状。重点介绍智能纤维在安全防护纺织品、医疗纺织品及运动健身纺织品中的应用。最后阐述未来智能纤维的发展趋势，指出未来智能纤维将向高舒适、高智能、高功能、多功能、低成本、美观、生态环保、产业化方向发展。

关键词：智能纤维；智能材料；智能纺织品；发展现状；发展趋势；应用

随着人们生活质量的提高，传统单一的纤维已经不能满足人们的需求和生产需要，智能纤维的出现解决了这种问题。《智能制造发展计划（2016—2020年）》中指出，以智能制造为基础建立中国支撑体系，实现重点产业向智能化转型。如今，在以加快智能制造装备发展、加强关键共性技术创新以及建设智能制造标准等为战略任务的背景下，人们对纤维的性能要求越来越高，如要求纤维可以使人体机能随着所在环境的变化处于最佳状态。

1智能纤维概述

1989年，日本学者将信息科学融于材料的构成和功能中，并提出智能材料概念，又称为机敏材料和灵巧材料［1］。智能材料涉及微电子学、材料学、物理学、化学、机械等领域，它的3大基本要素为感知、反馈、响应。智能纤维是指通过智能材料处理得到的对外部环境与内部状态具有感知、可响应及功能发现能力的纤维［2］。

1．1智能材料及其功能

智能材料有3种形式，其中1种是智能纤维，即纤维状智能材料［3］。目前智能材料有形状记忆合金、光导纤维材料、相变材料、变色材料、智能凝胶材料、压电材料、光驱动型聚合物等［4］。材料仿生设计和材料的多功能复合是智能材料设计的指导思想，其概念的出现标志着第5代材料的诞生，推进了航天、纺织、医学及深海探测领域的发展［5］。智能材料系统具有传感功能、反馈功能、信息识别与积累功能、响应功能、自诊功能、自修复能力及自调节能力等生命特征和智能功能，其中传感功能是指智能材料能够感知外部与内部环境，并且可以检测识别外界刺激，如光、热、应力、核辐射及磁强度变化等［6］。

1．2智能纤维分类

较早出现的智能纤维是形状记忆丝绸，随着科学技术的高速发展，智能纤维可分为光纤传感器纤维、蓄热调温纤维、智能凝胶纤维、智能释放纤维、变色纤维、电子智能纤维等，这些智能纤维如今已经实现规模化生产［1］。形状记忆纤维是指具有形状记忆效应的纤维，形状记忆效应是指纤维材料在一定条件下产生塑性变形后，在满足特定情况时能够回复到纤维初始状态［2，7］。形状记忆纤维可以与其他纤维结合形成高性能复合材料，也可以制成丝线、颗粒或薄膜等形式，如今形状记忆纤维的发展越来越受人们重视。意大利一家公司利用形状记忆合金纤维制造出一件智能化衬衣，当周围环境温度升高时，该智能衬衣的袖子会自动卷起，还能够自动熨平。蓄热调温纤维是利用蓄能材料的热活性相变化实现吸热、放热，在相对稳定的环境中达到改善织物舒适性的效果。蓄热调温纤维可以纯纺也可以混纺，是一种新型纺织材料，在消防服、手套、帽子及户外服装中应用较多。智能调温纤维纺织用微胶囊调温原理。此外，还有根据外界条件变化呈现变色效果的变色纤维。

2智能纤维发展现状

从美国弗吉尼亚大学CraigRogers博士提出智能材料概念，到1989年日本学者高木俊宜将信息科学融于材料的构成和功能中并诠释了智能材料，再到20世纪80年代智能材料作为新材料开始发展，如今纤维形式的智能材料正处在高速发展阶段［3］。近年来，不同学科的知识不断交叉融合，电子信息技术、纳米技术、微胶囊技术等先进科学技术的发展使得先进技术在智能纤维中得到广泛应用，同时纤维状智能材料的研究与开发取得成效［8］。目前智能纤维和智能纺织品表现出巨大的发展潜力。

2．1国内现状

目前我国对经济复苏和制造业振兴的渴望不亚于发达国家，但由于产业结构调整等原因，全球实体经济处于疲软态，曾引领欧美工业革命的纺织工业一度被称为夕阳产业［9］，所以业界想通过纤维做出改变，其中革命性纤维和织物的出现可能会颠覆纺织业态趋势，而革命性纤维和织物是一种多功能、多结构及多材料的智能纤维和织物。2017年我国智能纤维的发展趋势和产业规模统计及预测如图3和图4所示。目前,我国智能纤维的生产技术已逐渐成熟，如恒天海龙股份有限公司生产出了变储能黏胶智能纤维，烟台泰和新材料股份有限公司生产出了导电间位芳纶智能纤维，江苏中杰澳新材料有限公司生产出了导电涤锦复合智能纤维［10］。

2．2国外现状

从国外态势来看，各国对纺织领域核心纤维原料格外重视，特别是智能纤维、高性能纤维、革命性纤维被多次提出。2007年，《自然》杂志报道了智能纺织品及高性能纤维；2014年，德国建立了名为“未来纺织”的项目，该项目战略判断纺织行业是基于节能环保、新材料、智能纤维及智能产品等的全新行业，而不仅仅是传统行业；2016年4月1日，美国政府发起革命性纤维和织物制造的创新计划，该计划以研究开发未来纤维和织物为目标，以加速美国纺织制造业的复苏［9］。

3智能纤维在纺织领域的应用

智能纺织研究和开发理念是针对特定功能要求，结合功能或智能纤维制造整理方式来加工纺织品，开发出满足人们需求的新产品［11］。如今智能纺织品不仅应用于服装、安全防护领域，也多应用于军事、医疗及健身领域。

3．1安全防护纺织品

智能纺织集合各种高科技，其纺织品可以抵抗不良环境条件并提供更好防护。因智能纺织品具有许多突出功能，如变色功能、形状记忆功能及调温功能，很适合用来研究和开发防护服及各种安全防护纺织品。英国纺织品和防护服机构研发出一款防烫伤智能服装，它是将镍钛合金经过两次加工形成不同形状，然后再将其与智能服装面料组合，当防烫伤服接触高温时，镍钛合金记忆纤维被激发产生形变，形变的两次形状在织物间起到隔绝热源的作用，防止皮肤被烫伤［2］。美国学者研究出一款自动报警智能服装，在战场和具有放射性及有毒物质的环境里能够保障人体安全［12］。此外，还有智能防护帽子和智能防护手套等，如图5所示。

3．2医疗纺织品

智能纤维在医疗纺织品中的应用也十分广泛，其纺织品对人体有保护、治疗和恢复作用。如今智能纺织品不仅要具有健康、防护、舒适功能，还要具有储存、检查和检测身体数据及功能传递作用［13］。目前智能纤维在医疗领域中应用主要是处理和执行功能、远程医疗、作为载体材料以及集传感于一体，智能纤维对药物释放系统具有关键作用。Steckmann和Prieb设计出随温度变化具有形状记忆效应并通过加热和电流可以激活的智能绷带［13］；美国一家公司研发出一种可以测氧气浓度、细菌数量及湿度并自动记录在计算机中的智能绷带；Sensoria公司研制出具有摔倒感应、测量足底压力功能的智能医疗短袜；奥胡斯大学教授研发出一款便于医护人员对病人心脏衰竭进行监控的Edema智能长袜［14］；德国科学家研制出一种含有环式糊精糖分子的智能医疗功能内衣［15］。

3．3运动健身纺织品

智能纤维在运动健身纺织品领域中的应用前景十分广阔，预计2026年，智能运动健身纺织品将占智能纺织品整体的46．8％，市场规模将达到15．3亿美元［16］。智能运动健身纺织品可以为运动员提供健身建议，提升运动人员表现效能，以及记录运动人员的呼吸、心率等。此外，随着智能纺织技术在运动领域的应用逐渐成熟，智能面料具有了缓解疲劳、吸湿快干、感测生理及温度调剂等多种功能。Athos研制出可以检测穿着者呼吸频率、心率、肌肉活动及加速情况的智能运动衣和短裤［17］。

4智能纤维发展趋势

智能纺织品一直走在科技变革和创新前沿，智能纤维的地位越来越高，其智能产品具有广阔的发展前景。智能材料虽然存在智能驱动材料载荷小、输出功率小、难以承受负荷较大作用、材料效率低、耗电、磁致伸缩材料应用范围较窄、制作成本高、难以应用在大型机械装备及建筑行业中等问题［10］，但各工业强国已经开展智能材料及智能产品的研发工作，智能纤维相关技术被认为是航天、深海探测及新材料等行业的关键技术，此外，智能纤维在纺织领域和军事领域的应用潜力很大，其中智能纺织品的应用范围涉及生物医学、土木工程及安全防护等领域。目前纺织业正处在转型升级期，智能纤维及智能纺织正在向中国2025和工业4．0方向发展，未来智能纤维将向高舒适、高智能、高功能、多功能、低成本、美观、生态环保及产业化方向发展［11］。随着人们生活质量的提高，智能纤维的需求也会逐渐增多，全球纺织市场的主流将是智能纤维及其纺织品。

5结束语

智能纤维即纤维状智能材料，由于智能材料系统具有传感功能、反馈功能、信息识别与积累功能、响应功能、自诊功能、自修复能力以及自我调节能力等多种特征和智能功能，因此对智能纤维的研究开发具有很大的市场潜力。从国内外的发展现状来看，为了纺织制造业的复苏，各国对纺织领域核心纤维原料格外重视，发起了研发未来纤维和织物及革命性纤维的项目，特别是智能纤维、高性能纤维，智能纤维虽然存在智能驱动材料载荷小、磁致伸缩材料应用范围较窄以及制作成本高等问题，但各国已开展智能材料及智能产品研发工作，尤其是在防护纺织品、医疗纺织品及运动健身纺织品等方面，智能纤维的相关技术被认为是各个领域的关键技术。未来智能纤维的发展趋势是高舒适、高智能、高功能、多功能、低成本、美观、生态环保和产业化。

参考文献

［1］朱平．功能纤维及功能纺织品［M］．北京：中国纺织出版社，2016．

［2］杨丽丽．智能纤维及智能纺织品的研究与开发［J］．中国高新区，2017（5）：60－61．

［3］王艳玲，沈新元．智能纤维的研究现状及应用前景［J］．产业用纺织品，2003，21（2）：42－45．

［4］陈花玲，罗斌，朱子才，等．4D打印－智能材料与结构增材制造技术研究进展［J］．西安交通大学学报，2018，52（2）：1－12．

作者:黄梅花 楚久英 单位:江西服装学院