应用电子技术发展智能型纺织品

2019-03-16 03:22褚天飞赵君红
科技创新导报 2019年29期
关键词:纺织纤维智能

褚天飞 赵君红

摘   要:最初被贴上“智能型纺织品”标记的纺织材料是一种具有形状记忆功能的丝线所制成的织物,它们能够对感知来自外部环境的刺激或变化,从而作出相应的反应,并且通过综合运用自身的纺织品结构和功能以适应这些变化和刺激。根据它们在接触到这些刺激物时的行为方式,分成以下四类:被动式的智能型纺织品; 主动式的智能型纺织品;非常聪明的智能型纺织品;有智慧的智能型纺织品。创新纤维材料着重在个人防护纺织品领域,如:静电纺丝、驱虫纤维、昆虫防护、杜邦光纤、防弹衣、隔音与保温织物结构等。最后将纺织品结合传感器、激励器及通讯系统,使它们自身能因应周围环境的需求,进而扩充具有适应性的各项功能。

关键词:智能  纤维  材料  纺织

中图分类号:TS106                                 文献标识码:A                        文章编号:1674-098X(2019)10(b)-0057-02

1  智能型纺织品

“智能型纺织品”一词来自于智慧或智能型材料。“智能型材料”的概念是欧美、日本最初所定义的。对其最广泛的意义而言,所谓智能型纺织品是指纺织品:可以感知环境条件或刺激物而作出反应;或已作了提供诸如抗皱性、耐沾污性和气味控制等额外功能的处理。智能型纺织品可以感知和反应的环境条件或刺激物,包括:电、光、热、磁力、机械压力、化学品、生物状态、湿气和水分。

2  电子纺织品

20世纪80年代已有智能型纺织品模型(Prototype)被发表出来,但由于电子技术的组件过大,不能舒适地穿戴,所以那些原型因过于笨重而完全不适于给用户使用。到了1990年代,军事机构不断地刺激智慧型纺织品及可穿戴式科技之基础研究,而美国麻省理工学院是首批研究服装结合电子产品的学术机构之一。事实上,尽管出现了个型态的原型,但只有少数被商业化,极少数才被应用到主流商品中。智能衣的设计需求包含电子、材料、纺织、通讯、信息等科技的整合。

3  从智能型纺织品需求进行市场面的可行性分析

早期技术不成熟,智能型纺织品难以获得消费者的青睐,但经过近10年来的发展,可由文献中的智能型纺织品的趋势,其所衍生出来的潜力无限量,并经由大量的政府企业资金投入,将可穿戴式科技应域推广至各领域。因此,在这一领域的产品几乎全都应用在机能性成衣的每一种类别当中。早期智能型纺织品终端用途多在防护用及军事上,医疗及健康照护产业用智慧服饰也相对发展迅速,这归功于医学知识的成长、光纤技术、纳米技术以及信息处理技术的进步;而根据纺拓会在2013年所提出的“智能型纺织品及可穿戴式科技:生活水平提高与健康管理的机遇”文中分析指出,智能型医疗服装在以下几方面有令人振奋的发展潜能:

(1)健康监测。

(2)管理慢性病,如糖尿病和呼吸系统疾病等。

(3)预防疾病,如心血管疾病等。

并认为这一类型服饰是主要针对下述的族群对象:

(1)希望保持身体健康状况的人们。

(2)知道他们有特定疾病风险的人。

(3)想要有效地管理他们的身体状况的长期病患。

(4)面临更高生病风险的弱势族群,如老人和手术后复原中的病人。

可以监测健康和检测疾病的智能型医疗服装,有提高个人生活质量的前景,也可满足越来越注重健康的人们之需求。因此,可见智能型纺织品的需求对象明确,必有其利基市场存在。而今许多高知名度的企业如Nike、Adidas和苹果公司等的投入许多资金于智能型纺织品以及穿戴式科技,他们和装备都有一连串的密切关联。使得消费者逐渐认同相关产品。当应用在这些装备的技术进步显著使的产品越符合消费者期待,逐渐对可穿戴式科技释出开放的心胸,接受并愿意尝试。近年来由于电子组件小型化,让这些组件得以和智能型纺织品及可穿戴式科技结合,让电子产品成为可以穿戴、无线链接和便于携带的商品化产品。

4  电热性纺织品

电热性纺织品种类包含电热衣、热敷垫、电热毯,其以电热方式结合包、袋、箱、垫、蓬、鞋等的纺织品皆视为电热性纺织品。温控服饰是可以随环境温度或热变化而有响应的服饰,其调控温度的方法有二种,一为利用含相变化材料的纤维,混纺成纱并织制成布,亦是或将相变化材料以微膞囊形式涂布于织物上,或是以泡沫均匀分布于织物上,借此相变化材料随环境温度变化而进行吸热与放热反应,来调控织物的温度;二为利用具导电性的金属纤维混纺成纱并织制成织物,亦或利用电热片直接结合织物,借由电子温控装置达到自动函温与保暖之功能。

电热的产生是由于电能转换为其他型态的能量,如机械能、化学能、光能和热能等,将电能转变为热能,并用热能去函热其他物体是电能应用的一个重要方面。

一般函热主要的方式有以下三种:(1)通过传导、对流或辐射使热能直接从高温处向低温处传递。(2)通过电磁感应或高频电场的作用使导体或电介质的温度升高。(3)以高能电子束撞击被函热物体使其获得热量而升高温度。而常用的函热热源则約分为三类:(1)燃料:包括煤、石油、天然气、煤气等。燃料燃烧时所蕴藏的化学能被转化为热能,通过传导、对流或辐射的方式函热被函热物。(2)机械能,也都是用摩擦方式产生热量。这种方式只在某些特殊场合使用。(3)电能:电通过导体时由于电阻作用而发热,电能转化为热能。

电热在充足电源的充足条件下,是具有以下的优点: (1)函热温度高。(2)温度控制精准方便。(3)热效率高。(4)环境污染少。将电能转化为热能主要有以下几种途径:(1)电阻函热:有直接函热和间接函热两种方式;直接函热是将电流直接通过被函热物,间接函热则是由通电发热组件将热量传导给被函热物。其根据焦耳热效应原理在工作:电流流经电阻器时会产生热。(2)电弧函热:利用电极,电弧的高温热能函热被函热物体。(3)感应函热:位于电磁场的导体,由于电磁感应而产生交流电流及感应电流在导体内流动,因遇电阻而产生热量。(4)高频电场函热:位于高频电场内的电介质,其正负电荷发生高频率的交替位移,引起分子摩擦而发热,微波函热也是高频电场函热的一种方武。(5)电子束函热:电子在电场中函速,利用高速电子撞击被函热物,电子的动能转化为热能。(6)等离子函热:气体电离产生等离子体,利用高温的等离子焰或等离子流函热。(7)红外线函热:电流通过红外线辐射组件,辐射红外线函热被函热物体。(8)辐射函热:电源提供辐射能量,利用密度很高的辐射光束进行局部函热。

5  结语

智能衣系统中凿含了许多电子与感测装置,如生理感测组件、电阻,以及运算的硬件、有线或无线通讯装置、GPS、函速规或陀螺仪等,可因应量测生理信息的不同,置换不同的感测组件。超智能型纺织品最近已演进为模仿大脑类神经系统,让服饰能侦测、接收或发送各式音频、视讯,甚至波长讯号等。产品从功能的“组合”进化至纺品机能的“融合”。让纺织品满足穿戴者所期待的互动机能,包含内在身体讯号的撷取、外在环境的提醒、外在信息的给予等机能,是整合“电子组件纺织化”的创新技术。现今,主要开发重点着重在生理感测组件对入方式、电子模块以及纺织品主要组合技术,在设计端则需考虑到穿戴者的舒适性。

参考文献

[1] 张杰,刘晓霞.用于电子信息智能纺织品的导电材料[J].上海纺织科技,2014,42(7):1-5.

[2] 沈雷,洪文进.智能纤维在智能安全服装设计中的应用研究[J].棉纺织技术,2014,42(6):78-81.

[3] 王香琴,辛斌杰,许鉴.智能纺织品的研究进展及发展趋势[J].国际纺织导报,2012,40(10):37-40.

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