智能纤维及其纺织品简介及研究现状综述.doc

新型纺织纤维作业

姓名
林心流
班级
轻化1***班
学号
10*******

**大学纺织服装学院轻化工程系

智能纤维及其纺织品简介与研究现状综述
林心流
(**大学，轻化1***班, 1090*******无锡214122)

摘要：综述了形状记忆纤维、变色纤维、蓄热调温纤维、智能凝胶纤维和电子智能纤维等五大类智能纤维,分别对各类纤维的制备、功能、应用状况进行了阐述,概述这些智能纤维的研究现状及其应用前景，并介绍了由对应的纤维制成的纺织品,同时对智能纺织品的发展进行了展望.
关键词：智能材料 智能纤维 形状记忆纤维 变色纤维 蓄热调温纤维 研究现状 应用前景
Smart Fibers and Textiles Overview Introduction and Research Status
LIN Xingliu
(******University,Qinghua Class****,10******* WUXi 214122)
Abstract: The shape memory fibers, color fibers, thermo - fiber, intelligent gel fibers and electronic intelligence intelligent fiber fiber five categories, namely preparation, features, applications of various kinds of fibers are described, an overview of these intelligent Research Progress and Prospects of fibers and textiles presented by the corresponding fibers, while the development of smart textiles in the future.
Keywords: Smart Materials Smart Fiber Fiber Shape Memory Color Fibers Thermofiber Status Application prospects

1. 前言
近年来,世界主要发达国家十分重视智能纤维的开发与应用研究,智能纤维能够感知诸如机械、热、化学、光、湿度及电磁等环境变化或刺激,并能做出相应的反应.本文介绍形状记忆纤维、蓄热调温纤维,光敏变色纤维、导电纤维、自适应性凝胶纤维等智能纤维的特征及其应用,阐明其机理。其中重点阐述形状记忆纤维有关研究现状和应用发展。
2. 智能纤维简介：
衣服像“变色龙”那样根据周边环境变化自动变色变形，鞋垫能在行走间通过人体踩压自主发电……智能纤维可以通俗地解释为能主动感知响应外界环境并作出相关反应的纤维。对于服装、配饰、家居品等这些生活必需品，要是摇身一变，换上智能纤维，可以自己发电、发光、发热、变色、变形，甚至实现冬暖夏凉。
智能纤维是一种能对特别刺激进行判别并按预定方式智能反应的纤维。智能纤维及其纺织品不仅具有对外界刺激，如热、光、温度、电磁等变化感知和反应的能力，还具备适应外界环境的能力。目前，智能纤维及其纺织品的研究和开发已逐渐受到关注和重视，其中变色纤维、调温纤维、形状记忆纤维及导电纤维等智能纤维已实现规模化生产。
3. 智能纤维种类及其制备应用
3.1形状记忆纤维
3.1.1定义
形状记忆纤维是指纤维第一次成型时,能记忆外界赋予的初始形状,定型后的纤维可以任意发生形变，并在较低的温度下将此形变固定下来（二次成型）或者是在外力的强迫下将此变形固定下来。当给于变形的纤维加热或水洗等外部刺激条件时，形状记忆纤维可回复原始形状，也就是说最终的产品具有对纤维最初形状记忆的功能。
3.1.2加工方法
1）聚合物后期整理，赋予天然的或人造的纤维以形状记忆功能； 2）利用形状记忆材料直接织造或合成记忆纤维； 3）利用改性方法，将具有形状记忆的高分子材料接枝到纤维上，使纤维拥有形状记忆效应。
3.1.3应用领域
形状记忆纤维不仅可用于加工智能服装，也可应用在医学领域。比如将形状记忆温度设置在人体体温附近，那么用这种纤维制成的丝线，就可作为手术缝合线或医疗 植入物。由于该材料具有记忆功能，它能以一个松散线团的形式切入伤口，当其被加热到体温时，材料“记忆”起事先设计好的形状和大小，便会收缩拉紧伤口，待伤口愈合好后，材料自行分解，然后无害地为人体所吸收。
3.2变色纤维
3.2.1定义
所谓变色纤维是一种具有特殊组成或结构的、在受到光、热、水分或辐射等外界条件刺激后可以自动改变颜色的纤维。变色纤维目前主要品种有光致变色和温致变色 两种。前者指某些物质在一定波长的光线照射下可以产生变色现象，而在另外一种波长的光线照射下(或热的作用)，又会发生可逆变化回到原来的颜色；后者则是 指通过在织物表面粘附特殊微胶囊，利用这种微胶囊可以随温度变化而颜色变化的功能，而使纤维产生相应的色彩变化，并且这种变化也是可逆的。 
3.2.2加工方法
1）光致变色纤维的加工方法  将有机光致变色化合物溶解在高分子溶液中，制成纺丝液，再通过静电纺丝技术将该纺丝液制备成纳米纤维。有光致变色材料为螺噁嗪型、螺吡喃型、二芳基乙烯 型、俘精酸酐型、偶氮染料型等。高分子材料为聚乙烯吡咯烷酮树脂、聚苯乙烯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯树脂、聚乙烯醇、PET树脂等 2）温致变色纤维的加工方法   由于温致变色纤维的加工方法在国内缺乏研究所以作者没有找到相关制备方法的资料。 
3.2.3应用领域  
最早的应用实例是在越南战争时期，美国的CYANAMIDE公司为满足美军对作战服装的要求而开发的一种可以吸收光线后颜色改变的织物。而我国的东华大学 采用淡黄绿色的三甲基螺呃嗪为光敏剂，与聚丙烯切片共混后制成切片经高温熔融纺丝形成的光敏纤维也具有良好的性能。这种纤维经过紫外线的照射后能迅速地由 无色变为蓝色，光照停止后又可以迅速变为无色，并且具有良好的耐洗性能和一定的光照耐久性。相应的产品还有日本KANEBO公司的光敏变色织物，而由这种 织物制成的T恤衫早在1989年就供应市场了。美国的CLEMSON大学和GEOR—GIA理工学院等几所大学最近已经开始研究改变光敏纤维的表面涂层材 料，而使纤维的颜色能够实现自动控制。在民用领域，光敏变色纤维主要运用于娱乐服装、安全服和装饰品以及防伪标识上。
3.3蓄热调温纤维
3.3.1定义
智能蓄热调温纤维是指纤维材料的表面温度能够随着环境的改变而发生一定的改变。
3.3.2制备方法
目前，生产智能蓄热调温纤维(纺织品)加工方法有以下4种：中空纤维浸渍法；熔融复合纺丝法；涂层等后整理法，微胶囊复合纺丝法。并且由于一系列技术和成本问题微胶囊复合纺丝法生产智能调温纤维是目前实用的先进的加工方法。
3.3.3应用领域：
1）保护性织物 ：在头盔、护膝等保护性织物织造中采用调温粘胶纤维可适当控制这些部位的汗液产生与排放。2）服装、鞋帽 ：调温粘胶纤维具有调温功能和良好的舒适性，可应用于外衣、内衣、鞋袜、帽子、手套等，由于老人和婴幼儿对温度变化较敏感，因此在服饰领域应用较广泛。 3）医疗卫生用品 ：将调温粘胶通过混纺或交织加入到手术服、床上材料及精心护理所用良好的辅助治疗方面。 4）汽车内装置 ：对汽车内部诸如地板、车顶、车座的物品应用调温纺织品，通过相变材料的吸热或放热可保持车内温度恒定，具有明显的调温效果。
3.4智能凝胶纤维
3.4.1定义
高分子凝胶是指三维高分子网络与溶剂组成的体系，网络交联结构使其不溶解而保持一定的形状，因为凝胶结构中含有亲溶剂性基团，使之可被溶剂溶胀而达到平衡体积。这类高分子凝胶可随环境条件的变化而产生可逆的、非连续性的体积变化。
3.4.2加工方法
从体积相转变现象的发现至今，研究高分子凝胶的环境响应十分活跃，如溶液的组成、温度、pH值、离子强度、光、电场等。刺激响应性高分子凝胶是其结构、物理性质、化学性质可以随外界环境改变而变化的凝胶。当受到环境刺激时这种凝胶就会随之响应, 发生突变, 呈现相转变行为。这种响应体现了凝胶的智能性。高分子凝胶的刺激响应性包括物理刺激(如热、光、电场、 磁场、力场、电子线和x射线)响应性和化学刺激如pH值、化学物质和生物物质)响应性。根据环境响应因素的多少，可将智能高分子凝胶分为单一响应智能凝胶、双重或多重响应智能凝胶。根据响应条件不同，单一响应智能凝胶又可分为温度响应型凝胶、pH响应型凝胶、电场响应型凝胶、光响应型凝胶、磁场响应型凝胶等；双重或多重响应智能凝胶可分为pH、温度响应型凝胶，热、光响应型凝胶，pH、离子强度响应型凝胶等。
3.4.3应用领域
利用高分子受外界环境刺激而变形的特性，人们设想出各种各样的化学能-机械能转变装置，例如药物释放系统、化学阀、化学机械、人工触觉系统、光阀、人工肌肉和执行元件，引起了世界各国众多研究者的兴趣。
3.5电子智能纤维
3.5.1定义
电子织物，又称智能布块，不仅具备可穿戴和外观柔顺等常规性质，而且能够监测环境事件、执行计算任务并具备无线通信能力。 计算、通信、电池与连接部件成为织物内在的组成部分，“隐”于织物之中．织物系统可收集敏感信息、监测环境事件并借助无线信道将数据传送至外部网络，以供进一步地计算处理。
3.5.2加工方法
给织物加入控制和感应模块后，织能够感知和处理外界以及皮肤外表信息。主要问题在于硬件模块的设计以及服务的方式。
3.5.3应用领域
电子织物可用作定制各类穿戴式或非穿戴式系统的计算母板，为物理世界与信息系统的融合提供新型计算载体，在军事、医疗、体育、公共安全和消费电子等各个方面具备广阔的应用前景。
穿戴式织物系统主要指各种特殊服饰，如婴儿ＳＩＤＳ监护衣，夹克、太阳能织物手提袋、乔治亚穿戴母板、步态捕获外套、闪光Ｔ恤和神经电刺激治疗衣；非穿戴式织物系统则包括窗帘、帷幔、地板系统等应用，如织物烤箱、声波定位系统等．电子织物是构建穿戴系统的理想载体。现有的穿戴计算机一般由多个独立组件连接而成，附着在身体某些特定位置，比如腰带处理系统、眼镜显示器和腕式键盘等。电子织物将穿戴计算盒子和连接导线“化于无形”、完全隐入衣物，使得穿戴式织物系统的外在形式即为衬衣、裤子或者其它服饰，具备移动性、可穿戴性、持续可用性等特点。
4. 智能纤维现状与未来展望
4.1智能纤维研究现状
说到纤维，普通人想到的只是衣服及各类编织物。其实，纤维是当今人类发现的最重要材料之一。航天器、飞机、导弹、高铁等高精尖设备，无一离得开纤维。纤维还是老百姓未来‘智能生活’的保障。
新型纤维等高分子材料，不仅应用于航空航天、化工产业等方面，如今，它正为人类生命造福。科研人员研发的智能纤维，已在组织工程支架、人工肌腱、纳米复合齿科充填树脂等多项生物医用材料领域取得最新研究成果。
智能纤维、智能结构的纺织品的开发方兴未艾且有逐渐成为行业研究热点的趋势。智能纤维可以根据环境温度和新陈代谢速度调节自身的蓬松（卷曲）程度，用于服装保温衬层，可以实现热阻的自由调节，用于消防或防烫服装，可减少伤亡；可以根据外界环境变化改变颜色，用于军用服装面料可以实现隐身；可以根据外界环境或人的情绪变化放出香味，甚至放出上次休假地的气息，调节人的情绪，达到心理治疗的效果；可以根据受到威胁的情况改变织物的电磁信号、强度或硬度和气体或液体透过性能，达到智能防御导弹、子弹或化学武器袭击的目的。
4.2未来产业化前景探讨
这里探讨的智能纤维及其织物未来产业化模式主要涉及以上五种智能纤维及其织物。这五种纤维及其织物可用于不同的领域。在其传统的服装领域，这五种纤维可以单独某种织成服装也可用混纺的方式用几种纤维织成具有不同特性的服装。
其中智能调温纤维加上电子智能纤维在未来的民用领域有相当大的发展前途。在这里将会涉及纤维制造商和服装设计制造商，下面我们先来探讨对于调温纤维加上电子智能纤维及其织物的未来服装设计的产业模式。对于纤维制造商来说如果要迅速推广其织物最好的方法是自家建设小型的服装设计公司，并用自家的纤维设计少量的并且有创新性的服装作为展示并且少量推向市场。当这种服装大受欢迎的时候可以给合作伙伴提供这些纤维。所以在这种产业模式中纤维制造商在其中主要提供技术指导和智能系统的设计，纤维制造商需作出完整的技术方案并提供给服装设计商。并且对于调温纤维的制造商来说还可以进军家具和家居市场，如提供纤维给床单制造商以制造出可以调温的被罩也可以给家具商提供家具表面纤维层。
变色纤维加上智能控制纤维在未来的物联网中将扮演重要的角色。可以用电脑来控制家具的色调是很有意义的一件。对于一个物联网公司来讲可以在其物联网控制中加上家具的本身的色调调节。如果可能还可以加上智能调温纤维。并且对于大多数的金属类的工具可以加上调温纤维层以使它们更利于在冬天或者夏天使用。其中纤维制造商需做主要的贡献和努力。 在这些应用中纤维制造以及服装设计和物联网公司扮演着推动智能纤维发展的重要角色。其中物联网公司和纤维制造商的深度合作，以及其共同开发的主要设计方案将是智能纤维产业链中的核心。
5. 结语
智能材料作为新兴的高科技材料，应用前景非常广阔，在医药、建筑、服装、军事等各种领域都可以有很广泛地应用。但是，目前在技术方面还有很多部分不够成熟，所以并没有能够实现产业化。相信随着科技的进步，智能纤维的普遍应用将成为可能，这将对如今的生活有着极大的改善。

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