新型电子智能纺织品的开发及应用.pdf

应用技术墨窭互墨匠翟墨雹盈N o n w o v e n s T e c h n l c a lT e x t i l e sw w w t e x l e a d e r c o m c n双重优势，同时还能提供更好的供货保证。R e l y a n c e r M 粘合剂具有良好的可加工性，出色的性能可满足用即弃卫生产品的各色需求。该粘合剂是B o s t i k 公司结合工艺技术性能、易操作及创新性开发的代表产品，在传统设备上运行良好，只需对设备稍作调整即可。S p i n l a c e 水刺非织造布P G I 公司的S p i n l a c e 水刺非织造布在纤网成形和整理方式上都有所创新。该产品的造型几乎能够仿效大多数三维纺织品的花纹组织。按照预先设定的扫描图像，在成形滚筒上的某一固定点移动激光束，激光束便能在成形滚筒上雕刻出花纹，多维的凸点、凹点、孔眼等。经水刺后，成形滚筒上的花纹会转移到水刺非织造布上，使水刺非织造布呈现出纺织品的风格。P u r e x 曾三合一非织造布洗衣片P u r e x。三合一洗衣片有3 种香味，2 种包装(基础套装，含1 个便于保护和取用洗衣片的分片器及2 0 个洗衣片；超值补充套装含2 4 个洗衣片)。每片材用品中含有一次洗涤所需的清洁剂、柔软剂和抗静电剂。使用时只需将洗衣片放入水中，洗涤剂便会在循环洗涤过程中释放出来。当洗涤完成之后，直接将洗衣片和衣服一起移到烘干机内，洗衣片中的抗静电剂会在烘干过程中受热活化使衣物变得柔软，并简单去除静电，大大简化了洗衣干衣过程，一步到位。该产品是替代洗衣液或洗衣粉这类洗衣产品的轻松选择，在基础套装用完后还可购买省钱的补充装来填充分片器，同时在设计方面也充分考虑了可持续性，特别是对环境的影响。N o m e x 雪K D 耐高温过滤材料N o m e x K D 产品在非织造布中综合运用了N o m e x 和K e v l a r 毋两种纤维原料，以提高现有过滤材料的性能。高温领域应用的工业气体过滤器的设计是能够使用该产品在降低成本的基础上产生更好的效果，如沥青、水泥和煤渣散热器中。杜邦公司在耐高温过滤领域供应N o m e x 酋纤维已经有很长时间，在新的技术创新中，结合了N o m e x 的耐高温性能平f l K e v l a r 的高强特性，这样研制出来的面料比常规N o m e x。过滤产品的过滤性能提高了6 0 以上。N o m e x K D采用非织造工艺加工，经原纤化后制得的过滤材料具有很高的比表面积，从而提高了过滤效率，减少了灰尘漏损量。产品的高尺寸稳定性可提高滤袋的寿命、耐久性以及应用时的防喷溅特性，而热稳定性和防火焰性则提高了滤袋的整体性能。回1 0 61电子智能纺织品前景巨大智能纺织品是指能够感知各种来自环境的变化或刺激如机械、热、光、温度，电磁、化学物质、生物气味等，并能作出响应的一类纺织品。从功能上划分，可包括智能保温、生理状态遥测、太阳能发电、可穿戴技术、形状记忆、智能透湿防水、感温变色、电子化服饰等。本文主要讨论结合应用了电子技术的智能纺织品。电子智能纺织品是基于电子技术，将传感、通讯、人工智能等高科技手段应用干纺织技术上而开发出的新型纺织品。近年来，国外许多纺织研究机构已开始致力于这一领域的研发，其中美国、英国日本和比卡I J 时等一些发达国家的研究已处于领先地位。由于智能纺织品的终端消费市场巨大，分布广泛，因而难以片面笼统地预测其市场前景。到目前为止，电子智能纺织品的商业影响还较为有限，其产品主要集中于一些高性能服装领域。据美国V e n t u r eD e v e l o p m e n t 公司报道，2 0 0 5 年全球电子智能纺织品的产值超过3 4 亿美元，2 0 0 8 年达到了7 2 亿美元，年增长率超过2 8。另据美国B C C 研究公司预测，2 0 1 2 年美国导电织物的销售总额将达3 9 2 亿美元，年增长率将达3 8。据调查，目前终端消费品(如时装、运动及休闲装等)在电子智能纺织品中已经占有绝对优势，而在信息、能源、航空航天、国防工业、生物医疗以及交通安全和舒适等高科技领域也将得到快速发展。2 新型电子智能纺织品的开发与应用2 1 体育休闲服饰目前，电子智能纺织品最成功的应用主要在于提升了高端产品的性能(增加1 2 项新的功能)，同时加上智能设计从而达到吸引消费者的目的。可穿戴技术目前已成为这纺织导报C h i n aT e x t i l eL e a d e r 2 0 10N o 7万方数据w、，w t e x l e a d e r c o m c n墨毯互蜀函四盔田应用技术N o n w o v e n s T e c h n I c a lT e x t f l e s撰稿：赵永霞特邀专家：施楣梧苹果公司的i P o dn a n o 音乐播放器进行互动，计步器可将数据无线传输至i P o d，以更好地了解跑步距离和速度等数据。此外，德国体育用品生产商A d i d a s 与R o s n e r、英国的B u r t o n以及美国的T h eN o r t hF a c e 公司在这一领域也非常活跃。他们推出的产品清楚地展示了未来智能服装的发展趋势，即设计感强，并具有简易的可操控性，因为这与处在特殊使用环境中的穿着者联系紧密。在不远的未来，市场上其他一些值得期待的产品还包括价格高昂，主要是为了平衡不菲的研发成本。据全球著名的不用肢体就能进行交流的职业装，以及能对极端环境进行感咨询公司F r o s t S u l l i v a n 公司介绍，在生产加工中，可穿戴知并进行急救感应的夹克等。将I 刍G P S(全球定位系统)驱技术可通过提供车间、装配线以及操作区中与生产相关的动的新型传感装置结合在智能纺织品中后可精确定位用户数据和信息的移动接入而提升工厂管理系统的效率。所处的位置，即使在极端恶劣的环境下使用也没问题。目前这一领域的佼佼者包括：美国体育用品公司电子纺织产品与高性能之间及时整合技术的缺失，是0 N e i l l，其代表产品为一款带有键盘(用于控制M P 3 播放阻碍目前电子智能纺织品获得突破的一个因素。将传统的器)的滑雪夹克；N i k e 公司，其与电子产品生产商A p p l e(苹电子元件如刚性印刷电路板(P C B)植入服装内并不是理想果)共同开发了-一款带有计步器的跑鞋，鞋中的计步器可与的集成方法，因为电路不能随织物一起变形。另外，在不移纺织导报C h i n aT e x t i l eL e a d e r 2 0 1 0N o 71 0 7万方数据应用技术E 窭墨墨盔四盈盈N o n w o v e n s T e c h n l c a IT e x t d e sw、I v l t e x l e a d e r 6 0 m c r l除电子元件的情况下也无法方便地对衣物进行清洁。如果能将电路织物化，使其能像织物一样产生形变(如可拉伸到一定程度)，甚至是可清洗，这样就具备了很高的集成度，从而也将为大规模应用铺平道路。比利时G e n t(根特)大学电子实验室开发了一种可伸展的电子技术，可通过普通的纺织加工过程将电子系统与织物相结合。这种可挠可伸展的电子系统与传统的刚性印刷电路板相比提升了用户的舒适感。通过模压技术，电路被完全嵌入到聚合物材料中，因此具备了可洗性。尽管如此，在电子智能纺织品成为电子产品与服装领域的消费主流之前，还有很多问题要克服，如灵活性、使用寿命与稳定性等，而成本也是重要因素之一。2 2 监测与健康护理随着人们健康意识的提高，智能纺织品越来越多地融入体育和医疗器材以及植入系统中，用于监测心率、体温以及其他生理功能。智能纺织品必须舒适且不过分夸张，可抵御恶劣及多变的环境，可靠性佳，这一点在医疗领域显得尤为重要。目前，用于健康监测的产品很少有商业化的，投入使用的产品大多专为运动员设计使用。英国的B o d y M c d i a n-I 提供人体连续监测方面的解决方案；C u t e C i r c u i t 刃：发的衬衫可根据蓝牙指令进行伸展或收缩。美国T e x t r o n i c s 公司则开发了N u M e t r e x 心率监测运动胸罩；加利福尼亚的V i v o M e t r i c s 公司开发的用于医疗领域的L i f e s h i r t n-I 监测一系列生命体征。光纤将为新型智能纺织品的开发提供重要支撑，因为它们不仅灵活性高，而且还可将光用作信息的载体以及材料本身的传感器。医院里通常会通过将1 个血管夹夹在患者的手指上以测量红光与红外光通过病人手指时的吸收1 0 8率，从而判断血液的富氧或缺氧情况。O f s e t h 项目组希望能将这种测量方法应用于服装中，不用手指血管夹，而是将光纤围绕在智能服装的颈部。B i o t e x 项目正寻求一种融于纺织品中的化学监测技术，以用于急救领域。大多数智能纺织品都希望保持干爽，而该项目则希望开发一种特殊的传感器，用于测试人体体液如汗液等的传导性、电界液层、温度以及p H 值等参数。目前为止，该项目的研究尚停留在体育应用领域，因为医疗领域的应用要难得多，且对可靠性的要求非常苛刻，需要得到多方的认证和肯定。如果成功的话，可通过将生物传感器与伤口渗出物接触以监测伤口的愈合情况。近日，位于英国的S m a r t L i f e 技术公司开发的针织“线状电子换能器”获得了一项国际专利。据悉，该装置呈针织结构，至少包括1 个以导电纤维为原料的针织结构换能区，可编入服装中用于监测病人的健康状况。针织结构的变化将引起换能区电性质发生改变。通过监测这些变化，将有可能获得其变化规律，从而在应用于服装中特别是贴身服装时能更好地监测人体活动的情况。近日，由加拿大C o n c o r d i a 大学B a r b a r aL a y n e 教授与英国伦敦大学J a n i sJ e f f e r i e s 教授分别带领的两个研究小组联合发表了一项声明，声称他们已经开发了一种高度智能的交互式服装。该服装结合了独特的工程连接器、软电缆系统以及时尚的外观设计，样机将无线技术与生物传感装置进行结合以充实声音和影像信息数据库。服装中的无线传感器和生物传感装置用于记录穿着者的体温、心率、皮电反应以及呼吸频率，这些数据通过互联网上传至数据库中，然后数据库会在必要的时候将这些信息反馈给服装。当穿着者感到压力大、悲伤或失望时，服装中的生物传感器会促使服装接收一些让人愉悦的信息如照片、视频、音乐等，织物中的L E DI-贝1 对此进行显示，用于振奋精神，改善心情。在高级竞技中，心率监测是一项重要内容。V i t a lJ a c k e tH W M(H e a r tW a v eM o n i t o r)是一种能持续监测(最长连续监测时间为7 2h)穿着者E C G(心电图)和心率的智能T 恤，目前由英国的O p t i m a-l i f e 公司独家供应。将纺织品与微电子相结合，V i t a lJ a c k e t 将生命体征监测技术与T 恤相融合，从而实现了E C G 监测仪的植入。与T 恤相连的是1 件轻巧的带有S D 存储卡(容量为1G)的测量元件，可方便地握于手中或置二F 呵恤的口袋中。实时数据存储在S D 卡中然后通过蓝牙发送给l 台笔记本电脑。据称，该移动装置使用便利，无需与固定E C G 预t l 试仪相连，避免了繁多的连接线，可跟随穿着者灵活移动，监测能力提升，是体育、医疗与健身领域生纺织导报C h i n aT e x t i l eL e a d e r 2 0 10N o 7万方数据w w w t e x l e a d e r c o m c a命体征监测的一项重要成果。在用于监测生命体征的电子智能纺织品中，由于在开发有效的用于保持电子联系且无需使用传导性聚合物的传感器方面存在困难，这一领域的突破受到一些限制。此外，在医疗领域中，当电子智能服装被用于监测人体健康时，技术和功能的可靠性极其重要，不能对穿着者的皮肤造成不适等症状。随着老龄化人群的日益增多，这一领域具有极大的发展前景。2。3 军事及航空航天领域虽然电子智能纺织品行业仍处于起步阶段，但它在军事，医疗和体育器材等方面具有巨大的应用前景。医疗健康领域固然是一个巨大的市场，但军事领域更不容忽视，目前这一领域正在开发将液态装甲、电流源，光能以及无线多媒体设备置于服装中。S o l d i e rW a r r i o rS y s t e m s(勇士系统)是一项研究和开发如何将电导与光导网、微型传感器以及电针织物中织入的6 根光纤呈直线排列E 团置墨墨峦墨囝应用技术N o n w o v e n s T e c h n I c a IT e x t f l e s子装置与服装进行结合的项目。该系统配备了多种电子通信和显示装置，可为位于地面的士兵提供一些必要的信息和预警。通过将轻质电线和传导光纤织入士兵的服装或备选装置中，不仅可以节约成本，而且大大减轻了装备的重量，为光电纺织品应用于其他工业领域打下了基础。我国对智能作战服也进行了深入研究，如在作战服中嵌入生化传感器用以监测士兵的心率、血压和体表温度等生命体征，甚至可通过嵌入超微感应器辨别伤者体表的出血部位，并在作战服中植入微电脑，结合远程控制技术使该部位周围的军服收缩，起到止血的功能；智能降落伞在跳伞士兵失去控制能力时能够自动打开，并根据所检测到的空中和地面具体情况改变飞行方向和速度等等。近日，欧洲航天局(E S A)与丹麦智能纺织品专业开发商O h m a t e x 公司签署了一份协议，将共同开发和测试一种智能袜子装置，以描绘大腿肌肉的代谢活动。该项目旨在开发一种特殊的袜子，即将近红外传感器和基于纺织品的E M G(肌电)电极进行集成，E M G 传感器可通过织袜机或针织横机与袜子进行结合，而近红外传感器则很可能被塑于袜子上。O h m a t e x 公司将利用其丰富的纺织传感器开发经验评估找出最佳的开发方案。如果开发成功，将有助于监测和维护执行探月等航天任务的航天飞行员的健康，减少其肌肉受损的可能。2 4 其他领域在E U(欧盟)启动的第7 个框架计划(F r a m e w o r kp r o g r a m m e)中，P L A C E i t 是获得资助额最大的I C T 项目，其目的是研究将电子元件与日用品进行集成，从而使物品可发光，同时还拥有弹性、舒适性以及可洗性等技术性能。整个P L A C E i t 计划将持续3 5 年。据介绍，该技术研制成功后可用于新式的照明设计甚至是窗帘中，用于模拟自然光照，此外，用于学生的服装后可起到警示作用，从而使其在繁忙的交通中得到更安全的保护。最近，芬兰T A M K 应用科学大学开发了一种独特的带有照明系统的经编帘，并准备应用于蔬菜培植温室中。通过这种经编帘，农作物生长所需的光线将通过置于作物列与列之间的节能L E D 照明系统产生。经编幕帘宽约lm，当农作物及温室需进行维护时，帘子可轻易被卷起。比如，l 块2公顷的温室种植地需要安放1 2k m 的L E D 幕帘。根据研究，农作物在不同的生长阶段(除结果阶段)对色温的要求不尽相同，而经编帘中L E D 照明的功率及色温正好可以进行调节和优化。据估计，使用这种方法后，温室的能耗最多可降低一半，且L E D 照明的使用寿命可比目前广泛应用的高压钠纺织导报C h i n aT e x t i l eL e a d e r 2 0 1 0N o 71 0 9万方数据应用技术豇墨互墨盔四盟盈N o n w o v e n s T e c h n I c a【T e X t l l e sw w w t e x l e a d e r c o m c n光灯长2 倍。目前，该技术已在多个国家取得了专利，其中在芬兰还注册了应用模型，并率先应用于黄瓜种植。N e t l e d公司目前拥有这项专利的使用权，并希望将其商业化。该公司称，这种经编照明帘在北欧、中欧以及加拿大将有一定的市场前景，因为这些国家和地区常年光照不足，农作物生长受到很大影响。据称，这种技术除了可应用于农作物种植外，还将被用于花卉种植和室内装饰。3 发展趋势目前国内外开发的电子智能纺织品中，大多是将柔性电子元件植入纺织品内部，使传感器、柔性纺织品开关、柔性电子线路板、导电纱线等与纺织品融为一体。这种智能纺织品只不过是将先进的插拔技术或电子器件融入传统纺织品中，因此它们在人体穿着或工程应用等方面与传统的纺织品相比还有一定的差距，包括舒适性、外观、质地等。随着国内外许多采用融合技术的电子智能纺织品的研制成功，纺织导报：在近几年出现的智能纺织品中，您比较关注的有哪些?您认为这领域将来的发展趋势如何?施楣梧：目前，国际上我所关注的智能纺织品主要有以下几种。(1)电子信息智能纺织品。如可实时在线监测人体生命体征如心跳、脉搏等的纺织品及织物，采用手机通讯网络可以实时检测病人、老人、战士、儿童的生理状态及位置，在此基础上采用实时在线超声定位和计算机分析甚至可以遥测老人、战士、运动员的姿态。(2)光电纺织品。如带有柔性太阳能电池的服装，可供手机、电脑的野外用电；军人使用的可控变色迷彩服，可根据所处地貌呈现所处环境的典型颜色；基于光纤的可控1 1 0将来智能纺织品的研究将会逐渐脱离融合技术或是安置技术，而是会在2 种产品的原材料制造或服装面料的织造过程中就已经有机地结合在一起，这样就使电子智能纺织品不仅在功能上满足人们的要求，同时在纺织品的质地、外观以及穿着舒适性上也能满足人们的要求。如纺织计算机的开发设计与研制，是指一种根据织造学理论、参照织物结构，利用模拟传统纺织品中纱线以及纤维的物理形态设计制造的元器件而组装的智能化装备。随着科技的不断发展，微电子和纳米技术为电子智能纺织品领域带来了更多的机会。其应用包括：传导性纤维及功能性纺织品的应用(包括长丝和纱线)；胶囊植入、织入及缝入；传感器和电池技术；R F I D(收音机频率识别)等。而纳米技术与信息技术、生物技术、新能源技术等的结合，则进一步提升了纤维和服装面料向智能化转变的可能性和质量。圃发光装饰织物，可营造舞台气氛，形成简单的发光矩阵显示特殊图案。(3)压电纺织品。如压电地毯，将压电元件安装在地毯上后，在门厅、迪斯科舞厅等地受众多人群踩踏时能产生电能。(4)织物传感器。如化学品传感器，可感知生化战剂、煤气等。关于智能纺织品的发展趋势，我个人认为上述几种典型的智能纺织品将在近几年内得到比较迅速的发展，逐步成熟并应用于军队、运动员、病人等特殊群体，以及其他场合与人群。纺织导报：智能纺织品属高、精、尖领域，目前还处于起步阶段，您认为目前除了技术上的障碍之外，还有哪些其他问题需要解决?施楣梧：技术上的障碍是难以一步跨越的。另外，我觉得还需要关注以下几点：(1)缺乏原创思路，特别是国内研究者多模仿国外思路及产品，缺少创新；(2)需要多学科知识的交叉应用；(3)目前我国的智能纺织品领域在人力结构上还未形成强有力的研究团队；(4)在尚未形成智能化模型前，这一领域的项目不易得到较大量的经费支持。纺织导报C h i n aT e x t i l eL e a d e r-2 0 10N o 7万方数据新型电子智能纺织品的开发及应用新型电子智能纺织品的开发及应用作者：赵永霞作者单位：刊名：纺织导报英文刊名：CHINA TEXTILE LEADER年，卷(期)：2010，(7)被引用次数：0次 本文链接：http:/