可穿戴技术在纺织服装中应用研究进展.pdf

62ACADEMIC 学术可穿戴技术在纺织服装中应用研究进展肖顶，吕辉跃？，寿凤萍2(1.海西纺织新材料工业技术晋江研究院，福建晋江3 6 2 2 0 0;2.中纺标（福建）检测有限公司，福建晋江3 6 2 2 0 0)摘要：服装制造领域是直接影响我国居民整体生活水平的重要领域，纺织服装又是其现代化发展过程中较为重要的一部分。在当前社会整体的智能化发展趋势下，加强智能纺织与可穿戴技术的深入整合，可有效推动我国纺织服装行业更加多元发展。对此，为了明确我国纺织服装行业中可穿戴技术的具体应用前景，对纺织服装中可穿戴技术的应用进行了较为全面的分析与探究，希望可以为纺织服装产业相关研究人员对可穿戴技术的运用提供一定的支持与帮助。关键词：可穿戴技术；纺织服装；应用中图分类号：TS941.7文献标志码：A文章编号：1 0 0 3-1 3 0 8（2 0 2 3）8-0 0 6 2-0 3前言面对当前社会整体的智能化发展趋势，纺织行业作为影响居民日常生活水平的重要行业，现阶段的研究工作不断向着智能纺织的方向进行转变。在这样的行业背景下，可穿戴技术作为代表性较强的一类技术，越来越受到行业内较多科研人员的重视。尤其是在我国人口老龄化速度不断加快以及二胎、三胎政策放开的背景下，可穿戴智能纺织服装的市场需求量越来越大。发展至今，我国可穿戴智能纺织服装产业不仅应用方向较为广泛，其未来的市场发展趋势也极为可观。1可穿戴技术在纺织服装中应用可穿戴技术在纺织服装的应用始于上世纪7 0 年代末。当时各种电子设备不仅体积较大，且能够实现的功能也较为单调。由于电子技术发展水平的限制，可穿戴技术在当时应用过程中，纺织服装仅仅是作为各种电子设备的测定载体运用在各种能够推动国家整体技术水平的特殊领域中，如医疗、航天、军事等领域。由此至上世纪末，可穿戴技术的应用不断发展，一些种类较为丰富的产品也逐渐运用在了居民的日常生活中，具有标志性的一套产品为1 9 9 7年由多个公司共同研发的具有娱乐与通信功能的穿戴式电子服装。进入2 1 世纪后，随着各国对各种电子技术以及新型材料的深人研究，各种电子元件的微型化与柔性化发展趋势使得各种电子产品与纺织服装间的融合越发紧密。2 0 0 4年，一款能够切实运用于日常生活中的男士智能化衬衫正式进入公众视野。2009年，美国某实验室设计出了能够接入互联网系统的可穿戴服装，标志着世界电子纺织行业正式进人了新的发展时代。这些年来，随着世界各国整体信息技术水平的不断提高，各种智能技术与设备的广泛运用，使得各种以智能手环、智能手表、智能眼镜等为代表的可穿戴设备在日常生活中的使用愈发常见。而在现阶段消费者常见的各种可穿戴智能服装中，为了实现对各种电子元件的妥善保护，往往会加人一些硬壳类的装置，这在一定程度上为智能服装舒适性以及可机洗性的发展带来了较大的挑战。同时，这些问题也是现阶段可穿戴智能服装行业中的研究重点之一。具体而言，利用各种功能较强的材料以及纺织服装的生产技术提高可穿戴电子设备的柔韧性，在确保二者功163能都能得到充分发挥的同时，实现科学融合已经成为现阶段智能可穿戴服装的必然发展方向。2柔性可穿戴设备及材料、制备工艺分析纵观当前行业中柔性可穿戴设备的应用趋势，其主要经历了由刚性化发展至柔性化，再由柔性化发展至智能化的几个时期。面对现阶段社会整体的智能化发展趋势，相关科研人员可以运用各种先进信息技术的优势为各种智能纺织品赋予较为灵活且丰富的数字功能。对社会的发展规律进行分析可以发现，随着各种新型材料的投人使用，往往能够推动一些新型制作工艺与元器件的流行，如半导体材料的出现对各种微电子产品的材料产生了较大的限制，而在生产这些电子设备时，又使得行业内的光刻技术水平得到了有效提升。上世纪6 0 年代初期，行业内对各种有机材料性能的全面探究工作中发现一些柔性基板可以较为全面地完成刚性基板所具有的一些功能，从而替代其进行使用，使得行业内的主要制作工艺也从光刻工艺变为了溶液工艺。这在一定程度不仅降低了实际生产工作的制造成本，还使得制作出的产品质量更高。现阶段的智能纺织服装行业中，在满足居民对其产品提出的可机洗性与柔韧性特点的同时，也需要注重对设备实际信号输送功能的设计。现阶段的行业发展趋势中，导电纤维作为一种重要的新兴材料，各国的科研人员开始对其进行深人研究与开发。在具体使用过程中，导电纤维一般具有经处理后导电与直接导电两种类型。直接导电的纤维只需要经过简单的切削与拉丝操作就可获得导电性较好的高分子纤维材料，但其在具体的使用过程中，不仅很难为人们提供较强的舒适感，同时因其硬度较高，想要正式投入使用，还需要与传统的纤维织物通过加工实现科学的融合。而直接导电的导电芯在经过诸如增加涂层、掺杂一些碳黑或其他金属物质等操作后，虽然能够在一定程度上加深可穿戴技术与服装材料的结合程度，但该材料实际的耐水洗性与力学强度仍是需要重点处理并解决的问题。现阶段行业中生产柔性可穿戴设备所用的材料主要包括各种聚合物、纤维、纱线以及织物等，对这些材料按照类型进行分类，可以分为金属材料、导电涂料以及绝缘材料等类型。在具体的生产过程中，由于使用的材料种类较为丰富，因此所选择的制备工艺也会随着材料的变化而进行适当调整，具体包括但不限于喷涂、旋涂、打印、电镀、化学镀、纺丝、掺杂等。虽然通过实践证明一些柔性材料可以有效解决传统电子器件钢性较强的问题，但在实际的生产与使用过程中，还需要对材料自身的拉伸性、力学性与稳定性等其他方面的特点进行更加深人地探究与分析。3可穿戴技术设计功效3.1满足使用者的具体需求受到电子设备性质的影响，现阶段行业中的可穿戴技术一般分为携带式与贴附于皮肤两种。其中贴附于皮肤的可穿戴式技术可以通过在人体某些部位植人传感设备的方式解放穿戴者的双手，为其提供较强的便利性。除此之外还可将可穿戴技术与服装以及各种饰品进行整合，从而在人体的运动过程中实现人与物体间的交流互动。随着行业内科研人员对其研究力度的不断深人，其对人体温湿度等身体特征等能实现较为准确的感应。面对实际使用者身高、体型等生理参数的灵活多变，在进行该技对一些特殊服装的表面进行准确的感术的设计过程中，应选择能够与穿戴者身体接触面最大的位置，并确保设备自身的弹性与拉力能够在使用者大幅度运动的情况下，避免发生位置的偏移等问题，从而提高其获得信息的准确性。3.2加强对产品质量的重视首先，提高材料柔性会使得可穿戴设备重量过高，为了提高使用者的穿戴体验，应注意将其配置在人体承重能力较强的部位，如腰部、臀部等人体躯干的核心区域。其次在进行方案设计时，还应充分考虑产品中各装置自身质量是否会因与人体皮肤接触而受到影响。最后，用户在穿着可穿戴智能服装时，不可避免地会进行一些运动，因此在对这些可穿戴设备进行设计时，尽可能加强对其物理性能的控制。既要准确获取人体的实际生理信息，也应确保其在人体运动过程中不会出现破损等问题，以提高实际使用的安全性。4柔性穿戴设备类型4.1信号感知设备4.1.1传感器传感器是一种能将所处环境中的各种信息转变为电子信号的设备，在柔性穿戴设备中，帮助建立起用户与电子系统间的联系。根据使用者对柔性穿戴服装提出的具体要求，运用的传感器类型包括但不限于动作、生物、环境等，加之用户使用需求的不同，实际传感器的柔韧性也存在一定的差距。柔性传感器与各种纺织服装更容易进行有效融合，但受到市场需求的影响，刚性传感器的运用已经逐渐成为智能服装研发的主要发展方向。刚性传感器在实际使用过程中体现出电学性能较强，并能有效提高信号传播的实际效率等特征，但由于其硬度过高且形状不易弯曲，很难64ACADEMIC 学术应，这也是现阶段行业应用时需要重点解决的一项问题。当前，研究人员对柔性技术的探究重点转变为利用其提高传感器的质量以及与服装的契合性，有效提高智能服装整体的舒适度。在柔性可穿戴服装的传感器研究过程中，金属纤维作为一种柔韧性与导电性均较强的材料逐渐受到了关注，研究人员通过对其的研究以及对金属复合纱线的运用有效解决了传感器柔软度较低的问题。随着近些年来各种新型材料的问世，也使得传感器的类型变得更加丰富，但受到研究水平的影响，部分柔性传感器的研发还不够成熟，仍需通过对材料的不断创新与实践实现其功能的优化。4.1.2电极电极是可穿戴智能服装中收集使用者生物信息的主要设备，可使智能服装实际的功能得到有效提升。以往智能服装制作生产过程中，为了提高装置的柔韧性，设计师往往会将湿电极粘贴在服装上，在提升其柔韧性的同时，使其更符合人体的特点。但通过不断的实践与研究发现，部分电极中存在的一些物质极易对人体的皮肤产生较大刺激，降低自身的电能，从而使得实际的功能与优势很难得到充分发挥。因此在现阶段的行业研发工作中，对干电极应用的研究已经成为柔性穿戴设备主要的发展方向。受益于其透气性、舒适性优势的影响，柔性穿戴设备已在很多行业中得到了广泛运用。由于其与纺织领域的结合程度较差，因此在可穿戴智能服装中的运用并不广泛。4.2能量收集设备4.2.1电池柔性可穿戴服装运用了较多的电子元件与设备，因此电池是为其各种设备提供充足能量支持的重要设备之一。现阶段服装行业中受到各种因素的影响，使用的电池一般为聚合电池，尺寸多且质量轻，但制作成本较高、续航能力较弱。柔性电池的材料选择上，包括但不限于碳纸、碳纤维、纳米管等。随着研究力度的不断深入，通过对纺织、沉积、喷涂、打印等技术的运用，可以制作出柔软度更高的柔性电池。面对纺织领域对智能服装提出的各种创新要求，可穿戴电池在实际的使用过程中仍然存在防水性与放热性等方面的问题，对其的优化也依旧是现阶段行业中的重点研究任务之一8。4.2.2自供电装置自供电装置是指能够通过各种自然能源以及人体提供的动能为智能服装持续供电的一种设备。与电池设备相比，自供电设备不仅应用的领域更加广泛，同时发展趋势也更好。现阶段智能服装对自供电装置的应用仍受到能量采集与管理方面的限制，即如何才能在实际的使用过程中收集到确保智能服装中各种设备正常运行的电能，以及如何对收集到的电能进行科学的管理分配。当前，不同学者提出的观点存在较大差异。一种较为流行的观点认为可以在降低智能服装电能消耗的同时，直接将收集到的电能运用在各种装置中。这种观点虽然能够提高电能的运用效果，却容易对智能服装实际功能的正常发挥产生较大的限制。5智能服装发展前景1）智能服装最重要的一个发展方向就是在提高导电纤维自身的柔韧性、抗拉伸性、导电性等物理性质的同时，加强对各种分子技术的研究与运用。通过对当前社会各种创新生物技术的运用，提高自身产品的创新能力。2）注重应用领域的扩展与整合，加强数字制造、生物技术等多领域的深人融合，从而在打破各领域专业壁垒的同时，将各专业的制造优势进行科学整合，提高产品整体的质量。此外，为了确保使用者的安全性，行业内相关部门也要针对可穿戴智能纺织技术以及其产品制定出相应的安全标准。综上所述，在当前社会整体的智能化发展背景下，可穿戴技术与纺织服装的深入融合是服装行业与各种先进技术整合发展的必然方向。但受到各种材料特点与技术水平的影响，当前行业中对其的研究与实践仍然存在部分不足未被解决。相信随着行业内科研人员的不断努力以及各种科学技术的支持，必然会有效解决这些问题，使智能服装更好地服务于社会。防料【参考文献1王丽霞.探究可穿戴技术在纺织服装中的应用研究进展 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