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【前沿】5种智能纤维的研究与开发

发表时间:2015/6/23

什么是智能纤维?

智能纤维是指能够感知外界环境(机械、热、化学、光、湿度、电磁等)或内部状态所发生的变化,并能做出响应的纤维。近些年来,随着纳米技术、微胶囊技术、电子信息技术等在内的一些前沿技术的发展及运用,智能纤维的开发得到了迅速发展,并且催生了一系列新兴智能纺织品的出现,从而满足了人们的某些特定需求。

R.E.Neunham将智能材料分为消极、积极和高极等3类,得到了众多学者的认可。但消极智能材料与功能材料类似,并没有达到真正的智能,因此本文所述的智能纤维及其纺织品主要是后两类,着重对相变纤维、形状记忆纤维、智能凝胶纤维、光导纤维和电子智能纤维等 5种智能纤维进行介绍。

5种智能纤维介绍

1  相变纤维

相变纤维是一种结合相变材料技术与纤维制造技术开发的,能够自动感知环境温度的变化而智能调节温度的高科技纤维产品。其中包含的相变物质通过发生固-液或固-固可逆转化可使纤维具有双向温度调节和适应性:当环境温度高于某一阈值时,材料相变吸热而具有制冷效果;当环境温度低于某一阈值时,材料相变放热而具有保温效果,以此来控制纤维周围的温度。目前市场上比较具有代表性的相变纤维产品有Outlast、Comfortemp、Thermasorb和Cool Vest等,它们可以在温度振荡环境中反复循环使用,并且热循环次数普遍都达到1000次以上。

2  形状记忆纤维

形状记忆纤维是指在一定条件下(应力、温度等)发生塑性形变后,在特定条件刺激下能恢复初始形状的一类纤维,其原始形状可设计成直线、波浪、螺旋或其它形状。主要有形状记忆合金纤维、形状记忆聚合物纤维和经整理剂加工的形状记忆功能纤维三大类。目前较为常见的形状记忆合金有TiNi系合金、Cu基合金和Fe基合金。形状记忆合金纤维具有手感硬、回复力大的特点,可被用作纱芯与其它各种纤维纺出具有形状记忆效果的花式纱,并织成动感织物。

 

英国设计师侯赛因·卡拉扬利用形状记忆纤维打造的时装

形状记忆聚合物有聚氨酯、聚内酯、含氟高聚物和聚降冰片烯等多种品种,其中形状记忆聚氨酯由于具有易激发、形变量大、质量轻、成本低等优良特性而被广泛开发。形状记忆聚合物纤维具有众多优点,如手感较形状记忆合金纤维柔软、易成形且具有较好的形状稳定性、机械性质可调节范围较大、应变可达300%甚至更大等,因此其在纺织品上具有较为广阔的应用前景。

1.3  智能凝胶纤维

智能凝胶纤维是指能随外界刺激(温度、pH值、光、压力、电等)发生体积或形态改变的凝胶纤维。根据刺激条件的不同,智能凝胶纤维主要可以分为pH响应性凝胶纤维、温敏纤维、光敏纤维和电敏纤维等,其中以pH响应性凝胶纤维最为常见。智能凝胶纤维具有自适应性、生物相容性的特点,近年来常被用于智能纺织品的开发设计中。

1.4  光导纤维

 

光导纤维是一种可将光能封闭在纤维中并使其以波导方式进行传输的光学复合纤维,亦称为智能光纤,由纤芯和包层两部分组成。它具有优异的传输性能,可随时提供描述系统状态的准确信息。光导纤维直径细、柔韧性好、易加工,同时兼具信息感知和传输的双重功能,被人们公认为首选的传感材料,近些年来被广泛用于制作各类传感器,在智能服装、安全性服装等新型服装中屡有应用,以实现对外界环境的温度、压力、位移等状况以及人体的体温、心跳、血压、呼吸等生理指标的监控。

1.5  电子智能纤维

 

电子智能纤维是基于电子技术,融合传感、通讯和人工智能等高科技手段而开发出的一类新型纤维。随着人们需求的日益增长,对电子智能纤维也提出了更高的要求,目前市场上的电子智能纤维主要有抗静电纤维、导电纤维等,其中以导电纤维最具代表性。导电纤维是指在标准状态(20 ℃、相对湿度65%)下,比电阻低于107Ω·cm的纤维,其具有优良的导电性能,并能通过电子传导和电晕放电来消除静电,主要被用于消除静电、吸收电磁波以及探测和传输电信号。

(来源:纺织导报)