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【原创】电子智能纺织品的发展现状及应用展望(二)——电子智能纺织品的实现方式

发表时间:2021/8/13

上期我们介绍了电子智能纺织品的工作原理及发展历程,本期承接上期内容,重点对电子智能纺织品的实现方式进行介绍。


导电材料


要实现电子纺织品的制造,首先要构建能导电的材料,主要包括以下几种应用方式。


导电纤维及纱线

导电纤维材料包括金属(银、铜、不锈钢等)纤维、导电聚合物(聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙烯二氧噻吩等)纤维,以及本身具有导电性能的纤维材料(如碳纤维、碳纳米管纤维、石墨烯纤维等)。此外,还可以通过在非导电纤维上镀金属(图1)、涂覆导电聚合物和碳纳米管等导电材料(图2),或填充碳纳米管、石墨烯、炭黑等导电材料制成导电纤维。这些导电纤维可单独制成导电纱线和导电织物,也可与普通纤维和纱线混纺或交织(图3)和交织制成导电纱线和导电织物。表1为几种导电纤维和纱线制造方法的比较。


图 1  一种镀银芳纶的制备方法


图 2  一种碳纳米管涂层导电纤维的制备方法


图 3  金属混纺纱线及其混纺形式


表 1 几种常用的导电材料及其应用的比较


印刷电子材料

印刷电子技术是基于印刷原理的电子制造技术。可将一些导电物质,如导电聚合物材料、石墨烯、银等添加到印刷墨水中制成导电墨水,再将导电墨水印刷在织物上,使织物具有导电性。印刷电子产品具有大面积、柔性化、低成本等诸多特性和优势,而且制造方法为低温增材制造,具有绿色环保的特征。下图为采用导电墨水在纺织材料上制成的导电线路。


图 4 采用导电墨水在纺织材料上制成的导电线路


光纤

光纤能传导光信号,可通过传感器感知光信号,并通过光纤进行传导,然后通过微型光电转换器将光信号转换成电信号,从而进行智能控制。


图 5 光纤传导原理图


智能服装的发展要配合电子产品微型化技术的发展。没有微型的电子产品、微处理器,智能服装的发展将会受到很大限制。将电子功能产品嵌入服装的要求包括:良好的拉伸性,重量轻,舒适度高,电导性好,具有良好的功能性、耐用性、耐磨性,且成本合理。


电子智能纺织品的制造


利用现有纺织品生产工艺制造电子纺织品

可通过现有纺织生产工艺,如纺纱、机织、针织、编织、印染后处理等现有纺织品生产工艺,将导电纤维、导电材料以混纺、交织、涂覆/浸渍、印刷等方式施加在纤维、纱线、织物上,制成电子纺织品。此外,还可以在制衣生产工序中通过缝纫、刺绣等工序将导电纱线缝制或刺绣于服装上,制成电子纺织品。


图 6  利用现有纺织工艺制造电子纺织品的工艺路径


崭新电子纺织品加工工艺

随着电子纺织品的发展,崭新的电子纺织品加工技术不断涌现。如新的纺纱技术可将微芯片嵌入纱线结构中,制成智能纱线(图7);将智能纳米材料施加于织物表面,制成能够识别周边环境中有毒化学物质的智能织物传感器(图8);静电纺丝是最灵活和最具成本效益的方法之一,它允许在高电压的情况下形成直径从几纳米到几微米的连续导电纤维(图9);利用等离子喷涂工艺,可以在纺织品上喷涂导电熔融粒子,制成导电织物(图10);利用化学电镀方法将金属沉积在纤维或织物上,可制成导电纤维和织物(图11);也可以做层压处理形成层压电子纺织材料(图12)。


图 7 嵌入微芯片的智能纱线


图 8 负载智能纳米材料的智能织物传感器


来源:纺织导报

图 9 静电纺丝工艺


来源:纺织导报

图10 等离子喷涂工艺


图11 在纤维上化学电镀金属示意图


图12 电子纺织材料层压新工艺示意图


(来源:纺织导报)