智能纖維及紡織品

智能纖維及紡織品隨著人們生活水平的提高，科學(xué)研究的不斷發(fā)展，人們對(duì)各種材料的要求也越來越高，希望材料能夠根據(jù)所處環(huán)境的變化，使自身功能處于最佳狀態(tài)。1989年日本學(xué)者將信息科學(xué)融于材料的構(gòu)型和功能中，首先提出了“智能材料”概念，它是指對(duì)環(huán)境具有感知，可響應(yīng)并且具有功能發(fā)現(xiàn)能力的新材料，隨后美國又稱其為靈巧材料或機(jī)敏材料。智能材料就是指模仿生命系統(tǒng)，同時(shí)具有感知和驅(qū)動(dòng)雙重功能的材料，即不僅能夠感知外界環(huán)境和內(nèi)部狀態(tài)所發(fā)生的變化，而且能夠通過材料自身的或外界的某種反饋機(jī)制，實(shí)時(shí)地將材料的一種或多種性質(zhì)改變，做出所期望的某種響應(yīng)的材料。感知、反饋和響應(yīng)是其三大要素。智能材料是集材料、物理、化學(xué)、微電子等多種學(xué)科為一體的交叉學(xué)科。前景（智能材料）智能材料的發(fā)展為智能纖維和智能紡織品的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)，促進(jìn)了智能紡織品的發(fā)展。智能纖維智能纖維是指能夠感知環(huán)境的變化或刺激，如機(jī)械、熱、化學(xué)、光、濕度、電和磁等，并做出反應(yīng)的纖維，是通過將智能材料處理到纖維上而得到的。1979年問世的形狀記憶絲綢被認(rèn)為是最早的智能纖維，目前光纖傳感器、變色纖維、形狀記憶纖維、調(diào)溫纖維和選擇性抗菌纖維等已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化生產(chǎn)。智能紡織品智能紡織品不僅具有一般機(jī)織、針織面料所具有的性能，而且還至少具有一種實(shí)用功能。通常由傳感器、制動(dòng)器和控制單元三部分組成，能通過自身的感知進(jìn)行信息處理，發(fā)出指令，并執(zhí)行完成動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)自身的檢測(cè)、診斷、控制、校正、修復(fù)和適應(yīng)等多種功能。

智能紡織品的應(yīng)用領(lǐng)域涉及生物醫(yī)學(xué)、防護(hù)服、運(yùn)動(dòng)和休閑以及流行等各方面，著預(yù)示著未來的服裝不僅時(shí)尚、保暖，還可以以呵護(hù)肌膚，維護(hù)健康，甚至遠(yuǎn)離危險(xiǎn)，保障安全。紡織品智能化的途徑將所需要的性能引入到聚合物中去，即利用高分子化學(xué)和物理原理，合成能對(duì)環(huán)境進(jìn)行響應(yīng)的新型聚合物，或?qū)υ械耐ㄓ镁酆衔锘蛱烊桓叻肿舆M(jìn)行改性處理使其具有智能化特征。換而言之，就是纖維本身的創(chuàng)造和開發(fā)，制造出智能型纖維。

通過染整加工賦予普通織物智能。

通過將普通纖維與特種纖維交織或?qū)⑻胤N纖維編入織物中而使織物獲得智能。

將織物與智能型膜等材料復(fù)合而制得智能型復(fù)合織物。

在織物設(shè)計(jì)中，根據(jù)特定的場(chǎng)合，通過特定的組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使織物能夠?qū)μ囟ǖ沫h(huán)境或刺激物產(chǎn)生響應(yīng)。

將織物或服裝與其他外加原件組合，從而制得智能織物或智能服裝。外加原件包括普通原件和高技術(shù)傳感器、監(jiān)測(cè)器、促動(dòng)器和報(bào)警器等。智能纖維及紡織品分類及特點(diǎn)被動(dòng)智能型紡織品主動(dòng)智能型紡織品非常智能型紡織品對(duì)外界刺激所反應(yīng)只能感知外界的環(huán)境和刺激，具有預(yù)警能力，卻不能自動(dòng)調(diào)控。不僅能感知外界環(huán)境刺激，還能做出響應(yīng)。是紡織品與人工智能的完美結(jié)合，其智能程度已經(jīng)相當(dāng)高的水平。它既是普通的服裝，又附加了猶如人的大腦的思維和計(jì)算機(jī)的程序處理。智能屬性分類物理型智能紡織品化學(xué)型智能紡織品分離型智能紡織品生物型智能紡織品涉及具有電氣、電子、熱學(xué)、光學(xué)及物理形態(tài)等智能的的織物，如形態(tài)記憶、電子信息記憶、蓄熱調(diào)溫等。涉及具有化學(xué)、光化學(xué)反應(yīng)等智能織物，如環(huán)境刺激敏感、光敏變色、溫敏變色等。涉及具有分離性、吸附交換等。涉及具有醫(yī)學(xué)、保健、生物等智能的織物，如衛(wèi)生保健、生物吸收等智能紡織品。智能纖維及紡織品的生產(chǎn)形狀記憶纖維及紡織品蓄熱調(diào)溫纖維及紡織品變色纖維及紡織品智能凝膠纖維及紡織品智能釋放纖維及紡織品電子智能纖維及紡織品一、形狀記憶纖維及紡織品形狀記憶纖維及紡織品的特點(diǎn)是具有形狀記憶效應(yīng)。所謂形狀記憶效應(yīng)，是指一定形狀的固體材料，在某一種低溫狀態(tài)下經(jīng)過塑性變形后，通過加熱到這種材料固有的某一臨界溫度以上時(shí)，材料又回復(fù)到初始形狀的現(xiàn)象。目前具有形狀記憶功能的聚合物有聚降冰片烯、反式聚異戊二烯、苯乙烯、丁二烯共聚物、聚乙烯、嵌段聚氨酯等。形狀記憶聚合物一般由共聚物合成。這類聚合物中通常存在硬鏈段和軟鏈段，而且軟鏈段必須足夠長。這樣，當(dāng)溫度改變時(shí)，軟鏈段能產(chǎn)生足夠的自由旋轉(zhuǎn)，從而使材料恢復(fù)到原來的狀態(tài)。二、蓄熱調(diào)溫纖維及紡織品蓄熱調(diào)溫纖維是一種具有雙向溫度調(diào)節(jié)作用的新型纖維。它能夠根據(jù)外界環(huán)境溫度的變化，從環(huán)境中吸收熱量貯存于纖維內(nèi)部，或放出纖維中貯存的熱量，在纖維周圍形成溫度基本恒定的微氣候，從而實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)的功能。蓄熱調(diào)溫纖維的這種吸熱和放熱的過程是自動(dòng)的、可逆的、無限次的。1、蓄熱調(diào)溫機(jī)理纖維的蓄熱調(diào)溫效應(yīng)源于蓄熱材料在相變過程中德吸熱和放熱現(xiàn)象。材料的相變是指某些物質(zhì)在一定的條件下，其自身溫度基本不變而相態(tài)發(fā)生變化的過程。當(dāng)外界環(huán)境溫度升高或降低時(shí)，他們相應(yīng)地改變物理狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)存或釋放能量。2、蓄熱材料的特性及分類固—固相變的潛熱小，體積變化也小，其最大的優(yōu)點(diǎn)是相變后不生成液相，對(duì)容器的要求不高。由于這種獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，固—固相變材料越來越受到人們的重視。具有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)潛力的固—固相變蓄熱材料目前主要有三類；高密度聚乙烯、“層狀鈣鈦礦”及多元醇，它們都是通過有序—無序轉(zhuǎn)變而可逆地吸熱、放熱。目前的固—液相變材料雖然采用固液相變形式，但制成的材料進(jìn)行相變蓄能時(shí)，在外形上一直可以保持固體形狀，不使其有流動(dòng)性，無需容器盛裝，使其性能和固—固相變材料近似，可以制成板、棒、纖維等形狀。因此，它們?cè)诤艽蟪潭壬峡梢蕴娲獭滔嘧儾牧稀＿@類相變材料主要組成成分有兩種；其一是工作物質(zhì)部分，即固—液相變材料利用相變來進(jìn)行蓄能、放能。其二是載體基質(zhì)成分，其作用是保持相變材料的不流動(dòng)性和可加工性，載體基質(zhì)的相變溫度一般較高，在工作物質(zhì)的相變范圍內(nèi)性能穩(wěn)定，并能保持其固有的形狀和材料性能。3、蓄熱調(diào)溫紡織品的制造方法（1）相變物質(zhì)直接整理法；采用浸軋烘皂洗工藝得到含相變材料的織物，浸漬液中含相變材料、交聯(lián)劑、催化劑等。（2）蓄熱微膠囊處理法；微膠囊是有天然或合成高分子制成的微型容器。蓄熱微膠囊是將相變物質(zhì)在液態(tài)時(shí)包裹在微小球體中，含有相變物質(zhì)的微膠囊隨著外界環(huán)境溫度的變化，相應(yīng)地吸收熱量和釋放熱量。將蓄熱微膠囊整理到織物表面或與聚合物溶液一起紡絲，可以得到具有明顯保濕性的紡織品。（3）中控纖維填充法；此類調(diào)溫織物的調(diào)溫效果是利用纖維內(nèi)部的溫適載體或其含有的相變材料達(dá)到。Han-sen.R.H將二氧化碳之類的氣體先溶解到各種溶劑中，然后填充到纖維的中空部分，在織造前，利用特殊方法將中空部分密封，從而利用纖維中空部分的氣—液（固）相變來達(dá)到保溫。三、變色纖維及紡織品變色纖維和紡織品是一種具有特殊組成或結(jié)構(gòu)，在受到光、熱、水分或輻射等外界刺激后具有可逆性自動(dòng)改變顏色的纖維和紡織品。其中重要的是光敏變色及熱敏變色纖維和紡織品。

（1）、光敏變色現(xiàn)象指一種化合物（A）受一定波長的照射，發(fā)生特定化學(xué)反應(yīng)生成產(chǎn)物，其吸收光譜發(fā)生明顯的變化：在另一波長的光照射下或熱得作用下，又恢復(fù)到原來的形狀。目前，對(duì)光敏變色的研究大都集中在二芳基乙烯、螺吡喃以及相關(guān)的雜環(huán)化合物上，同時(shí)也在繼續(xù)探索和發(fā)現(xiàn)新德光敏變色體系。蒽醌是以氧化還原原理產(chǎn)生光敏變色。在紫外光的照射下，蒽醌還原成橙色的氫化蒽醌：當(dāng)照射停止后，又變?yōu)闊o色的蒽醌。（2）、溫敏變色纖維和紡織品溫敏變色纖維和紡織品在色澤能隨溫度的變化而發(fā)生可逆的變化，也稱熱致變色纖維和紡織品。如含金屬鈦的纖維，在常溫下呈黃色，加熱至300~~400度變?yōu)楹谏?，繼續(xù)加熱至600度呈白色，而到1000度時(shí)即變?yōu)榛野咨Ｔ?；某些溫敏材料是結(jié)晶物質(zhì)，加熱到一定溫度，其晶型發(fā)生變化，從而導(dǎo)致顏色改變，冷卻至室溫后，晶型恢復(fù)，顏色隨之復(fù)原。另一些有溫敏性能的有機(jī)物，由于溫度變化會(huì)引起部分結(jié)構(gòu)、pH、結(jié)晶水、電子數(shù)的變化或達(dá)到熔點(diǎn)后物質(zhì)體系的顏色發(fā)生變化，將這些物質(zhì)引入纖維和紡織品即制得溫敏纖維及紡織品。制備變色纖維一般有染色、印花、共混、復(fù)合紡絲及接枝共聚等幾種方法。四、智能凝膠纖維及紡織品凝膠是指交聯(lián)高聚物的溶脹體，可以分為物理凝膠與化學(xué)凝膠兩大類。物理凝膠是依靠范德華力形成的，加熱或攪拌可以拆散范德華交聯(lián)，使之溶解：化學(xué)凝膠是依靠化學(xué)鍵交聯(lián)形成的，它是含有大量溶劑的高分子三維網(wǎng)絡(luò)。高分子凝膠是由具有三維網(wǎng)路結(jié)構(gòu)的聚合物與低分子介質(zhì)共同組成的多元體系，其大分子主鏈或側(cè)鏈上含有離子解離性、極性或疏水性基團(tuán)，對(duì)溶劑組分、溫度、pH值、光、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等得變化能產(chǎn)生可逆的、不連續(xù)（或連續(xù)）的體積變化，所以可以通過控制高分子凝膠網(wǎng)絡(luò)的微觀結(jié)構(gòu)與形態(tài)來影響其溶脹或伸縮性能，從而使凝膠對(duì)外界刺激做出靈敏的響應(yīng)，表現(xiàn)出智能。它可以分為以下主要幾類；pH值敏感型凝膠纖維、溶劑組分敏感型凝膠纖維、光敏型凝膠纖維及紡織品、溫敏型凝膠纖維及紡織品、電場(chǎng)敏感型凝膠纖維及紡織品。五、智能釋放纖維及紡織品釋放（控制釋放）體系最主要的應(yīng)用是在藥物的釋放中，最早應(yīng)用是進(jìn)行藥物包裹技術(shù)。而用于織物上緩釋的物質(zhì)主要有揮發(fā)性物質(zhì)和毒性物質(zhì)兩大類?，F(xiàn)在應(yīng)用在織物上得智能緩釋整理主要是香味整理和衛(wèi)生整理。原理；微膠囊化，使其在需要時(shí)重現(xiàn)其功能?？刂漆尫畔到y(tǒng)的分類擴(kuò)散控制系統(tǒng)化學(xué)控制系統(tǒng)溶劑火化系統(tǒng)功能性調(diào)控系統(tǒng)芯材和基質(zhì)進(jìn)行物理結(jié)合，釋放過程有芯片在基材內(nèi)德擴(kuò)散速率控制藥物和基材間以化學(xué)鍵結(jié)合，通過聚合物側(cè)基的水解、生物降解或腐蝕速率來來控制藥物的釋放。通過溶劑的滲透或溶脹速率來控制藥物的釋放。藥物的釋放由一些外加信號(hào)如pH值、離子強(qiáng)度、溫度、濕度、磁性、超聲波或輻射等控制。六、電子智能纖維及紡織品電子智能紡織品的實(shí)現(xiàn)需要紡織品