智能纺织材料与智能纺织系统概述

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摘要：摘要：智能纺织品是纺织品发展的新趋势，是21世纪研究的热点。主要介绍了光致变色材料、相变材料、形状记忆材料、超吸收聚合物和凝胶、负泊松比结构材料、压电材料、电致发光材料、光电材料、电容性材料共9种智能纺织材料及其在纺织中的应用，同时根据能量和

　　摘要：智能纺织品是纺织品发展的新趋势，是21世纪研究的热点。主要介绍了光致变色材料、相变材料、形状记忆材料、超吸收聚合物和凝胶、负泊松比结构材料、压电材料、电致发光材料、光电材料、电容性材料共9种智能纺织材料及其在纺织中的应用，同时根据能量和通信功能将智能纺织系统分成4类，并分别举例介绍了各类纺织系统。

　　关键词：智能材料;纺织材料;纺织系统

　　智能纺织材料是指除了具备普通纺织材料固有风格和服用性能外[1]，还能感知环境变化并能实时改变自身的一种或多种性能参数，做出与环境相适应的自我调整的一种新型材料[2，3]。智能纺织系统是指能够对外界环境刺激或外部信号等刺激物的刺激做出预期响应的一种纺织系统，该系统同时具有感知功能、反馈功能和响应功能[4]。

　　目前关于智能纺织材料、智能纺织系统的研究是纺织服装领域的热点，也是难点。现阶段智能纺织品的开发已取得实质性进展，尤其是在智能纺织材料开发方面，通过研究和制备新型材料，获得纤维外形的传感器、执行器，尤其是柔性纺织开关、太阳能电池、柔性电子线路板、大面积柔性集成电路等电子器件的出现，标志着智能纺织品已從概念阶段向实际应用阶段迈进[5～8]。

　　智能纺织材料及智能纺织品的出现，使人们看到了纺织工业的远大前景，同时也看到了电子技术、生物医疗技术、光学技术、信息技术等在纺织行业的重要应用和体现。织物的智能化是纺织品发展的必然趋势。

　　1 智能纺织材料分类及应用

　　智能纺织材料是指能够主动地与环境发生交互作用，即可通过自身对外界刺激进行感知、处理并将指令反馈给驱动器执行和完成相应的动作，对外界刺激做出适当的反应[9]。外界刺激一般包括光学刺激、机械刺激、化学刺激、电学刺激、热学刺激以及磁刺激，不同种类的刺激会导致智能纺织材料做出不同的响应(详见表1)[10]，如光学刺激可产生光学响应(光致变色)，也可产生电学响应(光电效应)，机械刺激可产生光学响应、力学响应、化学响应、电学响应以及热学响应。

　　1.1 光致变色材料

　　变色材料是指在外界刺激源(光、热、电等)的作用下，吸收、传输或反射的光随外界刺激的变化发生明显变化的一类材料。根据外部刺激源的不同，变色材料可分为光致变色材料、热致变色材料、压致变色材料、电致变色材料等[11～13]。

　　光致变色材料的制备方法主要有浸染法和丝网印刷法2种。采用浸染法的方式制备光致变色纤维或织物较为简便，直接通过染色浴加热对纤维、纱线或织物进行上染。丝网印刷工艺将光致变色化合物通过丝网转印到织物上，丝网印刷过程中为保护光致变色化合物，需要对其进行微胶囊化，采用的微胶囊尺寸较小，大约3～5 μm，可直接通过丝网印刷转移到织物上，此方法虽能增强对光致变色化合物的保护，但是降低了织物的手感[14，15]。

　　光致变色织物在实际应用中需要重点考虑2方面问题，一是织物的耐光性，有些光致变色染料上染的织物长时间暴露在紫外光下会丧失光致变色效应;二是变色-消色速度，变色和消色速度可反映纤维或织物的颜色改变速度，变色速度从刚开始吸收紫外光到吸收最大值的一半所用的时间来表示，消色速度从吸收光的最大值消减至一半所用的时间[16]。

　　变色材料是近些年来迅速发展的高技术功能纤维，具有高附加值和高效益，可用于医疗监测，如婴儿服装，通过衣服颜色的改变来监测婴儿是否发烧;也可用于特殊职业的安全防护，如穿着者曝露在化学危害物或辐射环境中，衣服颜色会发生改变;还可应用于时尚领域，如光致变色遮阳伞、光致变色窗帘、光致变色T恤等。

　　1.2 相变材料

　　相变材料是指能够感知环境温度的变化而智能调节温度的材料，相变物质通过发生状态改变(固态、液态或气态)，可以存贮或释放大量能量，以维持基体温度恒定[17]。应用于纺织服装中的相变材料有严格的温度范围要求，一般是在10～40 ℃，同时还需具备较高的热存贮容量和释放容量、较小的体积变化、无腐蚀、无毒素、高导热性、不易分解等性能[18～21]。

　　目前较为常见的相变材料主要基于固-液和固-固2种相变状态制成的材料。固-固相变材料吸收和释放热量时本身不发生状态改变，仅在较窄的温度范围内变软或变硬，与固-液相变材料相比，固-固相变材料没有液体或气体的产生，材料的相变体积变化较小，但其缺点是潜热低，过冷度较小[22]。固-液相变材料吸收热量时会从固态转为液态，为防止液体材料在使用过程中流失，大多数固-液相变材料需密封在微胶囊中。固-液相变材料由于其较高的热存贮容量和较小的体积变化，在纺织上具有广泛的应用。

　　目前制备相变纺织材料最常用的方法是对纤维或织物进行涂层或浸渍，即采用相变材料微胶囊的高分子粘合剂对纤维或织物涂层或浸渍，此法制得的微胶囊位于纺织品表面，耐洗涤性能较差;也可以在纺丝过程中添加微胶囊制得相变调温纤维;或是将微胶囊填充到中空纤维的中空部分，然后用树脂将纤维进行包覆，防止相变微胶囊外露，从而达到持久调温效果[23]。还有采用层压的方式将相变材料以聚合物膜的形式压到纺织材料上。

　　相变材料最早应用在纺织服装领域，主要是航天服以及手套，目前也用于普通纺织品中，如以提高服装热舒适性为主的积极发热服装，如潜水服、防护服、降温背心等，也可用于医疗产品，如手术服、病人床上用品材料、绷带、药物可控释放，在汽车行业也有用到，如汽车内部的座椅以及车顶部位[24]。

　　1.3 形状记忆纺织材料

　　形状记忆材料是指受到外部刺激(温度、紫外光、湿度、磁场、pH值)后，材料外形、尺寸或内部结构发生改变后，在特定条件刺激下能回复初始形状的一类材料[10]。

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