新型纺织材料过滤与智能材料.ppt

纺织过滤材料过滤材料大量使用纺织品 一 概述过滤 就是分离 是搜集分散于气体或液体中的颗粒状物质的一种操作 过滤材料是一种具有较大的内比表面积和适当空隙的物质 有能力捕获和吸附固体颗粒 使之从混合物质中分离出来 1 过滤的目的与应用 1 健康的需要空气中的尘埃 0 001 100微米 5微米以上 可被汗毛 粘液留住 或通过喷嚏 咳嗽而排出 5微米以下 会渗入人体内脏 危害人体健康 2 高科技产品的需要广泛应用于机电 精密仪器 医药医疗 集成电路等产业 对空气洁净度有很高的要求 洁净度 是指1立方英尺中所含0 5微米以上粒径的尘埃个数 各行业对洁净度的要求半导体刻蚀 100 10镜头研磨 10000 1000 100光学仪器组装 10000 1000 100卫星控制装置 100小型精密轴承 100普通轴承 100000计算机芯片 100光导摄像管 100精密电子仪器 10000 1000 100无菌病房 1000 100 10饮料包装 1000 100 10印刷线路板 1000 3 回收工业原料冶金 炭黑工业等通过烟气过滤 既可以净化空气 防止粉尘爆炸 又可以回收贵重材料 4 提取滤饼弃去滤液以生产合格产品 如陶瓷工业中原料的湿式过滤等 5 分离的需要滤液和滤饼均需留用 作为不同层次的制品或需要再循环使用 如食品工业中的过滤工艺 滤液和滤渣均不需要 如废污泥处理工程 为保证安全生产 预防公害仍需分离后分别处理 6 环境保护的需要 2 过滤的形式 1 干式 空气 过滤贮存式过滤 用于低密度尘埃 配套在空调中的过滤 用相当蓬松的纤维絮片 空隙率在90 99 以上 需要更新 清洁式过滤 应用于高密度尘埃的分离 每立方米几百克的场合 滤材空隙率在70 90 之间 其过滤效率可达99 9 2 湿式 液体 过滤重力过滤 有袋式和带式两种 依靠液体的自身重量而过滤 滤布可以选用化纤复丝纱的薄质平纹 斜纹织物 但用于废水处理时宜选用单丝织物 真空过滤 加压过滤 压榨过滤 单式压滤机包括滤布和水压或螺旋挤压机构 离心过滤 包括滤布和离心脱水机 滤布必须有较高的耐磨损强度 滤布可以用短纤纱及化纤复丝纱的厚质斜纹织物 3 过滤的精度粗尘过滤 适应高粉尘浓度过滤 初滤外材 中性能过滤 一般粉尘浓度 过滤效率可达80 准高性能 用于洁净度10万以上的主体滤材 高性能 0 3微米尘埃的过滤效率可达99 97 超高性能 0 1微米尘埃的过滤效率可达99 999 二 过滤机理1 筛分作用 过滤粒径大于滤材的孔径 2 惯性作用 颗粒与风速都较大 当风流接近滤材时受阻发生绕流 颗粒由于惯性作用脱离绕流线 直接与纤维碰撞而被捕集 颗粒越大 流速越快 则惯性作用越大 3 扩散作用 当颗粒很小 风速很低时 颗粒的布朗运动产生的扩散起主要作用 使其撞击到纤维上而被捕集 颗粒与流速越小 则捕集效果越好 4 凝聚作用 由于颗粒之间凝聚而被捕集 所以在液体过滤中 也可以添加凝聚剂以提高捕集效果 5 静电作用 绝大多数颗粒在运动与过滤过程中 由于摩擦等原因而带电 带异性电荷的粒子 互相吸引而形成较大的新颗粒 则便于捕集 带同性电荷的颗粒相互排斥 促使做布朗运动等而被捕集 在干式过滤中 特别是相对湿度为30 以下时 带电容易 采用驻极材料过滤时 由于纤维本身带有电荷 对空气中的颗粒产生静电吸附作用 进行捕集 6 驻留作用有些滤材中存在驻留点 当气流或液体中的颗粒通过时 被截留住 7 沉降作用因重力作用而沉积在纤维上 8 分散力又称范德瓦耳斯力 是纺织品过滤材料中捕集机理之一 颗粒与纤维距离非常接近时 0 1微米 出现分子引力 对极性分子来说 即有永久偶极的分子 吸引力是偶极间电子相互作用产生的 在所有分子中 在带正电的原子核和带负电荷的电子间都存在震荡现象 因而所有的分子 其性状就像震荡的偶极 由偶极震荡形成的力称为分散力 该力不是饱和的 也就是说两个分子间相互吸引的同时 不妨碍被第三分子所吸引 筛分适用于30微米以上颗粒 惯性适用于1微米以上颗粒 驻留适用于1微米以上 扩散适用于0 2微米以下 静电适用于0 5微米以下 三 过滤效率含粉尘气体以0 5 5米 分的速度通过滤材 尘粒在滤材纤维层里的运动时间为0 01 0 5秒 这一瞬间 气体中的尘粒被滤材分离出来 有两个步骤 一是纤维对尘粒的捕集 二是粉尘层对尘粒捕集 1 扩散效应过滤效率 小于0 2微米的尘粒和气体分子碰撞后产生不规则运动 布朗运动 一部分尘粒被纤维或纤维层所阻留 这种现象称为扩散效应 因扩散而被捕集的效率 可用半经验公式表示 由式中第一项可知 降低过滤速度V 缩小纤维直径 提高气体温度T 都会增加扩散作用的效果 从第二项可以看出 速度大 纤维细 粒径粗 捕集效率会提高 2 惯性效应若粒子质量较大 当沿气流经纤维层而被截住的机理称为惯性效应 因惯性而起的捕集效率为 由上式可以看出 惯性碰撞效果正比于尘粒大小 尘粒密度 气流流速 反比于纤维直径 3 影响过滤效率的因素纤维直径小 筛分 惯性 驻留 扩散 静电增强 重力沉降无影响 纤维间微孔小 筛分 惯性 驻留 扩散 静电增强 重力沉降无影响 过滤速度小 筛分 驻留 静电无影响 重力 惯性作用减少 扩散增加 粉尘粒径大 重力沉降 筛分 惯性 驻留增加 扩散 静电作用减少 粉尘比重大 重力沉降 惯性增加 筛分 驻留无影响 扩散 静电减少 四 不同纤维的滤布特点1 丙纶 最轻且容易处理 耐化学药品性能优良 其主要用途是染料和颜料的精制 粘土 陶瓷土 化学药品的精制 清油 啤酒 精糖等其他各种工业过滤 工厂废水处理 城市上下水处理等 2 涤纶耐酸性好 主要用途有水泥 制铁 制碳厂的高温气体的集尘 油脂 葡萄酒厂的过滤及化工厂的过滤等 3 尼龙滤渣的剥离性能优良 主要用途有选矿 精炼化工厂的三废 工厂废水和城市上下水处理 集尘等 4 维纶维纶在湿润时特别是加热时发生收缩 主要用途有染料 颜料 陶瓷土的过滤等 5 腈纶腈纶耐药品性能 主要用途有对具有腐蚀性气体的集尘等 五 纺织过滤材料的种类按织物结构划分 1 机织过滤材料合股加捻的经纬纱线或单丝交织而成 称为二维结构过滤布 成布后的空隙率为30 40 对流体阻力较小 适于液体过滤 易形成阻塞 滤尘初期和清灰之后 捕集效率降低 以化纤为主 用于矿山 冶炼 石油脱脂 工业污水处理等 2 针织过滤材料主要以长毛绒针织物为主 过滤对象为低密度粉尘 3 非织造过滤材料三维过滤 应用范围广 过滤效率高 按用途划分 1 矿业用过滤材料浓缩机 用于浓缩 澄清 液 固分离 污水处理澄清机 除去水流中的悬浮颗粒 处理浓度较低的浆料 带式过滤机 用于处理颗粒很细的尾煤 也可用于金 银 天然碱 沥青的选矿 2 石油脱蜡过滤材料国产原油含蜡较多 一般高达55 需过滤脱除 3 高密度过滤材料化纤单丝织成 堵塞少 生产氧化铝时过滤用 4 化纤厂原液过滤材料要求质地紧密 匀整光洁 经纬纱组合整齐 孔眼方正 纱条均匀 过滤质量 速度 效果均符合工艺要求 按功能划分 1 微细粉尘过滤材料2 防毒过滤材料3 高性能空气过滤材料4 高温过滤材料5 驻极纤维过滤材料6 血液分离过滤材料 智能纺织品 一 智能纺织品的概念 具有能对环境条件 或因素 的刺激有感知 并能做出适当反应 同时保留纺织材料 纺织品风格和技术性能的纺织品 与传统纺织品相比 智能纺织品具有思考甚至有恢复初始状态的功能 因而具有多种功能特征 诸如形状记忆 防水透湿 蓄热调温 变色 阻水隔热 拒水防污自洁 消臭吸臭 电子信息智能等 提高了纺织品对环境的敏感性和适应性 拓展了纺织品的应用领域 成为智能材料研究与应用的重要分支 二 智能型纺织材料的分类 一 按照智能属性分类1 物理型智能纺织品 纺织品的智能产生于其形态 热学 光学 电气 电子等物理性能参数的变化或转化 形状记忆纺织品 防烫伤材料 钛镍合金纤维固定在服装夹层内 蓄热调温纺织品 相变材料 电子信息记忆纺织品 最初将电子系统嵌入纺织品中 用于娱乐 医疗保健 电子智能标签 现在采用电子元件和纤维一体化 纳米技术与计算机 检测器 微米级机器的结合 压电的薄膜光纤等技术制作的各种纺织品 可用于信息服装 数字服装 保健服装 灭蚊服装 情感服装等 2 化学型智能纺织品 纺织品的智能产生于其有机化学 光化学反应的效应 光敏变色纺织品 受到光或辐射的外界刺激后具有强可逆性自动改变颜色的纺织品 温敏变色纺织品 纤维或织物内含热敏变色材料 如含金属铁 常温为黄色 300 400度为灰黑色 600度为白色 到1000度为灰白色 温敏结晶物质 温敏有机物都有温敏变色效应 消臭纺织品 除臭剂与恶臭分子发生化学反应 有毒物质探测织物 在织物内植入一些光导纤维传感器 当光学微传感器接触到某种气体 电磁能 生物化学反应或其他的有毒介质时 被激发一种报警信号 分离型智能纺织品 吸附性纤维 超细纤维制成的具有分离功能的纺织品 生物智能型纺织品 涉及具有医学 保健 生物等智能的纺织品 高性能医用纺织品一般是采用高技术纤维材料制成 具有保健 治疗 仿器官 防护四种功能 二 按照对外界刺激反应方式分1 被动智能型纺织品 只能感知外界环境的刺激 具有预警能力 却不能自动控制 属于智能纺织品的初级阶段 如智能消防服 分别将6只硅材传感器置于防护服的前胸 后背 袖子等位置的最外层 可独立发挥作用 侦探防护服所经受的温度 当温度达到危险数值时 便会发出警告 织物中嵌入光导纤维传感器的作战服 各光纤传感器上包覆有聚乙炔和聚苯胺 当吸收到酸性或碱性有毒物质时 用其光谱吸收性能的变化而发出警告 以使战士免受伤害 2 主动智能型纺织品 不仅能感知外界环境刺激要能做出响应 既有感知作用又有执行作用 以与特定的环境相互协调 热记忆材料制成的蓄热调温纺织品 采用聚乙二醇作为热记忆材料 使之与棉 涤纶 锦纶等相结合 将热记忆结合在纤维相邻多元醇螺旋间的氢键的作用上 当环境温度升高时 系统因氢键解离趋于无序的 线团松弛 聚乙二醇吸热 延迟纤维升温 当环境温度降低时 系统因氢键恢复而变为有序的 线团压缩 聚乙二醇放热 延迟纤维降温 因而具有智能调节作用 亲水性防水透湿智能纺织品 透湿量随温度变化 3 非常智能型纺织品 除了对外界刺激能感知和响应之外 还能自动调节以适应外界环境的条件与刺激 是最高水平的智能纺织品 采用纳米技术研制的下一代军用服装具有多种特殊效果 轻巧效果 覆盖整套作战服的防水层 其总质量只有0 45g 且透气性良好 智能化 内前嵌在防弹头盔内的超微计算机具有防护 通信 指挥 分析以及全天候火力瞄准功能 防护功能 军装中的纳米传感器可以感应空气中生化指标的变化 当有害气体或物质浓度突然升高时 军装会立即关闭头盔和其他通气部分的透气口 并释放生化战剂的解毒剂 以产生防护效果 治疗功能 嵌在军服中的纳米生化感应装置可以监视士兵的心率 血压 体内以及体表等多项重要指标 可以辨识体表流血部位 并使该部位周边的军装膨胀收缩 起到止血带的作用 士兵的伤情数据也会向战地医生的个人电脑系统发送 军医可以远程操控军服进行简单治疗 识别功能 军服用一种具有特殊红外线功能的特制纤维作为缝制的主材料 士兵在激战中能很容易地借此辨认出敌我 隐身功能 军服飞特种纤维中加入大量利用纳米技术制造的微型发光粒子 从而可以感知周围环境的颜色 并作出相应的调整 使军装变成与周边环境一致的隐蔽色 从而具有一定的隐身功能 三 形状记忆纤维是指纤维在第一次成型时 能记忆外界赋予的初始形状 定型后的纤维可以任意发生形变 并在较低的温度下将此形变固定下来 二次成型 或者是在外力的强迫下将此变形固定下来 当给予变形的纤维加热或水洗等外部刺激条件时 形状记忆纤维可恢复原状 也就是说最终产品具有对纤维最初形状记忆的功能 形状记忆真丝是应用最早的形状记忆纤维之一 首先将真丝浸入水解后的角蛋白和骨胶原中 然后将其去水干燥 卷曲 再次浸水 最后在高压潮湿的环境中热定型10min 成品加热至60 进行湿热处理 纤维变得卷曲和褶皱 由于丝的撚回被记忆固定下来 即使丝被退捻到无捻曲状态 在通过熨烫仍可以使之恢复卷曲 一 形状记忆纤维的制造 1 后加工制取通过后期整理的方法 赋予天然纤维或人造纤维以形状记忆的功能 同时又解决了普通纤维易起皱 缩水 定型不稳定等问题 这种技术大致经历了防缩 洗可穿 耐久压烫几个发展阶段 是人们最早提出的形状记忆纤维 2 直接制造或合成制得利用20世纪60年代新兴的形状记忆材料直接制造或合成形状记忆纤维 该纤维除了具有第一轮记忆纤维功能之外 同时还可以设计成按外界条件变化产生形变的各式图案花样 在实用的基础上增添产品的趣味性 这种纤维可以制成特殊功能的服装 还可以设计成美观的花式纱线 织造不同的织物 简化纤维的后整理工序 3 纤维改性或复合制得利用各种改性方法 例如接枝 包埋等 将具有形状记忆效应的高分子材料接枝到纤维上 使纤维拥有形状记忆效应 或者将具有形状记忆效应的纤维包埋到不同的材料中 赋予纤维以形状记忆效应 该类纤维也可以归类于复合材料 已经应用于电子 航天工业等 二 智能纤维的类型1 热至形状记忆纤维氨纶丝 传统的氨纶不具备形状记忆特性 最新开发的嵌段结构聚氨酯 其固定相具有很好的耐热性 可逆相具有 10 60 形变恢复温度 固定相有高于150 的玻璃化转变温度或结晶熔融温度 当环境温度高于形变回复温度时 可逆相在外力作用下产生高弹形变 而此时由于固定相的相态转变温度较高 仍处于玻璃态或结晶态 起着支撑的作用 在形变回复过程中提供所需的弹性回复力 当环境温度再降至形变回复温度以下时 由于处于玻璃态的可逆相的强力比此时固定相的弹性回复力要高 形变在外力卸载后仍被冻结而固定下来 当环境温度上升到形变恢复温度以上时 可逆相处于柔性状态 抵制固定相弹性回复力的因素被消除 聚合物由于固定相的弹性回复而恢复到初始状态 该纤维既可以单独织造 也可以和其他纤维混纺织造多种具有形状记忆功能的纺织品 应用于纺织服饰 生物医学 玩具 包装 国防军工等领域 2 湿致形状记忆纤维以锰盐等复合引发剂将相对分子质量为1000 4000的PEG直接接枝在棉 麻等纤维素分子链上 或者以树脂整理等处理方法 将交联PEG吸附于聚丙烯 聚酯等纤维表面 成功地制得了湿致形状记忆纤维 这种纤维在湿态时会收缩 收缩率可达35 干态时回复到原始尺寸 PEG即聚乙二醇醚二醇 与交联剂配制成整理液 对纤维进行整理发生交联反应 3 光致形状记忆纤维高分子光致变色体的结构变化将引起高分子链段的结构变化 从而导致高分子整体尺寸的变化 因此产生可逆的光致收缩 膨胀效应 即光致的形状记忆效应 如含偶氮染料的醋酸纤维素 在日光下 样品会收缩 色调也明显改变 而在储存在暗处时 又回复原先长度和色调 这种现象可重复多次 又如用烯酸乙酯为单体 以不同量的双光致变色体的二甲基丙烯酸作交联剂可以合成为含螺苯并吡喃的交联高分子 这是一种橡胶类高分子 这种交联高分子在恒定的温度和应力下 光照射时其长度收缩 且是辐照时间的函数 在黑暗环境中 长度又回复 只是恢复速率低于收缩速率 变化是可逆的 可以重复几个循环 4 自适应性凝胶纤维为了提高智能凝胶的力学性能和应用价值 近年来通过改进传统纺丝技术 赋予纤维体型结构 制备出自适性凝胶纤维 目前 在对溶剂组分 对pH値 对电场 对温度 对光敏感的凝胶纤维方面已经取得了较大的进展 四 形状记忆织物 一 形状记忆非织造布主要通过在非织造布上层压聚氨酯或涂饰聚氨酯涂层来赋予 由天然纤维 合成纤维和一层具有形状记忆的聚合物粉末组成的织物 二者之间通过粘接剂粘结 通过辊压至织物的纤维之间或表面形成一层薄而平滑的薄膜 这种织物具有合适的形状记忆触发温度 用于服装衬布 包带 具有良好的抗皱和耐磨等性能 在使用过程中产生的皱痕可以通过升高温度使其回复原来形状 二 形状记忆织物有纯纺 交织和混纺等 采用形状记忆纤维织造出的机织物和针织物具有独特的形状记忆效果 机织物有呢绒布 牛仔布等 均以形状记忆纤维做纬纱 其他纤维做经纱 由纯形状记忆纤维编织的环状针织物 小尺寸的可以套在手腕上 而且人体体温可以使织物变得柔软舒适并收缩至紧贴皮肤 三 形状记忆整理织物采用聚氨酯溶液对织物进行整理可以满足 领口 袖口的较高的形状保持要求 肘部和裤子膝盖部位起拱后的形状回复要求 内衣的贴身 弹性与舒适性要求 牛仔布的定型与弹性要求 裤腰或腹带使用变形伸长后回复要求 针织物的形状稳定要求 五 自洁纺织品随着纳米技术的兴起及其在纺织品加工整理工艺中应用研究的不断深入 在织物三防整理的基础上又开发了所谓的自清洁纺织品的加工工艺 1993年有学者提出了将纳米TiO2光催化剂应用于环境净化的建议 由此开始了纳米技术对有机污染物的光催化净化研究 并将其应用于纺织品功能整理的开发研究 由此提出了自洁纺织品的概念 一 三防纺织品防水 对织物表面进行疏水整理 降低织物的临界表面张力 难度相对较小 拒油 油污的表面张力更低 故而拒油整理剂应有更低的表面张力 一般采用有机氟化物做整理剂 防污 包括防油污 易去污 防再污和抗静电 与织物的表面张力有直接关系 亲水性织物的油污易于脱落 而疏水性织物一般是提高织物的亲水性 抗静电则主要通过离子型抗静电剂整理 防污整理剂应具有拒油性的基团 使得织物在空气中具有防油 防污的性能 同时还应具有亲水性基团 赋予织物一定的亲水性 以利于织物在水中洗涤时油污的脱落 二 光触媒自洁纺织品出于对卫生 消毒与防污纺织品的需求 尤其是在医用终端产品和环境方面 主要途径有两种 光催化整理和超疏水表面整理 光催化整理 基于光活性物质如锐钛矿纳米二氧化钛的光催化性能 可与纤维表面的污渍产生催化净化反应 在含紫外线的光源照射下 锐钛矿纳米二氧化钛可以通过对纤维表面的灰尘或污渍的氧化降解 促使其发生化学分解 从而起到自清洁的作用 超疏水表面整理方法系模拟荷叶效应 以获得不被浸湿 与水接触角约为175度纤维表面 属于仿生整理 这接近于不被润湿的理论最大接触角180度 大大超过传统拒水整理效果 120 140 三 纳米自清洁整理方法1 分散负载法指TiO2的制备和负载单独进行 也称后负载法 该法工艺简单 但其所制的无机氧化物涂层厚度不易控制 涂层与织物之间不易结合牢固 在分散负载过程中 制备均匀稳定的纳米整理液 并且实现纳米粒子与纤维之间的牢固结合 赋予织物耐久的整理效果是关键 可将纳米无机氧化物粉末用乳化剪切机 超声波清洗器等分散 制成纳米粉体悬浮液 然后采用浸涂或喷涂的方式将悬浮液处理到织物上 2 原位复合法要求所制备的光催化整理剂分散性良好且粒度较为均一 能与织物纤维牢固结合 以二氧化钛为例 采用钛酸丁酯为前驱体 在水 稳定剂与催化剂的作用下发生水解缩聚反应 生成稳定的二氧化钛溶胶 而后采用提拉 浸涂或喷涂的方式将溶胶处理到织物上 利用此方法负载到织物上的溶胶膜膜厚可控 不影响织物外观 缺点是当需得到高厚度的膜时需要反复浸涂或提拉 且溶胶膜的牢度小易脱落 四 荷叶效应1 作用机理水滴落在荷叶上 会变成自由滚动的水珠 其在滚动过程中通过固有的自清洁作用 将叶子表面可能吸附的灰尘和细屑带走 荷叶表面上布满了一个挨一个的小山包 小山包上长满了绒毛 整个表面被微小的蜡晶覆盖 使得水滴不能渗透 只能自由滚动 2 超疏水自清洁整理由荷叶的拒水机理 提出了纳米材料的超疏水自清洁整理方法 其应用条件是 表面材料必须拒水 水在其表面的接触角必须大于90 表面必须是粗糙的 而且粗糙必须是纳米水平或接近纳米水平 对于织物而言 纤维一般均不具有拒水 拒油的功能 因此织物的超疏水自清洁整理必须满足的条件是 纤维表面具有基本的拒水性能 可以通过纳米技术 等离子技术和涂层浸压技术达到这一要求 要使织物具有粗糙的表面 粗糙度应该达到纳米级水平 目前主要是利用氟碳化合物具有极低的表面能的特点 使织物达到拒水 拒油 拒污的效果 但有机氟具有一定的生物毒性 且价格昂贵 无机纳米粒子纳米粒子嵌入聚合物基质 BASF 纳米硅树脂整理 苏黎世 仿羽毛 微小纳米沟槽 100nm 10 m 以色列 银纳米离子掺入聚甲基丙烯酸甘油薄膜 美国 六 电子信息智能纺织材料着装革命正在悄然兴起 不仅是穿着打扮 还有人们的生活方式 信息和纺织两大产业都希望能将电子智能产品和纺织服装完美地结合在一起 引领新型智能纺织品潮流 始于上世纪60年代 如 可穿戴的计算机 但当时的条件限制 仅是电缆和连接器的载体 体积庞大 主要应用在医疗 军事和航空等重要的检测领域 目前主要有柔性压敏材料 纺织品柔性显示器 电子系统嵌入式智能纺织品和纳米电子智能型面料 一 电子信息纺织品的功能通过传感器感知外界环境的变化 将变化所产生的信号通过信息处理器做出判断处理 并发出指令 然后通过驱动器调整材料的各种状态 以适应外界环境的变化 从而实现自诊断 自调节 自修复等多种功能 一般应具有如下功能 传感功能 感知外界各种物理或化学信号的变化 反馈功能 将输入输出信息进行对比反馈 相应功能 适时动态地作出相应的反应 自诊断功能 对内部环境变化出现的问题进行自我诊断自修复功能 通过原位复合 自生长来修复局部损伤 自调节功能 及时地自动调整自身结构和功能 二 电子信息纺织品的特点既不破坏服装的风格 也不影响织物的手感 还能承受水洗 干洗以及穿着时的磨损 应具有以下物理机械性能 高拉伸强度高撕裂强度高耐磨损性能可控制空气渗透性良好的尺寸稳定性良好的可洗涤性应变恢复性好重量轻 三 电子信息纺织品的构成元素微型器件 掌上计算机 PDA GPS 移动电话 MP3的微小化 柔性器件 柔性显示器 软键盘 柔性开关等 压敏材料是制作柔性开关和键盘的首选 连接技术 将芯片以类似金属导线连接的方法连接到复杂的电路织物条内 另一种是把电子元件嵌入能像织物一样扭曲折叠 厚度仅为0 5mm的导电性塑料薄膜内 与织物复合 功能纤维材料 导电纤维是关键的材料 目前市场已有多种 光导纤维 发热纤维 变色纤维等也是不可缺少的关键材料 供电电源 是一个挑战 随着太阳能的开发应用 太阳能电池逐步应用到电子服装中 法国科学家把微小太阳能电池置入纤维中 皮芯结构的太阳能电池纱已经进行批量生产 德国人的硅基热能发电芯片 利用温差发电 四 电子信息纺织品的开发途径电子元器件与纺织品组合法 数字化纤维编织法 将高度集成的微电子器件置于纤维纱线中 或直接在纤维上集成元件 制成含集成电路的数字化纤维 再织成数字化织物 是一种高级结合方式 通过数字化纤维可以把包含丰富功能的大量电子模块编织在一起 分布在给定的纤维上 每个模块都有能量来源 传感器 少量的工作能量以及启动器 利用这些数字化的纤维性能 将织物设计成一个柔性网络分布在服装上 通过传统的服装结构 制成洒脱的电子智能服装 纺织材料复合法 通过把轻质的导电性织物和一层极薄的具有独特电子性能的复合材料组合在一起来实现微电子元件与纺织品的结合 如柔性开关织物 具有许多传统织物无法比拟的特点 在智能纺织品领域里发挥着其独到的作用 采用纳米材料 利用纳米技术开发的一种灵敏且程序可控的面料 其基本思想是将多孔单元通过 螺丝 互相联结成面料 装有小型马达的计算机控制这些微孔 以调节他们与 螺丝 间的相对间隙 通过选择螺丝的松紧 产品的形状就可以改变 以符合使用者所需形状 正在研制中的美军 超人战斗服 具有防护 隐形以及通信等多项功能 士兵所戴的激光防护头盔将成为信息中枢 这种头盔有纳米粒子制成 备有微型电脑显示器 昼夜激光瞄准感应仪 化学及生物呼吸面罩等 此外 这种纳米军服中还嵌有生化感应仪与超微感应仪 用以监视士兵的身体状况 五 电子信息智能纺织品的发展多功能化 目前功能过于单一 随着其不断发展 将趋于多功能化 如同时包括生理监测 全球定位及音乐播放等功能 低成本化 价格将逐渐被普通消费者接受 易于穿着 将会与普通纺织品一样穿着舒适 可随意折叠 洗涤和进行各种整理 同时各种电子产品直接嵌入面料中 使其与普通纺织品看起来没什么两样 美观 面向普通消费者的纺织品 不仅要有强大的功能性 还要符合美学的要求 符合时尚的要求 绿色环保 不仅要求对人体没有危害 还要求生产过程无污染 节约能源 绿色环保 是未来需要解决的问题 是计算机 通信和网络等多学科交叉技术的融合 正朝着性能日益优化 功能多样化 器件微型化 健康舒适化 价格低廉化的方向发展 并将应用于医疗 保健 通信 航天 军事 运动 娱乐等各个领域之中 将从特定人群和特定领域的需求转向人们的日常生活 七 智能服装的类型智能服装的作用营造更为舒适的穿着效果提供更为方便的沟通联系方式增强穿着的安全保护功能适应特殊行业的工作需要提高服装对人体的监护分析提示功能减少穿着后的保养麻烦增添娱乐功能提供自发或原发性能源 为随附设备提供动力 一 医疗保健型1 MyHeart 智能服监测心脏状态 防止心血管问题等 安装在衬衫或内衣中 能够实时地把各种生命数据传送到服务中心 当身体出现胆固醇升高或心率发生变化时该服装会发出警报 有5部分组成 每一部分负责消除一种诱发心血管疾病的危险因素 包括 心脏活动 心脏睡眠 心脏松弛 心脏平衡 心脏安全 已经被纳入欧洲 我的心 计划 2 救生衬衫可以把一些传感器与PDA 移动电话或电脑相连 以便出现状况能及时传递信息 能及时反应身处险境的人自己的身体极限状况 并发出通知 如消防队员 儿童服装按照温度计 可以让家长随时掌握孩子体温 了解健康状况 3 医疗保健监视服装可以监视心率 体温 呼吸以及消耗了多少卡路里热量 在穿衣人心脏病发作或虚脱时及时报警 从而降低突发性死亡的概率 还计划在衣领里安装一个全球定位系统接收器 儿童或老年痴呆病人穿上后 如果不慎走失 可以轻易找到 应用在空巢老人监护 亚健康诊断 婴儿睡姿监测 消防员远程监护等 5 防流感服装这种防流感服装的布料中含有钛和二氧化碳的成分 在光线的照射下 可以在3小时内杀死40 的流感病毒 主要的销售对象定位是与外界接触比较频繁的商旅人士 这种以羊毛为原料制成的服装表面覆盖了的一层二氧化钛 在紫外线的照射下能分解接触到的病毒分子 在干洗20多次后还能保持其防毒的特性 二 日常生活型1 智能助行服电子骨骼服装可以帮助腰部以下瘫痪的患者直立行走和攀爬楼梯 使用者可以通过安装在手腕上的遥控器选择停止 坐下 行走 下降或者上升模式 同时启动身上的传感器 使机器向前迈进 我国的 可穿戴型助残助老智能机器人示范平台 于2007年开始启动 只要穿上这种智能机器人服装 老年人或者残疾人就能轻松自如地行走 爬楼梯 还能够提起几十公斤的重物 2 情感夹克衫是一件带有一系列激发器的外套 激发器根据屏幕上的内容决定是否启动 观众便可以体验到与剧中人物相同的情绪 人体皮肤重约4kg 覆盖面积为2m2 是人类最敏感的感官部位 当人体体验到某种情绪带来的身体反应时 也能体会到情绪本身 如果人为地制造出战栗等任何一种触觉感受 与身体感官相关的情绪也会随之产生 这样穿着 情感夹克衫 的观众就能最大限度地产生身临其境的感觉 此外 情感夹克衫 还可以激发人们特定的情绪状态来营造安全舒适的环境 比如帮助婴儿更好地休息或减轻病人的痛苦等 3 调温服装包括光纤发热保暖外套和空调裤 光纤发热保暖外套主要通过充电达到制暖 充电5小时后可产生持续7小时的保暖效果 空调裤则能随气候变化调节内部温度 增加穿着者的舒适感 采用碳化氢蜡微胶囊相变材料 在内衣与人体之间形成一个稳定的 小气候环境 可将内衣温度控制在37 2 4 敏感服装在这种T恤服装的面料中织入了能与手机等电子设备互通信息的传感器 他对穿着者所使用的电子设备非常敏感 只要有外界信息进来 马上会紧紧地 拥抱 当事人一下 如果有人给穿着者发短信时正在打瞌睡 没有听见铃声 该服装会随即做出提示 不会让穿着者在第一时间内错过重要的信息 5 会传情的服装法国推出的一款智能披肩 该披肩中装入了用金属纤维作成的支架 还有智能芯片 芯片能够记忆下人们拥抱时的动作 然后让披肩本身能够模仿这种动作 进行 模拟回放 有望在不久开发出能够模拟情人拥抱模式的外套 拥抱衫能记录拥抱时的体温 力度和拥抱时的触动甚至心跳 当友人传送一个虚拟的拥抱信息时 透过蓝牙手机向拥抱衫发出无线电讯号后 拥抱衫便开始生成那位友人的独特拥抱方式 三 高科技领域1 宇航员专用服装舱内服共宇航员在飞船内所用 最重要的构成部分是压力服 包括了在外面看不到的内衣裤 保温层 通风散热层 真空隔热层等 共采用130种新型材料 具备了保暖 散湿 防菌 防辐射等功能 特制了各种环 拉链 衬料等 出舱专用服主要围绕 能够防紫外线和其他宇宙射线辐射 抵御大强度温差变化 防破损意外发生 等关键问题进行处理 2 隐身衣2003年由日本推出 衣服表面覆盖一层反光小珠 还装有数个小型摄像仪 穿上之后 衣服前面会显示出摄像仪拍下的背后影像 当观察者迎面看穿衣人时 穿衣者身上像透明一样 被挡住的背后景物都看得到 但景物不够明亮 清晰 像雾里看花一样 同样从背后看 也能看到被挡住的前面景象 让人难以辨认出被服装包覆物体部位的本身 提供了一个思路 2010年 英国公布一种弹性薄膜 可以操纵光线 使物体隐形 隐身衣逐渐走近 但还有一段距离 3 可携带电脑的服装随着可编程纤维技术的开发应用 以及智能化的无线纤维柔软键盘的研制成功 电脑上身已经成为可能 2008年 日本先锋电子展示出一款可以将电脑穿在身上的服装 其左袖口装有显示器 4 可检测压力的服装一种能够检测并反映人体体表压力的服装 带有Elektex电子织物嵌入物的运动服 包括导电层和保护面层 这种材料能 感觉 到与其表面的接触 织物不仅能记录所加的压力点 还能记录压力及压力的方向 穿上衣服的时候 靠近皮肤的感应器就会检测皮肤的电信号 测试肌肉的紧张程度 并通过LED灯表示出来 防暴力服装已经问世 四 文体娱乐方面1 发光变色服属于智能感应类型服装 有超炫荧光logo衫和海军风热敏感条纹衫两大系列 logo衫会在夜间发出神秘的炫目荧光色泽 经人造光或自然光的照射后 在来到夜间或者没有亮光的地方 会展现出完全迥然而奇特的情景 缀有的超酷标志会呈现出不可思议的磷光色泽 海军风热敏感条纹衫中 添加热敏感材质 随着温度自动变换 衣服上的条纹会忽淡忽深 外部温度从25 升至40 时 条纹会从原本的颜色变至白色 人的体温即可使其改变颜色 如一种女装 在烈日下为纯白色 具有反射热量的功效 进入房间温度降低 衣服会变成浅蓝色 2 充满艺术信息的服装2008年展示了发光二极管服装 利用1 5万个发光二极管所制造的一系列颜色和光 展示了延时拍摄的玫瑰花从开放到凋谢的图像 自动改变形状的衣服 拉链自动拉上 衣服的底边升高 加装了微型控制器 开关 马达 水晶和激光制成的服装 产生光影闪烁效果 带有液晶显示屏的服装 显示水底世界 3 智能运动服一种内置GPS定位系统的导航滑雪服 其袖筒上装有液晶显示器 可以显示滑雪者的坐标和地理信息 还可以导航 预冷服装 比赛前把体温降下来 预冷背心 在炎热环境下运动训练时间可延长21 压缩肌肉智能服装 一种嵌有肌肉支持功能纤维带的智能运动服 可以使爆发力平均提高5 3 30米短跑成绩提高1 1 4 运动体能监控服装提高运动员的训练效果 开发了带有特制体育用微型传感器和微型发射装置的智能监控服装 微型传感器装置的厚度仅为1mm 可以方便地随衣服贴附在运动员的任何部位 随时掌握在训练中乃至比赛时所出现的疲劳 极限 心跳次数 血压 呼吸频率等体能状况和能量消耗水平 甚至以此为据推出运动员的心理状态 5 音乐播放服装2005年研制的音乐夹克 内部配有一个128兆字节的MP3播放器 由左袖上的纽扣控制 耳机安放在衣领里 采用 蓝牙 无线标准方式与手机进行互动 播放器和电池可以脱卸 便于衣服清洗 6 电子吉他T恤一款圆领T恤 胸前部位印着一把吉他 穿上后可以独自演奏 非常容易上手 能满足音乐爱好者和吉他演奏者的需求 五 军事领域1 智能遥控背心士兵在战场上穿上他 可以接受远程传送过来的指令 这款背心的工作原理是 有战地指挥中心观察实际情况后进行操纵 产生一种振动 通过远程传送至每个士兵所穿着的背心 这种振动悄悄地告诉士兵下一步该做什么 究竟是向左移动 向右移动 或是原地不动或是冲锋 2 报警衬衣采用电子纤维制成 它通过衬衣面料连续输出脉冲信号 来反映士兵身体是否受到伤害 如果脉冲信号不能达到服装的另一端 远程医疗设备便可以反映出着装者的衬衣在哪一个部位被子弹或其他东西击穿 进而可以指导医疗机构了解哪些重伤员在急救中应当首先给予救治 3 纳米战袍具有隐形 变形 防弹和为士兵治疗等多种神奇功能 由于运用了纳米传感技术 在战场或特殊环境下 将在极短的时间内迅速感知并做出如何应对的反应 如空气中二氧化碳突然升高 透气口将自动关闭 供氧系统自动打开 免遭毒气的攻击 敌方射出子弹的瞬间 可以迅速开启防弹功能 还可以吸收电磁波 提高士兵的隐身性能 还能识别敌我 4 恒温式保洁作战系列内衣寒冷天气保持温暖 炎热天气保持凉爽 使用纯银纤维 具有杀菌消炎效果 5 液体防弹服聚乙二醇和刚玉型纳米微粒的合成物 组合成一种超浓液体 具有即时应激突变的功能 在受到重击时瞬时变硬 形成一块盾牌 可以有效地阻挡射来的子弹 一旦冲击能量消散 作为硬状物的盾牌便会迅速还原成液体状态 6 应景伪装军服军服从过去的单色 到后来的迷彩设计 到现在的像素化迷彩 已经起到高度伪装功能 变色龙军服 纳米人造色素颗粒 将其融进纤维 织成面料 做成服装 智能控制系统能运用三种基本颜色 按不同环境需要施以不同比例的配比变化出相关色彩 从而起到自动伪装的效果 依据周围环境的变化自动改变颜色 沙漠是黄色 森林是绿色 六 其他服饰配套用品1 压电鞋将人体自然运动 行走产生的能量 通过鞋内的插片转化成电流 加以储存和传输 为智能服装供电 压电材料 受到一定压力后能够产生电脑能 2 智能跑步鞋距离 节奏 消耗的热量均能记录和感应 其测量到的心率准确率达到94 95 可以提示使用者将自己的步幅和节奏调整到最佳状态 3 调温手套用相变纤维材料制成 4 智能内衣 内裤利用 记忆棉 这一新型智能材料 用于胸罩新品开发 使用上佳的 慢性回弹面料 完美结合三维立体承托技术 锁定身体曲线 完全释放胸部压力 智能内裤 印刷 有电子生物传感器 由于测量血压 心率等生命体征 5 智能头盔 帽子智能头盔用于航天航空及军事领域 智能帽子用于老年人 八 智能调温纤维最早由美国宇航局在20世纪70年代末开发 其目的是保护宇航员和珍贵的设备 使其免受天空温度急剧变化的影响 1985年 将含有结晶水的硫酸钠 氯化钠或氯化锶填充到中空纤维中 1987年将相变材料密封在微胶囊中 1989年进行织物的整理加工 1996年将相变材料与硅粉混合 采用纺丝法制备功能纤维 我国从20世纪90年代开始研究 一 相变材料物质的三态 转变过程中 可以进行热能存储和温度调控 1 适宜工业化应用须具备的特点相变温度适当储热能力强传热能力强相变过程理想化学性能稳定来源广 价格低迄今为止 约有500多种相变材料被认识 2 相变材料的分类 1 按化学类别分类无机相变材料 盐 碱金属等 有机相变材料 石蜡类 高级脂肪烃类 醇类等 复合相变材料 无机相变与有机相变 相变与非相变 2 按相变过程的形态固 液相变 泄漏与密封 固 气相变 体积变化大 纺织应用困难 液 气相变 使用困难大 固 固相变 是固态物质在温度 压力 电场 磁场等内外部因素所导致的晶体结构 化学成分有序度等组织的结构改变 相变体积小 无毒 无腐蚀性 热效率高 无泄漏问题 便于加工 3 按相变温度范围分类低温相变材料15 90 中温型相变材料90 550 高温型相变材料550 以上低温相变材料是一些无机水合物 有机物 高分子材料等 主要由于工农业 民用等 中高温主要是一些无机盐 氧化物 金属合金等 用于特殊高温环境 4 按吸热放热时材料功能要求来分类相变储热材料热记忆材料塑性晶体材料 二 智能调温纺织材料的制备利用相变材料的蓄热调温功能 将相变材料混入纤维中 或通过整理加工方法将相变材料涂覆于纺织品表面 可以获得智能调温纺织品 用于人体保温及隔热的调温纺织品 相变材料的相变温度一般在0 50 其中严寒气候时选用18 29 温暖气候时选用27 38 炎热气候或大运动量时选用32 42 1 纺丝法制备调温纤维湿法纺丝 将相变材料与纺丝液混合后进行纺丝 是目前制备调温纤维的主要方法 使用微胶囊形式的相变材料 调温腈纶 使用石蜡烃 二十烷 丙二醇 DMP HMP 的微胶囊与纺丝液混合进行纺丝 聚环氧乙烷制备调温纤维 聚环氧乙烷的熔点为60 65 热量储存能力约为167 36J g 用于较高温度的调温 可以与聚乙二醇进行混合纺丝 熔融纺丝 为了适应熔融纺丝加工 必须提高相变材料的热稳定性 相变材料选用石蜡烃 多元醇 高分子相变材料等 单组份成纤聚合物的熔融纺丝 将胶囊形式的相变材料分散在聚合物中进行纺丝 也可将相变材料 抗氧剂 热稳定剂添加在成纤聚合物中进行纺丝 多组分成纤聚合物熔融纺丝 皮芯型 海岛型和并列型 截面有圆形和异形纤维 2 中空纤维浸渍填充法制备调温纤维对中空纤维进行填充的目的 在于提高纤维的某种功能 将结晶水合盐固 液相变材料填入中空人造丝和丙纶纤维中 以图在270 310K范围内改善纤维的比热容 将中空纤维浸渍在聚乙二醇或塑晶材料的溶液或熔体中 让其进入纤维中空内 得到在一定温度范围内具有相变特性的纤维 中腔的大小和浸入性能是提高填充率的关键 3 织物整理法制备调温纺织品通过整理或涂层的方式 将相变材料施加在织物上 从而获得调温纺织品 涂层法 直接涂层 转移涂层