近年來，智慧互動紡織品成為世界紡織品行業的一大熱門技術，該技術隨著新型材料的效能發展而逐漸得到應用。國內受制於新材料成本以及相關配套技術不成熟等問題，對於該技術的介紹及應用方面的研究較少。本文從智慧互動紡織品的概念及國內外應用現狀出發，闡釋了新材料技術對智慧紡織品的影響，並對其未來的發展前景進行了展望。
一、智慧互動紡織品的研究和應用現狀
1.智慧互動紡織品的概念
在智慧互動紡織品概念中，除了具備智慧這一特性 之外，互動能力是其另一大顯著特徵。作為智慧互動紡織品的技術前身，互動織物的技術發展也為智慧互動紡織品做出了巨大貢獻。智慧互動紡織品的互動方式通常被分為被動互動和主動互動兩種。具備被動互動功能的智慧紡織品通常只能感知外界環境的變化或刺激而無法做出有效回饋；具備主動互動功能的智慧紡織品在感知外界環境變化的同時，能夠及時對這些變化做出迴應。傳統紡織品的互動往往是被動的，而智慧互動紡織品是結合現有科技，基於傳統織物功能進行的拓展延伸，能夠在保留傳統紡織產品的原有功能，例如保暖、美觀、舒適性以及防護等基礎上，透過加入導電纖維或其他功能纖維以及感測器來賦予紡織品更多主動的功能，從而實現織物的主動互動。因此，滿足互動能力的織物並不一定智慧，同樣智慧的織物並不一定能夠同使用者進行優秀的互動。
智慧互動紡織品的迅速發展離不開電子、奈米、仿生以及材料科學技術等諸多領域的進步。同時，智慧纖維、織物及服裝等產品隨著這些領域的不斷進步帶來的更加人性化、實用化的產品，也成為了時尚產業的關注焦點。20世紀七八十年代，日本科學家率先提出了“智慧材料”的概念，這一概念的提出為智慧織物的發展打下了基礎，一定程度上可以認為其就是智慧織物的前身。圖1 展示了Google（谷歌）開發的智慧織物原理模型。
圖 1 Google開發的智慧織物原理模型
2.智慧互動紡織品的研究及應用現狀
1996年，佐治亞理工學院的學者們于軍事領域率先開展了對於智慧互動紡織品的研究與應用，透過將光纖及導電纖維技術植入產品中打造出了一款全新的智慧服裝。該智慧服裝採用了Wearable Motherboard提供的光電紡織產品，能收集穿著者的身體指標資料，並將感測器傳送的資料傳輸到閘道器，利用綜合監控軟體對資料歸納，總結出健康建議併發送給使用者。該平臺構成了一個集感測、監控和資訊處理裝置於一體的多功能框架，可應用於生物醫學監測和智慧可穿戴領域。
谷歌聯合美國服裝品牌Levi’s（李維斯）在智慧互動織物研究中開發了一款能夠相容智慧手機和MP3、iPod 等產品的牛仔褲（圖 2）。透過使用者在面料上的觸控， 該產品能夠直接控制多媒體裝置，比如切換歌曲或暫停/ 播放以及音量控制。此產品能夠支援市面上絕大多數的 iPod產品。
圖 2 智慧牛仔褲
3.在智慧互動紡織品用材料領域的研究實踐
近幾年我國眾多纖維製造商實現了技術突破，從纖維角度為智慧互動紡織品的發展奠定了堅實的原材料基礎，相繼完成了導電間位芳綸智慧纖維、相變儲能粘膠智慧纖維、銅系聚丙烯腈基導電纖維、智慧調溫再生纖維素纖維等產品的開發工作。
常熟市翔鷹特纖有限公司生產的銅系聚丙烯腈基導電纖維利用銅離子在纖維中構築導電網路、採用耐久性聚丙烯腈纖維表面導電層結構控制技術製備而成，該纖維具有良好的導電性、抑菌性以及較好的透氣性和抗皺性，在防靜電服、電磁遮蔽紡織品以及感測型材料應用領域有著極大優勢。
新鄉化纖股份有限公司推出的光致變色再生纖維素纖維使用奈米級材料，利用線上新增技術解決了再生纖維素纖維染色難且染色不均勻的問題。在製備技術上其採用了專用的光致變色劑，與紡絲原液共混，採用溼法紡絲製得光致變色再生纖維素纖維。該產品親膚柔軟且有獨特的光澤，同時光變靈敏、光澤鮮豔，能夠吸收紫外線從而具備防護作用，且無需染色，從製造源頭解決了產品加工的二次汙染。
二、新材料及新制備技術對智慧互動紡織品的影響
1.金屬纖維 —— 智慧互動織物領域的首選
鍍金屬纖維是近年來備受矚目的一種功能性纖維，其以特有的抗菌、抗靜電和殺菌除臭等特性，現已在貼身服裝、醫療、運動、家紡以及特殊服裝領域得到了廣泛的應用。
雖然具備某些物理效能的金屬織物並不能稱之為智慧互動織物，但是金屬織物能夠作為電子電路的載體，其本身也能夠成為電子電路的組成部分，因此成為互動織物的首選材料。
2.製備技術對智慧互動紡織品的影響
現有的智慧互動紡織品製備工藝主要以電鍍和化學鍍為主。由於智慧織物承載功能多，需要較高的可靠性，而真空鍍膜技術難以獲得較厚的鍍層。由於沒有更好的技術革新，智慧材料的應用受到了物理鍍膜技術的限制。而電鍍和化學鍍的結合成為了解決這一問題的折中辦法。通常，在製備具有導電效能的織物時，會首先利用化學鍍工藝製成的導電纖維來編織面料，此技術製備的面料鍍層與直接使用電鍍技術得到的面料相比，塗層更加均勻。此外還可以將導電纖維與普通纖維按比例混紡，在保證功能的基礎上降低成本。
目前，纖維塗層技術最大的問題是塗層的結合力和牢固程度。織物在實際應用中需要經歷水洗、摺疊、揉捏等多種狀況，因此導電纖維需要進行耐用性測試，這也對製備工藝以及塗層的附著力提出了更高要求。如果塗層質量不佳則會導致其在實際應用中開裂和脫落。這對電鍍工藝在纖維織物上的應用提出了很高的要求。
近年來微電子列印技術在智慧互動織物開發中逐漸展現出技術優勢，該技術可以使用列印裝置將導電墨水精確地沉積到基材上，從而按需製造高度可定製的電子產品。儘管微電子列印可以在各種基材上對各種功能的電子產品進行快速原型製作，具備週期短和高度定製化等潛力，但目前階段該技術成本仍然較高。
此外，導電水凝膠技術在製備智慧互動織物上也展現了其獨特的優勢。導電水凝膠結合導電性和柔軟性，可以模仿人體面板的機械和感覺功能，在過去幾十年裡在可穿戴裝置、可植入生物感測器和人工面板等領域引起了極大的關注。由於導電網路的形成，水凝膠具有快速的電子傳遞和較強的機械效能。作為一種導電性可調的導電聚合物，聚苯胺可以利用植酸（Phytic acid）和聚電解質作為摻雜劑製造各種型別的導電水凝膠。儘管具有令人滿意的導電性，但是相對較弱且脆的網路嚴重阻礙了其實際應用。因此其在實際應用中有待開發。
3.新材料技術開發的智慧互動紡織品
（1）形狀記憶紡織品
形狀記憶紡織品透過織造和整理將具有形狀記憶功能的材料引入紡織品，使紡織品具有形狀記憶特性（圖3）。該產品能夠同記憶金屬一樣，經過任意變形之後，透過達到特定條件後調整其形態至最初。
圖 3 形狀記憶紡織品概念模型
形狀記憶紡織品品類主要包括棉、蠶絲、毛紡織物 以及水凝膠織物等。香港理工大學研發的一款形狀記憶紡織品由棉麻製成，受熱後可迅速恢復平整挺括，且具備良好的吸溼性，長時間使用不會變色，並具有耐化學腐蝕性。
具備絕緣、耐熱、透溼、透氣性、耐衝擊性等功能需求的產品是形狀記憶紡織品的主要應用平臺。同時，在時尚消費品領域，形狀記憶材料在設計師手中也成為了表達設計語言的優秀材料，賦予了產品更多獨特的表達效果。
（2）電子智慧資訊化紡織品
透過在織物中植入柔性微電子元件及感測器，能夠製備出電子資訊智慧化紡織品。美國Auburn University （奧本大學）開發了一款能夠發出熱反射變化及光誘導可逆性光學變化的纖維產品，該材料在柔性顯示等裝置製造領域具備極大的技術優勢。近年來，隨著主營移動科技產品的科技公司對柔性顯示技術展現出的極大需求，柔性紡織品顯示技術的研究得到更多的關注和發展動力。
（3）模組化技術紡織品
將電子元件透過模組化技術整合到紡織品中製備織物是當前實現織物智慧化的技術最優解。谷歌透過“Project Jacquard”專案致力於實現智慧織物的模組化應用，目前已經和李維斯、Saint Laurent（聖羅蘭）、Adidas （阿迪達斯）等多個品牌合作推出了面向不同消費者群體的多款智慧織物產品，圖 4 為該專案與聖羅蘭合作開 發的智慧揹包。
圖 4 智慧揹包
智慧互動紡織品的蓬勃發展離不開新材料的不斷開發以及各種配套工藝的完美配合。得益於現今市場上的各種新型材料成本日益降低，生產技術日趨成熟，未來會有更多大膽的想法得到嘗試與踐行，以為智慧紡織品行業提供新的靈感與方向。
三、智慧互動紡織品的未來展望及應用前景
相較於傳統紡織品，智慧互動紡織品在功能和應用上更豐富全面，能夠接收外界的變化及收集必要資訊，並做出及時的響應和反饋。航空、軍事領域率先開展智慧互動紡織品的開發與應用，隨後，智慧服裝的設計和製造也開始利用智慧紡織品來完成，但智慧紡織品真正意義上應用於消費領域還需要將相關技術同時尚性、實用性、耐用性等需求相結合。
智慧互動紡織品在不同應用場景中也透過不同的形材料、造型層面顛覆市面上現有的智慧可穿戴產品。而應用於服裝領域的智慧互動紡織品不僅能夠實現各種美觀的需求，更能夠滿足各種特殊的功能性需求，例如軍用、消防、醫療等領域。
四、結 論
智慧互動紡織品在防護、體育運動、醫療、軍事等領域有著巨大的發展潛力及使用需求。該技術的發展不僅帶動了紡織服裝業，也推動了計算機、電子、化工、材料等行業的發展。
隨著電子裝置的輕型化、小型化以及導電纖維技術的發展，未來的科技產物能夠越來越多地應用在織物領域，這些裝置將與服裝、家紡等產品實現更好、更全面的整合。得益於新材料技術的發展與進步，各種生產智慧織物所必須的材料與技術成本將下降到能夠為普通消費者服務的階段。在這樣的新時代背景下，充分了解智慧互動織物的功能及其開發流程、掌握核心技術、保持與開拓新的產品應用場景才是智慧互動紡織品開發的最重要環節。藝術與科技的融合誕生出了無數美妙且過去無法想象的新產物，而人類社會的進步與發展離不開這樣的融合。隨著智慧互動織物在技術領域的不斷創新，相信未來以此為基礎研發的更多智慧化產品將會面世。
文章來源：紡織導報
本文作者：賈尚霖 王 陽
END
本文作者：材料委天津院
本文責編：王寧寧
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