當(dāng)紡織工藝與智能科技跨界融合，會(huì)碰撞出怎樣的火花？
智能紡織品正在成為紡織產(chǎn)業(yè)的一項(xiàng)重要?jiǎng)?chuàng)新。它們將傳感器、電子元件嵌入紡織品中，賦予了紡織品更多的功能。
近年來，國內(nèi)紡織行業(yè)相關(guān)高校團(tuán)隊(duì)、國家先進(jìn)功能纖維創(chuàng)新中心和行業(yè)企業(yè)在該領(lǐng)域加大跨學(xué)科跨領(lǐng)域的科技研發(fā)，形成了豐富的研發(fā)成果與產(chǎn)品。圍繞“智能運(yùn)動(dòng)”“智慧防護(hù)”“智慧醫(yī)療康養(yǎng)”方面需求的增長(zhǎng)，產(chǎn)業(yè)用紡織品行業(yè)在該領(lǐng)域顯示出蓬勃活力。
擔(dān)起醫(yī)療康養(yǎng)使命
近幾年，以醫(yī)療康養(yǎng)、安全防護(hù)為代表的功能性醫(yī)用紡織品逐漸被應(yīng)用到人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾�(gè)方面。青島大學(xué)教授田明偉表示，智能紡織品應(yīng)用于醫(yī)療康養(yǎng)，已成為產(chǎn)業(yè)用紡織品發(fā)展的一個(gè)重要方向。
在久坐狀態(tài)下，人體臀部與椅面之間的壓力是形成褥瘡的主要原因。青島大學(xué)研發(fā)出一款坐起站立監(jiān)測(cè)紡織品。該產(chǎn)品可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人體臀部與椅面之間的壓力分布，通過可視化數(shù)據(jù)清晰顯示壓力分布情況，提醒使用者或護(hù)理人員及時(shí)調(diào)整坐姿，防止形成褥瘡。
田明偉表示，青島大學(xué)健康與防護(hù)智能紡織品研究中心致力于健康與防護(hù)智能紡織品的前沿交叉學(xué)科研究，創(chuàng)新提出智能紡織新產(chǎn)品基礎(chǔ)研究與產(chǎn)業(yè)化開發(fā)方案，在智能紡織與健康監(jiān)護(hù)裝備開發(fā)方面取得了顯著成果。
田明偉團(tuán)隊(duì)還研發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的握力評(píng)估手套、足底壓力分析儀、褥瘡監(jiān)測(cè)床墊、十二導(dǎo)聯(lián)心電衣、主動(dòng)發(fā)光示警服裝等產(chǎn)品，可用于無擾健康監(jiān)測(cè)和智能居家健康評(píng)估預(yù)警與干預(yù)等領(lǐng)域。
香港理工大學(xué)教授陶肖明團(tuán)隊(duì)研發(fā)出織物智能交互系統(tǒng)、定制化醫(yī)用壓力襪及能夠評(píng)估壓力的智能仿生變形腿模型、智能運(yùn)動(dòng)恢復(fù)穿戴系統(tǒng)、肢體肌肉運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、帕金森輔助智能穿戴系統(tǒng)及安全環(huán)保型抗菌材料等多項(xiàng)智能紡織技術(shù)與創(chuàng)新產(chǎn)品。
織物智能交互系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)視覺、聽覺、觸覺等感知方式和織物結(jié)構(gòu)的無縫集成，可用于健康和醫(yī)療領(lǐng)域、智能家居等用途。
定制化醫(yī)用壓力襪及能夠評(píng)估壓力的智能仿生變形腿模型，基于三維人體掃描數(shù)據(jù)中提取的關(guān)鍵參數(shù)，應(yīng)用自主設(shè)計(jì)的CAD/CIM（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)集成制造）技術(shù)，可使患者穿著更舒適，提高患者對(duì)穿著醫(yī)用壓力襪的依從性。
智能運(yùn)動(dòng)恢復(fù)穿戴系統(tǒng)是便攜、智能、個(gè)性化的可穿戴系統(tǒng)，可于10秒內(nèi)在5℃-40℃的溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)按需切換，且溫度分布均勻，可幫助運(yùn)動(dòng)員在比賽間隙快速恢復(fù)體力。
肢體肌肉運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)、連續(xù)地測(cè)量關(guān)節(jié)角度和骨骼肌厚度變化，再配合已建立的生物力學(xué)模型，可以估測(cè)運(yùn)動(dòng)員的骨骼肌在運(yùn)動(dòng)中的收縮力，應(yīng)用于康復(fù)和運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練領(lǐng)域。
帕金森輔助智能穿戴系統(tǒng)能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地識(shí)別異常步態(tài)，并及時(shí)進(jìn)行提示，有效提升帕金森癥患者的行動(dòng)能力，改善患者生活質(zhì)量。
針對(duì)關(guān)節(jié)損傷患者對(duì)人體熱療的需求，蘇州大學(xué)紡織與服裝工程學(xué)院紡織行業(yè)智能紡織服裝柔性器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了兼具運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和電-熱轉(zhuǎn)換的復(fù)合紗線，并通過織造工藝制備兼具運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和電熱理療的智能護(hù)膝，以及基于智能服裝系統(tǒng)制備的能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)心跳、呼吸等生理信號(hào)的智能服裝以及智能顯示紡織品等。智能服裝系統(tǒng)通過在緊身運(yùn)動(dòng)服的肘部、腹部、腕部、胸部等處無痕植入具有微型化、多通道信號(hào)采集器的應(yīng)變傳感纖維紗線，能夠?qū)Υ┲哌M(jìn)行運(yùn)動(dòng)及生理信號(hào)的多相采集，并通過無線藍(lán)牙技術(shù)將數(shù)據(jù)發(fā)送到手機(jī)應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)心跳、呼吸、運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理、顯示與存儲(chǔ)。
元罡（廣州）智能科技有限公司研發(fā)的“柔性感測(cè)儀”，采用世界前沿的柔性織物應(yīng)變傳感器，運(yùn)用人工智能算法和數(shù)據(jù)分析引擎，可實(shí)時(shí)和長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)男性生理功能參數(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程居家監(jiān)測(cè)。醫(yī)生可根據(jù)分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)制定個(gè)性化診療方案，是男性健康管理領(lǐng)域的一大創(chuàng)新突破。
拓展應(yīng)用領(lǐng)域
在野外，集成了數(shù)千個(gè)發(fā)電織物單元的帳篷，可在戶外露營時(shí)直接為手機(jī)等電子設(shè)備充電。東華大學(xué)先進(jìn)功能材料課題組致力于可穿戴領(lǐng)域的新材料、器件、服裝系統(tǒng)等的科學(xué)研究以及技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。該團(tuán)隊(duì)最近研發(fā)出一種可持續(xù)的吸濕-蒸發(fā)發(fā)電技術(shù)和循環(huán)發(fā)電織物（Mac-fabric）。
該項(xiàng)技術(shù)基于織物中的單向?qū)窈拓?fù)電荷通道誘導(dǎo)的電荷分離，可以實(shí)現(xiàn)持續(xù)的恒壓發(fā)電。在40%的相對(duì)濕度和20℃溫度環(huán)境下，單片Mac-fabric織物可實(shí)現(xiàn)0.144瓦/平方米的高功率電流輸出。在實(shí)際應(yīng)用中，可通過采集空氣中水分的能量，為手機(jī)等電子產(chǎn)品供能。Mac-fabric發(fā)電織物具有重量輕（300克/平方米）、柔軟等特性，未來可應(yīng)用于戶外可穿戴或便攜式能源。
在綠色能源與智能交互纖維織物和熱電紡織品、無線觸控織物等最新技術(shù)成果方面，東華大學(xué)教授張坤團(tuán)隊(duì)通過能量轉(zhuǎn)換（熱電）和存儲(chǔ)（電化學(xué)）材料，以及纖維電子學(xué)的基礎(chǔ)研究和相關(guān)產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，開發(fā)出熱電紡織品（TET）。
TET熱電紡織品是由無機(jī)熱電塊體直接編織而成，織造面積可達(dá)1550平方厘米，具有耐用、可洗滌、貼合皮膚、可穿戴的特性。TET在34℃微風(fēng)環(huán)境下，能使體表溫度迅速穩(wěn)定在約11.8℃左右，冷卻能力達(dá)到553.7瓦/平方米；在25℃的溫差下產(chǎn)生6.13瓦/平方米的電流功率密度，可在穿戴場(chǎng)景中穩(wěn)定為手機(jī)、平板電腦等電子設(shè)備供電。
重慶大學(xué)教授范興團(tuán)隊(duì)專注于柔性纖維光伏電池、儲(chǔ)能電池及傳感器等器件的開發(fā)，結(jié)合傳統(tǒng)編織工藝，將其與衣物纖維編織成柔性自供電集成電子織物。該團(tuán)隊(duì)展示的自供電集成電子織物，可以做成窗簾、沙發(fā)套、床墊、挎包等，可將太陽能轉(zhuǎn)化為日常供電的來源，不僅美觀舒適，還可解決現(xiàn)存智慧家居對(duì)供電、環(huán)保的要求，并且可進(jìn)一步應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、智慧城市、公共安全、老年康養(yǎng)等領(lǐng)域。
在功能織物領(lǐng)域，如何將柔性電子材料、空氣過濾、保溫隔熱、油水分離和生物材料等功能性元素“編織”成“衣”，一直是產(chǎn)業(yè)用紡織品的攻關(guān)課題。
國家先進(jìn)功能纖維創(chuàng)新中心的碳納米管復(fù)合發(fā)熱技術(shù)、氣紡技術(shù)、復(fù)合材料網(wǎng)紗技術(shù)等最新研究成果解決了這一難題。
碳納米管復(fù)合發(fā)熱技術(shù)以碳納米管為基本材料，將柔性導(dǎo)電薄膜在內(nèi)共7層材料進(jìn)行壓合，并加入溫控、線材等組件制成碳納米管復(fù)合柔性發(fā)熱模組，從而實(shí)現(xiàn)多檔調(diào)節(jié)及智能精準(zhǔn)控溫，可廣泛應(yīng)用于服飾、家紡，以及極寒環(huán)境特種加熱裝備、新能源汽車及其衍生用品加熱系統(tǒng)、戶外場(chǎng)館建設(shè)等領(lǐng)域。氣紡技術(shù)是一種新的納米纖維制備技術(shù)，通過這種技術(shù)制備的納米纖維膜與錦綸四面彈面料復(fù)合后的成品面料柔軟舒適，防水耐磨，透氣性能遠(yuǎn)優(yōu)于常規(guī)沖鋒衣面料，適用于輕運(yùn)動(dòng)、輕旅游等。與靜電紡絲相比，氣紡技術(shù)的生產(chǎn)效率可提高50倍以上，且透濕透氣指標(biāo)優(yōu)異，在功能性織物領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
以新型碳納米管復(fù)合發(fā)熱技術(shù)和柔性拉伸傳感材料為基礎(chǔ)，魏橋紡織股份有限公司最新開發(fā)出“蔚藍(lán)”智能運(yùn)動(dòng)服裝系列產(chǎn)品。該系列產(chǎn)品一方面通過紡織柔性導(dǎo)電傳感技術(shù)，將人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)經(jīng)應(yīng)用程序上傳到云端進(jìn)行專項(xiàng)分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控；另一方面，利用碳納米管柔性加熱片及彈性導(dǎo)線耐彎折、可水洗、升溫迅速等特點(diǎn)，可制成智能控溫助眠枕、智能加熱防護(hù)服、加熱理療腰帶及手套等功能性紡織品。
深圳智裳科技有限公司通過將電子技術(shù)與紡織工藝相結(jié)合，為用戶提供穿戴的交互式體驗(yàn)。公司研發(fā)的智能防護(hù)類加熱沖鋒衣、加熱鞋等創(chuàng)新產(chǎn)品，可滿足日常戶外穿著的舒適需求，不僅能與手機(jī)連接，還可水洗。加熱類產(chǎn)品年銷量超過10萬件。
創(chuàng)新材料工藝空間
高性能紡織新材料的應(yīng)用，進(jìn)一步推動(dòng)產(chǎn)業(yè)用紡織品向個(gè)性化、多功能、高端化邁進(jìn)。
在烈日炎炎的夏季，一件功能性車衣能將車內(nèi)溫度最多降低約30℃，這是華中科技大學(xué)研發(fā)的具有高效降溫技術(shù)的紡織品。
華中科技大學(xué)教授陶光明團(tuán)隊(duì)研發(fā)的無源降溫服飾采用先進(jìn)零能耗高效降溫技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)人體或其他覆蓋物的高效物理降溫功能。該服飾手感柔軟、舒適親膚。夏季在戶外，相較于白色棉織物，可將人體體表的溫度降低近5℃。該團(tuán)隊(duì)與合作單位已建成了光學(xué)超材料降溫纖維生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了年產(chǎn)千噸級(jí)的穩(wěn)定生產(chǎn)。
北京服裝學(xué)院發(fā)揮在服裝新材料和高性能服裝研發(fā)方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，研發(fā)出可隨外界電流的改變而改變顏色與圖案的T恤衫。利用纖維織物導(dǎo)電傳感技術(shù)，北京服裝學(xué)院材料設(shè)計(jì)與工程學(xué)院劉繼廣智能纖維紡織品創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)研發(fā)的變色導(dǎo)電油墨和變色導(dǎo)電纖維，能織成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電阻達(dá)到103歐姆的高導(dǎo)電纖維織物，使紡織品具有敏感的導(dǎo)電傳感和光學(xué)變化機(jī)制。利用這種技術(shù)設(shè)計(jì)制備的傳感鞋墊、口罩、護(hù)腕、手套以及柔性觸控面料，在監(jiān)測(cè)人體重心變化、肢體運(yùn)動(dòng)、呼吸等生理運(yùn)動(dòng)方面顯示出高度的靈敏性。
復(fù)旦大學(xué)研發(fā)的萊特美發(fā)光纖維紗線，看似普通，卻能發(fā)出白、藍(lán)、綠、紅、粉、紫、橙多種顏色的光芒。這種纖維柔軟、質(zhì)輕、直徑可控，具有發(fā)光、能量存儲(chǔ)、能量捕獲及傳感等功能，可像普通紗線一樣經(jīng)過縫紉、編織、刺繡、針織等工藝加工成織物，適用于汽車內(nèi)飾、智能穿戴、信息電子、智能家居、玩具飾品等諸多應(yīng)用場(chǎng)景。
青島大學(xué)研發(fā)的一款基于交流電致發(fā)光原理的智能發(fā)光纖維，拓展了發(fā)光纖維的應(yīng)用方向。該纖維具備主動(dòng)發(fā)光能力，可發(fā)出80坎德拉/平方米的光亮，適用于閱讀的環(huán)境亮度。同時(shí)，這款發(fā)光纖維解決了目前穿戴環(huán)境中存在的透氣、透濕、柔性加工等局限性，在先進(jìn)示警服裝、地毯、墻布等柔性顯示領(lǐng)域具備廣闊的應(yīng)用前景。
傳統(tǒng)紡織產(chǎn)品從紡紗、織造、印染、后整理，到裁剪、縫合成衣，工藝流程長(zhǎng)。武漢紡織大學(xué)研發(fā)的全成型針織產(chǎn)品，采用三維一次成型工藝織造技術(shù)生產(chǎn)，徹底改變了傳統(tǒng)工藝的復(fù)雜冗長(zhǎng)難題，具有流程短、多樣化、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、透氣舒適等工藝優(yōu)勢(shì)。基于這種技術(shù)開發(fā)的全成型保暖服，具備單向?qū)瘛⒈Ｅ俑傻裙δ埽言谖鞑亍⑶嗪５貐^(qū)-20℃極寒環(huán)境下得到應(yīng)用。
南通大學(xué)以納米高阻隔層為內(nèi)層結(jié)構(gòu)，研制出主動(dòng)抗菌、抗病毒防護(hù)服。這款帶有雙向調(diào)溫裝置的多功能防護(hù)服，采用多層復(fù)合結(jié)構(gòu)防護(hù)面料，可有效調(diào)節(jié)衣內(nèi)微環(huán)境，實(shí)現(xiàn)制冷19℃-26℃、制熱26℃-40℃可調(diào)，提升了穿著的舒適感。防護(hù)服抑菌率和抗病毒活性率可達(dá)99%，抗合成血液穿透性6級(jí)，透濕率≥8000克/平方米·天，并且可重復(fù)使用，洗消50次后抑菌率≥99%，抗病毒活性率≥91%。
香港理工大學(xué)的孵化企業(yè)益曜科技有限公司，研制出一種基于聚羥基烷酸酯（PHAs）的安全環(huán)保型抗菌材料。該類材料可完全實(shí)現(xiàn)生物降解、無毒，對(duì)金黃葡萄球菌、大腸桿菌、白色念珠菌、耐藥細(xì)菌、新型冠狀病毒，以及H1N1和H3N2病毒的殺滅率超過99.99%，可用作醫(yī)療衛(wèi)生用品、服裝及家用紡織品的整理劑。與目前商業(yè)化的抗菌劑相比，這種新型PHAs材料在生物安全性、生物可降解性、穩(wěn)定性、低碳排放和成本效益方面都具有明顯優(yōu)勢(shì)，可為人們帶來更綠色、健康和安全的生活。
