紡織過濾材料

過濾材料大量使用紡織品

一、概述過濾：就是分離，是搜集分散于氣體或液體中的顆粒狀物質的一種操作。過濾材料是一種具有較大的內比表面積和適當空隙的物質，有能力捕獲和吸附固體顆粒，使之從混合物質中分離出來。1.過濾的目的與應用

（1）健康的需要空氣中的塵埃：0.001—100微米。

5微米以上:可被汗毛、粘液留住，或通過噴嚏、咳嗽而排出。5微米以下：會滲入人體內臟，危害人體健康。2.高科技產品的需要廣泛應用于機電、精密儀器、醫藥醫療、集成電路等產業，對空氣潔凈度有很高的要求。潔凈度：是指1立方英尺中所含0.5微米以上粒徑的塵埃個數。

各行業對潔凈度的要求半導體刻蝕：100、10鏡頭研磨：10000、1000、100光學儀器組裝：10000、1000、100衛星控制裝置：100小型精密軸承：100普通軸承：100000計算機芯片：100光導攝像管：100精密電子儀器：10000、1000、100無菌病房：1000、100、10飲料包裝：1000、100、10印刷線路板：1000（3）回收工業原料冶金、炭黑工業等通過煙氣過濾，既可以凈化空氣、防止粉塵爆炸，又可以回收貴重材料。（4）提取濾餅棄去濾液以生產合格產品，如陶瓷工業中原料的濕式過濾等。（5）分離的需要濾液和濾餅均需留用，作為不同層次的制品或需要再循環使用，如食品工業中的過濾工藝；濾液和濾渣均不需要，如廢污泥處理工程，為保證安全生產、預防公害仍需分離后分別處理。（6）環境保護的需要2.過濾的形式（1）干式（空氣）過濾

貯存式過濾：用于低密度塵埃，配套在空調中的過濾，用相當蓬松的纖維絮片，空隙率在90—99%以上，需要更新。清潔式過濾：應用于高密度塵埃的分離，每立方米幾百克的場合，濾材空隙率在70—90%之間，其過濾效率可達99.9%。（2）濕式（液體）過濾

重力過濾：有袋式和帶式兩種，依靠液體的自身重量而過濾，濾布可以選用化纖復絲紗的薄質平紋、斜紋織物，但用于廢水處理時宜選用單絲織物。

真空過濾：加壓過濾：壓榨過濾：單式壓濾機包括濾布和水壓或螺旋擠壓機構。離心過濾：包括濾布和離心脫水機，濾布必須有較高的耐磨損強度，濾布可以用短纖紗及化纖復絲紗的厚質斜紋織物。3.過濾的精度粗塵過濾：適應高粉塵濃度過濾，初濾外材。中性能過濾：一般粉塵濃度，過濾效率可達80%準高性能：用于潔凈度10萬以上的主體濾材。高性能：0.3微米塵埃的過濾效率可達99.97%。超高性能：0.1微米塵埃的過濾效率可達99.999%二、過濾機理1.篩分作用：過濾粒徑大于濾材的孔徑。2.慣性作用：顆粒與風速都較大，當風流接近濾材時受阻發生繞流，顆粒由于慣性作用脫離繞流線，直接與纖維碰撞而被捕集，顆粒越大，流速越快，則慣性作用越大。3.擴散作用：當顆粒很小、風速很低時，顆粒的布朗運動產生的擴散起主要作用，使其撞擊到纖維上而被捕集。顆粒與流速越小，則捕集效果越好。4.凝聚作用：由于顆粒之間凝聚而被捕集，所以在液體過濾中，也可以添加凝聚劑以提高捕集效果。5.靜電作用:

絕大多數顆粒在運動與過濾過程中，由于摩擦等原因而帶電，帶異性電荷的粒子，互相吸引而形成較大的新顆粒，則便于捕集，帶同性電荷的顆粒相互排斥，促使做布朗運動等而被捕集。在干式過濾中，特別是相對濕度為30%以下時，帶電容易。采用駐極材料過濾時，由于纖維本身帶有電荷，對空氣中的顆粒產生靜電吸附作用，進行捕集。

6.駐留作用

有些濾材中存在駐留點，當氣流或液體中的顆粒通過時，被截留住。7.沉降作用因重力作用而沉積在纖維上。8.分散力又稱范德瓦耳斯力，是紡織品過濾材料中捕集機理之一。顆粒與纖維距離非常接近時（0.1微米），出現分子引力，對極性分子來說，即有永久偶極的分子，吸引力是偶極間電子相互作用產生的。在所有分子中，在帶正電的原子核和帶負電荷的電子間都存在震蕩現象，因而所有的分子，其性狀就像震蕩的偶極。由偶極震蕩形成的力稱為分散力。該力不是飽和的，也就是說兩個分子間相互吸引的同時，不妨礙被第三分子所吸引。

篩分適用于30微米以上顆粒，慣性適用于1微米以上顆粒，駐留適用于1微米以上，擴散適用于0.2微米以下，靜電適用于0.5微米以下。三、過濾效率含粉塵氣體以0.5—5米/分的速度通過濾材，塵粒在濾材纖維層里的運動時間為0.01—0.5秒，這一瞬間，氣體中的塵粒被濾材分離出來，有兩個步驟：一是纖維對塵粒的捕集，二是粉塵層對塵粒捕集。1.擴散效應過濾效率：小于0.2微米的塵粒和氣體分子碰撞后產生不規則運動（布朗運動），一部分塵粒被纖維或纖維層所阻留，這種現象稱為擴散效應，因擴散而被捕集的效率，可用半經驗公式表示。由式中第一項可知：降低過濾速度V，縮小纖維直徑，提高氣體溫度T，都會增加擴散作用的效果，從第二項可以看出，速度大、纖維細、粒徑粗、捕集效率會提高。2.慣性效應若粒子質量較大，當沿氣流經纖維層而被截住的機理稱為慣性效應，因慣性而起的捕集效率為：由上式可以看出，慣性碰撞效果正比于塵粒大小、塵粒密度、氣流流速，反比于纖維直徑。3.影響過濾效率的因素纖維直徑?。汉Y分、慣性、駐留、擴散、靜電增強，重力沉降無影響。纖維間微孔小：篩分、慣性、駐留、擴散、靜電增強，重力沉降無影響。過濾速度小：篩分、駐留、靜電無影響；重力、慣性作用減少；擴散增加。粉塵粒徑大：重力沉降、篩分、慣性、駐留增加；擴散、靜電作用減少。粉塵比重大：重力沉降、慣性增加；篩分、駐留無影響；擴散、靜電減少。四、不同纖維的濾布特點1.丙綸：最輕且容易處理，耐化學藥品性能優良，其主要用途是染料和顏料的精制，粘土、陶瓷土、化學藥品的精制，清油、啤酒、精糖等其他各種工業過濾、工廠廢水處理，城市上下水處理等。2.滌綸耐酸性好，主要用途有水泥、制鐵、制碳廠的高溫氣體的集塵、油脂、葡萄酒廠的過濾及化工廠的過濾等。3.尼龍濾渣的剝離性能優良，主要用途有選礦、精煉化工廠的三廢、工廠廢水和城市上下水處理、集塵等。4.維綸維綸在濕潤時特別是加熱時發生收縮。主要用途有染料、顏料、陶瓷土的過濾等。5.腈綸腈綸耐藥品性能。主要用途有對具有腐蝕性氣體的集塵等。五、紡織過濾材料的種類按織物結構劃分：1.機織過濾材料

合股加捻的經緯紗線或單絲交織而成，稱為二維結構過濾布，成布后的空隙率為30%—40%，對流體阻力較小，適于液體過濾，易形成阻塞。濾塵初期和清灰之后，捕集效率降低。以化纖為主，用于礦山、冶煉、石油脫脂、工業污水處理等。2.針織過濾材料主要以長毛絨針織物為主，過濾對象為低密度粉塵。3.非織造過濾材料三維過濾，應用范圍廣，過濾效率高。按用途劃分：1.礦業用過濾材料濃縮機：用于濃縮、澄清、液/固分離、污水處理澄清機：除去水流中的懸浮顆粒，處理濃度較低的漿料。帶式過濾機：用于處理顆粒很細的尾煤，也可用于金、銀、天然堿、瀝青的選礦。2.石油脫蠟過濾材料國產原油含蠟較多，一般高達55%，需過濾脫除。3.高密度過濾材料

化纖單絲織成，堵塞少，生產氧化鋁時過濾用。4.化纖廠原液過濾材料要求質地緊密，勻整光潔，經緯紗組合整齊，孔眼方正，紗條均勻，過濾質量、速度、效果均符合工藝要求。按功能劃分：1.微細粉塵過濾材料2.防毒過濾材料3.高性能空氣過濾材料4.高溫過濾材料5.駐極纖維過濾材料6.血液分離過濾材料智能紡織品一、智能紡織品的概念：

具有能對環境條件（或因素）的刺激有感知，并能做出適當反應，同時保留紡織材料、紡織品風格和技術性能的紡織品。與傳統紡織品相比：—智能紡織品具有思考甚至有恢復初始狀態的功能，因而具有多種功能特征，諸如形狀記憶、防水透濕、蓄熱調溫、變色、阻水隔熱、拒水防污自潔、消臭吸臭、電子信息智能等。提高了紡織品對環境的敏感性和適應性，拓展了紡織品的應用領域。

成為智能材料研究與應用的重要分支。二、智能型紡織材料的分類（一）按照智能屬性分類1.物理型智能紡織品：紡織品的智能產生于其形態、熱學、光學、電氣、電子等物理性能參數的變化或轉化。形狀記憶紡織品：防燙傷材料，鈦鎳合金纖維固定在服裝夾層內。蓄熱調溫紡織品：相變材料。

電子信息記憶紡織品：最初將電子系統嵌入紡織品中，用于娛樂、醫療保健、電子智能標簽?，F在采用電子元件和纖維一體化、納米技術與計算機、檢測器、微米級機器的結合，壓電的薄膜光纖等技術制作的各種紡織品，可用于信息服裝、數字服裝、保健服裝、滅蚊服裝、情感服裝等。

2.化學型智能紡織品：紡織品的智能產生于其有機化學、光化學反應的效應。

光敏變色紡織品：受到光或輻射的外界刺激后具有強可逆性自動改變顏色的紡織品。溫敏變色紡織品：纖維或織物內含熱敏變色材料，如含金屬鐵，常溫為黃色、300—400度為灰黑色，600度為白色，到1000度為灰白色。溫敏結晶物質、溫敏有機物都有溫敏變色效應。消臭紡織品：除臭劑與惡臭分子發生化學反應。

有毒物質探測織物：在織物內植入一些光導纖維傳感器，當光學微傳感器接觸到某種氣體、電磁能、生物化學反應或其他的有毒介質時，被激發一種報警信號。分離型智能紡織品：吸附性纖維，超細纖維制成的具有分離功能的紡織品。生物智能型紡織品：涉及具有醫學、保健、生物等智能的紡織品。高性能醫用紡織品一般是采用高技術纖維材料制成，具有保健、治療、仿器官、防護四種功能。（二）按照對外界刺激反應方式分1.被動智能型紡織品：只能感知外界環境的刺激，具有預警能力，卻不能自動控制，屬于智能紡織品的初級階段。如智能消防服，分別將6只硅材傳感器置于防護服的前胸、后背、袖子等位置的最外層，可獨立發揮作用，偵探防護服所經受的溫度，當溫度達到危險數值時，便會發出警告。織物中嵌入光導纖維傳感器的作戰服，各光纖傳感器上包覆有聚乙炔和聚苯胺，當吸收到酸性或堿性有毒物質時，用其光譜吸收性能的變化而發出警告，以使戰士免受傷害。2.主動智能型紡織品：不僅能感知外界環境刺激要能做出響應，既有感知作用又有執行作用，以與特定的環境相互協調。熱記憶材料制成的蓄熱調溫紡織品：采用聚乙二醇作為熱記憶材料，使之與棉、滌綸、錦綸等相結合，將熱記憶結合在纖維相鄰多元醇螺旋間的氫鍵的作用上。當環境溫度升高時，系統因氫鍵解離趨于無序的“線團松弛”，聚乙二醇吸熱，延遲纖維升溫；當環境溫度降低時，系統因氫鍵恢復而變為有序的“線團壓縮”，聚乙二醇放熱，延遲纖維降溫。因而具有智能調節作用。親水性防水透濕智能紡織品：透濕量隨溫度變化。

3.非常智能型紡織品：除了對外界刺激能感知和響應之外，還能自動調節以適應外界環境的條件與刺激，是最高水平的智能紡織品。采用納米技術研制的下一代軍用服裝具有多種特殊效果。

輕巧效果：覆蓋整套作戰服的防水層，其總質量只有0.45g，且透氣性良好。智能化：內前嵌在防彈頭盔內的超微計算機具有防護、通信、指揮、分析以及全天候火力瞄準功能。防護功能：軍裝中的納米傳感器可以感應空氣中生化指標的變化，當有害氣體或物質濃度突然升高時，軍裝會立即關閉頭盔和其他通氣部分的透氣口，并釋放生化戰劑的解毒劑，以產生防護效果。

治療功能：嵌在軍服中的納米生化感應裝置可以監視士兵的心率、血壓、體內以及體表等多項重要指標?？梢员孀R體表流血部位，并使該部位周邊的軍裝膨脹收縮，起到止血帶的作用。士兵的傷情數據也會向戰地醫生的個人電腦系統發送，軍醫可以遠程操控軍服進行簡單治療。

識別功能：軍服用一種具有特殊紅外線功能的特制纖維作為縫制的主材料，士兵在激戰中能很容易地借此辨認出敵我。隱身功能：軍服飛特種纖維中加入大量利用納米技術制造的微型發光粒子，從而可以感知周圍環境的顏色，并作出相應的調整，使軍裝變成與周邊環境一致的隱蔽色，從而具有一定的隱身功能。三、形狀記憶纖維

是指纖維在第一次成型時，能記憶外界賦予的初始形狀，定型后的纖維可以任意發生形變，并在較低的溫度下將此形變固定下來（二次成型）或者是在外力的強迫下將此變形固定下來。當給予變形的纖維加熱或水洗等外部刺激條件時，形狀記憶纖維可恢復原狀。也就是說最終產品具有對纖維最初形狀記憶的功能。形狀記憶真絲是應用最早的形狀記憶纖維之一。

首先將真絲浸入水解后的角蛋白和骨膠原中，然后將其去水干燥、卷曲、再次浸水，最后在高壓潮濕的環境中熱定型10min。成品加熱至60℃進行濕熱處理，纖維變得卷曲和褶皺。由于絲的撚回被記憶固定下來，即使絲被退捻到無捻曲狀態，在通過熨燙仍可以使之恢復卷曲。(一)形狀記憶纖維的制造：1.后加工制取

通過后期整理的方法，賦予天然纖維或人造纖維以形狀記憶的功能，同時又解決了普通纖維易起皺、縮水、定型不穩定等問題。這種技術大致經歷了防縮、洗可穿、耐久壓燙幾個發展階段，是人們最早提出的形狀記憶纖維。2.直接制造或合成制得

利用20世紀60年代新興的形狀記憶材料直接制造或合成形狀記憶纖維。該纖維除了具有第一輪記憶纖維功能之外，同時還可以設計成按外界條件變化產生形變的各式圖案花樣，在實用的基礎上增添產品的趣味性。這種纖維可以制成特殊功能的服裝，還可以設計成美觀的花式紗線、織造不同的織物，簡化纖維的后整理工序。3.纖維改性或復合制得

利用各種改性方法，例如接枝、包埋等，將具有形狀記憶效應的高分子材料接枝到纖維上，使纖維擁有形狀記憶效應；或者將具有形狀記憶效應的纖維包埋到不同的材料中，賦予纖維以形狀記憶效應。該類纖維也可以歸類于復合材料，已經應用于電子、航天工業等。（二）智能纖維的類型

1.熱至形狀記憶纖維氨綸絲：傳統的氨綸不具備形狀記憶特性，最新開發的嵌段結構聚氨酯，其固定相具有很好的耐熱性，可逆相具有-10~60℃形變恢復溫度，固定相有高于150℃的玻璃化轉變溫度或結晶熔融溫度，當環境溫度高于形變回復溫度時，可逆相在外力作用下產生高彈形變，而此時由于固定相的相態轉變溫度較高，仍處于玻璃態或結晶態，起著支撐的作用，在形變回復過程中提供所需的彈性回復力。

當環境溫度再降至形變回復溫度以下時，由于處于玻璃態的可逆相的強力比此時固定相的彈性回復力要高，形變在外力卸載后仍被凍結而固定下來。當環境溫度上升到形變恢復溫度以上時，可逆相處于柔性狀態，抵制固定相彈性回復力的因素被消除，聚合物由于固定相的彈性回復而恢復到初始狀態。該纖維既可以單獨織造，也可以和其他纖維混紡織造多種具有形狀記憶功能的紡織品，應用于紡織服飾、生物醫學、玩具、包裝、國防軍工等領域。

2.濕致形狀記憶纖維以錳鹽等復合引發劑將相對分子質量為1000~4000的PEG直接接枝在棉、麻等纖維素分子鏈上，或者以樹脂整理等處理方法，將交聯PEG吸附于聚丙烯、聚酯等纖維表面，成功地制得了濕致形狀記憶纖維。這種纖維在濕態時會收縮，收縮率可達35%，干態時回復到原始尺寸。PEG即聚乙二醇醚二醇，與交聯劑配制成整理液，對纖維進行整理發生交聯反應。

3.光致形狀記憶纖維

高分子光致變色體的結構變化將引起高分子鏈段的結構變化，從而導致高分子整體尺寸的變化，因此產生可逆的光致收縮-膨脹效應，即光致的形狀記憶效應。如含偶氮染料的醋酸纖維素，在日光下，樣品會收縮，色調也明顯改變，而在儲存在暗處時，又回復原先長度和色調，這種現象可重復多次。又如用烯酸乙酯為單體，以不同量的雙光致變色體的二甲基丙烯酸作交聯劑可以合成為含螺苯并吡喃的交聯高分子。這是一種橡膠類高分子，這種交聯高分子在恒定的溫度和應力下，光照射時其長度收縮，且是輻照時間的函數；在黑暗環境中，長度又回復，只是恢復速率低于收縮速率，變化是可逆的，可以重復幾個循環。

4.自適應性凝膠纖維

為了提高智能凝膠的力學性能和應用價值，近年來通過改進傳統紡絲技術，賦予纖維體型結構，制備出自適性凝膠纖維。目前，在對溶劑組分、對pH値、對電場、對溫度、對光敏感的凝膠纖維方面已經取得了較大的進展。

四、形狀記憶織物

（一）形狀記憶非織造布主要通過在非織造布上層壓聚氨酯或涂飾聚氨酯涂層來賦予。由天然纖維/合成纖維和一層具有形狀記憶的聚合物粉末組成的織物，二者之間通過粘接劑粘結，通過輥壓至織物的纖維之間或表面形成一層薄而平滑的薄膜，這種織物具有合適的形狀記憶觸發溫度，用于服裝襯布、包帶，具有良好的抗皺和耐磨等性能，在使用過程中產生的皺痕可以通過升高溫度使其回復原來形狀。

（二）形狀記憶織物有純紡、交織和混紡等。采用形狀記憶纖維織造出的機織物和針織物具有獨特的形狀記憶效果。機織物有呢絨布、牛仔布等，均以形狀記憶纖維做緯紗，其他纖維做經紗。由純形狀記憶纖維編織的環狀針織物，小尺寸的可以套在手腕上，而且人體體溫可以使織物變得柔軟舒適并收縮至緊貼皮膚。

（三）形狀記憶整理織物采用聚氨酯溶液對織物進行整理可以滿足：領口、袖口的較高的形狀保持要求。肘部和褲子膝蓋部位起拱后的形狀回復要求。內衣的貼身、彈性與舒適性要求。牛仔布的定型與彈性要求。褲腰或腹帶使用變形伸長后回復要求。針織物的形狀穩定要求。

五、自潔紡織品隨著納米技術的興起及其在紡織品加工整理工藝中應用研究的不斷深入，在織物三防整理的基礎上又開發了所謂的自清潔紡織品的加工工藝。1993年有學者提出了將納米TiO2光催化劑應用于環境凈化的建議，由此開始了納米技術對有機污染物的光催化凈化研究。并將其應用于紡織品功能整理的開發研究，由此提出了自潔紡織品的概念。

（一）三防紡織品

防水：對織物表面進行疏水整理，降低織物的臨界表面張力。難度相對較小。拒油：油污的表面張力更低，故而拒油整理劑應有更低的表面張力。一般采用有機氟化物做整理劑。防污：包括防油污、易去污、防再污和抗靜電。與織物的表面張力有直接關系，親水性織物的油污易于脫落，而疏水性織物一般是提高織物的親水性?？轨o電則主要通過離子型抗靜電劑整理。防污整理劑應具有拒油性的基團，使得織物在空氣中具有防油、防污的性能；同時還應具有親水性基團，賦予織物一定的親水性，以利于織物在水中洗滌時油污的脫落。

（二）光觸媒自潔紡織品出于對衛生、消毒與防污紡織品的需求，尤其是在醫用終端產品和環境方面。主要途徑有兩種：光催化整理和超疏水表面整理。

光催化整理：基于光活性物質如銳鈦礦納米二氧化鈦的光催化性能，可與纖維表面的污漬產生催化凈化反應。在含紫外線的光源照射下，銳鈦礦納米二氧化鈦可以通過對纖維表面的灰塵或污漬的氧化降解，促使其發生化學分解，從而起到自清潔的作用。超疏水表面整理方法系模擬荷葉效應，以獲得不被浸濕、與水接觸角約為175度纖維表面，屬于仿生整理。這接近于不被潤濕的理論最大接觸角180度，大大超過傳統拒水整理效果（120—140°）。

（三）納米自清潔整理方法1.分散負載法指TiO2的制備和負載單獨進行，也稱后負載法。該法工藝簡單，但其所制的無機氧化物涂層厚度不易控制，涂層與織物之間不易結合牢固。在分散負載過程中，制備均勻穩定的納米整理液，并且實現納米粒子與纖維之間的牢固結合，賦予織物耐久的整理效果是關鍵?？蓪⒓{米無機氧化物粉末用乳化剪切機、超聲波清洗器等分散，制成納米粉體懸浮液，然后采用浸涂或噴涂的方式將懸浮液處理到織物上。

2.原位復合法要求所制備的光催化整理劑分散性良好且粒度較為均一，能與織物纖維牢固結合。以二氧化鈦為例，采用鈦酸丁酯為前驅體，在水、穩定劑與催化劑的作用下發生水解縮聚反應，生成穩定的二氧化鈦溶膠，而后采用提拉、浸涂或噴涂的方式將溶膠處理到織物上。利用此方法負載到織物上的溶膠膜膜厚可控，不影響織物外觀；缺點是當需得到高厚度的膜時需要反復浸涂或提拉，且溶膠膜的牢度小易脫落。（四）荷葉效應

1.作用機理水滴落在荷葉上，會變成自由滾動的水珠，其在滾動過程中通過固有的自清潔作用，將葉子表面可能吸附的灰塵和細屑帶走。荷葉表面上布滿了一個挨一個的小山包，小山包上長滿了絨毛，整個表面被微小的蠟晶覆蓋，使得水滴不能滲透，只能自由滾動。2.超疏水自清潔整理由荷葉的拒水機理，提出了納米材料的超疏水自清潔整理方法。其應用條件是：

表面材料必須拒水，水在其表面的接觸角必須大于90°。表面必須是粗糙的，而且粗糙必須是納米水平或接近納米水平。對于織物而言，纖維一般均不具有拒水、拒油的功能，因此織物的超疏水自清潔整理必須滿足的條件是：纖維表面具有基本的拒水性能，可以通過納米技術、等離子技術和涂層浸壓技術達到這一要求。要使織物具有粗糙的表面，粗糙度應該達到納米級水平。目前主要是利用氟碳化合物具有極低的表面能的特點，使織物達到拒水、拒油、拒污的效果。但有機氟具有一定的生物毒性，且價格昂貴。

無機納米粒子納米粒子嵌入聚合物基質（BASF）納米硅樹脂整理（蘇黎世）仿羽毛，微小納米溝槽（100nm—10μm）（以色列）銀納米離子摻入聚甲基丙烯酸甘油薄膜（美國）六、電子信息智能紡織材料

著裝革命正在悄然興起，不僅是穿著打扮，還有人們的生活方式。信息和紡織兩大產業都希望能將電子智能產品和紡織服裝完美地結合在一起，引領新型智能紡織品潮流。始于上世紀60年代，如“可穿戴的計算機”，但當時的條件限制，僅是電纜和連接器的載體，體積龐大，主要應用在醫療、軍事和航空等重要的檢測領域。目前主要有柔性壓敏材料、紡織品柔性顯示器、電子系統嵌入式智能紡織品和納米電子智能型面料。（一）電子信息紡織品的功能

通過傳感器感知外界環境的變化，將變化所產生的信號通過信息處理器做出判斷處理，并發出指令，然后通過驅動器調整材料的各種狀態，以適應外界環境的變化，從而實現自診斷、自調節、自修復等多種功能。一般應具有如下功能：傳感功能：感知外界各種物理或化學信號的變化。反饋功能：將輸入輸出信息進行對比反饋。相應功能：適時動態地作出相應的反應。自診斷功能：對內部環境變化出現的問題進行自我診斷自修復功能：通過原位復合、自生長來修復局部損傷。自調節功能：及時地自動調整自身結構和功能。（二）電子信息紡織品的特點既不破壞服裝的風格，也不影響織物的手感，還能承受水洗、干洗以及穿著時的磨損。應具有以下物理機械性能：高拉伸強度高撕裂強度高耐磨損性能可控制空氣滲透性良好的尺寸穩定性良好的可洗滌性應變恢復性好重量輕（三）電子信息紡織品的構成元素

微型器件：掌上計算機、PDA、GPS、移動電話、MP3的微小化。柔性器件：柔性顯示器、軟鍵盤、柔性開關等。壓敏材料是制作柔性開關和鍵盤的首選。連接技術：將芯片以類似金屬導線連接的方法連接到復雜的電路織物條內；另一種是把電子元件嵌入能像織物一樣扭曲折疊、厚度僅為0.5mm的導電性塑料薄膜內，與織物復合。功能纖維材料：導電纖維是關鍵的材料，目前市場已有多種，光導纖維、發熱纖維、變色纖維等也是不可缺少的關鍵材料。供電電源：是一個挑戰，隨著太陽能的開發應用，太陽能電池逐步應用到電子服裝中。法國科學家把微小太陽能電池置入纖維中，皮芯結構的太陽能電池紗已經進行批量生產。德國人的硅基熱能發電芯片，利用溫差發電。（四）電子信息紡織品的開發途徑

電子元器件與紡織品組合法：

數字化纖維編織法：將高度集成的微電子器件置于纖維紗線中，或直接在纖維上集成元件，制成含集成電路的數字化纖維，再織成數字化織物，是一種高級結合方式。通過數字化纖維可以把包含豐富功能的大量電子模塊編織在一起，分布在給定的纖維上，每個模塊都有能量來源、傳感器、少量的工作能量以及啟動器。利用這些數字化的纖維性能，將織物設計成一個柔性網絡分布在服裝上；通過傳統的服裝結構，制成灑脫的電子智能服裝。

紡織材料復合法：通過把輕質的導電性織物和一層極薄的具有獨特電子性能的復合材料組合在一起來實現微電子元件與紡織品的結合。如柔性開關織物，具有許多傳統織物無法比擬的特點，在智能紡織品領域里發揮著其獨到的作用。采用納米材料：利用納米技術開發的一種靈敏且程序可控的面料。其基本思想是將多孔單元通過“螺絲”互相聯結成面料，裝有小型馬達的計算機控制這些微孔，以調節他們與“螺絲”間的相對間隙。通過選擇螺絲的松緊，產品的形狀就可以改變，以符合使用者所需形狀。正在研制中的美軍“超人戰斗服”，具有防護、隱形以及通信等多項功能。士兵所戴的激光防護頭盔將成為信息中樞，這種頭盔有納米粒子制成，備有微型電腦顯示器、晝夜激光瞄準感應儀、化學及生物呼吸面罩等。此外，這種納米軍服中還嵌有生化感應儀與超微感應儀，用以監視士兵的身體狀況。

（五）電子信息智能紡織品的發展多功能化：目前功能過于單一，隨著其不斷發展，將趨于多功能化，如同時包括生理監測、全球定位及音樂播放等功能。低成本化：價格將逐漸被普通消費者接受。易于穿著：將會與普通紡織品一樣穿著舒適，可隨意折疊、洗滌和進行各種整理，同時各種電子產品直接嵌入面料中，使其與普通紡織品看起來沒什么兩樣。美觀：面向普通消費者的紡織品，不僅要有強大的功能性，還要符合美學的要求，符合時尚的要求。綠色環保：不僅要求對人體沒有危害，還要求生產過程無污染、節約能源、綠色環保，是未來需要解決的問題。

是計算機、通信和網絡等多學科交叉技術的融合，正朝著性能日益優化、功能多樣化、器件微型化、健康舒適化、價格低廉化的方向發展。并將應用于醫療、保健、通信、航天、軍事、運動、娛樂等各個領域之中。將從特定人群和特定領域的需求轉向人們的日常生活。七、智能服裝的類型智能服裝的作用

營造更為舒適的穿著效果提供更為方便的溝通聯系方式增強穿著的安全保護功能適應特殊行業的工作需要提高服裝對人體的監護分析提示功能減少穿著后的保養麻煩增添娛樂功能提供自發或原發性能源，為隨附設備提供動力（一）醫療保健型1.“MyHeart”智能服監測心臟狀態，防止心血管問題等。安裝在襯衫或內衣中，能夠實時地把各種生命數據傳送到服務中心。當身體出現膽固醇升高或心率發生變化時該服裝會發出警報。

有5部分組成，每一部分負責消除一種誘發心血管疾病的危險因素。包括：心臟活動，心臟睡眠，心臟松弛，心臟平衡，心臟安全。

已經被納入歐洲“我的心”計劃。2.救生襯衫可以把一些傳感器與PDA、移動電話或電腦相連，以便出現狀況能及時傳遞信息。

能及時反應身處險境的人自己的身體極限狀況，并發出通知（如消防隊員）。兒童服裝按照溫度計，可以讓家長隨時掌握孩子體溫，了解健康狀況。3.醫療保健監視服裝可以監視心率、體溫、呼吸以及消耗了多少卡路里熱量。在穿衣人心臟病發作或虛脫時及時報警，從而降低突發性死亡的概率。

還計劃在衣領里安裝一個全球定位系統接收器，兒童或老年癡呆病人穿上后，如果不慎走失，可以輕易找到。應用在空巢老人監護、亞健康診斷、嬰兒睡姿監測、消防員遠程監護等。5.防流感服裝這種防流感服裝的布料中含有鈦和二氧化碳的成分，在光線的照射下，可以在3小時內殺死40%的流感病毒。主要的銷售對象定位是與外界接觸比較頻繁的商旅人士。這種以羊毛為原料制成的服裝表面覆蓋了的一層二氧化鈦，在紫外線的照射下能分解接觸到的病毒分子，在干洗20多次后還能保持其防毒的特性。（二）日常生活型1.智能助行服電子骨骼服裝可以幫助腰部以下癱瘓的患者直立行走和攀爬樓梯。使用者可以通過安裝在手腕上的遙控器選擇停止、坐下、行走、下降或者上升模式，同時啟動身上的傳感器，使機器向前邁進。我國的“可穿戴型助殘助老智能機器人示范平臺”于2007年開始啟動，只要穿上這種智能機器人服裝，老年人或者殘疾人就能輕松自如地行走、爬樓梯，還能夠提起幾十公斤的重物。2.情感夾克衫是一件帶有一系列激發器的外套，激發器根據屏幕上的內容決定是否啟動，觀眾便可以體驗到與劇中人物相同的情緒。人體皮膚重約4kg，覆蓋面積為2m2，是人類最敏感的感官部位。當人體體驗到某種情緒帶來的身體反應時，也能體會到情緒本身。如果人為地制造出戰栗等任何一種觸覺感受，與身體感官相關的情緒也會隨之產生。這樣穿著“情感夾克衫”的觀眾就能最大限度地產生身臨其境的感覺。此外，“情感夾克衫”還可以激發人們特定的情緒狀態來營造安全舒適的環境，比如幫助嬰兒更好地休息或減輕病人的痛苦等。3.調溫服裝包括光纖發熱保暖外套和空調褲。光纖發熱保暖外套主要通過充電達到制暖，充電5小時后可產生持續7小時的保暖效果?？照{褲則能隨氣候變化調節內部溫度，增加穿著者的舒適感。采用碳化氫蠟微膠囊相變材料，在內衣與人體之間形成一個穩定的“小氣候環境”，可將內衣溫度控制在37.2℃.4.敏感服裝在這種T恤服裝的面料中織入了能與手機等電子設備互通信息的傳感器，他對穿著者所使用的電子設備非常敏感，只要有外界信息進來，馬上會緊緊地“擁抱”當事人一下。如果有人給穿著者發短信時正在打瞌睡，沒有聽見鈴聲，該服裝會隨即做出提示，不會讓穿著者在第一時間內錯過重要的信息。

5.會傳情的服裝法國推出的一款智能披肩。該披肩中裝入了用金屬纖維作成的支架，還有智能芯片。芯片能夠記憶下人們擁抱時的動作，然后讓披肩本身能夠模仿這種動作，進行“模擬回放”。有望在不久開發出能夠模擬情人擁抱模式的外套，擁抱衫能記錄擁抱時的體溫、力度和擁抱時的觸動甚至心跳，當友人傳送一個虛擬的擁抱信息時，透過藍牙手機向擁抱衫發出無線電訊號后，擁抱衫便開始生成那位友人的獨特擁抱方式。

（三）高科技領域1.宇航員專用服裝艙內服共宇航員在飛船內所用，最重要的構成部分是壓力服，包括了在外面看不到的內衣褲、保溫層、通風散熱層，真空隔熱層等，共采用130種新型材料，具備了保暖、散濕、防菌、防輻射等功能，特制了各種環、拉鏈、襯料等。出艙專用服主要圍繞“能夠防紫外線和其他宇宙射線輻射”、“抵御大強度溫差變化”、“防破損意外發生”等關鍵問題進行處理。2.隱身衣2003年由日本推出，衣服表面覆蓋一層反光小珠，還裝有數個小型攝像儀。穿上之后，衣服前面會顯示出攝像儀拍下的背后影像，當觀察者迎面看穿衣人時，穿衣者身上像透明一樣，被擋住的背后景物都看得到，但景物不夠明亮、清晰，像霧里看花一樣。同樣從背后看，也能看到被擋住的前面景象，讓人難以辨認出被服裝包覆物體部位的本身。提供了一個思路。

2010年，英國公布一種彈性薄膜，可以操縱光線，使物體隱形。隱身衣逐漸走近，但還有一段距離。3.可攜帶電腦的服裝隨著可編程纖維技術的開發應用，以及智能化的無線纖維柔軟鍵盤的研制成功，電腦上身已經成為可能。2008年，日本先鋒電子展示出一款可以將電腦穿在身上的服裝。其左袖口裝有顯示器。

4.可檢測壓力的服裝一種能夠檢測并反映人體體表壓力的服裝。帶有Elektex電子織物嵌入物的運動服，包括導電層和保護面層。這種材料能“感覺”到與其表面的接觸，織物不僅能記錄所加的壓力點，還能記錄壓力及壓力的方向。穿上衣服的時候，靠近皮膚的感應器就會檢測皮膚的電信號，測試肌肉的緊張程度，并通過LED燈表示出來。防暴力服裝已經問世。（四）文體娛樂方面1.發光變色服

屬于智能感應類型服裝，有超炫熒光logo衫和海軍風熱敏感條紋衫兩大系列。logo衫會在夜間發出神秘的炫目熒光色澤，經人造光或自然光的照射后，在來到夜間或者沒有亮光的地方，會展現出完全迥然而奇特的情景，綴有的超酷標志會呈現出不可思議的磷光色澤。海軍風熱敏感條紋衫中，添加熱敏感材質，隨著溫度自動變換，衣服上的條紋會忽淡忽深。外部溫度從25℃升至40℃時，條紋會從原本的顏色變至白色。人的體溫即可使其改變顏色。如一種女裝，在烈日下為純白色，具有反射熱量的功效，進入房間溫度降低，衣服會變成淺藍色。2.充滿藝術信息的服裝

2008年展示了發光二極管服裝，利用1.5萬個發光二極管所制造的一系列顏色和光，展示了延時拍攝的玫瑰花從開放到凋謝的圖像。自動改變形狀的衣服，拉鏈自動拉上，衣服的底邊升高。（加裝了微型控制器、開關、馬達）水晶和激光制成的服裝，產生光影閃爍效果，帶有液晶顯示屏的服裝，顯示水底世界。

3.智能運動服

一種內置GPS定位系統的導航滑雪服。其袖筒上裝有液晶顯示器，可以顯示滑雪者的坐標和地理信息，還可以導航。預冷服裝，比賽前把體溫降下來，預冷背心，在炎熱環境下運動訓練時間可延長21%。壓縮肌肉智能服裝，一種嵌有肌肉支持功能纖維帶的智能運動服，可以使爆發力平均提高5.3%，30米短跑成績提高1.1%。4.運動體能監控服裝

提高運動員的訓練效果，開發了帶有特制體育用微型傳感器和微型發射裝置的智能監控服裝。微型傳感器裝置的厚度僅為1mm，可以方便地隨衣服貼附在運動員的任何部位，隨時掌握在訓練中乃至比賽時所出現的疲勞、極限、心跳次數、血壓、呼吸頻率等體能狀況和能量消耗水平，甚至以此為據推出運動員的心理狀態。

5.音樂播放服裝

2005年研制的音樂夾克，內部配有一個128兆字節的MP3播放器，由左袖上的紐扣控制，耳機安放在衣領里，采用“藍牙”無線標準方式與手機進行互動。播放器和電池可以脫卸，便于衣服清洗。

6.電子吉他T恤

一款圓領T恤，胸前部位印著一把吉他。穿上后可以獨自演奏，非常容易上手，能滿足音樂愛好者和吉他演奏者的需求。

（五）軍事領域1.智能遙控背心

士兵在戰場上穿上他，可以接受遠程傳送過來的指令。這款背心的工作原理是：有戰地指揮中心觀察實際情況后進行操縱，產生一種振動，通過遠程傳送至每個士兵所穿著的背心，這種振動悄悄地告訴士兵下一步該做什么——究竟是向左移動、向右移動、或是原地不動或是沖鋒。2.報警襯衣

采用電子纖維制成，它通過襯衣面料連續輸出脈沖信號，來反映士兵身體是否受到傷害。如果脈沖信號不能達到服裝的另一端，遠程醫療設備便可以反映出著裝者的襯衣在哪一個部位被子彈或其他東西擊穿，進而可以指導醫療機構了解哪些重傷員在急救中應當首先給予救治。3.納米戰袍

具有隱形、變形、防彈和為士兵治療等多種神奇功能。由于運用了納米傳感技術，在戰場或特殊環境下，將在極短的時間內迅速感知并做出如何應對的反應。如空氣中二氧化碳突然升高，透氣口將自動關閉，供氧系統自動打開，免遭毒氣的攻擊，敵方射出子彈的瞬間，可以迅速開啟防彈功能。還可以吸收電磁波，提高士兵的隱身性能。還能識別敵我。4.恒溫式保潔作戰系列內衣

寒冷天氣保持溫暖，炎熱天氣保持涼爽。使用純銀纖維，具有殺菌消炎效果。5.液體防彈服

聚乙二醇和剛玉型納米微粒的合成物，組合成一種超濃液體，具有即時應激突變的功能。在受到重擊時瞬時變硬，形成一塊盾牌，可以有效地阻擋射來的子彈，一旦沖擊能量消散，作為硬狀物的盾牌便會迅速還原成液體狀態。6.應景偽裝軍服

軍服從過去的單色，到后來的迷彩設計，到現在的像素化迷彩，已經起到高度偽裝功能。變色龍軍服。納米人造色素顆粒，將其融進纖維，織成面料，做成服裝，智能控制系統能運用三種基本顏色，按不同環境需要施以不同比例的配比變化出相關色彩，從而起到自動偽裝的效果。依據周圍環境的變化自動改變顏色，沙漠是黃色、森林是綠色。（六）其他服飾配套用品1.壓電鞋

將人體自然運動——行走產生的能量，通過鞋內的插片轉化成電流，加以儲存和傳輸，為智能服裝供電。壓電材料，受到一定壓力后能夠產生電腦能。2.智能跑步鞋

距離、節奏、消耗的熱量均能記錄和感應。其測量到的心率準確率達到94%—95%?？梢蕴崾臼褂谜邔⒆约旱牟椒凸澴嗾{整到最佳狀態。3.調溫手套

用相變纖維材料制成。4.智能內衣、內褲

利用“記憶棉”這一新型智能材料，用于胸罩新品開發。使用上佳的、慢性回彈面料，完美結合三維立體承托技術，鎖定身體曲線，完全釋放胸部壓力。智能內褲“印刷”有電子生物傳感器，由于測量血壓、心率等生命體征。5.智能頭盔、帽子

智能頭盔用于航天航空及軍事領域。智能帽子用于老年人八、智能調溫纖維

最早由美國宇航局在20世紀70年代末開發，其目的是保護宇航員和珍貴的設備，使其免受天空溫度急劇變化的影響。1985年，將含有結晶水的硫酸鈉、氯化鈉或氯化鍶填充到中空纖維中。1987年將相變材料密封在微膠囊中。1989年進行織物的整理加工。1996年將相變材料與硅粉混合，采用紡絲法制備功能纖維。我國從20世紀90年代開始研究。（一）相變材料

物質的三態，轉變過程中，可以進行熱能存儲和溫度調控。

1.適宜工業化應用須具備的特點相變溫度適當儲熱能力強傳熱能力強相變過程理想化學性能穩定來源廣，價格低迄今為止，約有500多種相變材料被認識。2.相變材料的分類

（1）按化學類別分類無機相變材料（鹽、堿金屬等）有機相變材料（石蠟類、高級脂肪烴類、醇類等）復合相變材料（無機相變與有機相變、相變與非相變）

（2）按相變過程的形態固—液相變（泄漏與密封）固—氣相變（體積變化大，紡織應用困難）液—氣相變（使用困難大）固—固相變：是固態物質在溫度、壓力、電場、磁場等內外部因素所導致的晶體結構、化學成分有序度等組織的結構改變。相變體積小、無毒、無腐蝕性、熱效率高，無泄漏問題，便于加工。

（3）按相變溫度范圍分類低溫相變材料15—90℃中溫型相變材料90—550℃高溫型相變材料550℃以上低溫相變材料是一些無機水合物、有機物、高分子材料等，主要由于工農業、民用等。中高溫主要是一些無機鹽、氧化物、金屬合金等，用于特殊高溫環境。

（4）按吸熱放熱時材料功能要求來分類相變儲熱材料熱記憶材料塑性晶體材料（二）智能調溫紡織材料的制備利用相變材料的蓄熱調溫功能，將相變材料混入纖維中，或通過整理加工方法將相變材料涂覆于紡織品表面，可以獲得智能調溫紡織品。用于人體保溫及隔熱的調溫紡織品，相變材料的相變溫度一般在0—50℃，其中嚴寒氣候時選用18—29℃，溫暖氣候時選用27—38℃，炎熱氣候或大運動量時選用32—42℃.1.紡絲法制備調溫纖維

濕法紡絲：將相變材料與紡絲液混合后進行紡絲，是目前制備調溫纖維的主要方法。使用微膠囊形式的相變材料。調溫腈綸：使用石蠟烴、二十烷、丙二醇（DMP）（HMP）的微膠囊與紡絲液混合進行紡絲。

聚環氧乙烷制備調溫纖維：聚環氧乙烷的熔點為60—65℃，熱量儲存能力約為167.36J/g，用于較高溫度的調溫?？梢耘c聚乙二醇進行混合紡絲。熔融紡絲：為了適應熔融紡絲加工，必須提高相變材料的熱穩定性，相變材料選用石蠟烴、多元醇、高分子相變材料等。單組份成纖聚合物的熔融紡絲：將膠囊形式的相變材料分散在聚合物中進行紡絲；也可將相變材料、抗氧劑、熱穩定劑添加在成纖聚合物中進行紡絲。多組分成纖聚合物熔融紡絲：皮芯型、海島型和并列型，截面有圓形和異形纖維。2.中空纖維浸漬填充法制備調溫纖維

對中空纖維進行填充的目的，在于提高纖維的某種功能。將結晶水合鹽固—液相變材料填入中空人造絲和丙綸纖維中，以圖在270—310K范圍內改善纖維的比熱容。將中空纖維浸漬在聚乙二醇或塑晶材料的溶液或熔體中，讓其進入纖維中空內，得到在一定溫度范圍內具有相變特性的纖維。中腔的大小和浸入性能是提高填充率的關鍵。3.織物整理法制備調溫紡織品

通過整理或涂層的方式，將相變材料施加在織物上，從而獲得調溫紡織品。涂層法：直接涂層、轉移涂層、泡沫涂層。使用的材料包括微膠囊相變材料、涂層劑、交聯劑和增稠劑。整理加工：傳統的整理加工方法，將含相變材料的整理劑施加在紡織品上。如采用樹脂整理工藝將聚乙二醇整理在滌棉或毛織物上。九、變色材料與變色紡織品

顏色——材料吸收光譜的補色。顏色隨著外界環境條件（光、熱、電、濕pH值、壓力）變化而發生改變的材料的總稱?？赡姘咨豢赡孀兩?。有機變色材料——無機變色材料。

固體變色材料、液體變色材料、液晶變色材料（一）光致變色材料

1867年首次報道，后來發明了合成纖維的光致變色顏料，該顏料可以制成高聚物，用于光致變色眼鏡、光致變色涂料。后來出現了許多變色染料，由于腈綸、純毛以及毛腈混紡等紡織品的染色。光致變色的機理，化合物A受到某種波長光照射時，結構變化，形成物質B。而A和B對可見光的吸收不同，從而導致顏色變化。光致變色材料的類型：

無機類變色材料：無機化合物和過渡金屬氧化物，如金屬氧化物和鹵素金屬化合物，變色機理通常是由于雜質或晶體缺陷引起。有機類變色材料：有機化合物材料和高分子材料。如螺吡喃類、二芳基乙烯類、俘精酸酐類、偶氮類奈并萘醌類以及相關的雜環化合物。光致變色材料主要針對有機可逆的光致變色化合物，一般要具有如下性能：

對光的敏感度高顏色變化鮮明變色速度和消色速率都要快使用壽命長（二）熱致變色材料

也稱熱敏材料，是指凡是隨著溫度變化而引起顏色變化的材料的統稱。有可逆變色和不可逆變色兩類。無機類熱變色材料：主要有金屬配合物、螯合物、復鹽類。有機類熱變色材料：主要有液晶和熱致變色素兩大類。

無機類熱變材料的變色機理：

相變化、配合物幾何形狀或配位體數目發生變化、無機化合物結晶變化、無機化合物化學反應、無機化合物熱分解。

有機類熱變材料的變色機理：分子結構發生互變異構、分子重排，使體系的吸收光譜發生變化。體系組成：隱色染料顯色劑增感劑添加劑（三）變色液晶液晶就是液態晶體，具有晶體一樣的各向異性，同時又具有液體一樣的流動性，是介于固體和液體之間的一種物質形態——穩定的中間相。高分子液晶具有更為出色的性質。液晶的分類

按空間的排列方式：近晶型液晶、向列型液晶、膽甾型液晶。按分子特征：主鏈型高分子液晶、側鏈型高分子液晶、主—側鏈型高分子液晶按液晶形式條件：熱致型液晶、溶致型液晶。液晶化合物一般具有剛性結構，由兩個苯環或者芳香環連接而成。溫度變色靈敏度可達0.2℃，其變色溫度的范圍可在-30~100℃之間，有利于依據使用對象的要求，任意調節變色溫度范圍，顏色也可