1智能纺织品的研究方向
1·1温敏智能纺织品
纤维的某些性能随温度改变而发生可逆变化的纤维称为温敏纤维。温敏纤维是通过在纤维中引入温敏化合物而制得，其制备方法主要有五种，即：共聚；交联；共混；复合纺丝和涂层[3]。温敏智能纺织品在纺织服装业具有很大的发展空间，因为无论是对于日常生活中的舒适性，还是在极端环境下的劳动保护都已为人们所关注。此类纺织品有以下儿种：
1·1·1相变调温纺织品
相变调温纺织品是利用相变材料在环境温度发生变化时，伴随纺织品中所包含的相变物质发生可逆相变，产生吸热或放热，在纺织品周围形成温度基本恒定的微气候，来阻止温度的急剧变化，从而实现温度调节功能。这种吸热和放热过程是自动、可逆和无限次的。如在中空纤维中填入相变材料(PCMs)，或利用微胶囊等技术将相变材料包裹其中，来达到蓄热调温的目的[4-6]。由美国outlast公司生产的奥特佳(热敏材料)登月空调纤维，就是一种利用相变材料微胶囊技术开发的新型纤维，能通过不间断的吸收和释放热量来双向调节温度，给人以舒适感[7]。苗晓光等[8]通过采用适宜的相变材料和负离子发射材料，并与以酪蛋白质改性的湿法纺(聚)丙烯脂喷丝液共混，通过湿法纺丝工艺加工，制造出同时具有智能调温和负离子发射功能的牛奶蛋白纤维。另外，也有将相变材料采用涂层的办法处理到织物上去的研究，美国Polytech公司推出的Ureatech即为此类产品[9]。
用在蓄热调温微胶囊上的相变材料主要是石蜡类烷烃。石蜡具有不同的熔点和结晶点，在相变过程中改变不同烷烃的混合比例，可得到理想的相变温度范围。而且石蜡无毒、不腐蚀，其热性能在长期使用中保持稳定。因此选择石蜡类烷烃做相变材料较普遍[10-11]。除石蜡类烷烃外，马晓光等选用聚乙二醇(PEG)作为相变材料，其晶态相变温度接近自然环境，相变潜热较高，具有较强的蓄热调温能力[12-13]。穿着这种织物制作的服装，当外界温度变化时，由于相变材料的蓄热功能，可抑制衣服内表面温度变化，从而人体感受不到环境温度的变化。冬天穿着会使人体感到温暖，而夏天又会感到凉爽。
1·1·2温敏变色纺织品
温敏变色纺织品是指能够随着环境温度改变而自动变色的纺织品。它是利用物理、化学的方法，使织物上的变色染料/颜料的分子结构或排列方式根据温度的不同而发生变化，从而发生颜色的改变。
生产温敏变色纺织品主要有纤维技术、染色、印花及涂层等几种方法。纤维技术是将变色材料加入到纺丝液中，通过干法、湿法或熔法纺丝，使生产的纤维具有温敏变色性能；染色方法是采用变色染料对织物进行染色；印花及涂层是采用变色涂料进行印花或涂层，以使织物获得温敏变色的效果。近年来，为改善温敏变色纺织品的耐洗涤性及耐光性，有采用向聚合物中添加温致变色显色剂的方法，变色温度范围达到-40℃～80℃[3]。
1·2压敏智能纺织品
压敏智能纺织品是由传统的纤维编织而成，织物具有较强的柔韧性。织物中导电纤维经纬向交织形成一个矩阵，可以准确感知到织物的受压部位。因此被运用到柔性衬垫、柔性遥控器、柔性键盘以及柔性电话中[14]。基于溶液-凝胶(sol-ge1)法制备压电陶瓷纤维的技术较为成熟，制成的纤维直径在30µm以下[15]。近年来含有压电晶体粉末的服用纤维也得到了深入的研究。利用这种纤维中的压电晶体粉末受外力作用后发生放电现象，可以使纤维具有良好的消除疲劳、抗菌、防臭和负离子发生作用[16]。
1·3光响应型智能纺织品
在光的作用下，纺织品的某些性能，如颜色、力学性能等发生可逆变化，称为光响应型智能纺织品。在光响应型智能纺织品中，研究的热点是光致变色纺织品。光致变色纺织品在可见光或紫外光的照射下会发生变色，而当光线消失之后又会可逆地回复到原来的颜色。由于其颜色的可逆变化，因此不但能满足当代消费者追求新颖的消费心理，而且具有一些常规纤维制品所无法比拟的优势，可用在军事、特种防护等方面。
光致变色纤维的研究在日本、美国等发达国家取得了较大进展，如松井色素化学工业公司制成的光致变色纤维，无阳光不变色，在阳光或紫外光的照射下显深绿色。美国Clemson大学和Georgia理工学院等几所大学近年来正在探索在光纤中掺入变色染料或改变光纤的表面涂层材料，使纤维的颜色能够实现自动控制[17]。
1·4 pH响应性凝胶纺织品
自从1978年Tanaka发现聚丙烯酰胺(PAAm)水凝胶在水/丙酮(V/V)比例为一定值时存在相转变现象后，凝胶的研究引起了相关科研工作者的广泛关注。pH响应性凝胶纤维是随pH值的变化而产生体积或形态改变的凝胶纤维。20世纪90年代，日本和美国在pH响应性凝胶纤维的研究方面取得了重大的进展。如日本工业科技机构工程实验室将高含量(10%-15%)的PVA溶液与相对分子质量为170000的聚丙烯酸酯类树脂混合，在-25℃～-45℃冷冻，然后融化，重复10至20次，直至PVA交联，成为橡胶状固体。将这种固体加工成直径为1.8mm的纤维，它能根据溶液pH值的变化而迅速溶胀和收缩，从而具有智能[18-19]。
1·5形状记忆纺织品
所谓"形状记忆"，是指具有某一原始形状的制品，经形变并定形之后，在特定的外界条件下，如加热等外部刺激手段的处理，又可使其恢复初始形状的现象。目前，棉织物形状记忆整理技术主要有：树脂整理、多元羧酸免烫整理、聚氨酯涂层整理、超柔软桃皮整理、液氨整理等；真丝绸形状记忆整理技术有：树脂整理、三甘醇缩水甘油醚整理等；毛织物形状记忆整理技术有："机可洗"整理、"洗可穿"整理等。
在纺织领域，具有形状记忆功能的聚氨酯材料，既可通过纺丝以赋予纱线记忆功能，也可作为功能性涂层剂对织物进行涂层加工，还可作为整理剂对织物进行形状记忆功能性整理[20]。日本三菱重工业公司用形状记忆聚氨酯涂层的织物Diary和Azekura不仅可以防水透气，而且其透湿气量可以通过体温加以控制，达到调节体温的作用，使穿着者更为舒适[21-22]。
意大利的毛罗·塔利亚尼设计了一款"懒人衬衫"，他在衬衫里料中加入了镍、钛和尼龙纤维，从而使其具有"形状记忆"功能。当外界气温偏高时，衬衫的袖子会在儿秒钟之内自动从手腕卷到肘部；当温度降低时，袖子能自动复原。若人体出汗，衣服也能改变形态。这种衬衫还具有超强的抗皱能力，不论是揉作一团、被塞进箱子里或是被皮带长时间束住下摆，它都能在30s内恢复挺括的原状[23]。
1·6电子纺织品(e-textile)
电子纺织品是基于电子枝术，将传感、通讯、人工智能等高科技手段应用到纺织技术上，而开发出的新型纺织品，现在国际上对电子纺织品研究较多，如美国高级防御研究计划机构(DARPA)已经着手研究电子纺织品，通过使用声音信号来帮助在战场上锁定敌人的位置，其功能像灵敏的探测器一样，寻找微弱声音的峰值，尤其是远距离武器的声音[24]。
麻省理工学院(MIT)的一个研究小组研制的音乐夹克衫在无需大量电子元件和繁琐电路的情况下，仍可以演奏音乐。这种夹克衫是一种带有键盘、合成器和扩音器的音乐设备，另外，MIT的Maggie Orth发明了一种裙子，称为"荧火虫"，带有集成光发射二级管(LEDs)，通过不断变化的光来修饰美化穿着者的动作。德国霍亨斯坦协会(Hohenstein Institute)和斯图加特大学(University of Stuttgart)发明了一种肩部带有太阳能电池的服装。这种柔薄的太阳能电池，能够为袖珍收音机提供充足的电源[25]
1·7基于纳米技术的智能纺织品
人们由荷叶的自清洁现象得到启发，通过研究荷叶的表面，发现荷叶的表面分布着无数"纳米-微米"结构的乳状突起，正是这些肉眼看不见的乳状突起物，使得荷叶具有极强的疏水性能和自清洁效果。从而提出了纳米-微米的表面结构具有自清沾功能的"荷叶效应""中科院化学所的仿生材料专家徐坚等研制出人工仿生荷叶薄膜，若将这种材料应用到服装面料上，会使织物保持不沾水和自清洁的功能[26]。近几年，环糊精作为一种环保型的纳米级助剂，越来越受到染整工作者的重视，其技术也被广泛地应用到染整加工中，从染色到后整理、水洗以及印染废水处理都有所应用[27]。江南大学的王潮霞等利用β-环糊精制备的香味微胶囊，具有持久的贮香和释香功能[28]。
2智能纺织品在不同领域中的应用
2·1军用智能纺织品
2·1·1纳米"隐身"军服
纳米"隐身"军服由四种不同颜色的变形图案组成，这些图案是由计算机对大量丛林、沙漠、岩石等背景环境进行统计分析而模拟出来的。穿上这种隐身军服，在可见光照射下，从近距离看，是明暗反差较大的迷彩；从远距离看，其细碎的图案与周围环境究全吻合，即使作活动时也难以被对方发现[29]。
美国有人模仿变色蜥蜴的皮肤所具有的在不同环境下呈现出与背景相一致的颜色，从而具有隐蔽和保护白己的智能，制成变色军服。这种变色军服在雪中变成白色，在沙地中则变成黄沙色，在热带丛林中可以变成绿色。穿上这种伪装服，有利于随时隐蔽自己[30]。
2·1·2纳米信息军服
内置电子装置的智能夹克配备有个人局域网，其实就是一个被织进夹克衫的电子线路。衣服中的个人局域网也有数据传输、功率和数字信号，可以接入多个装置，通过一个配有小型显示器的遥控设备对这些装置进行集中控制。由于这种智能服装具有通信功能，远程治疗将成为可能[31]。
美国军方研制一种可穿的"sensor net"纺织品，可用它来探测声音，探测正在前进的车辆位置。线路的连接处被缝在厚重的衣服里，分散的扩音器安装在适合的地方，而这些最终会被压电薄膜传感器所代替。薄膜的传感性不同于扩音器，它可以感知更大的区域[32]。
2·1·3士兵作战服
作战服的面料中嵌人pH感应传感器，这些传感器在探测到生物化学药剂、有毒物质、电磁能量波等后就会发叫警告，以保护士兵免受伤害，从而提高士兵的作战和生存能力。这些智能作战服还可制作成消防战士、从事危险工作以及其他暴露在有毒环境中的工作人员的防护服[33]。
英国研究人员研究发现，雉鸡刺毛独特的结构甚至有吸收子弹的功能。羽毛的弹力源于松软的泡沫状内部结构和其角质状的保护体。在实验中，这种刺毛竟然经得起各种口径和各种速度枪支的射击。雷丁大学的科研人员已着手研制用雉鸡羽毛开发新一代防弹衣[34]。
2·1·4智能型抗浸服
抗浸服装系飞行员必备的一种水上救生服。其作用是当飞行员坠入水中后，阻止水浸入服装内，从而延长生存时间，等待救援人员来营救。在纤维表面引入刺激响应性高分子凝胶层，利用其可在一定条件下发生体积转变的特点制成抗浸服面料，可以显著增加水浸入服装内的时间，提高落水者获救生还的机会[35]。
2·1·5宇航员专用服装
由于特殊的穿着环境，宇航服在智能化方面的要求极高。杨利伟遨游太空时所穿的宇航服，使用二十多种材料，采用极其精细的结构，是我国宇航服研究人员十多年的研究成果[36]。美国国家航空和宇航局已开发出保持飞行员手温暖的手套，可以使在太空中飞行的宇航员免受极度寒冷气候的伤害[33]。
2·1·6军用智能帐篷
军用智能帐篷的材料应该能够抵御气候、化学药剂、导弹或其它危害，而且还要能够改变形状来降低风力载荷。这种帐篷可根据周围环境发生颜色和形状的改变，它还可提供使士兵免于被热传感器或者电磁探测器探测到的防护。帐篷还可以把太阳光转变为电能，给计算机、无线电广播发射机和柔性显示装置供电[37]。
2·1·7智能降落伞
在跳伞士兵失去控制无法拉开开伞绳时，能够触发储备的降落伞，使其自动打开。智能降落伞能够检测空中和地面的危险性，及时改变飞行方向和速度，并以最佳的方式着落[25]。
2·2在体育运动方面的应用
2·2·1智能运动鞋
美国Reebok公司生产的智能运动鞋，能准确地向穿着者显示跑或走的路程、节奏的快慢和消耗的热量。今后的发展将可以测出穿着者的心率，并根据心跳有选择地播放某种特定的音乐，必要时还会对音乐的旋律进行调整，使穿着者听了音乐后跑得更快或慢下来[38]。
2·2·2内置加热体系的滑雪衫
在1998年冬季奥林匹克运动会上200名瑞士运动员和300名记者就穿着了Descente的Mobile thermo滑雪衫，这种滑雪衫内置了加热体系，从而保证了内部温度控制精确性[39]。
2·2·3植入电子设施的织物
非利浦公司生产出一种具有电子跟踪功能的儿童滑雪服装，监护者可在任何时候了解儿童所处的确切位置。其研制的袖内嵌入传感器的高尔夫茄克衫，可监测和记录运动员打球时的手臂摆动角度与节奏，以便和冠军运动员的记录做比较[40]。
2·2·4运动型调温调湿织物
日本东洋纺公司对聚丙烯酸分子链进行高亲水化处理，开发出具有调温调湿智能的纤维"爱克苏"，在标准状态下，它的吸湿能力约是棉的3.5倍。与天然纤维相比，"爱克苏"的吸湿和放热速度比较缓慢，可以均匀地释放，从而使衣内温度调节缓和，能防止出汗后的冷感。用此类纤维加工的纺织品适合于制作运动衣[5]。
2·3在特种防护方面的应用
2·3·1自发光纤维及其制品
自发光纤维一般是由合成纤维在生产过程中加入少量的蓄光剂而制成。这种纤维经光线照射10-20min，即可持续发光8-IOh，发出的光线有黄、绿、蓝等颜色。由自发光纤维制成的纺织品有安全性或危险警示作用，尤其是一些信号性的颜色在某种特殊的情况下可以作为警示信号，可制成狩猎服、救生衣、交警服，同时在船舶领域中也得到广泛的应用[41]。
2·3·2隔热服装
英国研制的防烫伤隔热服装，是把镍铁合金纤维加工成宝塔式螺旋弹簧状，再进一步加工成平面状，然后固定在服装的夹层内。当服装表面接触高温时，合金纤维的形变被触发，纤维迅速由平面状变成宝塔状，两层织物之间形成很大的空腔，使得人体皮肤远离高温，从而防止烫伤发生[36]。
2·3·3防电磁辐射织物
以聚丙烯脯纤维(PAN)为非导电成分的主体，利用其分子结构中存在的氰基可与某些金属离子相配位的特点，再经还原生成金属而稳定地沉积在腈纶表面。这层连续的金属膜具有优良持久的导电性，当金属膜受到外界磁场作用时产生感应电流，这种感应电流又产生与外界磁场反方向的磁场，从而与外界磁场相抵消，达到对外界电磁场的屏蔽作用[42]。
2·3·4抗冲击智能防护织物
超微纤维和碳纳米管的重量仅为钢铁的1/6，而强度却是其100倍。最近，巳能把电纺丝纤维纺成纱，应用于头盔及背心中。在三维纳米纤维网络中加入含Al203及B4C的陶瓷颗粒，能够改进其缺陷及轻度冲击带来的损害，将电纺丝纳米纤维结合到层状结构中，将增加其抗裂解性及抗损伤性[43]。
3结语
智能纺织品是继功能纺织品之后出现的又一类型的高科技纺织品，它在增加服装舒适性、提高人们的生活质量、改善人们的劳动条件、满足某些特种行业和特种场合的需要等方面正在发挥越来越重要的作用。
随着科技的进步及多学科的相互交叉、渗透和融合,纺织材料的研究开发已经进入到一个新的领域,正在向着高功能、高附加值的方向发展。智能纺织品的加工技术也在不断地深入,相信在不远的将来,其品种会越来越丰富,应用范围也将越来越广。
