什么是智能纖維?
智能纖維是指能夠感知外界環(huán)境(機械、熱、化學、光、濕度、電磁等)或內(nèi)部狀態(tài)所發(fā)生的變化,并能做出響應的纖維。近些年來,隨著納米技術(shù)、微膠囊技術(shù)、電子信息技術(shù)等在內(nèi)的一些前沿技術(shù)的發(fā)展及運用,智能纖維的開發(fā)得到了迅速發(fā)展,并且催生了一系列新興智能紡織品的出現(xiàn),從而滿足了人們的某些特定需求。
R.E.Neunham將智能材料分為消極、積極和高極等3類,得到了眾多學者的認可。但消極智能材料與功能材料類似,并沒有達到真正的智能,因此本文所述的智能纖維及其紡織品主要是后兩類,著重對相變纖維、形狀記憶纖維、智能凝膠纖維、光導纖維和電子智能纖維等5種智能纖維進行介紹。
5種智能纖維介紹
1相變纖維
相變纖維是一種結(jié)合相變材料技術(shù)與纖維制造技術(shù)開發(fā)的,能夠自動感知環(huán)境溫度的變化而智能調(diào)節(jié)溫度的高科技纖維產(chǎn)品。其中包含的相變物質(zhì)通過發(fā)生固-液或固-固可逆轉(zhuǎn)化可使纖維具有雙向溫度調(diào)節(jié)和適應性:當環(huán)境溫度高于某一閾值時,材料相變吸熱而具有制冷效果;當環(huán)境溫度低于某一閾值時,材料相變放熱而具有保溫效果,以此來控制纖維周圍的溫度。目前市場上比較具有代表性的相變纖維產(chǎn)品有Outlast、Comfortemp、Thermasorb和Cool Vest等,它們可以在溫度振蕩環(huán)境中反復循環(huán)使用,并且熱循環(huán)次數(shù)普遍都達到1000次以上。
2形狀記憶纖維
形狀記憶纖維是指在一定條件下(應力、溫度等)發(fā)生塑性形變后,在特定條件刺激下能恢復初始形狀的一類纖維,其原始形狀可設計成直線、波浪、螺旋或其它形狀。主要有形狀記憶合金纖維、形狀記憶聚合物纖維和經(jīng)整理劑加工的形狀記憶功能纖維三大類。目前較為常見的形狀記憶合金有TiNi系合金、Cu基合金和Fe基合金。形狀記憶合金纖維具有手感硬、回復力大的特點,可被用作紗芯與其它各種纖維紡出具有形狀記憶效果的花式紗,并織成動感織物。
形狀記憶聚合物有聚氨酯、聚內(nèi)酯、含氟高聚物和聚降冰片烯等多種品種,其中形狀記憶聚氨酯由于具有易激發(fā)、形變量大、質(zhì)量輕、成本低等優(yōu)良特性而被廣泛開發(fā)。形狀記憶聚合物纖維具有眾多優(yōu)點,如手感較形狀記憶合金纖維柔軟、易成形且具有較好的形狀穩(wěn)定性、機械性質(zhì)可調(diào)節(jié)范圍較大、應變可達300%甚至更大等,因此其在紡織品上具有較為廣闊的應用前景。
3智能凝膠纖維
智能凝膠纖維是指能隨外界刺激(溫度、pH值、光、壓力、電等)發(fā)生體積或形態(tài)改變的凝膠纖維。根據(jù)刺激條件的不同,智能凝膠纖維主要可以分為pH響應性凝膠纖維、溫敏纖維、光敏纖維和電敏纖維等,其中以pH響應性凝膠纖維最為常見。智能凝膠纖維具有自適應性、生物相容性的特點,近年來常被用于智能紡織品的開發(fā)設計中。
4光導纖維
光導纖維是一種可將光能封閉在纖維中并使其以波導方式進行傳輸?shù)墓鈱W復合纖維,亦稱為智能光纖,由纖芯和包層兩部分組成。它具有優(yōu)異的傳輸性能,可隨時提供描述系統(tǒng)狀態(tài)的準確信息。光導纖維直徑細、柔韌性好、易加工,同時兼具信息感知和傳輸?shù)碾p重功能,被人們公認為首選的傳感材料,近些年來被廣泛用于制作各類傳感器,在智能服裝、安全性服裝等新型服裝中屢有應用,以實現(xiàn)對外界環(huán)境的溫度、壓力、位移等狀況以及人體的體溫、心跳、血壓、呼吸等生理指標的監(jiān)控。
5電子智能纖維
電子智能纖維是基于電子技術(shù),融合傳感、通訊和人工智能等高科技手段而開發(fā)出的一類新型纖維。隨著人們需求的日益增長,對電子智能纖維也提出了更高的要求,目前市場上的電子智能纖維主要有抗靜電纖維、導電纖維等,其中以導電纖維最具代表性。導電纖維是指在標準狀態(tài)(20℃、相對濕度65%)下,比電阻低于107Ω·cm的纖維,其具有優(yōu)良的導電性能,并能通過電子傳導和電暈放電來消除靜電,主要被用于消除靜電、吸收電磁波以及探測和傳輸電信號。
5種智能纖維的研究與開發(fā)
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