智能纖維在服裝中的應用與發展

張春媛，王 軍

(大連工業大學 服裝學院，遼寧 大連 116034)

智能纖維在服裝中的應用與發展

張春媛，王 軍*

(大連工業大學 服裝學院，遼寧 大連 116034)

分析了智能纖維中的形狀記憶纖維、相變纖維、變色纖維、導電纖維在智能服裝中的應用情況，以及目前智能纖維研究面臨的實用性、舒適安全性和加工性等問題，展望了智能服裝纖維向性能優化、安全環保和市場化方向的發展趨勢。

智能纖維；智能服裝；應用；發展趨勢

近二十年來，隨著仿生技術、納米技術、微膠囊技術和電子信息技術等先進技術的發展，智能纖維的研發取得了較大的成效。開發智能纖維以及智能紡織服裝是目前國內外紡織服裝領域的主要關注方向之一，也是今后不可阻擋的發展趨勢[1]。智能纖維的不斷發展與創新，給智能服裝領域帶來了活力與生機；各種各樣的智能服裝涌現，給人們的生活帶來了許多便利與快樂。智能纖維在智能服裝中的應用是服裝領域研究的熱點。

1 智能纖維在服裝中的應用

智能服裝材料是指對外界環境(機械、熱、化學、光、濕度、電磁等)或內部狀態所發生的變化有感知并能做出響應，同時保留服裝材料固有風格和服用性能的材料[2]。本文主要介紹智能纖維中的形狀記憶纖維、相變纖維、變色纖維、導電纖維在服裝中的應用。

1.1 形狀記憶纖維在服裝中的應用

形狀記憶纖維是指在一定條件下(應力、溫度等)發生塑性形變后，在特定條件刺激下能恢復初始形狀的一類纖維[3]。由形狀記憶纖維織造成的織物,先經過一定的條件進行形變，然后對形變的纖維進行外部刺激，比如加熱、水洗等，織物可以回復本來的形狀，也就是說由形狀記憶纖維制成的織物具有記憶纖維最初形狀的功能。目前，形狀記憶纖維多用于特殊工作服，如阻熱隔熱服、防水透濕服、懶人襯衫、抗浸保溫服等[4]。

英國科研人員研發出一款防燙傷智能服裝，它是由鎳鈦合金纖維加工而成的，形狀記憶合金纖維在服裝達到一定的高溫時會發生形變[5]。服裝表面是平的，當接觸到高溫時，轉變成螺旋狀，這樣就可以在夾層中形成空隙，隔離開人體與服裝，達到防燙傷的功能。

西班牙Kukkia公司開發出了一種新型纖維，是一種對熱效應有記憶功能的鎳鈦合金線，利用它制成一朵絹花，裝飾在女士服裝外套領子處，兼具美感與科技感。當人們用手觸摸絹花時，花瓣感知到人體的溫度就會自動合攏，當手拿開時花瓣又恢復到自然張開的狀態，如圖1所示。

圖1 形狀記憶絹花

1.2 相變纖維在服裝中的應用

相變纖維是利用相變過程中吸收熱量和釋放熱量的特性開發的一種蓄熱調溫功能纖維[6]，能夠自動感知環境溫度的變化而智能調節溫度的高科技纖維產品。目前，市場上的相變纖維有Outlast、Thermasorb、Comfortemp和Cool Vest等，它們可以在不斷變化的環境中反復循環使用達1 000次以上。現在主要應用于滑雪服、消防服、內衣、帽子、手套等襪子等。

美國最開始研發和制造相變材料是因為登月計劃的需要，1988年美國研發和制造出了Outlast纖維，1994年之后逐步實現了調溫紡織品的商用價值，并持續提升其產品性能。美國著名的Polytech公司研發制造的reatech“空調”織物能夠調溫，而且具有聚氨酯涂層。

美國安伯士國際集團與河北保定雄亞紡織集團共同借助“太空技術”，使用美國太空署開發的高科技太空相變調溫纖維與進口高級洛科絨合成的方法，設計出了相變調溫洛科絨線，而且還推出了國內首款具有冬暖夏涼性能的服裝，如圖2所示。

圖2 空調服

凡·赫本(Iris van Herpen)在2011秋冬高級定制秀中設計的驚世駭俗的3D水裙，是使用特殊材質使其加熱變軟，再一點點彎出水的樣子，如圖3所示。

圖3 凡·赫本的3D水裙

1.3 變色纖維在服裝中的應用

變色纖維是指具有特殊組織或結構，在受光、熱、水分或輻射等刺激后，顏色能自動改變且可逆的纖維[7]。變色纖維的反應機理主要包括光敏和溫敏。變色纖維一般應用于戰斗服、警示服和舞臺服裝等。

在20世紀70年代，美國的CYNAMDE公司為美國軍隊研發和制造了世界上第一件變色服裝，它能夠根據相關的外界環境，吸收光線，改變本身的顏色，適應外界環境，更好地保障士兵的安全。

英國人克里斯·埃貝耶利用熱敏變色纖維制成一種能發出警示的嬰兒穿著的智能變色服，當寶寶的體溫超過37 ℃,服裝就會變為白色，體溫越高，顏色會越淺[8]，如圖4所示。

圖4 嬰兒智能變色服

美國Weili Pu公司在變色纖維的應用上有很多創新設計。有一種衣服是由光敏變色的離子交換纖維織成的，在草原上能變為黃色，而在森林中卻又能變為綠色。另一新產品是由熱敏變色纖維織成的針織衫，這種針織衫平時呈藍灰色，當穿在身上，它會隨著溫度改變而變成粉紅色或綠色。

1.4 導電纖維在服裝中的應用

導電纖維是指在標準狀態(20 ℃、相對濕度65%)下，比電阻低于107 Ω·cm的纖維[9]，具有優良的導電性能和消除靜電的性能，主要被用于消除靜電、吸收電磁波及探測和傳輸電信號等。近年來，電子技術、傳感技術、通訊技術和人工智能等高科技發展迅猛，導電纖維也在快速發展和創新，帶動了可穿戴的電子設備的發展，在“以人為本”的設計理念下，導電纖維的應用越來越廣泛，而且與其他的智能纖維結合利用，設計出了各種各樣的智能服裝。導電纖維主要應用于運動服、醫療服、禮服和舞臺服等。

Athos推出了全新的智能運動衣和短褲。產品內置了大量的傳感器，可以檢測使用者的心率、呼吸頻率，甚至還有EMG傳感器帶來的肌肉活動情況。Athos智能服裝包含了一枚Athos Core小芯片和多個傳感器，可以通過藍牙將數據發送到智能手機中。這個小裝置的重量只有不到20克，并且可以連續使用超過10 h。除了發送信息之外，Athos還可以通過內置的六軸加速度計測量運動鍛煉情況，如圖5所示。

日本帝人公司與關西大學研制出一種可將人體動作信息轉換為數據的功能性材料“壓電纖維”。這種纖維是將“聚L乳酸”(可根據受力產生相應電位的壓電體)和“碳纖維”(檢測產生的電位的電極)織入了面料中，從而將纖維的彎曲、伸縮、扭轉方向和強度等動作信息轉換成數據[10]。由這種纖維制成的衣服和手套可以應用在醫學領域，做外科手術的執刀醫生可通過衣服和手套的動作來操控機器人，遠程為異地患者做手術，通過床單的壓力來感知躺在床上的患者的身體動作。

圖5 Athos的智能運動衣和短褲

2 智能纖維在服裝應用中存在的問題

智能纖維在服裝中得到廣泛的應用，同時，在應用的過程中也遇到了許多困難與問題。

2.1 實用性

目前，大多數智能服裝還只能在實驗室得以實現，如何讓它生活化是主要的問題，也就是要考慮服裝的實用性。在利用智能纖維制造智能服裝的時候，智能纖維的耐洗性決定了服裝的耐洗性，纖維的持久性決定了服裝的長久性，纖維的抗彎曲拉伸性決定了服裝的柔軟性。而現在主要的關注點是纖維的智能性，也就是本身的功能性，在將纖維制成服裝的過程中，服裝的實用性決定了纖維也需要具備這些功能。

2.2 舒適安全性

智能纖維的舒適安全性，決定了服裝的舒適安全性。智能服裝的廣泛應用是為了保護人類在特殊工作環境下的生命安全，便利人們的生活，張揚自己的個性，舒適安全成為了智能服裝發展必備的特性之一。智能纖維是否有毒，是否堅硬，是否有輻射，是否環保，是否適合人類穿著，是智能纖維現階段必須注意的問題。現在的關注點是服裝的功能性，由于技術的局限，對纖維的舒適安全性以及服裝的舒適安全性都有一定的限制。

2.3 加工性

智能纖維在制成服裝的過程中，不僅有智能纖維本身的局限性，還有加工問題與困難等。如何將智能纖維制成服裝，是將智能纖維紡成紗，還是將智能纖維編織進面料里，還是將智能纖維與普通纖維進行處理結合，這些都還需要進一步的研究與探索。另外，智能纖維的局限性在設計服裝的時候會影響服裝的美感，解決好這個問題也將是服裝投入市場的前提。

3 智能纖維的發展趨勢

智能纖維以其突出的現實用途和廣闊的應用領域逐漸成為當今世界高度關注的熱點和焦點。智能纖維的研究與開發促進了智能服裝的更新換代，智能服裝的需求對智能纖維的影響巨大，將呈現三方面的發展趨勢。

3.1 性能優化

智能纖維最大的特點就是智能化，纖維的特殊功能必將不斷向極致化發展，隨著科學技術的進步，多學科知識的發展，智能纖維將向著功能多樣化發展，即性能不斷優化。智能服裝的需求是多方面、多功能的，智能纖維將向著功能復合化方向發展。可穿戴智能服裝的廣闊發展前景，預示著電學性能及電子信息類智能纖維將是一個重要的研究發展方向。

3.2 環保安全

服裝的安全性隨著人類發展得到人們越來越多的重視。目前，智能纖維的開發主要以技術為中心，注重對功能的實現，因而忽略或者限制了由智能纖維制成的智能服裝的安全性。尤其隨著導電纖維的大量研發與使用，可穿戴智能服裝的設計與應用越來越廣泛，安全是必不可少的考慮因素之一。

隨著綠色環保理念的出現與深入，未來智能纖維的開發將考慮人類發展和環境污染，增加可再生性能或者可持續發展的性能，而這一性能的實現依然需要技術的支持。

3.3 市場化

隨著人們生活水平的不斷提升，智能服裝逐漸進入普通人的生活，并且漸漸改變我們的生活。同時市場化能推動一個產品的開發進入良性循環，因此市場化是智能纖維的發展趨勢，也是其繼續發展的保證。目前，智能纖維在醫療、運動、航天、消防、工業等領域都已實現小部分商用，但是走進普通人的生活的智能服裝也還只是開始，依然存在著許多問題和障礙。未來智能纖維的開發會更加商業化，秉持著“以人為本”的理念，針對目標消費者對智能纖維進行相應的功能優化與創新，對智能服裝進行需求設計，以符合市場的需求。

4 結語

隨著科學技術的進步及人們生活水平的提高，人們對服裝的要求越來越高，對服裝智能化的需求也在快速增長，智能服裝正處于一個快速發展的階段，而且發展前景巨大，智能纖維的發展與創新必然會給服裝產業提供新的發展動力。智能纖維的創新與應用，必定會惠及許多行業，惠及民生。我國在智能纖維方面的研究起步較晚，與一些發達國家有相當大的差距，但隨著“中國制造2025”國家發展戰略的提出，我國制造業格局面臨重大調整，在智能纖維領域加大科技創新，智能服裝設計交叉運用多學科知識的驅動下，智能服裝領域必將繁榮發展。

[1] 岳 彤. 智能安全服裝中智能纖維的應用[J].紡織導報,2016,(5):82-84.

[2] 張希瑩,方東根.智能纖維及智能紡織品的研究與開發[J].紡織導報,2015,(6):103-106.

[3] 裕 靜.淺析五種智能纖維[J].紡織裝飾科技,2015,(3):27-28.

[4] 朱一帆.五種未來的智能紡織品發展趨勢和檢測[J].中國纖檢,2015,(16):66-67.

[5] 朱一帆.服裝業未來的智能化發展趨勢[J].現代裝飾(理論),2011,(6):26-27.

[6] 沈 雷,方東根.智能纖維及其在服裝中的應用研究[J].棉紡織技術,2015,(5):76-79.

[7] 趙 雪，展義臻，何瑾馨.仿生學研究現狀及其在紡織上的應用[J].紡織科技進展,2008,(5):36-43.

[8] 黃穎穎.淺析變色服裝的研究與發展現狀[J].國際紡織導報,2013,(10):64-76.

[9] 宋翠艷,陳延平,鄧召良.間位芳綸基導電纖維的性能與應用[J].紡織導報,2013,(6):72-74.

[10]左 鍵.智能服裝漸行漸近[J].中國纖檢,2015,(14):50-51.

Application and Development of Intelligent Fiber in Clothing

ZHANG Chun-yuan，WANG Jun*

(School of Fashion, Dalian Polytechnic University, Dalian 116034, China)

The application of shape-memory fiber, phase change fiber, chameleon fiber, and conductive fiber in intelligent clothing were introduced. The problems of practicability, comfort, processability of intelligent fiber were discussed. Development direction of intelligent fibers to performance optimization, safety, environmental protection and marketization was prospected.

intelligent fibers; intelligent clothing; application; development trend

2017-03-27；

2017-05-10

張春媛(1994-)，女，在讀碩士研究生，數字化服裝技術與應用。

*通信作者：王 軍(1978-)，女，副教授，主要研究方向為數字化服裝技術，E-mail：574014917@qq.com。

TS101.9

A

1673-0356(2017)07-0049-04