智能性服裝材料

1、服裝材料學(xué)研究課題：智能性服裝材料研究小組:第十三組小組成員：許瀟鶴 宋飛 馬倩 吳英英 李瑩 智能性服裝材料的定義：服裝的功能懂得身體語(yǔ)言，能感知外部刺激，或者說(shuō),服裝功能根據(jù)人體與環(huán)境的變化而變化，適當(dāng)處理且本身可執(zhí)行的新型功能材料，亦即該智能性能材料對(duì)能量、信息具備儲(chǔ)存、傳遞和轉(zhuǎn)換的功能。幾種常見(jiàn)的智能性服裝材料：一、 自動(dòng)調(diào)溫服裝：1。太陽(yáng)能服裝靈感來(lái)源： 北極熊能夠生活在寒冷的北極，經(jīng)過(guò)對(duì)其毛的研究，發(fā)現(xiàn)北極熊毛的結(jié)構(gòu)與光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)極其相似。原理：熊毛的外端透明，猶如一根細(xì)小的石英纖維,接近皮膚的一端是不透明的神經(jīng)髓鞘，表面粗糙堅(jiān)硬，中間呈空心狀，這種結(jié)構(gòu)特別有利于光的傳輸，最大限

2、度的把光能匯集到表皮上轉(zhuǎn)化成熱能，并通過(guò)皮下的血液將熱能輸送到全身。研究成果：通過(guò)對(duì)北極熊毛光熱轉(zhuǎn)化的探索,人們研究出了一種智能材料，以有吸光蓄熱性能的碳化鋯為原理，制成日光系纖維，并加工制成服裝，穿著這種服裝可將光能轉(zhuǎn)化成熱能，同時(shí)又能將人體的熱輻射保存在衣服內(nèi)。網(wǎng)絡(luò)連接： 碳化鋯：暗灰色有金屬光澤的立方晶體。性脆.熔點(diǎn)3540。沸點(diǎn)5100.表觀密度6.70 g/cm3.莫氏硬度89.不溶于冷水和鹽酸.可溶于含有硝酸或雙氧水的氫氟酸和熱濃硫酸.高溫下與氯氣反應(yīng)生成四氯化鋯。700時(shí)，在空氣中燃燒生成氧化鋯。不與水反應(yīng).碳化鋯是一種硬度大的高熔點(diǎn)材料和極好的高溫耐火材料.用做火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中固體

3、推進(jìn)劑的一種原料.用于生產(chǎn)合金鋼。也是生產(chǎn)金屬鋯和四氯化鋯原料，以及有前途的精細(xì)陶瓷材料。主要用作磨料，還可用作硬質(zhì)合金的原料.英國(guó)的戴維等人就利用碳化鋯這一原料制成了太陽(yáng)能衣服。如下圖：但是猶豫英國(guó)暫時(shí)沒(méi)有對(duì)外公開(kāi)碳化鋯這一纖維的“制作秘方”，這就是我們現(xiàn)在在設(shè)計(jì)過(guò)程中所遇到的困難，于是我們找到了一種代替碳化鋯這一纖維的設(shè)計(jì)方案。就是利用眾所周知的電池與熱電阻連接，閉合開(kāi)關(guān),電能轉(zhuǎn)化成熱能,熱電阻產(chǎn)生熱能，提供給穿著者。美國(guó)SilvrLining服裝公司設(shè)計(jì)總監(jiān)桑德拉·卡拉特,她曾提出一個(gè)大膽構(gòu)想，運(yùn)用可再生能源技術(shù)，把可供反復(fù)使用的天然材料變成布料，從而為現(xiàn)代服裝業(yè)開(kāi)辟出一個(gè)嶄新

4、的發(fā)展空間。在加利福尼亞,卡拉特與一名電氣工程師道格拉斯·霍姆斯達(dá)成合作意向，霍姆斯將在這里盡情施展科研才能，可謂強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手。不久后,他們推出GO系列太陽(yáng)能服裝，共有一件背心、兩件外套和一條褲子。這些服裝都帶有太陽(yáng)能電池板，當(dāng)使用者出外運(yùn)動(dòng)時(shí)，只要將智能手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等電子設(shè)備放進(jìn)口袋，并插入接口，就可以時(shí)刻保持電量充足.2冬暖夏涼的服裝： 美國(guó)研究的自動(dòng)調(diào)溫布，是用聚乙烯乙二醇的化學(xué)制劑對(duì)普通棉布進(jìn)行處理，處理后的布遇熱膨脹時(shí)會(huì)吸收熱量，從而使體感溫度下降，遇冷收縮時(shí)又會(huì)放出熱量,從而使服裝暖和。 日本也制成與上述相似的衣料，在錦綸或聚酯纖維上包覆“天然狀況記憶聚合物”，分為晶體與非

5、晶體兩部分。網(wǎng)絡(luò)連接：挪威一家公司宣布，他們正在研究將一種“智能材料”運(yùn)用到服裝中,讓衣服也能像空調(diào)一樣，“冬暖夏涼”。據(jù)研究人員說(shuō)，這種衣料可以通過(guò)化學(xué)作用，吸收人體剩余體溫并在需要時(shí)再釋放出來(lái)，達(dá)到“冬暖夏涼”的效果。測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，相同情況下穿著新型救生衣比普通救生衣,測(cè)試者的體溫要高出四度。目前，這種材料還在試驗(yàn)階段，將來(lái)有可能運(yùn)用到戶外裝備或運(yùn)動(dòng)衣等功能性服裝當(dāng)中。天津工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院成功研發(fā)了這項(xiàng)技術(shù)。張興祥教授帶領(lǐng)的課題組經(jīng)過(guò)研究,選取了一種材料,專業(yè)名稱叫做“相變材料”.直白的講:所謂“相變材料”，就是材料本身能夠吸收和釋放熱量，且在吸熱和放熱的過(guò)程中，材料本身還會(huì)“變身&quo

6、t;.“變身”的過(guò)程很有意思，材料原來(lái)是固態(tài)，當(dāng)外界溫度高于30時(shí)，材料就開(kāi)始吸收外界的熱量，從固態(tài)“變身”成液態(tài)，同時(shí)，熱量就被材料吸收并“儲(chǔ)存"起來(lái)了，這個(gè)時(shí)候衣服內(nèi)的溫度會(huì)降低，穿衣服的人也不會(huì)覺(jué)得熱了。而當(dāng)冬季人們走到寒冷的室外，外界溫度低于20時(shí)，材料則開(kāi)始放熱,材料本身又會(huì)從液態(tài)轉(zhuǎn)變回固態(tài)，而那些釋放出的熱量則通過(guò)衣服本身傳遞給人的身體,穿著這樣的衣服，自然會(huì)比穿著同樣厚度的普通衣服感覺(jué)更溫暖。據(jù)科學(xué)測(cè)試表明，人體感覺(jué)最舒適的皮膚溫度為33.4。如果身體任何部位的皮膚溫度與最舒適皮膚溫度之間的溫度差在-1。5至-3.0這個(gè)范圍內(nèi)，人體就會(huì)感覺(jué)不冷不熱,但如果這個(gè)溫度差超過(guò)

7、4。5，人體將有或冷或熱的感覺(jué)。而用這種特殊材料制作的衣服,能夠保證把這個(gè)溫度差控制在-3左右,所以會(huì)讓穿著的人感到非常舒適. 在上世紀(jì)九十年代初，張興祥教授的課題組就開(kāi)始研究如何既讓衣服可變溫，又不至于讓材料變成液態(tài)后把衣服“弄濕”。經(jīng)過(guò)不懈努力，他們研發(fā)了一種叫做“微膠囊”的東西。大家都見(jiàn)過(guò)膠囊，只不過(guò)張教授他們做的“膠囊”比平時(shí)吃的藥物膠囊小多了，直徑只有一微米。膠囊的質(zhì)地是一種樹(shù)脂聚合物，很堅(jiān)韌，無(wú)論是外界升溫降溫，還是受到一定程度的擠壓都不會(huì)出現(xiàn)破裂，有了這層聚合物膠囊外衣的保護(hù),就不用再擔(dān)心相變材料變成液態(tài)后流出來(lái)了。有了保護(hù)層，接下來(lái)要做的就是將成千上萬(wàn)個(gè)小小的“微膠囊”摻入普通

8、服裝纖維里,制成調(diào)溫纖維，用這樣的纖維織成面料，再經(jīng)過(guò)裁剪做成衣服,就叫做調(diào)溫服裝了。 現(xiàn)在，研究成果已被中國(guó)航空工業(yè)第一集團(tuán)航宇救生裝備有限公司、總后勤部軍需裝備研究所等用于新型防寒保暖服裝的研究開(kāi)發(fā).儲(chǔ)熱調(diào)溫纖維材料可用于高檔服裝的保溫材料、床上用品和室內(nèi)裝飾用品、職業(yè)服裝、鞋、帽、襪、手套等.也可用于飛行服、宇航服、傘兵服、消防服、海員服、潛水服的保溫層材料，以及戰(zhàn)地醫(yī)院和野戰(zhàn)帳篷的隔熱保溫層等.相變材料：http：/3?；瘜W(xué)保暖和調(diào)溫的服裝材料：除了上面我們所能看到的智能性變溫的服裝材料，還有一種化學(xué)方法保暖并調(diào)溫的紡織品。它附有一層不透水的薄膜，內(nèi)裝硫酸鈉，硫酸鈉受熱后會(huì)液化儲(chǔ)熱，其

9、儲(chǔ)熱能力比水強(qiáng)60倍,從而使體感溫度下降；而遇熱時(shí)硫酸鈉會(huì)固化，同時(shí)將吸收的熱量散發(fā)出來(lái)。這種布用于服裝和窗簾。網(wǎng)絡(luò)連接：硫酸鈉，無(wú)機(jī)化合物，又名無(wú)水芒硝,白色、無(wú)臭、有苦味的結(jié)晶或粉末, 有吸濕性。外形為無(wú)色、透明、大的結(jié)晶或顆粒性小結(jié)晶。主要用于制水玻璃、玻璃、瓷釉、紙漿、致冷混合劑、洗滌劑、干燥劑、染料稀釋劑、分析化學(xué)試劑、醫(yī)藥品等。 缺點(diǎn)：健康危害： 對(duì)眼睛和皮膚有刺激作用.基本無(wú)毒。 環(huán)境危害: 對(duì)環(huán)境有危害,對(duì)大氣可造成污染。 燃爆危險(xiǎn): 本品不燃,具刺激性.4。 牛奶蛋白調(diào)溫纖維制成的“羊絨調(diào)溫衫”。 “耐高溫相變材料微膠囊、高儲(chǔ)熱量?jī)?chǔ)熱調(diào)溫纖維及其制備技術(shù)”項(xiàng)目由天津工業(yè)大學(xué)、

10、清華大學(xué)、山東海龍股份有限公司、北京雪蓮羊絨股份有限公司等單位共同完成。通過(guò)此項(xiàng)技術(shù)研制出的纖維織物，可以吸收、儲(chǔ)存、重新分配和放出熱量，在環(huán)境溫度不同時(shí)還可自動(dòng)調(diào)節(jié)，使衣服內(nèi)溫度處于較舒適的范圍。“羊絨、羊毛遇水會(huì)發(fā)熱,這是常識(shí).但是這種吸濕放熱是一次性的，不能反復(fù)進(jìn)行。所以羊絨、羊毛都有很好的保溫功能，但是沒(méi)有調(diào)節(jié)溫度的功能.”此技術(shù)是在牛奶蛋白噴絲液中加入相變材料,制成牛奶蛋白調(diào)溫纖維，然后用這種纖維與羊絨進(jìn)行混紡，做成“羊絨調(diào)溫衫”.雖然最初的目的是讓羊絨產(chǎn)品具有調(diào)溫功能，最終牛奶蛋白纖維可以和許多纖維進(jìn)行混紡，包括以40的比例與羊毛、駝絨、棉等纖維混紡，都能夠得到手感好又有調(diào)溫功能的

11、面料。即使產(chǎn)品經(jīng)高溫染色和汽蒸、高壓定型整理和皂洗工藝后，在功能上也不會(huì)有太大改變。這也為下游客戶,研制和開(kāi)發(fā)高檔新型功能性面料，提供了充分條件。5蓄熱調(diào)溫功能新材料石獅市2009年重大項(xiàng)目竹纖維鞋用功能抗菌除臭復(fù)合材料研究取得實(shí)質(zhì)性突破,預(yù)計(jì)研發(fā)成果不久后將問(wèn)世，該材料將具有蓄熱調(diào)溫功能.這將是繼“超薄高密面料”、“改性纖維面料”以及“竹炭纖維面料”等植物面料研發(fā)并投產(chǎn)以來(lái)的又一重大成果.據(jù)悉，蓄熱調(diào)溫功能的智能紡織品含有相變材料,能根據(jù)外界環(huán)境溫度調(diào)節(jié)衣服內(nèi)溫度。當(dāng)外界環(huán)境溫度降低時(shí)，相變材料放出熱量，從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，減少了人體向周圍放出的熱量，以保持人體正常體溫，為人體提供舒適的“衣內(nèi)微

12、氣候"環(huán)境，使人體始終處于舒適的狀態(tài)。此面料可廣泛應(yīng)用于床上用品、鞋類產(chǎn)品、內(nèi)衣服裝和外套服裝等，具有廣闊的發(fā)展前景。二變色服裝材料。自然界中變色龍會(huì)隨著周遭的環(huán)境而改變身體的顏色，生活中行動(dòng)電話也會(huì)因光與角度的關(guān)系而有不同外觀顏色，包括人在忿怒和緊張時(shí),也會(huì)在臉上有不同程度的潮紅現(xiàn)象，而上述現(xiàn)象都屬被動(dòng)式變色機(jī)制.由蜜拉喬娃維基主演的科幻動(dòng)作片紫光任務(wù)，近來(lái)正在臺(tái)灣上映中，片中除了主角酷炫的動(dòng)作外，最令人驚奇的在于其超現(xiàn)實(shí)的服裝,可以隨時(shí)的變化顏色.而現(xiàn)實(shí)中智能型感電變色織物也正在進(jìn)行研發(fā)中。根據(jù)紡織所ITIS計(jì)劃研究顯示，目前日常生活中，最常使用的變色組件基材為玻璃，這應(yīng)和玻璃已

13、被大家廣泛使用于人類的生活以及導(dǎo)電玻璃已是成熟的產(chǎn)品有關(guān)。目前常用的變色機(jī)制約有下列幾種:1。液晶變色服裝材料。 原理：利用微膠囊技術(shù)，涂層技術(shù)和液晶材料制造變色服裝材料。具體是在衣料內(nèi)附著一些直徑為0.002mm左右的微膠囊，內(nèi)儲(chǔ)因溫度或光線而變色的液晶材料和染料。無(wú)數(shù)微膠囊分散于液態(tài)樹(shù)脂黏合劑或印染漿中，可用常規(guī)的方法將它們涂敷于纖維或者織物上。當(dāng)環(huán)境的溫度或光線變化時(shí)便會(huì)出現(xiàn)變色現(xiàn)象。2。電致變色 (Electrochromic） 在學(xué)術(shù)領(lǐng)域電致變色最為熟知的化合物為聚苯胺導(dǎo)電高分子，2000年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主白川英樹(shù)就是以此獲獎(jiǎng)。聚苯胺在不同電壓下可顯示透明、黃、綠

14、、藍(lán)和黑等顏色.  根據(jù)紡織所ITIS計(jì)劃研究顯示，當(dāng)前最新開(kāi)發(fā)的智能型變色織物是智能型感電變色織物，其主靠是藉由電場(chǎng)或電流的刺激，使得衣服的顏色可以隨心所欲的變化。電變色原理與LED(發(fā)光二極管）相同，透過(guò)電子與電洞的結(jié)合，過(guò)多的能量會(huì)以光的形式釋出，達(dá)到發(fā)光的效果，此屬于冷性發(fā)光。其組件構(gòu)造是由基材、導(dǎo)電層、發(fā)光層及透明導(dǎo)電層所組合而成。所用的發(fā)光材料其發(fā)射團(tuán)均相同，但是不會(huì)有太高的亮度，由于基材是纖維或織物，其特性是柔軟且可彎曲。一般顯示器所用的ITO透明導(dǎo)電層則無(wú)法適用，需要其它高導(dǎo)電度的透明導(dǎo)電層,現(xiàn)在傾向使用導(dǎo)電性高分子，常用的有PANI（聚苯胺）或PEDOT 

15、(poly3,4ethylene-dioxythiophene）。 智能型感電變色織物的制造方法，一般常用涂布或是貼合。因其中的發(fā)射團(tuán)易受氧氣與水分解，因此需要穩(wěn)定發(fā)色團(tuán)或較好的封裝，常用微膠囊加工.智能型感電變色材料可直接使用在纖維或是先制成薄膜,再貼合于織物上. 智能型感電變色織物,預(yù)期在未來(lái)將大量的運(yùn)用在軍用的偽裝服上。未來(lái)在戰(zhàn)場(chǎng)上,士兵們可針對(duì)不同的環(huán)境自由地調(diào)整服裝的顏色,使敵人難以辨識(shí).其概念與變色龍偽裝類似，利用環(huán)境顏色監(jiān)控的偵測(cè)器結(jié)合電變色織物,隨著顏色偵測(cè)器所得之?dāng)?shù)據(jù)，透過(guò)纖維傳送視覺(jué)信息可立即改變衣服的顏色、光線和圖案,達(dá)到自動(dòng)控制的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)服裝顏色的

16、自動(dòng)變化。美國(guó)馬薩諸塞州的陸軍研究中心正在加速研發(fā)，預(yù)計(jì)在2010年能裝配于戰(zhàn)士的衣著上。 除了用于偽裝服之外，變色織物也可用于變化不同圖案的掛布或畫布上,如果亮度足夠亦可成為布型的顯示器.目前的課題為可繞式透明導(dǎo)電層的導(dǎo)電度不高和透明度不佳和發(fā)色團(tuán)的穩(wěn)定性不足等,如果這些問(wèn)題能一一克服，未來(lái)可預(yù)期智能型感電變色織物將帶來(lái)可觀的商機(jī)。3.電場(chǎng)引起的變色 電場(chǎng)變色產(chǎn)品早已散布在生活中，液晶顯示器就是該技術(shù)的著名應(yīng)用,透過(guò)電場(chǎng)控制液晶的轉(zhuǎn)向而進(jìn)行明暗度的調(diào)整,再加上彩色濾光片，會(huì)讓窗戶也會(huì)透進(jìn)不同的光線到室內(nèi)。 4。光致變色 光致變色在15年前就有眼鏡商推出

17、相類似產(chǎn)品，該種眼鏡在室內(nèi)低光時(shí)呈現(xiàn)透明無(wú)色，但在陽(yáng)光下呈現(xiàn)深色而近似太陽(yáng)眼鏡，優(yōu)點(diǎn)是不用施加任何能源,缺點(diǎn)是被動(dòng)變色，無(wú)法自由調(diào)控. 5。熱致變色 將透明塑料袋拉扯常會(huì)變成乳白色，這是因?yàn)榻?jīng)過(guò)拉扯后，高分子結(jié)晶度發(fā)生變化所致，而熱也會(huì)使很多高分子發(fā)生結(jié)晶度的變化而產(chǎn)生變色，但選用的高分子而好選用快速回復(fù)原來(lái)結(jié)晶度的種類。 6?？赡婊瘜W(xué)反應(yīng)變色 在化學(xué)中因可逆變化而產(chǎn)生顏色變化的標(biāo)準(zhǔn)范例就是二氧化氮和四氧化二氮，在密死循環(huán)境下可藉由溫度和體積變化而使壓力產(chǎn)生改變進(jìn)而影響二氧化氮和四氧化二氮的比例，其中二氧化氮為紅棕色氣體,而四氧化二氮為無(wú)色氣體，所以二氧

18、化氮和四氧化二氮的比值不同，外觀顏色也就不同，此一現(xiàn)象就可用來(lái)做為變色的機(jī)制，只是選用的氣體需為無(wú)毒性，才不影響使用的意愿。目前在紡織領(lǐng)域已有被動(dòng)式的變色纖維感光變色紗線,其利用太陽(yáng)光或UV光來(lái)變換顏色，感光紗線經(jīng)陽(yáng)光紫外線照射，吸收陽(yáng)光或紫外光線之能量而產(chǎn)生顏色變化，當(dāng)失去光源照射時(shí)，在數(shù)秒內(nèi)就會(huì)回復(fù)原來(lái)顏色，目前主要是應(yīng)用于防偽和舞會(huì)造型服裝上.三形狀記憶纖維材料.在一場(chǎng)名為可變形衣服的服裝秀上，出現(xiàn)了這樣的天橋景觀:模特身上的衣服面料或收縮或伸長(zhǎng)，由一種設(shè)計(jì)形式緩緩變?yōu)榱硪环N設(shè)計(jì)形式。英國(guó)天才設(shè)計(jì)師侯賽因·卡拉揚(yáng)（Hussein Chalayan）利用形狀記憶纖維打造

19、的時(shí)裝，實(shí)現(xiàn)了服裝的變形效果。侯賽因·卡拉揚(yáng)的“變形服裝”采用的是形狀記憶纖維.形狀記憶纖維原料中含有谷物淀粉制成物，織物具有舒適的手感,面料柔軟、光澤亮麗，可與絲綢媲美。并且，由于其純生物質(zhì)地,在吸排汗和抗紫外線功能、抗菌性、防霉性和護(hù)膚性方面，有出色表現(xiàn).這種材質(zhì)還可以完全生物降解，是一種完美的環(huán)保型、綠色纖維。然而,最獨(dú)特的還是它的記憶功能.通過(guò)提高纖維表面的摩擦力,經(jīng)過(guò)處理的形狀會(huì)一直保留，好似具有了“記憶"功能。形象點(diǎn)來(lái)說(shuō), 如果你用手揉搓這種面料，會(huì)留下褶皺，但撫平后褶皺會(huì)消失,恢復(fù)原狀。因此，記憶纖維能始終“記憶”設(shè)計(jì)師賦予它的初始形狀。定型后的纖維在較低溫度下，或者是外力強(qiáng)迫下,可以發(fā)生形變,但在對(duì)其加熱或水洗后即可回復(fù)原狀。侯賽因·卡拉揚(yáng)的這場(chǎng)可變形衣服時(shí)裝秀正是通過(guò)對(duì)溫度和濕度的控制來(lái)達(dá)到時(shí)裝變形的T臺(tái)效果。目前,關(guān)于這種形狀記憶纖維的探索已經(jīng)進(jìn)入到產(chǎn)品用途研究階段。網(wǎng)絡(luò)連接：英國(guó)某防護(hù)服裝研究機(jī)構(gòu),就利用記憶纖維研制出了一種用于防燙傷的服裝。首先，將記憶纖維加工成寶塔式螺旋彈簧狀，然后再進(jìn)一步加工成平面狀，固定在服裝面料內(nèi)。當(dāng)這種服裝表面接觸高溫時(shí),形狀記憶纖維的形變被