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    當紡織工藝“牽手”智能科技,會擦出怎樣的火花?
    時間:2024-04-01 09:47:08    來源:中國紡織報  作者:席萍

    當紡織工藝與智能科技跨界融合,會碰撞出怎樣的火花?


    智能紡織品正在成為紡織產業的一項重要創新。它們將傳感器、電子元件嵌入紡織品中,賦予了紡織品更多的功能。


    近年來,國內紡織行業相關高校團隊、國家先進功能纖維創新中心和行業企業在該領域加大跨學科跨領域的科技研發,形成了豐富的研發成果與產品。圍繞“智能運動”“智慧防護”“智慧醫療康養”方面需求的增長,產業用紡織品行業在該領域顯示出蓬勃活力。

    擔起醫療康養使命


    擔起醫療康養使命


    近幾年,以醫療康養、安全防護為代表的功能性醫用紡織品逐漸被應用到人們日常生活的各個方面。青島大學教授田明偉表示,智能紡織品應用于醫療康養,已成為產業用紡織品發展的一個重要方向。


    在久坐狀態下,人體臀部與椅面之間的壓力是形成褥瘡的主要原因。青島大學研發出一款坐起站立監測紡織品。該產品可實時監測人體臀部與椅面之間的壓力分布,通過可視化數據清晰顯示壓力分布情況,提醒使用者或護理人員及時調整坐姿,防止形成褥瘡。


    田明偉表示,青島大學健康與防護智能紡織品研究中心致力于健康與防護智能紡織品的前沿交叉學科研究,創新提出智能紡織新產品基礎研究與產業化開發方案,在智能紡織與健康監護裝備開發方面取得了顯著成果。


    田明偉團隊還研發出具有自主知識產權的握力評估手套、足底壓力分析儀、褥瘡監測床墊、十二導聯心電衣、主動發光示警服裝等產品,可用于無擾健康監測和智能居家健康評估預警與干預等領域。


    香港理工大學教授陶肖明團隊研發出織物智能交互系統、定制化醫用壓力襪及能夠評估壓力的智能仿生變形腿模型、智能運動恢復穿戴系統、肢體肌肉運動監測系統、帕金森輔助智能穿戴系統及安全環保型抗菌材料等多項智能紡織技術與創新產品。


    織物智能交互系統實現了對視覺、聽覺、觸覺等感知方式和織物結構的無縫集成,可用于健康和醫療領域、智能家居等用途。


    定制化醫用壓力襪及能夠評估壓力的智能仿生變形腿模型,基于三維人體掃描數據中提取的關鍵參數,應用自主設計的CAD/CIM(計算機輔助設計/計算機集成制造)技術,可使患者穿著更舒適,提高患者對穿著醫用壓力襪的依從性。


    智能運動恢復穿戴系統是便攜、智能、個性化的可穿戴系統,可于10秒內在5℃-40℃的溫度范圍內實現按需切換,且溫度分布均勻,可幫助運動員在比賽間隙快速恢復體力。


    肢體肌肉運動監測系統可以實時、連續地測量關節角度和骨骼肌厚度變化,再配合已建立的生物力學模型,可以估測運動員的骨骼肌在運動中的收縮力,應用于康復和運動訓練領域。


    帕金森輔助智能穿戴系統能實時準確地識別異常步態,并及時進行提示,有效提升帕金森癥患者的行動能力,改善患者生活質量。


    針對關節損傷患者對人體熱療的需求,蘇州大學紡織與服裝工程學院紡織行業智能紡織服裝柔性器件重點實驗室開發了兼具運動檢測和電-熱轉換的復合紗線,并通過織造工藝制備兼具運動檢測和電熱理療的智能護膝,以及基于智能服裝系統制備的能夠實時監測心跳、呼吸等生理信號的智能服裝以及智能顯示紡織品等。智能服裝系統通過在緊身運動服的肘部、腹部、腕部、胸部等處無痕植入具有微型化、多通道信號采集器的應變傳感纖維紗線,能夠對穿著者進行運動及生理信號的多相采集,并通過無線藍牙技術將數據發送到手機應用程序,實現心跳、呼吸、運動數據的實時處理、顯示與存儲。


    元罡(廣州)智能科技有限公司研發的“柔性感測儀”,采用世界前沿的柔性織物應變傳感器,運用人工智能算法和數據分析引擎,可實時和長期監測男性生理功能參數,實現遠程居家監測。醫生可根據分析監測數據制定個性化診療方案,是男性健康管理領域的一大創新突破。


    拓展應用領域


    在野外,集成了數千個發電織物單元的帳篷,可在戶外露營時直接為手機等電子設備充電。東華大學先進功能材料課題組致力于可穿戴領域的新材料、器件、服裝系統等的科學研究以及技術的產業化。該團隊最近研發出一種可持續的吸濕-蒸發發電技術和循環發電織物(Mac-fabric)。


    該項技術基于織物中的單向導濕和負電荷通道誘導的電荷分離,可以實現持續的恒壓發電。在40%的相對濕度和20℃溫度環境下,單片Mac-fabric織物可實現0.144瓦/平方米的高功率電流輸出。在實際應用中,可通過采集空氣中水分的能量,為手機等電子產品供能。Mac-fabric發電織物具有重量輕(300克/平方米)、柔軟等特性,未來可應用于戶外可穿戴或便攜式能源。


    在綠色能源與智能交互纖維織物和熱電紡織品、無線觸控織物等最新技術成果方面,東華大學教授張坤團隊通過能量轉換(熱電)和存儲(電化學)材料,以及纖維電子學的基礎研究和相關產業化技術,開發出熱電紡織品(TET)。


    TET熱電紡織品是由無機熱電塊體直接編織而成,織造面積可達1550平方厘米,具有耐用、可洗滌、貼合皮膚、可穿戴的特性。TET在34℃微風環境下,能使體表溫度迅速穩定在約11.8℃左右,冷卻能力達到553.7瓦/平方米;在25℃的溫差下產生6.13瓦/平方米的電流功率密度,可在穿戴場景中穩定為手機、平板電腦等電子設備供電。


    重慶大學教授范興團隊專注于柔性纖維光伏電池、儲能電池及傳感器等器件的開發,結合傳統編織工藝,將其與衣物纖維編織成柔性自供電集成電子織物。該團隊展示的自供電集成電子織物,可以做成窗簾、沙發套、床墊、挎包等,可將太陽能轉化為日常供電的來源,不僅美觀舒適,還可解決現存智慧家居對供電、環保的要求,并且可進一步應用到物聯網、大數據、遠程醫療、智慧城市、公共安全、老年康養等領域。


    在功能織物領域,如何將柔性電子材料、空氣過濾、保溫隔熱、油水分離和生物材料等功能性元素“編織”成“衣”,一直是產業用紡織品的攻關課題。


    國家先進功能纖維創新中心的碳納米管復合發熱技術、氣紡技術、復合材料網紗技術等最新研究成果解決了這一難題。


    碳納米管復合發熱技術以碳納米管為基本材料,將柔性導電薄膜在內共7層材料進行壓合,并加入溫控、線材等組件制成碳納米管復合柔性發熱模組,從而實現多檔調節及智能精準控溫,可廣泛應用于服飾、家紡,以及極寒環境特種加熱裝備、新能源汽車及其衍生用品加熱系統、戶外場館建設等領域。氣紡技術是一種新的納米纖維制備技術,通過這種技術制備的納米纖維膜與錦綸四面彈面料復合后的成品面料柔軟舒適,防水耐磨,透氣性能遠優于常規沖鋒衣面料,適用于輕運動、輕旅游等。與靜電紡絲相比,氣紡技術的生產效率可提高50倍以上,且透濕透氣指標優異,在功能性織物領域具有良好的應用前景。


    以新型碳納米管復合發熱技術和柔性拉伸傳感材料為基礎,魏橋紡織股份有限公司最新開發出“蔚藍”智能運動服裝系列產品。該系列產品一方面通過紡織柔性導電傳感技術,將人體運動狀態經應用程序上傳到云端進行專項分析,實現對運動過程的實時監控;另一方面,利用碳納米管柔性加熱片及彈性導線耐彎折、可水洗、升溫迅速等特點,可制成智能控溫助眠枕、智能加熱防護服、加熱理療腰帶及手套等功能性紡織品。


    深圳智裳科技有限公司通過將電子技術與紡織工藝相結合,為用戶提供穿戴的交互式體驗。公司研發的智能防護類加熱沖鋒衣、加熱鞋等創新產品,可滿足日常戶外穿著的舒適需求,不僅能與手機連接,還可水洗。加熱類產品年銷量超過10萬件。


    創新材料工藝空間


    高性能紡織新材料的應用,進一步推動產業用紡織品向個性化、多功能、高端化邁進。


    在烈日炎炎的夏季,一件功能性車衣能將車內溫度最多降低約30℃,這是華中科技大學研發的具有高效降溫技術的紡織品。


    華中科技大學教授陶光明團隊研發的無源降溫服飾采用先進零能耗高效降溫技術,可實現對人體或其他覆蓋物的高效物理降溫功能。該服飾手感柔軟、舒適親膚。夏季在戶外,相較于白色棉織物,可將人體體表的溫度降低近5℃。該團隊與合作單位已建成了光學超材料降溫纖維生產線,實現了年產千噸級的穩定生產。


    北京服裝學院發揮在服裝新材料和高性能服裝研發方面的獨特優勢,研發出可隨外界電流的改變而改變顏色與圖案的T恤衫。利用纖維織物導電傳感技術,北京服裝學院材料設計與工程學院劉繼廣智能纖維紡織品創新團隊研發的變色導電油墨和變色導電纖維,能織成點對點電阻達到103歐姆的高導電纖維織物,使紡織品具有敏感的導電傳感和光學變化機制。利用這種技術設計制備的傳感鞋墊、口罩、護腕、手套以及柔性觸控面料,在監測人體重心變化、肢體運動、呼吸等生理運動方面顯示出高度的靈敏性。


    復旦大學研發的萊特美發光纖維紗線,看似普通,卻能發出白、藍、綠、紅、粉、紫、橙多種顏色的光芒。這種纖維柔軟、質輕、直徑可控,具有發光、能量存儲、能量捕獲及傳感等功能,可像普通紗線一樣經過縫紉、編織、刺繡、針織等工藝加工成織物,適用于汽車內飾、智能穿戴、信息電子、智能家居、玩具飾品等諸多應用場景。


    青島大學研發的一款基于交流電致發光原理的智能發光纖維,拓展了發光纖維的應用方向。該纖維具備主動發光能力,可發出80坎德拉/平方米的光亮,適用于閱讀的環境亮度。同時,這款發光纖維解決了目前穿戴環境中存在的透氣、透濕、柔性加工等局限性,在先進示警服裝、地毯、墻布等柔性顯示領域具備廣闊的應用前景。


    傳統紡織產品從紡紗、織造、印染、后整理,到裁剪、縫合成衣,工藝流程長。武漢紡織大學研發的全成型針織產品,采用三維一次成型工藝織造技術生產,徹底改變了傳統工藝的復雜冗長難題,具有流程短、多樣化、結構穩定、透氣舒適等工藝優勢?;谶@種技術開發的全成型保暖服,具備單向導濕、保暖速干等功能,已在西藏、青海地區-20℃極寒環境下得到應用。


    南通大學以納米高阻隔層為內層結構,研制出主動抗菌、抗病毒防護服。這款帶有雙向調溫裝置的多功能防護服,采用多層復合結構防護面料,可有效調節衣內微環境,實現制冷19℃-26℃、制熱26℃-40℃可調,提升了穿著的舒適感。防護服抑菌率和抗病毒活性率可達99%,抗合成血液穿透性6級,透濕率≥8000克/平方米·天,并且可重復使用,洗消50次后抑菌率≥99%,抗病毒活性率≥91%。


    香港理工大學的孵化企業益曜科技有限公司,研制出一種基于聚羥基烷酸酯(PHAs)的安全環保型抗菌材料。該類材料可完全實現生物降解、無毒,對金黃葡萄球菌、大腸桿菌、白色念珠菌、耐藥細菌、新型冠狀病毒,以及H1N1和H3N2病毒的殺滅率超過99.99%,可用作醫療衛生用品、服裝及家用紡織品的整理劑。與目前商業化的抗菌劑相比,這種新型PHAs材料在生物安全性、生物可降解性、穩定性、低碳排放和成本效益方面都具有明顯優勢,可為人們帶來更綠色、健康和安全的生活。


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