智能性服装材料.docx

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智能性服装材料

服装材料学

研究课题：

智能性服装材料

研究小组：

第十三组

小组成员：

许潇鹤宋飞马倩吴英英李莹

智能性服装材料的定义：

服装的功能懂得身体语言，能感知外部刺激，或者说，服装功能根据人体与环境的变化而变化，适当处理且本身可执行的新型功能材料，亦即该智能性能材料对能量、信息具备储存、传递和转换的功能。

几种常见的智能性服装材料：

一、自动调温服装：

1.太阳能服装

灵感来源：

北极熊能够生活在寒冷的北极，经过对其毛的研究，发现北极熊毛的结构与光导纤维的结构极其相似。

原理：

熊毛的外端透明，犹如一根细小的石英纤维，接近皮肤的一端是不透明的神经髓鞘，表面粗糙坚硬，中间呈空心状，这种结构特别有利于光的传输，最大限度的把光能汇集到表皮上转化成热能，并通过皮下的血液将热能输送到全身。

研究成果：

通过对北极熊毛光热转化的探索，人们研究出了一种智能材料，以有吸光蓄热性能的碳化锆为原理，制成日光系纤维，并加工制成服装，穿着这种服装可将光能转化成热能，同时又能将人体的热辐射保存在衣服内。

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碳化锆：

暗灰色有金属光泽的立方晶体。

性脆。

熔点3540℃。

沸点5100℃。

表观密度g/cm3。

莫氏硬度8～9。

不溶于冷水和盐酸。

可溶于含有硝酸或双氧水的氢氟酸和热浓硫酸。

高温下与氯气反应生成四氯化锆。

700℃时，在空气中燃烧生成氧化锆。

不与水反应。

碳化锆是一种硬度大的高熔点材料和极好的高温耐火材料。

用做火箭发动机中固体推进剂的一种原料。

用于生产合金钢。

也是生产金属锆和四氯化锆原料，以及有前途的精细陶瓷材料。

主要用作磨料，还可用作硬质合金的原料。

英国的戴维等人就利用碳化锆这一原料制成了太阳能衣服。

如下图：

但是犹豫英国暂时没有对外公开碳化锆这一纤维的“制作秘方”，这就是我们现在在设计过程中所遇到的困难，于是我们找到了一种代替碳化锆这一纤维的设计方案。

就是利用众所周知的电池与热电阻连接，闭合开关，电能转化成热能，热电阻产生热能，提供给穿着者。

美国SilvrLining服装公司设计总监桑德拉·卡拉特，她曾提出一个大胆构想，运用可再生能源技术，把可供反复使用的天然材料变成布料，从而为现代服装业开辟出一个崭新的发展空间。

在加利福尼亚，卡拉特与一名电气工程师道格拉斯·霍姆斯达成合作意向，霍姆斯将在这里尽情施展科研才能，可谓强强联手。

不久后，他们推出GO系列太阳能服装，共有一件背心、两件外套和一条裤子。

这些服装都带有太阳能电池板，当使用者出外运动时，只要将智能手机、数码相机等电子设备放进口袋，并插入接口，就可以时刻保持电量充足。

2．冬暖夏凉的服装：

美国研究的自动调温布，是用聚乙烯乙二醇的化学制剂对普通棉布进行处理，处理后的布遇热膨胀时会吸收热量，从而使体感温度下降，遇冷收缩时又会放出热量，从而使服装暖和。

日本也制成与上述相似的衣料，在锦纶或聚酯纤维上包覆“天然状况记忆聚合物”，分为晶体与非晶体两部分。

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挪威一家公司宣布，他们正在研究将一种“智能材料”运用到服装中，让衣服也能像空调一样，“冬暖夏凉”。

据研究人员说，这种衣料可以通过化学作用，吸收人体剩余体温并在需要时再释放出来，达到“冬暖夏凉”的效果。

测试数据显示，相同情况下穿着新型救生衣比普通救生衣，测试者的体温要高出四度。

目前，这种材料还在试验阶段，将来有可能运用到户外装备或运动衣等功能性服装当中。

天津工业大学材料学院成功研发了这项技术。

张兴祥教授带领的课题组经过研究，选取了一种材料，专业名称叫做“相变材料”。

直白的讲：

所谓“相变材料”，就是材料本身能够吸收和释放热量，且在吸热和放热的过程中，材料本身还会“变身”。

“变身”的过程很有意思，材料原来是固态，当外界温度高于30℃时，材料就开始吸收外界的热量，从固态“变身”成液态，同时，热量就被材料吸收并“储存”起来了，这个时候衣服内的温度会降低，穿衣服的人也不会觉得热了。

而当冬季人们走到寒冷的室外，外界温度低于20℃时，材料则开始放热，材料本身又会从液态转变回固态，而那些释放出的热量则通过衣服本身传递给人的身体，穿着这样的衣服，自然会比穿着同样厚度的普通衣服感觉更温暖。

据科学测试表明，人体感觉最舒适的皮肤温度为℃。

如果身体任何部位的皮肤温度与最舒适皮肤温度之间的温度差在℃至℃这个范围内，人体就会感觉不冷不热，但如果这个温度差超过℃，人体将有或冷或热的感觉。

而用这种特殊材料制作的衣服，能够保证把这个温度差控制在-3℃左右，所以会让穿着的人感到非常舒适。

在上世纪九十年代初，张兴祥教授的课题组就开始研究如何既让衣服可变温，又不至于让材料变成液态后把衣服“弄湿”。

经过不懈努力，他们研发了一种叫做“微胶囊”的东西。

大家都见过胶囊，只不过张教授他们做的“胶囊”比平时吃的药物胶囊小多了，直径只有一微米。

胶囊的质地是一种树脂聚合物，很坚韧，无论是外界升温降温，还是受到一定程度的挤压都不会出现破裂，有了这层聚合物胶囊外衣的保护，就不用再担心相变材料变成液态后流出来了。

有了保护层，接下来要做的就是将成千上万个小小的“微胶囊”掺入普通服装纤维里，制成调温纤维，用这样的纤维织成面料，再经过裁剪做成衣服，就叫做调温服装了。

现在，研究成果已被中国航空工业第一集团航宇救生装备有限公司、总后勤部军需装备研究所等用于新型防寒保暖服装的研究开发。

储热调温纤维材料可用于高档服装的保温材料、床上用品和室内装饰用品、职业服装、鞋、帽、袜、手套等。

也可用于飞行服、宇航服、伞兵服、消防服、海员服、潜水服的保温层材料，以及战地医院和野战帐篷的隔热保温层等。

相变材料：

化学保暖和调温的服装材料：

除了上面我们所能看到的智能性变温的服装材料，还有一种化学方法保暖并调温的纺织品。

它附有一层不透水的薄膜，内装硫酸钠，硫酸钠受热后会液化储热，其储热能力比水强60倍，从而使体感温度下降；而遇热时硫酸钠会固化，同时将吸收的热量散发出来。

这种布用于服装和窗帘。

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硫酸钠，无机化合物，又名无水芒硝，白色、无臭、有苦味的结晶或粉末，有吸湿性。

外形为无色、透明、大的结晶或颗粒性小结晶。

主要用于制水玻璃、玻璃、瓷釉、纸浆、致冷混合剂、洗涤剂、干燥剂、染料稀释剂、分析化学试剂、医药品等。

缺点：

健康危害：

对眼睛和皮肤有刺激作用。

基本无毒。

　　环境危害：

对环境有危害，对大气可造成污染。

　　燃爆危险：

本品不燃，具刺激性。

4.牛奶蛋白调温纤维制成的“羊绒调温衫”。

“耐高温相变材料微胶囊、高储热量储热调温纤维及其制备技术”项目由天津工业大学、清华大学、山东海龙股份有限公司、北京雪莲羊绒股份有限公司等单位共同完成。

通过此项技术研制出的纤维织物，可以吸收、储存、重新分配和放出热量，在环境温度不同时还可自动调节，使衣服内温度处于较舒适的范围。

“羊绒、羊毛遇水会发热，这是常识。

但是这种吸湿放热是一次性的，不能反复进行。

所以羊绒、羊毛都有很好的保温功能，但是没有调节温度的功能。

”此技术是在牛奶蛋白喷丝液中加入相变材料，制成牛奶蛋白调温纤维，然后用这种纤维与羊绒进行混纺，做成“羊绒调温衫”。

虽然最初的目的是让羊绒产品具有调温功能，最终牛奶蛋白纤维可以和许多纤维进行混纺，包括以40%的比例与羊毛、驼绒、棉等纤维混纺，都能够得到手感好又有调温功能的面料。

即使产品经高温染色和汽蒸、高压定型整理和皂洗工艺后，在功能上也不会有太大改变。

这也为下游客户，研制和开发高档新型功能性面料，提供了充分条件。

5．蓄热调温功能新材料

石狮市2009年重大项目竹纤维鞋用功能抗菌除臭复合材料研究取得实质性突破，预计研发成果不久后将问世，该材料将具有蓄热调温功能。

这将是继“超薄高密面料”、“改性纤维面料”以及“竹炭纤维面料”等植物面料研发并投产以来的又一重大成果。

　　据悉，蓄热调温功能的智能纺织品含有相变材料，能根据外界环境温度调节衣服内温度。

当外界环境温度降低时，相变材料放出热量，从液态变为固态，减少了人体向周围放出的热量，以保持人体正常体温，为人体提供舒适的“衣内微气候”环境，使人体始终处于舒适的状态。

此面料可广泛应用于床上用品、鞋类产品、内衣服装和外套服装等，具有广阔的发展前景。

二．变色服装材料。

自然界中变色龙会随着周遭的环境而改变身体的颜色，生活中行动电话也会因光与角度的关系而有不同外观颜色，包括人在忿怒和紧张时，也会在脸上有不同程度的潮红现象，而上述现象都属被动式变色机制。

由蜜拉乔娃维基主演的科幻动作片「紫光任务」，近来正在台湾上映中，片中除了主角酷炫的动作外，最令人惊奇的在于其超现实的服装，可以随时的变化颜色。

而现实中「智能型感电变色织物」也正在进行研发中。

根据纺织所ITIS计划研究显示，目前日常生活中，最常使用的变色组件基材为玻璃，这应和玻璃已被大家广泛使用于人类的生活以及导电玻璃已是成熟的产品有关。

目前常用的变色机制约有下列几种:

1.液晶变色服装材料。

原理：

利用微胶囊技术，涂层技术和液晶材料制造变色服装材料。

具体是在衣料内附着一些直径为左右的微胶囊，内储因温度或光线而变色的液晶材料和染料。

无数微胶囊分散于液态树脂黏合剂或印染浆中，可用常规的方法将它们涂敷于纤维或者织物上。

当环境的温度或光线变化时便会出现变色现象。

2.电致变色 （Electrochromic） 　　

在学术领域电致变色最为熟知的化合物为聚苯胺导电高分子，2000年诺贝尔化学奖得主白川英树就是以此获奖。

聚苯胺在不同电压下可显示透明、黄、绿、蓝和黑等颜色。

根据纺织所ITIS计划研究显示，当前最新开发的智能型变色织物是「智能型感电变色织物」，其主靠是藉由电场或电流的刺激，使得衣服的颜色可以随心所欲的变化。

电变色原理与LED（发光二极管）相同，透过电子与电洞的结合，过多的能量会以光的形式释出，达到发光的效果，此属于冷性发光。

其组件构造是由基材、导电层、发光层及透明导电层所组合而成。

所用的发光材料其发射团均相同，但是不会有太高的亮度，由于基材是纤维或织物，其特性是柔软且可弯曲。

一般显示器所用的ITO透明导电层则无法适用，需要其它高导电度的透明导电层，现在倾向使用导电性高分子，常用的有PANI（聚苯胺）或PEDOT （poly-3,4-ethylene-dioxythiophene）。

　智能型感电变色织物的制造方法，一般常用涂布或是贴合。

因其中的发射团易受氧气与水分解，因此需要稳定发色团或较好的封装，常用微胶囊加工。

「智能型感电变色材料」可直接使用在纤维或是先制成薄膜，再贴合于织物上。

　智能型感电变色织物，预期在未来将大量的运用在军用的伪装服上。

未来在战场上，士兵们可针对不同的环境自由地调整服装的颜色，使敌人难以辨识。

其概念与变色龙伪装类似，利用环境颜色监控的侦测器结合电变色织物，随着颜色侦测器所得之数据，透过纤维传送视觉信息可立即改变衣服的颜色、光线和图案，达到自动控制的目标，实现服装颜色的自动变化。

美国马萨诸塞州的「陆军研究中心」正在加速研发，预计在2010年能装配于战士的衣着上。

 　　除了用于伪装服之外，变色织物也可用于变化不同图案的挂布或画布上，如果亮度足够亦可成为布型的显示器。

目前的课题为可绕式透明导电层的导电度不高和透明度不佳和发色团的稳定性不足等，如果这些问题能一一克服，未来可预期智能型感电变色织物将带来可观的商机。

3.电场引起的变色

 　电场变色产品早已散布在生活中，液晶显示器就是该技术的著名应用，透过电场控制液晶的转向而进行明暗度的调整，再加上彩色滤光片，会让窗户也会透进不同的光线到室内。

4.光致变色 　　

光致变色在15年前就有眼镜商推出相类似产品，该种眼镜在室内低光时呈现透明无色，但在阳光下呈现深色而近似太阳眼镜，优点是不用施加任何能源，缺点是被动变色，无法自由调控。

5.热致变色 

将透明塑料袋拉扯常会变成乳白色，这是因为经过拉扯后，高分子结晶度发生变