電子纖維及其應用

丁 帥，王德保,李娟娟

(1.山東省紡織科學研究院, 山東 青島 266032;2.山東省特種紡織品加工技術重點實驗室, 山東 青島 266032)

當前“可穿著電腦”這一概念逐步出現在服裝和時尚飾品中。現代科技已經能用織物纖維制造出整個電子回路，不僅可以傳送數據和能量，還可以通過傳感器制造象肌肉鍵盤之類的交互電子元件。所以我們又叫它電子纖維。隨著對服裝、織物的功能性需求不斷增加，電子纖維在智能服裝中的應用隨處可見，步數計、綁胸心跳帶和“頭上型”電腦等高科技智能織物都使用到了電子纖維[1]。

電子纖維分成兩大類，第一類纖維與傳統電子元件配合使用，例如導線、集成電路、LED和鑲嵌在服裝中的傳統電池。這類電子纖維是最常見的。第二類電子纖維是將晶體管、二極管和太陽能電池等現代電子元件直接織造到織物中，所以也叫纖維電子件。

電子纖維被應用到醫用織物，可以監測病人的體溫、心率和血壓。現在有一種有監視器功能的服裝，能準確監測出穿著者的各項物理指標和位置，并把數據傳輸到信息中心。例如，在衣服的腋窩位置安裝溫度傳感器，溫度讀數可以顯示在一塊帶在手腕上的數字屏幕上[2]。

當代科技已經研制出傳導纖維，并廣泛應用于裝飾性產品、聲控交流以及數據信號傳輸等方面。下面我們來詳細看一下它們的最佳用途。我們首先來看一下歐旦紗,也叫柯根紗，覆蓋于絲綢的表面，緯紗纏繞在細銅箔上，這種帶有金屬的織物就好像用膠布包裹的導線一樣，傳導性非常強。絲綢有很強的張力，因此這種傳導纖維可以承載與機器摩擦產生的高溫。紗線之間的空隙可以把織物分成一條一條的，每一條都是一根“電纜”。

1 金屬纖維制造過程

原材料使用一卷寬50 cm，厚度為0.001 cm鋁箔，兩面涂有熱塑粘合劑。鋁箔加熱至90～95℃后，將一片透明醋酸丁酸鹽纖維素膜在13790 kPa的壓力下壓塑到鋁箔兩面，壓榨好的鋁箔被切割成需要的尺寸。熱塑粘合劑的作用很重要，能直接影響鋁箔顏色。如果需要金屬鋁箔，就可以把金黃色的染料涂到熱塑粘合劑上。如果需要銀色的鋁箔就不需要處理，因為鋁箔本身就是銀色的。如果需要黃銅色、紅色和靛藍色，只需把相應的染料涂到鋁箔上即可。如果我們需要多種顏色混合在一起的鋁箔，就可以在將圖案事先印制在纖維素膜上，然后壓榨到鋁箔上[3]。

2 切割工藝

切割工藝主要包括兩種，粗切和精切。所喂入的聚酯薄膜需符合以下工藝參數：厚度為12～25 μm，長度為5000～10000 m，寬度為510～1000 mm。

2.1.1粗切

這種切割方法把大片的聚酯薄膜切成小片，每一小片的寬度為54 mm，兩邊各留2 mm作為富余，所以實際寬度為58 mm。操作過程中會用到不同尺寸的切割機，有0.2 mm、0.23 mm、0.25 mm、0.30 mm以及0.376 mm等。每一小片成卷狀，喂入精切環節。

2.1.2精切

在這個過程中小聚酯片將通過切割和卷繞被制成一束束細絲帶，切割小片和卷繞長絲同時進行。切割機有兩個平行的軸，每個軸上并排排列著許多刀片，并且一個軸上的刀片能恰好剛剛碰到另一個軸的刀片，絲帶的寬度決定切割機之間的距離，確定好距離后，用支持件將切割機固定好。卷繞過程中卷繞機由單獨的電機驅動，并且通過往復運動來卷繞平行的長絲。卷繞機的速度比切割機快2.5%～5%[4]。

金屬纖維的外表是平的，象緞帶一樣的長絲，一般寬約0.2～3.0 mm。它們表面光滑，可以染色。它的特點是傳導性強，質量輕，防靜電以及不易折斷。圖1 為金屬纖維示意圖。

圖1 金屬纖維

2.1.3生產

金屬纖維在提花織帶機中制作成金屬條，其中銀纖維的傳導性最好，銅纖維和金纖維次之。生產以前首先將纖維喂入捻線機，通常開始先喂入4根紗線，但由于紗線打結容易產生斷頭，我們選擇喂入6根紗線[5]。

金屬纖維還可以與棉纖維、羊毛纖維、尼龍纖維和合成纖維混合起來，制成新型服裝。金、銀和銅金屬纖維都是服裝設計師的最愛。金屬纖維可以使他們的服裝系列更加前衛，更具奢華。金屬纖維還可以制成手提包、腰帶等飾品，軍工服裝等其他產品。

在護理和保養方面，金屬織物可以用全氯乙烯干洗，也可以在冷水中用羊毛洗滌劑手洗，不能漂白。與其它合成織物一樣，金屬織物可以用低溫熨燙，不能用蒸汽熨燙。

3 應用

金屬纖維可以在織物中傳輸信號。金屬纖維在紡織領域應用非常廣，不僅限于裝飾性服裝和時尚飾品。在制作過程中若使用了正確的熱塑粘合劑和薄膜，金屬纖維就不會起靜電，不會被鹽水或者氯化的水腐蝕，不會受天氣情況影響，因此最適宜做防護服或者工作服。

金屬纖維特別適用于織造金銀錦緞之類的室內裝潢用織物，它們都是制作高級窗簾和沙發的上等材料。鋼纖維和其他纖維混合起來制作而成的防靜電地毯，在微機室等高靜電區域非常實用。基于相同的原理制作抗靜電防護服，對于保證高壓電工人的生命安全有重要作用。金屬纖維還可以制成防切割手套，在機械車間的應用也非常廣泛。

3.1 “發光”夾克

目前，在一些危險場所需要警示的地方或者表演舞臺上，經常會看到一種發光夾克，它的工作原理與金屬纖維密不可分。將金屬纖維用魔術貼固定在夾克上，然后把發光二極管(LED)通過縫在織物上的小鉤子固定在夾克上，一般情況下固定在兩個胳膊上。這樣，只需要一塊9V的干電池，通過夾克內金屬纖維傳輸信號，就可以讓夾克亮起來，成為發光夾克[6]。

3.2 “步話機”衣服

聲音傳輸系統也可以通過魔術貼固定在衣物表面，在合適的位置固定好發射器和接收器用來發射和接收信號，發射器和接收器距離越近，信號越強。用9V電池提供能量，衣物內金屬纖維充當“導線”，就可以把衣服當成一部步話機使用。

3.3 測量體溫的襯衫

首先通過襯衫上的溫度感應器測量出人體體溫，為使讀數準確，溫度感應器一般安裝在襯衫的腋窩位置。測得的溫度轉換成數字信號，通過金屬纖維回路傳送到LCD顯示器上，LCD顯示器一般固定在袖口或者衣服下擺等方便查看的位置，這樣穿衣者就可以隨時掌控自己的體溫了。

4 結論

金屬纖維電阻系數小，因此應用效果非常好。它不但具有金屬材料本身固有的一切優點,還具有非金屬纖維的一些特殊性能。由于金屬纖維表面積非常大,因此在磁性、熱阻、熔點和內部結構等方面有著超常的效果,具有良好的導熱性、導電性、柔韌性和耐腐蝕性，活躍在眾多學科領域。由于技術復雜，價格昂貴，相對于越來越成熟的天然纖維和人造纖維來說，金屬纖維還屬于起步階段，有非常廣闊的研究和發展空間，必將成為紡織行業的又一支生力軍。

參考文獻：

[1] 胡志波，武繼松，蔡少林.導電纖維及其抗靜電織物設計[J].陜西紡織,2011, (1):58—59.

[2] 庾莉萍.金屬纖維特性及其開發應用[J].青島大學學報(工程技術版),2008, 32(1):18—20.

[3] 楊曉，劉妍.金屬纖維混紡織物力學性能研究[J].印染,2011, 37(4):18—20.

[4] 金永良.金屬纖維的性能特點及產品開發[J].棉紡織技術,2003, 31(5):28—31.

[5] 王建忠，奚正平，湯慧萍,等.金屬纖維電磁屏蔽材料的研究進展[J].稀有金屬材料與工程,2011,40 (9):1688—1692.

[6] 石風俊，鄭德均.金屬纖維混紡屏蔽織物屏蔽功能[J].紡織科技進展,2006, (3):37—38.