智能服裝的發(fā)展

干林麗，嚴 濤，張尚勇

(武漢紡織大學，湖北 武漢 430200)

智能服裝的發(fā)展

干林麗，嚴 濤，張尚勇

(武漢紡織大學，湖北 武漢 430200)

介紹了現(xiàn)今智能服裝的原理及發(fā)展現(xiàn)狀，展望了其未來發(fā)展方向，同時也提出了一些新的想法。

智能服裝；原理；分類；展望

自遠古以來，服裝從紡紗，織造，染色，后整理等工序制成的遮羞御寒的最初成衣，再到近代風格迥異，各具特色的服飾，以致如今風靡世界的巴黎、米蘭流行時裝，服裝發(fā)展史亙古悠久。然而，縱使有如此長的發(fā)展期，跟電子計算機興起不過幾十年便覆蓋全球的速度相比，我們很明顯地感知到，服裝要想發(fā)生質(zhì)的飛躍，還有一個很大的臺階要跨越。

近些年，智能服裝的概念終于登上舞臺。這種能夠通過自身特質(zhì)對外界環(huán)境變化和刺激進行感知和反應，甚至自我調(diào)節(jié)的特殊紡織品即智能服裝。目前已有的如變色服裝、空調(diào)服裝、醫(yī)療監(jiān)控服裝、防水透濕服等，這些智能服裝都很好地解決了生活中一些不足之處。隨著智能服裝越來越受各國的重視，許多研究者及研究機構(gòu)將目光投向前景廣闊的智能服裝并積極研發(fā),目前主要研發(fā)國集中在美國、芬蘭、日本、瑞士、英國等國，他們對新型智能紡織品有強烈的需求，且周邊有先進的電子、通訊和計算機軟件技術(shù)支持。然而，智能服裝的開發(fā)在我國還處于概念階段,有待廣大科研機構(gòu)和有志之士不斷深入探索。

1 智能服裝制作原理分類

1.1 功能性纖維

開發(fā)的具有一定特殊功能的纖維，在光、電、濕、熱、機械等物理因素和化學物質(zhì)等因素的作用下，能通過顏色、電性能、溫度感應、振動、能量貯藏等變化對外界環(huán)境變化和刺激作出反應。目前功能纖維主要有光學纖維、導電纖維、形狀記憶纖維、變色纖維、調(diào)溫纖維等。

1.2 纖維與電子元件交織

將導電纖維[1]與普通纖維進行交織混紡，或通過織入或嵌入的方法使電子元件與織物相結(jié)合，制成智能服裝，實現(xiàn)視覺，聽覺，觸覺，感官上的不一樣的體驗。

1.3 微膠囊技術(shù)

將相變材料包覆在纖維中,用染整加工或涂層等方法加工到織物上，當外界環(huán)境變化時,纖維中相變材料發(fā)生固液可逆相變,或從環(huán)境中吸收熱量儲存于纖維內(nèi)部,或放出纖維中儲存的熱量,在纖維周圍形成溫度相對恒定的微觀氣候,從而實現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)功能。

1.4 涂層法

通過電化學聚合，填料，物化氣相沉積等方法成膜進行纖維表面涂層來達到變色調(diào)溫等目的。目前主要有光致變色涂層，熱致變色涂層，電致變色涂層，受壓變色涂層。

2 智能服裝功能分類

2.1 變色服

變色服裝或是由變色纖維制造,或是織物采用變色染料印染而成，它能及時地對外界環(huán)境的變化作出反應，讓穿著者及他人隨時掌握周圍細微的變化，并有意識地響應及調(diào)整。變色服裝最初受變色龍能在不同環(huán)境中改變膚色來自我保護的啟發(fā)，采用變色纖維制作偽裝服運用于軍事演練作戰(zhàn),它可隨地貌環(huán)境的改變而相應地改變顏色。目前，已經(jīng)有多家公司成功研制出變色服裝(圖1)。如英國人克里斯·埃貝耶[2]發(fā)明了一種采用純棉制作的適于嬰兒穿著的“智能變色服”(圖2)，一旦寶貝體溫異常，服裝就會發(fā)出警示——變色。當體溫超過37 ℃，服裝就會變?yōu)榘咨w溫越高，顏色會越淺。這無疑大大幫助了寶媽們早發(fā)現(xiàn)，早準備。此外，更有日本及歐美科學家突發(fā)奇想運用不同的變色原理發(fā)明出可以自動變色的圍巾。日本科學家[3]將能發(fā)出紅、綠、藍三種色光的二極管和控制二極管亮度的小型傳感器交織于圍巾紗線中，通過調(diào)節(jié)傳感器來調(diào)節(jié)圍巾色彩，歐美則利用FLORA可編程主板和傳感器達到了圍巾色彩隨意改變的效果；另有德國科學家利用纖維光變色技術(shù)，發(fā)明了電燈泡感應變色服。即由光變色樹脂整理后的面料經(jīng)過特殊電燈泡照射會產(chǎn)生不同顏色，幾個不同設置的燈泡同時照射，畫面將是一片色彩斑斕，這種效果應用在舞臺演出上，會別有一番美的感受。

2.2 空調(diào)服

空調(diào)服顧名思義就是衣服本身具備升降溫(圖3)的功能。夏季酷暑難當?shù)臅r候，冬季寒風刺骨的時候，一件空調(diào)服自動清熱降火，亦或升溫保暖，無疑會降低生病吃藥的概率，同時提高工作效率，減少不必要的精力金錢的浪費。目前比較簡便的空調(diào)服由風扇盒、風扇、導線、可調(diào)移動電源、充電器、線控調(diào)速器組成，工藝簡單。其原理是將小風扇安裝于風扇盒中，將外部空氣抽入服裝內(nèi)部再從頸部、雙袖口、前襟吹出，從而將產(chǎn)生的熱量帶出體外。值得注意的幾點是：布料一般選用比較密封的梭織布或過膠的風衣面料，防止漏風；前襟需裝拉鏈以封住衣服內(nèi)部，使之形成半封閉空間，調(diào)節(jié)拉鏈上下幅度即變換出風口大小；下擺以松緊帶的形式適時調(diào)節(jié)松緊度，既保證一個風口又不至下擺過緊；入風口通常開在衣服的腰部兩側(cè)，以不阻礙穿衣和勞動。目前空調(diào)服分為輕巧型、加厚型、牛仔性和防火型。除上述制作簡單的風扇型空調(diào)服(圖4)外，利用相變蓄熱技術(shù)與紡織品制造技術(shù)，歐美已制造出可吸收和釋放熱量的智能調(diào)溫空調(diào)服。Outlast纖維[4]是其代表性產(chǎn)品之一，其技術(shù)關(guān)鍵就是將包裹有PCM(聚乙二醇)的微膠囊置于纖維內(nèi)部，然后通過紡絲或后整理實現(xiàn)自動調(diào)溫，國內(nèi)的絲維爾智能調(diào)溫纖維和上海第三十六棉紡織針織服裝廠研制的調(diào)溫纖維已進入產(chǎn)業(yè)化階段；保定雄亞紡織集團與美國安伯士國際集團合作開發(fā)出“安伯士”牌太空相變調(diào)溫洛科絨2950型號[5]絨線,并生產(chǎn)了“冬暖夏涼”的相變調(diào)溫服裝。該調(diào)溫洛科絨由美國太空署所開發(fā)的用于太空宇航服的高科技太空相變調(diào)溫纖維與高級洛科絨合制而成。相變調(diào)溫[6]纖維是在纖維表面用高科技手段涂上一層含有相變材料的微膠囊,在正常體溫狀態(tài)下,該材料固態(tài)與液態(tài)共存。當溫度升高時,相變材料由固態(tài)變成液態(tài),吸收熱量；當溫度降低時,相變材料從液態(tài)變成固態(tài),放出熱量,從而是人體保持在適宜的溫度。

2.3 醫(yī)療監(jiān)控服

美國Sensatex公司[7]研制的一款可以監(jiān)視心率、體溫、呼吸以及熱量消耗的智能襯衫能在穿衣人心率不齊或呼吸困難時及時報警,從而降低休克或突發(fā)性死亡的概率。這種智能服裝由導電纖維和棉纖維交織而成,通過置于腰間的接收器存儲信息,然后顯示到電腦、手機、iPad或手腕監(jiān)視器上監(jiān)視穿衣人的生命體征。

Mimo智能嬰兒連體衣[8]如圖5所示。嬰兒非常脆弱，需要24 h不間斷呵護。而這件智能衣，將傳感器嵌入到衣服，隨時能監(jiān)測孩子的呼吸、濕度、皮膚溫度、身體姿勢和活動。內(nèi)置藍牙系統(tǒng)又可以讓家長通過手機查看這些數(shù)據(jù)，而且能夠跟蹤嬰兒的睡眠時間并預測出寶寶睡覺及醒來的時間，有了這個時間點，家長也能避免臨時手忙腳亂的情況了。

以色列健康創(chuàng)業(yè)公司Health Watch在美國遠程醫(yī)療協(xié)會(ATA)舉辦的技術(shù)大會上，展示了其最新開發(fā)的醫(yī)療可穿戴產(chǎn)品[9](圖6)——內(nèi)置心電圖傳感器的智能T恤衫，該產(chǎn)品據(jù)稱具備三至十五道心電圖機的功能。這種智能T恤衫內(nèi)置了一個電子部件，可存儲長達70 h的數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)以無線方式傳輸?shù)紸ndroid智能手機當中。用戶對其可機洗烘干，洗滌之前，將該電子部件取出，則T恤至少可以洗滌50次而不損壞，希望該項高科技服裝能夠盡快上市，這對心臟病患者將起到重要作用。

Athos智能運動衣[10]如圖7所示，內(nèi)置了多個傳感器和一個Athos Core小芯片，不僅可以檢測心率、呼吸頻率，而且內(nèi)置的EMG(肌電圖)傳感器，甚至可以檢測肌肉活動。通過內(nèi)置的藍牙，可以在手機上查看肌肉消耗程度，兩邊肌肉是否對稱和心率變化等。

2.4 防水透濕服

防水透濕織物是集防水、透濕、防風和保暖性能于一體的功能織物，即織物在一定的水壓下水滲透不過去，而人體的汗液又可以以水蒸氣的形式通過織物傳導至外界。常見加工方法有三種[11]：超高密結(jié)構(gòu)法、微孔技術(shù)法和致密親水膜技術(shù)法。帝斯曼[12]推出的一種極其柔韌的熱塑性彈性體arnitel vt，可被制成幾微米厚的薄膜，同時兼具良好的防水性、透氣性和舒適性。此外，該材料不含全氟化合物(pfc)，可實現(xiàn)100%回收。值得一提的是，arnitel vt薄膜在防水的同時允許濕氣從服裝內(nèi)部向外傳遞，保證了穿著者的舒適感和干爽感。同時，arnitel vt的透氣性原理與同類產(chǎn)品并不相同，它的透氣性不是依靠透氣孔洞實現(xiàn)的，也正因如此，arnitel vt能夠有效抵擋液體，并阻隔細菌和病毒,在外科手術(shù)衣中得到了廣泛應用。而其他同類產(chǎn)品由于需要透氣孔洞，所以在洗滌或與醇類、燃油等液體接觸時，防水性會大打折扣。不僅如此，透氣孔洞還會使薄膜強度降低，使其更易撕裂，或引發(fā)堵塞，降低透氣性。相較于以上方法生產(chǎn)的具備基本防水透濕功能的服裝外，智能防水透濕服顯得技高一籌。日本三菱重工生產(chǎn)的形狀記憶聚氨酯及其防水透濕織物Diaplex產(chǎn)品[13]，防水性能(抗水壓)達196.13～392.27 kPa，透濕量達0.8～1.2萬g/(m2·24 h),并且具有良好的抗冷凝性,不僅適應于一般條件下穿著,而且在特殊環(huán)境下其防水透濕保暖性能始終表現(xiàn)良好。日本帝人公司近期開發(fā)的具有經(jīng)濟、環(huán)保雙重價值的100%聚酯防水透濕織物Athtoma，利用100%的聚酯纖維通過涂層或疊壓薄膜(樹脂)(圖8)的生產(chǎn)方法,可以實現(xiàn)回收利用。更有戈爾公司與杜邦公司聯(lián)合,在Gore-Tex的Teflon膜上嵌入導電的納米粒子,開發(fā)新一代Gore-Tex抗靜電防水透濕工作服，這將引領(lǐng)防水透濕服裝在性能和用途上更上一層樓。

2.5 其他智能服裝

Leist smart[14](圖9)是全球首款綜合智能服裝，支持一鍵使用5大實用性功能：藍牙通話、無線拍攝、音樂播放、防盜防丟失、智能保暖恒溫。通過觀看其發(fā)布的概念視頻，其中的智能保暖恒溫功能讓人印象頗深，原來在寒冷的季節(jié)，我們并不需要裹上一層又一層厚重的衣服，只需這樣一件薄薄的帥氣的外套，從此告別臃腫，還你美麗和溫暖。該功能利用紅外線發(fā)熱原理，對人體有非常好的醫(yī)療效果，它能加快老化細胞脫落從而促進新陳代謝，改善血液循環(huán)，對類風濕、胃寒、腰肌勞損、女性痛經(jīng)有很好的保健治療功效。藍牙通話和音樂播放也都為使用者提供了諸多方便，出門再也不用大包小包的了。

3 問題及展望

未來智能服裝的發(fā)展將勢不可擋，但仍存在一些制約其發(fā)展速度的因素急需解決。(1)大眾對于智能服裝的概念還處于初級階段，尚未表現(xiàn)出迫切的需求，對市場的推動力不夠。(2)已發(fā)明出來的智能服裝技術(shù)尚不成熟，有新意但離上市還有一段距離。(3)國內(nèi)針對智能服裝進行深入研究的機構(gòu)不多，投資力度、關(guān)注程度等直接影響著研究進展。(4)智能服裝的發(fā)展離不開各行各業(yè)的支持，電子計算機，機械制造等，只有將其成熟的技術(shù)應用到其他領(lǐng)域，才會碰撞出新的契機。只有快速更新觀念，發(fā)現(xiàn)需求，加大研究力度，智能服裝才能更快邁上新臺階。

隨著電子業(yè)和計算機產(chǎn)業(yè)的興起，智能服裝將會越來越多的與高科技緊密聯(lián)系在一起。我們可以大膽預言，在不久的將來，數(shù)碼產(chǎn)品與服裝的結(jié)合將越來越緊密，未來的電子產(chǎn)品能完美而巧妙地寄存在服裝中，甚至于可以預想未來服裝就是一臺無限輕薄的計算機。我們可以通過它完成出門的各種需求，付款、娛樂、通訊、交通，只要你能想到，就可以做到。對此，本人提出一種想到的智能服裝，也許未來能得到實現(xiàn)。一種虛擬智能服裝，無需對服裝本身設計花紋圖案，只需在電腦上畫出設計圖，通過某種技術(shù)直接在服裝上成像，效果就如同服裝本身就是看到的那樣。這樣的智能服裝一旦設計出來，將省掉許多印染步驟，且會對服裝回收利用起到不可估量的作用。智能服裝是現(xiàn)代科技進步的體現(xiàn)，當今世界科學技術(shù)發(fā)展勢頭迅猛，知識經(jīng)濟撲面而來，高新技術(shù)和信息技術(shù)作為其支柱，將直接影響和決定21世紀的服裝發(fā)展方向。愿智能服裝技術(shù)早日突破技術(shù)瓶頸，面向社會，造福社會。

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Development of Smart Clothing

GAN Lin-li， YAN Tao， ZHANG Shang-yong

(Wuhan Textile University，Wuhan 430200，China)

The principles and current situation of smart clothing were introduced. The future development direction and some new ideas were proposed.

smart clothing; principle; classification; prospect

2016-03-09；

2016-03-26

干林麗(1992-)，女，在讀碩士研究生，研究方向：紡織工程，E-mail: 1247690340@qq.com。

TS941.7

A

1673-0356(2016)07-0005-05