現代仿生技術在紡織服裝領域的應用

曾靖涵 楊 亞

（常熟理工學院紡織服裝與設計學院，江蘇 常熟 215500）

紡織服裝的發展與自然息息相關，無論中西，都出現了服裝的仿生設計現象，如Dior的郁金香廓形，中國古代服飾的馬蹄袖、魚鱗百褶裙等。隨著科技的進步，服裝更加多樣化，應用于紡織服裝行業的仿生設計也逐漸地從“模仿”變成了“創造”，現代仿生技術的誕生推動著紡織服裝領域的技術進步。

1 仿生纖維

1.1 視覺表現——以外觀效果為主

因生物表面微型結構的特異性，影響了光的傳播路徑，使最后看到的光呈現特殊效果。多層扁平纖維的靈感來源于一種生活在熱帶雨林的“藍閃蝶”，因其翅膀散發出絢麗的藍色光澤而被命名。藍閃蝶的翅膀并無藍色色素，不屬于色素顯色，而是結構顯色。翅膀鱗片之間的狹縫構造，使光線不斷地進行反射、折射、干涉，并彼此疊加，因此增加了藍光振幅，顯現出了艷麗的藍色金屬光澤。根據這一特性，可將兩種熱收縮率不同的聚酯切片混合后熔融紡絲，經熱處理過程，使纖維束產生類似的狹縫結構，從而達到仿生效果。有些研究人員以變色龍的變色原理為靈感，制成變色纖維，通過添加光敏變色物質，與聚丙烯切片混合后，再熔融紡絲形成纖維，來實現視覺效果上的變化。一般這種視覺性的仿生纖維用于對色彩有特殊設計的服裝，例如：高級時裝、軍用服裝等。

1.2 功能表現——以實際作用效果為主

中空纖維是以動物血管的膜管狀形態為靈感，研究發現這種結構能儲存空氣和能量，有效減少熱損失。目前生產方法主要通過化學試劑法或物理成型法來形成孔洞結構，其所形成的纖維手感蓬松，且保暖性很好，因此一般用在床上用品、服裝填充上。

北極熊的毛發有很好的保暖性和疏水性。研究結果顯示，北極熊的每一根毛發都具有空腔結構，空氣被封存在了空腔內，減少了熱散失[1]。其毛發由長毛和絨毛組成，濃密的毛發間具有疏水性。根據北極熊毛發的特征，研發出了多孔纖維。蜘蛛絲經研究發現它的強度和鋼絲相近，且優于任何一種天然纖維；它彈性好，強度大的優點，可與Kevlar媲美。因蛋白質的本質特性，其可降解，對環境無害。盡管具有如此優異的特性，但由于受到蜘蛛生存習性的影響，導致蜘蛛絲生產進度緩慢，無法像蠶絲一樣進行商業化生產[2]，故科學家考慮使用人造方法大量生產這種纖維。目前已經揭示了蜘蛛絲的主要成分，破譯了其基因組結構，可實現通過DNA重組技術、轉基因技術以及化學合成的方法來制備人造蜘蛛絲。但因制備過程復雜，成本高，現仍存在著批量生產的問題。目前人造蜘蛛絲常用于國防、建筑、農業和生物醫學領域。

2 仿生織物

2.1 KEG保溫面料

動物皮毛具有很強的耐寒作用，這也吸引著科學家對其進行研究，研究發現，動物皮毛大多由近皮處的絨毛和外表的長毛組成，這樣的絨毛結構，使空氣靜止，減少了熱對流，從而達到保溫的效果。科學家們基于這種多層次皮毛結構原理，研制出了KEG保溫性能面料。KEG保溫面料由三層組成，絨粒層能將人體散發的熱能儲存于絨毛間的靜止空氣中；中間層為KEG彈性導濕抗風層，可保持人體體溫穩定；最外層則為裝飾層，可根據需求進行外觀設計[3]。該保溫材料因具有保暖、輕薄防靜電、抗菌等特性，可用于制作運動服、工作服、手術服等。

2.2 超疏水面料

“出淤泥而不染”，古人就已經發現荷的這一特性。現代科學研究表明，這是由于荷葉表面存在著大量的微型凹凸結構，這些凹凸結構上附著一種蠟狀物。在荷葉表面形成的水珠與凹結構之間形成空腔，封鎖了空氣，空腔中的空氣對水珠起到了支撐作用，超疏水材料即參考這種原理被研制出來。但大自然中的疏水現象還遠不止于荷花，比如蝴蝶翅膀的微納米鱗片結構，玫瑰花瓣表面的納米折疊結構，水黽的腿部結構等。

3 仿生染色

過去使用的染料多為自然染料或化學合成染料。天然色素色彩繽紛，但色牢度低，會褪色或掉色，時間長了可能會發生氧化導致變色。后來有了化工合成染料，但染色過程中產生的廢水會對環境造成危害，而且染料中含有致癌物。

仿生染色即模仿生物色素的組成成分、特征結構來進行染色。生物色素是隨自然演變進化而形成，不會對生態環境造成嚴重威脅。生物色的顯色原理分為化學顯色和物理顯色，物理顯色也稱結構顯色，如上文提到的“藍閃蝶”的顯色原理，就是一種光學原理；化學顯色是由生物體內含有的色素引起，根據生物色素提取來源可分為動物色素、植物色素與原生生物色素。例如，提取于原生生物界的巖藻黃素，和蛋白質結合呈紅色，和葉綠素結合呈褐色，當混合煮沸后，巖黃素和蛋白質分離，紅色逐漸消失，只剩下綠色[4]。

4 現代仿生技術存在的問題及未來展望

仿生技術面臨的根本問題是制備技術不完善。制備技術的不完善導致工廠制備困難，產量低、成本高，制備出的成品受用群體小，不符合市場需求。需要繼續探索符合大眾需求的仿生材料，并不斷完善制備技術，提高產量。產業鏈也要跟上技術發展，使紡織工廠更加科技化、現代化、綠色化。

紡織行業不僅解決穿衣問題，更是國民經濟發展的關鍵。根據紡織發展綱要的要求，需要加強關鍵技術突破，包括纖維新材料技術、紡織綠色技術、先進紡織制品技術以及紡織智能制造與裝備技術。仿生技術從自然中來，為紡織行業的“綠色”“科學”發展起到推進作用。仿生技術作為紡織服裝行業可持續發展的推動力，未來將會實現更多的技術突破，為人民帶來美好生活。

5 結合現代仿生技術的服裝創意設計

因工業發展，生態平衡被打破，人類也逐漸認知到了回歸自然的重要性，各大秀場刮起了生態風熱潮，仿生服裝設計成為流行趨勢。作者靈活運用抽象、具象、意向三種仿生設計方法，融入現代仿生技術，打造創意時裝。

春是生命的象征，是美的象征。以“春”為題，選擇“桃花”、“嫩芽”為元素，設計理想型服裝。桃花以粉紅色為主，故以不同深淺的粉色為主題色。以桃花盛開時的形狀為元素，重組打散，形成裙身。裙身采用仿生結構生色纖維制成的面料，在光照下色彩亮麗，很好地表達了桃花在陽光下的粉艷動人感。如圖1（a）所示。參照樹芽兒的生長形態，將具象元素樹葉、枝條進行抽象排列。嫩葉在不同光線下，會顯現出不同的色彩。以此為靈感，在仿綠葉的面料上噴涂光敏變色涂層，隨光線的不同，面料顏色由淺綠向深綠逐漸變化，打破了色彩的統一。裙擺與地面接觸，為避免裙擺染上污漬，可采用超疏水面料。如圖1（b）所示。

圖1 結合現代仿生技術的服裝仿生設計示例（作者設計）

6 總結

仿生技術歷史悠久，卻又總可以推陳出新，在現代生態環境下，國內對紡織行業的發展要求越來越高，仿生技術必然是保證未來可持續發展的關鍵技術之一。目前仿生技術仍面臨著很多技術問題和市場問題，需要繼續研究找到解決方案，也需要在市場中尋找平衡點。