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            2016年11月11日 星期五 09:15:33
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            【原創】電子智能紡織品的發展現狀及應用展望(二)——電子智能紡織品的實現方式

            發表時間:2021/8/13

            上期我們介紹了電子智能紡織品的工作原理及發展歷程,本期承接上期內容,重點對電子智能紡織品的實現方式進行介紹。


            導電材料


            要實現電子紡織品的制造,首先要構建能導電的材料,主要包括以下幾種應用方式。


            導電纖維及紗線

            導電纖維材料包括金屬(銀、銅、不銹鋼等)纖維、導電聚合物(聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙烯二氧噻吩等)纖維,以及本身具有導電性能的纖維材料(如碳纖維、碳納米管纖維、石墨烯纖維等)。此外,還可以通過在非導電纖維上鍍金屬(圖1)、涂覆導電聚合物和碳納米管等導電材料(圖2),或填充碳納米管、石墨烯、炭黑等導電材料制成導電纖維。這些導電纖維可單獨制成導電紗線和導電織物,也可與普通纖維和紗線混紡或交織(圖3)和交織制成導電紗線和導電織物。表1為幾種導電纖維和紗線制造方法的比較。


            圖 1  一種鍍銀芳綸的制備方法


            圖 2  一種碳納米管涂層導電纖維的制備方法


            圖 3  金屬混紡紗線及其混紡形式


            表 1 幾種常用的導電材料及其應用的比較


            印刷電子材料

            印刷電子技術是基于印刷原理的電子制造技術??蓪⒁恍щ娢镔|,如導電聚合物材料、石墨烯、銀等添加到印刷墨水中制成導電墨水,再將導電墨水印刷在織物上,使織物具有導電性。印刷電子產品具有大面積、柔性化、低成本等諸多特性和優勢,而且制造方法為低溫增材制造,具有綠色環保的特征。下圖為采用導電墨水在紡織材料上制成的導電線路。


            圖 4 采用導電墨水在紡織材料上制成的導電線路


            光纖

            光纖能傳導光信號,可通過傳感器感知光信號,并通過光纖進行傳導,然后通過微型光電轉換器將光信號轉換成電信號,從而進行智能控制。


            圖 5 光纖傳導原理圖


            智能服裝的發展要配合電子產品微型化技術的發展。沒有微型的電子產品、微處理器,智能服裝的發展將會受到很大限制。將電子功能產品嵌入服裝的要求包括:良好的拉伸性,重量輕,舒適度高,電導性好,具有良好的功能性、耐用性、耐磨性,且成本合理。


            電子智能紡織品的制造


            利用現有紡織品生產工藝制造電子紡織品

            可通過現有紡織生產工藝,如紡紗、機織、針織、編織、印染后處理等現有紡織品生產工藝,將導電纖維、導電材料以混紡、交織、涂覆/浸漬、印刷等方式施加在纖維、紗線、織物上,制成電子紡織品。此外,還可以在制衣生產工序中通過縫紉、刺繡等工序將導電紗線縫制或刺繡于服裝上,制成電子紡織品。


            圖 6  利用現有紡織工藝制造電子紡織品的工藝路徑


            嶄新電子紡織品加工工藝

            隨著電子紡織品的發展,嶄新的電子紡織品加工技術不斷涌現。如新的紡紗技術可將微芯片嵌入紗線結構中,制成智能紗線(圖7);將智能納米材料施加于織物表面,制成能夠識別周邊環境中有毒化學物質的智能織物傳感器(圖8);靜電紡絲是最靈活和最具成本效益的方法之一,它允許在高電壓的情況下形成直徑從幾納米到幾微米的連續導電纖維(圖9);利用等離子噴涂工藝,可以在紡織品上噴涂導電熔融粒子,制成導電織物(圖10);利用化學電鍍方法將金屬沉積在纖維或織物上,可制成導電纖維和織物(圖11);也可以做層壓處理形成層壓電子紡織材料(圖12)。


            圖 7 嵌入微芯片的智能紗線


            圖 8 負載智能納米材料的智能織物傳感器


            來源:紡織導報

            圖 9 靜電紡絲工藝


            來源:紡織導報

            圖10 等離子噴涂工藝


            圖11 在纖維上化學電鍍金屬示意圖


            圖12 電子紡織材料層壓新工藝示意圖


            (來源:紡織導報)