Klassifizierung und Anwendung von Smart Fabric Textiles

Kurze Einführung in Smart Fabric

Es ist am wahrscheinlichsten, dass Sie die Worte von Smart Fabric hören. Was genau ist Smart Fabric? Die kurze Antwort lautet: Sie umfasst die Herstellung hochwertiger und leistungsstarker Fasern, die intelligente Herstellung hochwertiger Textilien und die Modebranche, die von Bekleidungs- und Bekleidungsmarken vertreten wird. Die Produktanwendungen erstrecken sich auch vom Bereich Lebensbekleidung auf die Bereiche Medizin und Gesundheit, Ökologie und Umweltschutz sowie Militär und Luft- und Raumfahrt.

Viele Länder haben auch Entwicklungsstrategien im Textilbereich eingeführt, um die volkswirtschaftliche Entwicklung auf den Textilbereich zu konzentrieren. Zum Beispiel schlugen die Vereinigten Staaten den "Smart Textile Plan" vor und richteten das "Revolutionary Research Center für die Herstellung von Fasern und Stoffen" ein. Deutschland formulierte die nationale Strategie „Future Textile“ und die Bildung der „German Future Textile Alliance“. Das Schlüsselwort „Smart Textile“ in dem vom chinesischen Ministerium für Industrie und Informationstechnologie herausgegebenen Entwicklungsplan für die Textilindustrie ist ebenfalls mehrfach aufgetaucht und schlägt vor, die Integration von Elektronik, Informationstechnologie und Textiltechnologie zur Entwicklung intelligenter Textilprodukte zu stärken. Es ist ersichtlich, dass die Entwicklungsaussichten für intelligente Textilien unbegrenzt sind und intelligente Textilien in Zukunft die wichtigste Entwicklungsrichtung und ein wichtiger wirtschaftlicher Wachstumspunkt der Textil- und Bekleidungsindustrie sein werden.

Dieser Artikel beginnt mit den Grundkonzepten von Smart Fabric-Textilien, fasst die Haupttypen von Smart Fabric-Textilien und ihre Anwendungen zusammen, prognostiziert kurz den Entwicklungstrend von Smart Fabric-Textilien und soll Praktikern bei der Entwicklung und Herstellung von Smart Fabric nützliche Informationen liefern Textilien.

Grundlegende Definition von intelligenten Textilien

Intelligente Materialien

Das Konzept der „intelligenten Materialien“ wurde zuerst von Professor Toshiyoshi Takagi aus Japan vorgeschlagen. Er brachte dieses Konzept 1989 vor, indem er den Inhalt der Informationswissenschaft in die Struktur und Funktion von Materialien integrierte. Intelligentes Material bedeutet, dass das Material selbst externe Reize wahrnehmen und entsprechend den Änderungen der externen Bedingungen entsprechende Reaktionen vornehmen und entsprechende Aktionen ausführen kann. Im Allgemeinen sind intelligente Materialien neue Funktionsmaterialien mit sieben Funktionen: Erfassungsfunktion, Rückkopplungsfunktion, Informationserkennungs- und -akkumulationsfunktion, Antwortfunktion, Selbstdiagnosefähigkeit, Selbstreparaturfähigkeit und Anpassungsfähigkeit.

Intelligente Textilmaterialien

Intelligente Textilmaterialien bedeuten, dass die Materialien neben dem Erscheinungsbild und der Tragbarkeit gewöhnlicher Textilmaterialien auch Änderungen in der äußeren Umgebung erfassen und Feedback geben können, indem sie einen oder mehrere ihrer Leistungsparameter ändern, um auf die äußere Umgebung zu reagieren und passen sich an, um eine neue Art von Textilmaterial zu erreichen, das an die Umwelt angepasst ist.

Intelligentes Textil

Intelligente Textilien beziehen sich auf Textilien, die durch Spinnen, Weben und andere Verfahren unter Verwendung intelligenter Textilfasern als Rohstoffe erhalten werden, oder auf intelligente Textilien, die durch Kombination anderer intelligenter Materialien mit Textilien erhalten werden. Das intelligente Textil selbst ist ein System, das eine Erfassungseinheit, eine Rückkopplungseinheit und eine Antworteinheit (Ausführungseinheit) umfasst. Im Vergleich zu intelligenten Fasern ist es einfacher, den Zweck der „Intelligenz“ durch die Integration von Sensorelementen, Rückkopplungselementen und Antwortelementen zu erreichen.

Klassifizierung von Smart Fabric Textilien

Derzeit werden Smart Fabric-Textilien in passive (passive) Smart Fabric-Textilien, aktive (aktive) Smart Fabric-Textilien und fortschrittliche Smart Fabric-Textilien unterteilt.

Passive Smart Fabric Textilien

Passive Smart Fabric-Textilien können nur Veränderungen oder Reize in der äußeren Umgebung wahrnehmen, sich jedoch nicht an äußere Veränderungen anpassen. Sie sind die erste Generation intelligenter Textilien. B. Anti-Ultraviolett-Kleidung, antibakterielle Textilien, keramikbeschichtete Textilien und Lichtleiterstoffe sind passive Textilien für intelligente Stoffe. Tatsächlich bleiben passive Smart-Fabric-Textilien im engeren Sinne immer noch hinter dem Anwendungsbereich von Smart-Fabric-Textilien zurück und sollten genauer als funktionelle Textilien bezeichnet werden.

Aktive Smart Fabric Textilien

Aktive Smart Fabric-Textilien können nicht nur Veränderungen oder Reize in der Außenumgebung wahrnehmen, sondern auch entsprechend auf Veränderungen in der Außenwelt reagieren. Es ist die zweite Generation von intelligenten Textilien. Beispielsweise sind Formgedächtnis-Textilien, wasserdichte und feuchtigkeitsdurchlässige Textilien, Wärmespeicherkleidung mit Phasenwechsel und lichtthermochrome Textilien aktive Smart-Textilien.

Fortschrittliche intelligente Textilien

Fortschrittliche Smart-Fabric-Textilien, auch bekannt als Super-Smart-Fabric-Textilien und adaptive Smart-Fabric-Textilien, sind die dritte Generation von Smart-Fabric-Textilien, die Kommunikation, Sensorik, künstliche Intelligenz, Biologie und andere High-Tech-Disziplinen umfassen. Es kann Veränderungen oder Reize in der äußeren Umgebung wahrnehmen und entsprechend reagieren und sich durch Selbstregulierung an die äußere Umgebung anpassen. Derzeit stecken fortschrittliche Textilien für intelligente Stoffe noch in den Kinderschuhen und warten auf weitere Forschung.

Die Haupttypen von Smart Fabric Textilien und ihre Anwendungen

Intelligente farbwechselnde Stofftextilien

Definition und Klassifizierung von intelligenten farbwechselnden Textilien

Intelligente farbverändernde Stofftextilien beziehen sich auf Stofftextilien, deren Farbänderungen mit Veränderungen äußerer Reize (wie Licht, Elektrizität, Druck, Temperatur usw.). Zu dieser Art von intelligenten Stofftextilien gehören hauptsächlich photochrome Stofftextilien, thermochrome Stofftextilien, elektrochrome Stofftextilien, piezochrome Stofftextilien und nasschrome Stofftextilien.

Photochrome Gewebetextilien sind der Verfärbungseffekt der Umwandlung von Substanz A in ihre Isomersubstanz B unter Einwirkung verschiedener Lichtwellen. Die beiden Substanzen A und B haben unterschiedliche Absorptionsspektren und Energieniveaustrukturen. Entfernen Sie die Lichtquelle oder wechseln Sie zu einer anderen Lichtquelle. B wird in A konvertiert und die Farbe kehrt zur ursprünglichen Farbe zurück. Thermochrome Gewebetextilien sind aufgrund der Pigmentmolekülstruktur auf dem Gewebe mit der Temperatur veränderbar, was zu Farbveränderungen führt; Elektrochrome Textilien beziehen sich auf die optischen Eigenschaften von Materialien (Reflexionsrate, Absorptionsvermögen, Lichtdurchlässigkeit usw.), die unter Einwirkung eines externen elektrischen Feldes stabile und reversible Farbänderungen erzeugen. Druckempfindliche farbwechselnde Gewebetextilien erfassen die Farbänderung des unter Druck stehenden Teils des Gewebes durch eine Matrix, die durch das Verweben leitfähiger Fasern gebildet wird.

Anwendung intelligenter farbwechselnder Textilien

Intelligente Textilien für farbwechselnde Stoffe sind besser tragbar und können in der Zivil-, Militär- und Hochrisikobranche eingesetzt werden. Im militärischen Bereich kann es zur militärischen Tarnung verwendet werden, z. B. zur steuerbaren farbwechselnden Tarnkleidung. Im medizinischen Bereich kann es zur medizinischen Überwachung verwendet werden, z. B. für Babykleidung, um zu überwachen, ob das Baby durch Farbveränderungen der Kleidung Fieber hat. spezieller Arbeitsschutz, wie z. B. langfristige Exposition gegenüber Chemikalien In der Umgebung von Gefahren oder starker Strahlung ändert sich die Farbe der Kleidung; Das digitale Feld, wie beispielsweise elektrochrome Kleidung, kann die Funktion eines Fernsehbildschirms auf der Kleidung realisieren. das Modefeld wie photochrome Regenschirme, photochrome T-Shirts usw. Das photochrome T-Shirt ist in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1 Photochromes T-Shirt

Intelligentes Textil zur Temperaturregelung

Definition und Klassifizierung intelligenter Textilien zur Temperaturregelung

Intelligenter Temperaturregelung Stofftextilien können in drei Kategorien unterteilt werden: wärmeisolierende Stofftextilien, kühlende Stofftextilien und Stofftextilien mit automatischer Temperaturregelung entsprechend ihrer Reizreaktion auf die Außentemperatur.

Textilien aus Wärmedämmstoffen verwenden Wärmespeicherfasern aus dem Sonnenlicht oder Fasern aus dem fernen Infrarot, um eine Wärmedämmung zu erreichen. Die solarthermische Speicherfaser soll das sichtbare Licht und die nahen Infrarotstrahlen vom absorbierten Sonnenlicht in Form von Wärme auf den menschlichen Körper abstrahlen, um den Effekt der Wärmespeicherung zu erzielen. Die Ferninfrarotfaser wandelt die vom menschlichen Körper abgegebene Wärme in einen bestimmten Wellenlängenbereich von Ferninfrarotstrahlen um. Strahlen Sie erneut auf den menschlichen Körper aus, um den Wärmeverlust durch Beschleunigung der Durchblutung zu verringern und den Effekt der Wärmespeicherung zu erzielen. Daher ist die Wärmeschutzleistung von Ferninfrarotfasern besser.

Zu den Textilien für Kühlgewebe gehören hauptsächlich UV- und Hitzeschutzgewebe, Kühlgewebe und wärmeableitende Gewebe. Ultraviolett- und Hitzeschutzgewebe werden gleichmäßig mit feinem Keramikpulver gemischt, das ultraviolette Strahlen in einer Polymerlösung reflektieren und dann zu Fasern versponnen kann. Die Absorptionsrate von sichtbarem Licht und nahem Infrarot ist gering, wodurch sich der menschliche Körper kühl anfühlt. Die Temperatur in diesem Stoff ist 2 ～ 4 ℃ niedriger als bei herkömmlichem Baumwollstoff; kühles Gewebe fügt der Polyesterfaser Metalloxid hinzu, durch Metalloxid, um das durch ultraviolette Strahlen und Licht verursachte Ausbleichen der Kleidung zu schwächen, das Innere der Kleidung kühler zu machen, es kann 5 ～ 10 ℃ reduzieren; Das Wärmeableitungsgewebe wird mit einer Metallpulverbeschichtung in der Faser gemischt, so dass die vom menschlichen Körper abgegebene Wärme durch das Metallpulver mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie Fe, Cu, Al, Zn schnell an die Außenwelt abgegeben werden kann.

Automatische temperaturregulierende Textilien können die Temperatur in beide Richtungen einstellen. Im Allgemeinen handelt es sich um eine Kombination aus Phasenwechseltechnologie und Faserherstellungstechnologie. Es kann Wärmeenergie entsprechend dem Anstieg und Abfall der Umgebungstemperatur absorbieren und abgeben.

Anwendung intelligenter Textilien zur Temperaturregelung

Intelligente Textilien zur Temperaturregelung können für Zivilkleidung verwendet werden, z. B. für Kühlwesten, Sportbekleidung, Skianzüge usw. (siehe Abbildung 2). Berufskleidung wie Raumanzüge, Feueranzüge, Tauchanzüge usw.; Für medizinische Zwecke können Verbände mit konstanter Temperatur hergestellt werden, um Wunden zu schützen. Um zu verhindern, dass die lokale Temperatur zu hoch oder zu niedrig ist; Im Automobilbau kann es für Sitze und Dächer in Autos verwendet werden.

Abbildung 2 Kühlweste

Formgedächtnisgewebe Textilien

Definition und Klassifizierung von Formgedächtnisgewebe-Textilien

Formgedächtnis-Textilien beziehen sich auf Textilien, die die Form, Größe oder innere Struktur des Gewebes ändern können, nachdem sie äußeren Reizen (wie Temperatur, Feuchtigkeit, Licht, Magnetfeld, pH-Wert) ausgesetzt wurden, aber in den ursprünglichen Zustand zurückkehren können unter bestimmten Bedingungen. Einschließlich Textilien aus Formgedächtnislegierungsgewebe, Textilien aus Formgedächtnispolymergewebe und Textilien aus Formgedächtnishydrogelgewebe.

Textilien aus Formgedächtnislegierungen beziehen sich auf Metalllegierungen in Gewebetextilien, die nach thermischer Stimulation zwischen verschiedenen Kristallstrukturen umgewandelt werden können, was zu Stoffveränderungen führen kann, wie Gold-Cadmium-Legierungen, Nickel-Titan-Legierungen, Kupfer-Aluminium- Nickellegierungen und Aluminium-Zink-Legierungen. ;; Formgedächtnis-Polymergewebe-Textilien sind Polymere, die durch Implantieren einer beweglichen Matrix durch permanente physikalische oder chemische Vernetzungsverfahren gebildet werden, die Matrix kann mechanische Verformungsenergie speichern und die Verformung kann wiederhergestellt werden, nachdem das Gewebe von außen stimuliert wurde; Formgedächtnis-Hydrogel-Textilien erreichen ein Formgedächtnis durch Hydrogele, die in Wasser quellen können, aber in Wasser unlöslich sind.

Anwendung von Textilien aus Formgedächtnisstoffen

Textilien aus Formgedächtnisgeweben werden hauptsächlich in bügelfreien, schlagfesten und anderen Funktionsbereichen und ästhetischen Bereichen wie Verbrühschutzkleidung verwendet. Wenn die Kleidung hohen Temperaturen ausgesetzt wird, ändert sich die Faser von einer flachen Oberfläche in eine Pagodenform, um den Schutz des menschlichen Körpers zu erreichen. Formgedächtnishydrogele Textilien werden hauptsächlich in Uniformen für Seearbeiter verwendet; Überprüfen Sie Abbildung 3 auf Formgedächtniskleidung. Formgedächtnisfasern werden auch hauptsächlich in Kissen und Matratzenpolstern verwendet.

Figure 3 Formgedächtniskleidung

Wasserdichte und atmungsaktive Textilien

Definition und Klassifizierung von wasserdichten und atmungsaktiven Textilien

Wasserdicht und feuchtigkeitsdurchlässige Stofftextilien werden auch „atmungsaktive Stoffe“ genannt, was bedeutet, dass der Stoff unter einem bestimmten Wasserdruck nicht von Wasser benetzt wird und somit wasserabweisend ist. Gleichzeitig kann der vom menschlichen Körper abgegebene Schweiß in Form von Wasserdampf an den Stoff übertragen werden. Äußerlich ist es unangenehm, dass sich zwischen der menschlichen Körperoberfläche und dem Stoff kein Kondenswasser ansammelt. Es umfasst hauptsächlich 4 Arten wasserdichter und feuchtigkeitsdurchlässiger Stoffe mit hoher Dichte, mikroporöse Membranen, nicht poröse Membranen und intelligente Typen.

Das wasserdichte und feuchtigkeitsdurchlässige Gewebe mit hoher Dichte verwendet das Prinzip der Gasmoleküle, die von hoher zu niedriger Konzentration diffundieren. Wenn der menschliche Körper schwitzt, kann der Schweiß durch den Stoff nach außen diffundieren, und wenn der Stoff nass ist, können die Fasern seitlich anschwellen und die Lücken werden kleiner, um einen wasserdichten Effekt zu erzielen. Das wasserdichte und feuchtigkeitsdurchlässige Gewebe der mikroporösen Membran realisiert die Wasserdichtigkeit und Feuchtigkeitsdurchlässigkeit durch den Größenunterschied zwischen Regentropfen-Durchmesser und Wasserdampf-Molekulardurchmesser. nicht poröse Membran wasserdichtes und feuchtigkeitsdurchlässiges Gewebe verbessert die Oberfläche der Membran durch die hydrophilen Eigenschaften der Moleküle Spannung, um den wasserdichten Effekt zu erzielen; Intelligentes wasserdichtes und feuchtigkeitsdurchlässiges Gewebe bedeutet, dass das Gewebe die Feuchtigkeitsdurchlässigkeit automatisch an unterschiedliche Umwelteigenschaften anpassen kann. Beispielsweise hat der Stoff eine hohe Feuchtigkeitsdurchlässigkeit bei hoher Temperatur, um eine ausgezeichnete Wärmeableitung und einen hervorragenden Schweißeffekt zu erzielen, während der Stoff bei niedriger Temperatur eine niedrige Feuchtigkeitsdurchlässigkeit die Wärmeableitung verringern und die Erwärmung verbessern kann.

Anwendung von wasserdichten und atmungsaktiven Textilien

Wasserdichte und feuchtigkeitsdurchlässige Textilien aus Stoff können für Militärkleidung verwendet werden, z. B. für Pilotenuniformen, Marineanzüge usw.; spezielle Arbeitsuniformen wie Feuerwehruniformen, Polizeiuniformen, Operationsuniformen, polare Schutzkleidung usw.; kann auch für Skianzüge, Bergsteigeranzüge, Sportbekleidung usw. verwendet werden. Sportschuhe, Zelte usw.; Von Mitsubishi, Japan, entwickelte Tagebuch- und Azekura-Stoffe können als Sportbekleidung, Babywindeln usw. verwendet werden, mit denen die Feuchtigkeitsdurchlässigkeit des Stoffes über die Körpertemperatur gesteuert werden kann. Siehe Abbildung 4 für den wasserdichten und atmungsaktiven Stoff.

Abbildung 4 Wasserdichtes und atmungsaktives Gewebe

Elektronische Information Smart Textile

Definition und Klassifizierung von intelligenten Textilien für elektronische Informationen

Electronic Information Smart Textile ist eine Kombination aus flexiblen mikroelektronischen Komponenten und Gewebetextilien, sodass der Sensor Änderungen in der äußeren Umgebung wahrnehmen kann, der Informationsprozessor die Informationen verarbeitet, Beurteilungen vornimmt und Anweisungen erteilt und dann den Anfangszustand des Materials ändert durch den Fahrer, sich an die Außenwelt anzupassen Veränderungen in der Umwelt, um Selbstdiagnose, Selbstregulierung, Selbstreparatur und andere Funktionen zu erreichen. Die Haupttechnologien, die gemäß den verschiedenen Arten der Kombination von mikroelektronischen Komponenten und Gewebetextilien angewendet werden, sind modulare Technologie, eingebettete Technologie und faserbasierte Technologie.

Die modulare Technologie besteht darin, elektronische Komponenten direkt als Funktionsmodule auf Gewebetextilien zu integrieren, z. B. indem verschiedene Sensoren direkt zum Stoff hinzugefügt werden, um die Körpertemperatur, den Herzrhythmus und andere Daten des Menschen zu überwachen. Die eingebettete Technologie besteht darin, elektronische Komponenten direkt in Teile von Geweben zu integrieren, z. B. zum Verbinden von Leiterplatten über leitende Garne, flexible Sensoren auf Gewebebasis, integrierte Schaltkreise usw.; Bei der faserbasierten Technologie werden Fasern oder Gewebe verwendet, um elektronische Komponenten und Sensoren wie flexible Textildisplays, flexible druckempfindliche Materialien usw. direkt zu formen.

Anwendung elektronischer Informationen Smart Textile

Elektronische Informationen Smart Fabric-Textilien sind weit verbreitet und gehören zu den vielversprechendsten Smart Fabric-Textilien. Es kann in medizinischen und gesundheitlichen Aspekten verwendet werden, z. B. in medizinischen Hemden (siehe Abbildung 5). Es kann die Körpertemperatur, den Herzschlag, den Blutdruck und andere Daten des Trägers überwachen, um eine Fernüberwachung der Patienten im Krankenhaus zu realisieren. Wenn ein Notfall eintritt, kann das Krankenhaus ihn über das Positionierungssystem auf dem Hemd finden. Für Notfallpatienten gibt es intelligente Socken, intelligente Babyoveralls und andere ähnliche intelligente Kleidung, die für medizinische Zwecke verwendet werden. Für Sport und Fitness ist es für Benutzer bequem, ihre Trainingszeit, Intensität, Distanz, den Energieverbrauch und andere Trainingsparameter wie Herzfrequenz zu überprüfen. Der Überwachungs-BH ist in Abbildung 6 dargestellt. Colmar Smart Sportswear usw.; Wird in digitalen Multimedia-Produkten wie der in Abbildung 7 gezeigten Musikjacke verwendet. Sie kann nicht nur Musik abspielen, die vom Benutzer im Voraus gespeichert wurde, sondern auch Radioprogramme anhören. Die Musikwiedergabefunktion wird von einer kapazitiven Tastatursteuerung mit vollständiger Struktur bereitgestellt. Die Hauptenergiequelle ist Sonnenenergie, Windenergie usw.; für militärische Zwecke, wie zum Beispiel Kampfuniformen mit eingebetteten Ultra-Mikro-Sensoren, die die verwundeten und blutenden Teile von Soldaten identifizieren können. Die Uniformen dieses Teils können sich sofort ausdehnen und zusammenziehen, um Blutungen zu stoppen. Es gibt auch intelligente Fallschirme, die die Luft- und Bodenbedingungen erfassen und die Flugrichtung und -geschwindigkeit rechtzeitig ändern können.

Abbildung 5 medizinisches Hemd

Abbildung 6 BH zur Herzfrequenzüberwachung

Abbildung 7 Musikjacke

Der Entwicklungstrend intelligenter Textilien

Intelligente Textilien fördern nicht nur die Transformation und Aufwertung der Textilindustrie, sondern auch die Entwicklung disruptiver aufstrebender Industrien. In Zukunft ist der Entwicklungstrend für intelligente Textilien wie folgt.

Einzelne Produktfunktionen sind vielfältiger. Gegenwärtig sind die Funktionen der meisten Einzelstücke intelligenter Textilien relativ einfach, und die physiologische Überwachung, die Wasserdichtigkeit und Feuchtigkeitsdurchlässigkeit, die Temperaturkontrolle und andere Funktionen sollten auf ein Kleidungsstück konzentriert werden, um die Diversifizierung der Funktionen einzelner Produkte zu verbessern.

Die Aufnahmeleistung ist perfekter. Die Forschung zu intelligenten Textilien steckt noch in den Kinderschuhen, und die Forschungsrichtung konzentriert sich hauptsächlich auf die funktionalen Aspekte, während die Waschbarkeit, Faltbarkeit und der Tragekomfort von Kleidung noch kontinuierlich verbessert werden müssen.

Produkte sind sicherer und umweltfreundlicher. Insbesondere elektronische Textilien aus intelligenten Gewebestoffen müssen nicht nur die potenzielle Schädigung des menschlichen Körpers wie elektromagnetische Strahlung verringern, sondern auch die Energieeinsparung und den Umweltschutz im Produktionsprozess berücksichtigen.

Der Preis ist günstiger. Intelligente Textilien haben nur dann einen größeren Entwicklungsspielraum, wenn sie für die Menschen erschwinglich sind und von den Verbrauchern allgemein akzeptiert und verwendet werden.

Zusammenfassung

Textilien für intelligente Stoffe haben ein breites Anwendungsspektrum und werden erhebliche Auswirkungen auf Medizin und Gesundheit, Sport und Freizeit, Luft- und Raumfahrt, Militär und andere Aspekte haben. Während es die technologische Entwicklung von Textilien und Bekleidung, elektronischen Informationen, Materialien und anderen Bereichen fördert, verbessert es auch die Lebensqualität der Menschen erheblich. Die Lebensqualität bietet mehr Möglichkeiten für unser besseres Leben.