Clasificación y aplicación de textiles de tejido inteligente

Breve introducción de Smart Fabric

Es más probable que escuche las palabras de tejido inteligente, ¿qué es exactamente tejido inteligente? La respuesta corta es: cubre la fabricación de fibras de alta calidad y alto rendimiento, la fabricación inteligente de textiles de alta gama y la industria de la moda representada por prendas de vestir y marcas de indumentaria. Las aplicaciones del producto también se extienden desde el campo de la ropa de vida hasta los campos médico y de la salud, ecología y protección del medio ambiente, militar y aeroespacial.

Muchos países también han introducido estrategias de desarrollo en el campo textil, reorientando el desarrollo económico nacional en el campo textil. Por ejemplo, Estados Unidos propuso el "Plan Textil Inteligente" y estableció el "Centro de Investigación de Fabricación Revolucionaria de Fibras y Telas"; Alemania formuló la estrategia nacional "Future Textile" y la formación de la "German Future Textile Alliance". La palabra clave "textil inteligente" en el plan de desarrollo de la industria textil emitida por el Ministerio de Industria y Tecnología de la Información de China también ha aparecido muchas veces, proponiendo fortalecer la integración de la tecnología electrónica, la tecnología de la información y la tecnología textil para desarrollar productos textiles inteligentes. Se puede ver que las perspectivas de desarrollo de los textiles de tela inteligente son ilimitadas, y los textiles de tela inteligente se convertirán en la dirección de desarrollo clave y el importante punto de crecimiento económico de la industria textil y de la confección en el futuro.

Este artículo comienza con los conceptos básicos de las telas textiles inteligentes, resume los principales tipos de telas textiles inteligentes y sus aplicaciones, predice brevemente la tendencia de desarrollo de las telas textiles inteligentes y tiene como objetivo proporcionar información útil para los profesionales en el desarrollo y fabricación de telas inteligentes. textiles.

Definición básica de textiles textiles inteligentes

Materiales inteligentes

El concepto de “materiales inteligentes” fue propuesto por primera vez por el profesor Toshiyoshi Takagi de Japón. Presentó este concepto en 1989 al integrar el contenido de la ciencia de la información con la estructura y función de los materiales. Material inteligente significa que el propio material puede percibir los estímulos externos y, de acuerdo con los cambios de las condiciones externas, dar las respuestas correspondientes y realizar las acciones correspondientes. En términos generales, los materiales inteligentes son nuevos materiales funcionales con siete funciones: función de detección, función de retroalimentación, función de reconocimiento y acumulación de información, función de respuesta, capacidad de autodiagnóstico, capacidad de autorreparación y capacidad de adaptación.

Materiales textiles inteligentes

Los materiales textiles inteligentes significan que, además del estilo de apariencia y la capacidad de uso de los materiales textiles comunes, los materiales también pueden detectar cambios en el entorno externo y hacer comentarios al cambiar uno o más de sus parámetros de rendimiento, para responder al entorno externo. y se ajustan para conseguir un nuevo tipo de material textil adaptado al entorno.

Textil inteligente

Los textiles de tejido inteligente se refieren a los tejidos obtenidos mediante hilado, tejido y otros procesos que utilizan fibras textiles inteligentes como materia prima, o tejidos de tejido inteligente obtenidos mediante la combinación de otros materiales inteligentes con tejidos de tejido. El tejido inteligente en sí es un sistema que incluye una unidad sensora, una unidad de retroalimentación y una unidad de respuesta (ejecución). En comparación con las fibras inteligentes, es más fácil lograr el propósito de "inteligencia" integrando elementos de detección, elementos de retroalimentación y elementos de respuesta.

Clasificación de tejidos inteligentes

En la actualidad, los tejidos inteligentes se dividen en tejidos inteligentes pasivos (pasivos), tejidos inteligentes activos (activos) y tejidos inteligentes avanzados.

Tejidos textiles pasivos inteligentes

Los tejidos pasivos inteligentes solo pueden percibir cambios o estímulos en el entorno externo, pero no pueden ajustarse a sí mismos de acuerdo con los cambios externos. Son la primera generación de tejidos inteligentes. Como la ropa anti-ultravioleta, los textiles de tela antibacteriana, los textiles de tela recubiertos de cerámica y las telas de guía de luz son todos textiles pasivos inteligentes. De hecho, los textiles de tela inteligente pasivos aún no alcanzan el alcance de los textiles de tela inteligente en el sentido estricto, y deberían llamarse con mayor precisión textiles de tela funcionales.

Tejidos textiles activos inteligentes

Los textiles de tela inteligentes activos no solo pueden percibir cambios o estímulos en el entorno externo, sino que también responden en consecuencia a los cambios en el mundo exterior. Es la segunda generación de tejidos inteligentes. Por ejemplo, los textiles de tela con memoria de forma, los textiles de tela impermeables y permeables a la humedad, la ropa de almacenamiento de calor de cambio de fase y los textiles de tela termocrómicos ligeros son todos textiles de tela inteligentes activos.

Tejidos textiles inteligentes avanzados

Los textiles de tela inteligentes avanzados, también conocidos como textiles de tela súper inteligentes y textiles de tela inteligente adaptables, son la tercera generación de textiles de tela inteligente, que involucran comunicación, detección, inteligencia artificial, biología y otras disciplinas de alta tecnología. Puede percibir cambios o estímulos en el entorno externo, y responder en consecuencia, adaptándose al entorno externo mediante la autorregulación. En la actualidad, los textiles de tejidos inteligentes avanzados todavía están en su infancia y esperan más investigaciones.

Los principales tipos de tejidos inteligentes y sus aplicaciones.

Tejidos textiles inteligentes que cambian de color

Definición y clasificación de tejidos inteligentes que cambian de color

Los textiles de tela que cambian de color inteligentes se refieren a textiles de tela cuyo cambios de color con cambios en los estímulos externos (como la luz, la electricidad, la presión, la temperatura, etc.). Este tipo de textiles de tela inteligente incluye principalmente textiles de tela fotocromática, textiles de tela termocrómica, textiles de tela electrocrómica, textiles de tela piezocrómica y textiles de tela crómica húmeda.

Los tejidos fotocromáticos son el efecto de decoloración de la transformación de la sustancia A en su isómero B bajo la acción de diferentes ondas de luz. Las dos sustancias A y B tienen diferentes espectros de absorción y estructuras de niveles de energía. Quite la fuente de luz o cambie a otra fuente de luz, B se convierte en A y el color vuelve al color original; Los textiles termocrómicos se deben a que la estructura molecular del pigmento en la tela puede cambiar con la temperatura, lo que provoca cambios de color; Los textiles de tejido electrocrómico se refieren a las propiedades ópticas de los materiales (índice de reflexión, absortividad, transmitancia de luz, etc.) que producen cambios de color estables y reversibles bajo la acción de un campo eléctrico externo; Los tejidos de tela que cambian de color sensibles a la presión detectan el cambio de color de la parte presurizada de la tela a través de una matriz formada por el entretejido de fibras conductoras.

Aplicación de tejidos textiles inteligentes que cambian de color

Los textiles de tela inteligentes que cambian de color tienen una mejor capacidad de uso y se pueden usar en industrias civiles, militares y de alto riesgo. En el campo militar, se puede utilizar para camuflaje militar, como ropa de camuflaje que cambia de color controlable; en el campo médico, se puede usar para monitoreo médico, como ropa de bebé, para controlar si el bebé tiene fiebre a través de cambios de color de la ropa; protección especial de seguridad ocupacional, como exposición prolongada a productos químicos En el entorno de peligros o radiación fuerte, el color de la ropa cambiará; el campo digital, como la ropa electrocrómica, puede realizar la función de una pantalla de televisión en la ropa; el campo de la moda, como los paraguas fotocromáticos, camisetas fotocromáticas, etc. La camiseta fotocromática se muestra en la Figura 1.

Figura 1 Camiseta fotocromática

Textil de control de temperatura inteligente

Definición y clasificación de tejidos textiles de control de temperatura inteligente

De Operación control de temperatura Los textiles de tela se pueden dividir en tres categorías: textiles de tela con aislamiento térmico, textiles de tela refrescante y textiles de tela con control automático de temperatura según su respuesta al estímulo de la temperatura externa.

Los tejidos de tejido de aislamiento térmico utilizan fibras de almacenamiento térmico de la luz solar o fibras de infrarrojo lejano para lograr el aislamiento térmico. La fibra de almacenamiento térmico solar debe irradiar la luz visible y los rayos infrarrojos cercanos de la luz solar absorbida al cuerpo humano en forma de calor para lograr el efecto de conservación del calor; la fibra de infrarrojo lejano convierte el calor emitido por el cuerpo humano en un cierto rango de longitud de onda de rayos infrarrojos lejanos. Vuelva a irradiar al cuerpo humano para reducir la pérdida de calor al acelerar la circulación sanguínea y lograr el efecto de conservación del calor. Por lo tanto, el rendimiento de conservación del calor de la fibra de infrarrojo lejano es mejor.

Los textiles de tela de enfriamiento incluyen principalmente telas de protección contra el calor y los rayos ultravioleta, telas frías y telas disipadoras de calor. Las telas protectoras contra el calor y los rayos ultravioleta se mezclan uniformemente con un polvo cerámico fino que puede reflejar los rayos ultravioleta en una solución de polímero y luego se hilan en fibras. Su tasa de absorción de luz visible e infrarroja cercana es baja, lo que hace que el cuerpo humano se sienta fresco. La temperatura en esta tela 2 ～ 4 ℃ más baja que la tela de algodón convencional; la tela fresca agrega óxido de metal a la fibra de poliéster, a través del óxido de metal para debilitar la decoloración de la ropa causada por los rayos ultravioleta y la luz, hacer que el interior de la ropa sea más fresco, puede reducir 5 ～ 10 ℃; La tela de disipación de calor se mezcla con un recubrimiento de polvo metálico en la fibra, de modo que el calor emitido por el cuerpo humano se puede disipar rápidamente al mundo exterior a través del polvo metálico con alta conductividad térmica como Fe, Cu, Al, Zn.

Los tejidos textiles con regulación automática de la temperatura pueden ajustar la temperatura en ambas direcciones. Generalmente, es una combinación de tecnología de cambio de fase y tecnología de fabricación de fibra. Puede absorber y liberar energía térmica de acuerdo con el aumento y la disminución de la temperatura ambiente.

Aplicación de tejidos textiles de control de temperatura inteligente

Los textiles de tela de control de temperatura inteligente se pueden usar para ropa civil, como chalecos de enfriamiento, ropa deportiva, trajes de esquí, etc., como se muestra en la Figura 2; ropa profesional, como trajes espaciales, trajes contra incendios, trajes de buceo, etc .; para fines médicos, se pueden hacer vendajes a temperatura constante para proteger las heridas. Para evitar que la temperatura local sea demasiado alta o demasiado baja; En la fabricación de automóviles, se puede utilizar para asientos y techos dentro de automóviles.

Figura 2 Chaleco refrigerante

Tejidos con memoria de forma

Definición y clasificación de tejidos con memoria de forma

Los tejidos con memoria de forma se refieren a tejidos que pueden cambiar la forma, el tamaño o la estructura interna del tejido después de ser sometidos a estímulos externos (como temperatura, humedad, luz, campo magnético, valor de pH), pero que pueden volver al estado original. bajo condiciones específicas. Incluyendo tejidos de aleación con memoria de forma, tejidos de polímero con memoria de forma y tejidos de hidrogel con memoria de forma.

Los tejidos textiles de aleación con memoria de forma se refieren a las aleaciones metálicas en tejidos textiles que pueden transformarse entre una variedad de estructuras cristalinas diferentes después de la estimulación térmica, lo que puede causar cambios en el tejido, como aleaciones de oro-cadmio, aleaciones de níquel-titanio, cobre-aluminio. aleaciones de níquel y aleaciones de aluminio-zinc. ; Los textiles de tela de polímero con memoria de forma son polímeros formados mediante la implantación de una matriz móvil mediante métodos de reticulación física o química permanente, la matriz puede almacenar energía de deformación mecánica y la deformación se puede restaurar después de que la tela es estimulada por el exterior; Los tejidos de tela de hidrogel con memoria de forma logran la memoria de forma a través de hidrogeles, que pueden hincharse en agua pero son insolubles en agua.

Aplicación de tejidos con memoria de forma

Los textiles de tela con memoria de forma se utilizan principalmente en otros campos funcionales y estéticos, como la ropa anti-escaldaduras, sin hierro, resistentes al impacto y otros campos funcionales. Cuando la ropa se expone a altas temperaturas, la fibra cambia de una superficie plana a una forma de pagoda para lograr el efecto de proteger el cuerpo humano; Tejidos de hidrogeles con memoria de forma Los tejidos se utilizan principalmente en uniformes para trabajadores marinos; Consulte la figura 3 para ver las prendas con memoria de forma; Las fibras con memoria de forma también se utilizan principalmente en almohadas y acolchado de colchones.

Figura 3 y XNUMX Ropa con memoria de forma

Tejidos textiles impermeables y transpirables

Definición y clasificación de tejidos textiles impermeables y transpirables

Impermeable y los textiles de tela permeables a la humedad también se denominan "telas transpirables", lo que significa que la tela no se humedece con agua bajo una cierta presión de agua, lo que la hace repelente al agua. Al mismo tiempo, el sudor emitido por el cuerpo humano puede transmitirse al tejido en forma de vapor de agua. Por fuera, es incómodo no acumular condensación entre la superficie del cuerpo humano y el tejido. Incluye principalmente 4 tipos de telas de alta densidad impermeables y permeables a la humedad, membranas microporosas, membranas no porosas y tipos inteligentes.

El tejido de alta densidad impermeable y permeable a la humedad utiliza el principio de las moléculas de gas que se difunden de alta a baja concentración. Cuando el cuerpo humano suda, el sudor puede difundirse hacia el exterior a través de la tela, y cuando la tela está mojada, las fibras pueden hincharse lateralmente y los espacios se vuelven más pequeños para lograr un efecto impermeable; El tejido de membrana microporosa impermeable y permeable a la humedad se da cuenta de la impermeabilidad y la permeabilidad a la humedad a través de la diferencia de tamaño entre el diámetro de la gota de lluvia y el diámetro molecular del vapor de agua; membrana no porosa tela impermeable y permeable a la humedad mejora la superficie de la membrana a través de las características hidrofílicas de las moléculas Tensión para lograr el efecto impermeable; La tela inteligente impermeable y permeable a la humedad significa que la tela puede ajustar automáticamente la permeabilidad a la humedad de acuerdo con diferentes características ambientales. Por ejemplo, la tela tiene una alta permeabilidad a la humedad a alta temperatura para lograr una excelente disipación de calor y efecto de transpiración, mientras que la tela a baja temperatura La baja permeabilidad a la humedad puede reducir la disipación de calor y mejorar el calentamiento.

Aplicación de tejidos textiles impermeables y transpirables

Los textiles de tela impermeables y permeables a la humedad se pueden usar para ropa militar, como uniformes de piloto, trajes navales, etc .; uniformes especiales de trabajo, como uniformes de bomberos, uniformes de policía, uniformes quirúrgicos, ropa de protección polar, etc .; también se puede utilizar para trajes de esquí, trajes de montañismo, ropa deportiva, etc. Calzado deportivo, tiendas de campaña, etc .; Las telas de diario y Azekura desarrolladas por Mitsubishi, Japón, se pueden utilizar como ropa deportiva y pañales para bebés, etc., que pueden controlar la permeabilidad a la humedad de la tela a través de la temperatura corporal. Consulte la Figura 4 para ver la tela impermeable y transpirable.

Figura 4 Tejido impermeable y transpirable

Información electrónica textil inteligente

Definición y clasificación de la información electrónica smart fabric textiles

El tejido inteligente de información electrónica es una combinación de componentes microelectrónicos flexibles y tejidos textiles, de modo que el sensor puede percibir cambios en el entorno externo, el procesador de información procesa la información, emite juicios y emite instrucciones, y luego cambia el estado inicial del material. a través del conductor para adaptarse al mundo exterior Cambios en el entorno, para lograr el autodiagnóstico, la autorregulación, la autorreparación y otras funciones. Las principales tecnologías adoptadas de acuerdo con las diferentes formas de combinar componentes microelectrónicos y tejidos son la tecnología modular, la tecnología embebida y la tecnología basada en fibras.

La tecnología modular consiste en integrar directamente componentes electrónicos como módulos funcionales en tejidos textiles, como agregar varios sensores directamente al tejido para controlar la temperatura del cuerpo humano, el ritmo cardíaco y otros datos; la tecnología embebida consiste en integrar directamente componentes electrónicos en piezas de tejidos, como la conexión de placas de circuito mediante hilos conductores, sensores flexibles basados ​​en tejidos, circuitos integrados, etc .; La tecnología basada en fibras utiliza fibras o tejidos para formar directamente componentes electrónicos y sensores, como pantallas textiles flexibles, materiales flexibles sensibles a la presión, etc.

Aplicación de Textil Inteligente de Información Electrónica

Los textiles de tela inteligente de información electrónica se utilizan ampliamente y son uno de los textiles de tela inteligente más prometedores. Se puede utilizar en aspectos médicos y de salud, como camisetas médicas, como se muestra en la Figura 5. Puede monitorear la temperatura corporal, los latidos del corazón, la presión arterial y otros datos del usuario para realizar un monitoreo remoto de los pacientes en el hospital. Cuando ocurre una emergencia, el hospital puede encontrarla a través del sistema de posicionamiento en la camisa. Para los pacientes de emergencia, hay calcetines inteligentes, monos de bebé inteligentes y otras prendas inteligentes similares que se usan con fines médicos; para deportes y fitness, es conveniente que los usuarios verifiquen el tiempo de ejercicio, la intensidad, la distancia, el consumo de energía y otros parámetros de ejercicio, como la frecuencia cardíaca. El sujetador de monitoreo se muestra en la Figura 6 Ropa deportiva inteligente de Colmar, etc .; se utiliza en productos digitales multimedia, como la funda musical, que se muestra en la Figura 7. No solo puede reproducir música almacenada previamente por el usuario, sino también escuchar programas de radio. La función de reproducción de música es proporcionada por un teclado capacitivo de tejido completo Control, la principal fuente de energía es la energía solar, la energía eólica, etc .; para fines militares, como uniformes de combate con sensores ultramicroscópicos, que pueden identificar las partes heridas y sangrantes de los soldados. Los uniformes de esta parte pueden expandirse y contraerse inmediatamente para detener el sangrado. También hay paracaídas inteligentes que pueden detectar las condiciones del aire y del suelo y cambiar la dirección y la velocidad del vuelo a tiempo.

Figura 5 camiseta médica

Figura 6 Sujetador de monitorización de frecuencia cardíaca

Figura 7 chaqueta musical

La tendencia de desarrollo de los textiles textiles inteligentes

Los textiles de tela inteligentes no solo promueven la transformación y mejora de la industria textil, sino que también promueven el desarrollo de industrias emergentes disruptivas. En el futuro, la tendencia de desarrollo de los textiles textiles inteligentes es la siguiente.

Las funciones de un solo producto son más diversas. En la actualidad, las funciones de la mayoría de las piezas individuales de tejidos inteligentes son relativamente únicas, y el control fisiológico, la impermeabilidad y la permeabilidad a la humedad, el control de la temperatura y otras funciones deben concentrarse en una sola pieza de ropa para aumentar la diversificación de las funciones de un solo producto.

La actuación de la toma es más perfecta. La investigación sobre textiles de tela inteligente aún está en su infancia, y la dirección de la investigación se centra principalmente en los aspectos funcionales, mientras que la lavabilidad, la capacidad de plegado y la comodidad de uso de la ropa aún deben mejorarse continuamente.

Los productos son más seguros y ecológicos. En particular, los textiles de tela inteligente de información electrónica no solo deben reducir el daño potencial al cuerpo humano, como la radiación electromagnética, sino que también deben prestar atención a la conservación de energía y la protección del medio ambiente en el proceso de producción.

El precio es más asequible. Los tejidos inteligentes tienen un espacio más amplio para el desarrollo solo si son asequibles para las personas y generalmente son aceptados y utilizados por los consumidores.

Conclusión

Los tejidos inteligentes tienen una amplia gama de aplicaciones y tendrán un gran impacto en aspectos médicos y sanitarios, deportivos y de ocio, aeroespaciales, militares y otros. Al mismo tiempo que se promueve el desarrollo tecnológico de las telas textiles y prendas de vestir, la información electrónica, los materiales y otros campos, también se mejora enormemente la calidad de vida de las personas. La calidad de vida agrega más posibilidades a nuestra mejor vida.