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Classificação e aplicação de tecidos têxteis inteligentes

Breve introdução ao Smart Fabric

É mais provável que você ouça as palavras de tecido inteligente, o que é exatamente tecido inteligente? A resposta curta é: abrange a fabricação de fibras de alta qualidade e alto desempenho, a manufatura inteligente em têxteis de alta qualidade e a indústria da moda representada por marcas de roupas e confecções. As aplicações de produtos também se estendem do campo de roupas salva-vidas a medicina e saúde, ecologia e proteção ambiental, campos militares e aeroespaciais.

Muitos países também introduziram estratégias de desenvolvimento na área têxtil, reorientando o desenvolvimento econômico nacional para a área têxtil. Por exemplo, os Estados Unidos propuseram o “Plano Têxtil Inteligente” e estabeleceram o “Centro Revolucionário de Pesquisa de Fabricação de Fibras e Tecidos”; A Alemanha formulou a estratégia nacional “Future Textile” e a formação da “German Future Textile Alliance”. A palavra-chave “têxtil inteligente” no plano de desenvolvimento da indústria têxtil emitido pelo Ministério da Indústria e Tecnologia da Informação da China também apareceu muitas vezes, propondo-se a fortalecer a integração da tecnologia eletrônica, tecnologia da informação e tecnologia têxtil para desenvolver produtos têxteis inteligentes. Pode-se ver que as perspectivas de desenvolvimento de têxteis de tecido inteligente são ilimitadas, e os têxteis de tecido inteligente se tornarão a principal direção de desenvolvimento e um importante ponto de crescimento econômico da indústria têxtil e de vestuário no futuro.

Este artigo começa com os conceitos básicos de têxteis de tecido inteligente, resume os principais tipos de tecidos de tecido inteligente e suas aplicações, prevê brevemente a tendência de desenvolvimento de tecidos de tecido inteligente e tem como objetivo fornecer informações úteis para profissionais no desenvolvimento e fabricação de tecido inteligente têxteis.

Definição básica de tecidos de tecido inteligente

Materiais Inteligentes

O conceito de “materiais inteligentes” foi proposto pela primeira vez pelo Professor Toshiyoshi Takagi do Japão. Ele apresentou esse conceito em 1989, integrando o conteúdo da ciência da informação com a estrutura e função dos materiais. Material inteligente significa que o próprio material pode perceber estímulos externos e, de acordo com as mudanças das condições externas, dar respostas correspondentes e executar ações correspondentes. De um modo geral, os materiais inteligentes são novos materiais funcionais com sete funções: função de detecção, função de feedback, função de reconhecimento e acumulação de informações, função de resposta, capacidade de autodiagnóstico, capacidade de autorreparação e capacidade adaptativa.

Materiais têxteis inteligentes

Os materiais têxteis inteligentes significam que, além do estilo de aparência e facilidade de uso dos materiais têxteis comuns, os materiais também podem sentir mudanças no ambiente externo e dar feedback alterando um ou mais dos seus parâmetros de desempenho, de modo a responder ao ambiente externo e se ajustam para alcançar Um novo tipo de material têxtil adaptado ao meio ambiente.

Têxtil inteligente

Os têxteis de tecido inteligente referem-se a têxteis de tecido obtidos por meio de fiação, tecelagem e outros processos que utilizam fibras têxteis inteligentes como matéria-prima, ou têxteis de tecido inteligente obtidos pela combinação de outros materiais inteligentes com tecidos de tecido. O têxtil inteligente em si é um sistema que inclui uma unidade de detecção, uma unidade de feedback e uma unidade de resposta (execução). Em comparação com as fibras inteligentes, é mais fácil atingir o objetivo de “inteligência” integrando elementos de detecção, elementos de feedback e elementos de resposta.

Classificação de tecidos de tecido inteligente

Atualmente, os tecidos inteligentes estão divididos em tecidos inteligentes passivos (passivos), tecidos inteligentes ativos (ativos) e tecidos inteligentes avançados.

Têxteis de tecido inteligente passivos

Têxteis de tecido inteligente passivos só podem perceber mudanças ou estímulos no ambiente externo, mas não podem se ajustar de acordo com as mudanças externas. Eles são a primeira geração de têxteis de tecido inteligente. Tais como roupas anti-ultravioleta, tecidos de tecido antibacteriano, tecidos de tecido revestidos de cerâmica e tecidos de guia de luz são todos têxteis de tecido inteligente passivos. Na verdade, os têxteis de tecido inteligente passivos ainda estão aquém do escopo dos têxteis de tecido inteligente no sentido estrito e deveriam ser chamados de tecidos de tecido funcionais com mais precisão.

Têxteis de tecido inteligente ativo

Os têxteis de tecido inteligente ativos não só podem perceber mudanças ou estímulos no ambiente externo, mas também responder de acordo com as mudanças no mundo externo. É a segunda geração de têxteis de tecido inteligente. Por exemplo, tecidos com memória de forma, tecidos impermeáveis ​​e permeáveis ​​à umidade, roupas de armazenamento de calor com mudança de fase e tecidos termocrômicos leves são todos tecidos inteligentes ativos.

Têxteis de tecido inteligente avançados

Têxteis de tecido inteligente avançados, também conhecidos como têxteis de tecido superinteligentes e têxteis de tecido inteligentes adaptáveis, são a terceira geração de têxteis de tecido inteligente, envolvendo comunicação, detecção, inteligência artificial, biologia e outras disciplinas de alta tecnologia. Pode perceber mudanças ou estímulos no ambiente externo e responder de acordo, adaptando-se ao ambiente externo por meio da autorregulação. No momento, os têxteis de tecido inteligente avançados ainda estão em sua infância e aguardam mais pesquisas.

Os principais tipos de tecidos inteligentes e suas aplicações

principais tipos de tecidos de tecido inteligente e suas aplicações

Têxteis de tecido que mudam de cor inteligente

Definição e classificação de tecidos inteligentes que mudam de cor

Têxteis de tecido com mudança de cor inteligente referem-se a têxteis de tecido cuja mudanças de cor com mudanças nos estímulos externos (como luz, eletricidade, pressão, temperatura, etc.). Este tipo de tecido inteligente inclui principalmente tecidos fotocrômicos, termocrômicos, eletrocrômicos, piezocrômicos e úmidos.

Os tecidos fotocrômicos são o efeito de descoloração da transformação da substância A em sua substância isomérica B sob a ação de diferentes ondas de luz. As duas substâncias A e B têm diferentes espectros de absorção e estruturas de nível de energia. Remova a fonte de luz ou mude para outra fonte de luz, B é convertido em A e a cor retorna à cor original; Os tecidos termocrômicos devem-se ao fato da estrutura molecular do pigmento no tecido poder mudar com a temperatura, o que provoca mudanças de cor; Os tecidos eletrocrômicos referem-se às propriedades ópticas dos materiais (taxa reflexiva, absortividade, transmitância de luz, etc.) que produzem mudanças de cor estáveis ​​e reversíveis sob a ação de um campo elétrico externo; Os tecidos com mudança de cor sensíveis à pressão detectam a mudança de cor da parte pressurizada do tecido por meio de uma matriz formada pelo entrelaçamento de fibras condutoras.

Aplicação de tecidos inteligentes que mudam de cor

Têxteis de tecido que mudam de cor inteligentes têm melhor usabilidade e podem ser usados ​​em indústrias civis, militares e de alto risco. No campo militar, pode ser usado para camuflagem militar, como roupas de camuflagem que mudam de cor controláveis; na área médica, pode ser usado para acompanhamento médico, como roupas de bebê, para monitorar se o bebê está com febre por meio da mudança de cor das roupas; proteção especial de segurança ocupacional, como exposição de longo prazo a produtos químicos No ambiente de riscos ou forte radiação, a cor das roupas mudará; o campo digital, como as roupas eletrocrômicas, pode realizar a função de uma tela de TV na roupa; o campo da moda, como guarda-chuvas fotocrômicos, camisetas fotocrômicas, etc. A camiseta fotocrômica é mostrada na Figura 1.

Figura 1 Camiseta fotocrômica

Figura 1 Camiseta fotocrômica

Têxtil de controle inteligente de temperatura

Definição e classificação de tecidos têxteis de controle de temperatura inteligente

Inteligente controle de temperatura Os têxteis de tecido podem ser divididos em três categorias: têxteis de tecido de isolamento térmico, têxteis de tecido de resfriamento e têxteis de tecido de controle automático de temperatura de acordo com sua resposta de estímulo à temperatura externa.

Têxteis de tecido de isolamento térmico usam fibras de armazenamento térmico de luz solar ou fibras de infravermelho distante para obter isolamento térmico. A fibra de armazenamento térmico solar é para irradiar a luz visível e os raios infravermelhos próximos da luz solar absorvida para o corpo humano na forma de calor para atingir o efeito de preservação do calor; a fibra do infravermelho distante converte o calor emitido pelo corpo humano em uma determinada faixa de comprimento de onda dos raios infravermelhos. Re-irradie para o corpo humano para reduzir a perda de calor, acelerando a circulação sanguínea e alcançar o efeito de preservação do calor. Portanto, o desempenho de preservação de calor da fibra infravermelha distante é melhor.

Os tecidos de resfriamento incluem principalmente tecidos ultravioleta e com proteção térmica, tecidos frios e tecidos para dissipação de calor. Os tecidos ultravioleta e com proteção térmica são misturados uniformemente com o pó cerâmico fino que pode refletir os raios ultravioleta em uma solução de polímero e, em seguida, transformados em fibras. Sua taxa de absorção de luz visível e infravermelho próximo é baixa, o que faz com que o corpo humano se sinta frio. A temperatura neste tecido é 2 ~ 4 ℃ mais baixa do que o tecido de algodão convencional; tecido legal adiciona óxido de metal à fibra de poliéster, através de óxido de metal para enfraquecer o desbotamento da roupa causado pelos raios ultravioleta e luz, torna o interior da roupa mais frio, pode reduzir 5 ~ 10 ℃; O tecido de dissipação de calor é misturado com revestimento em pó metálico na fibra, de forma que o calor emitido pelo corpo humano possa ser rapidamente dissipado para o mundo externo através do pó metálico de alta condutividade térmica como Fe, Cu, Al, Zn.

Os tecidos de tecido com regulação automática de temperatura podem ajustar a temperatura em ambas as direções. Geralmente, é uma combinação de tecnologia de mudança de fase e tecnologia de fabricação de fibra. Pode absorver e liberar energia térmica de acordo com o aumento e a queda da temperatura ambiente.

Aplicação de tecidos têxteis de controle de temperatura inteligente

Têxteis de tecido com controle inteligente de temperatura podem ser usados ​​para roupas civis, como coletes, roupas esportivas, roupas de esqui, etc., mostrado na Figura 2; vestuário profissional, como fatos espaciais, fatos contra incêndios, fatos de mergulho, etc .; para fins médicos, podem ser feitos curativos de temperatura constante para proteger as feridas. Para evitar que a temperatura local seja muito alta ou muito baixa; Na fabricação de automóveis, pode ser usado para assentos e tetos dentro de carros.

Figura 2 colete de resfriamento

Figura 2 colete de resfriamento

Têxteis de tecido com memória de forma

Definição e classificação de tecidos têxteis com memória de forma

Têxteis de tecido com memória de forma referem-se a tecidos que podem mudar a forma, tamanho ou estrutura interna do tecido após serem submetidos a estímulos externos (como temperatura, umidade, luz, campo magnético, valor de pH), mas podem retornar ao estado original sob condições específicas. Incluindo tecidos de liga com memória de forma, tecidos de polímero com memória de forma e tecidos de hidrogel com memória de forma.

Têxteis de tecido de liga com memória de forma referem-se às ligas de metal em tecidos de tecido que podem ser transformados entre uma variedade de diferentes estruturas de cristal após a estimulação térmica, o que pode causar mudanças no tecido, como ligas de ouro-cádmio, ligas de níquel-titânio, cobre-alumínio ligas de níquel e ligas de alumínio-zinco. ; Os têxteis de tecido de polímero com memória de forma são polímeros formados pela implantação de uma matriz móvel por meio de métodos de reticulação físicos ou químicos permanentes, a matriz pode armazenar energia de deformação mecânica e a deformação pode ser restaurada após o tecido ser estimulado pelo exterior; Os tecidos de hidrogel com memória de forma alcançam memória de forma por meio dos hidrogéis, que podem inchar na água, mas são insolúveis na água.

Aplicação de tecidos com memória de forma

Os têxteis de tecido com memória de forma são usados ​​principalmente em áreas sem ferro, de resistência ao impacto e outras áreas funcionais e estéticas, como roupas anti-queimaduras. Quando a roupa é exposta a altas temperaturas, a fibra muda de uma superfície plana para um formato de pagode para atingir o efeito de proteção do corpo humano; os tecidos de hidrogéis com memória de forma são usados ​​principalmente em uniformes para marinheiros; Verifique a figura 3 para roupas com memória de forma; fibras com memória de forma também são usadas principalmente em travesseiros e estofamento de colchões.

Figura 3 roupas Oricalco

Figura 3 Roupa de memória de forma

Têxteis de tecido impermeáveis ​​e respiráveis

Definição e classificação de têxteis de tecido impermeáveis ​​e respiráveis

À prova d'água e tecidos permeáveis ​​à umidade também são chamados de “tecidos respiráveis”, o que significa que o tecido não é molhado pela água sob uma certa pressão de água, tornando-o repelente à água. Ao mesmo tempo, o suor emitido pelo corpo humano pode ser transmitido ao tecido na forma de vapor d'água. Por fora, é desconfortável não acumular condensação entre a superfície do corpo humano e o tecido. Inclui principalmente 4 tipos de tecidos de alta densidade impermeáveis ​​e permeáveis ​​à umidade, membranas microporosas, membranas não porosas e tipos inteligentes.

O tecido de alta densidade impermeável e permeável à umidade usa o princípio de difusão de moléculas de gás de alta concentração para baixa concentração. Quando o corpo humano transpira, o suor pode se difundir para fora através do tecido, e quando o tecido está molhado, as fibras podem inchar lateralmente e as lacunas tornam-se menores para alcançar o efeito à prova d'água; O tecido impermeável com membrana microporosa e permeável à umidade torna-se impermeável e permeável à umidade por meio da diferença de tamanho entre o diâmetro da gota de chuva e o diâmetro molecular do vapor d'água; Tecido impermeável de membrana não porosa e permeável à umidade melhora a superfície da membrana através das características hidrofílicas das moléculas Tensão para atingir o efeito à prova d'água; Tecido inteligente à prova d'água e permeável à umidade significa que o tecido pode ajustar automaticamente a permeabilidade à umidade de acordo com as diferentes características ambientais. Por exemplo, o tecido tem alta permeabilidade de umidade em alta temperatura para alcançar excelente dissipação de calor e efeito de transpiração, enquanto tecido em baixa temperatura Baixa permeabilidade de umidade pode reduzir a dissipação de calor e melhorar o aquecimento.

Aplicação de tecidos impermeáveis ​​e respiráveis

Têxteis de tecido impermeáveis ​​e permeáveis ​​à umidade podem ser usados ​​em roupas militares, como uniformes de piloto, trajes navais, etc .; uniformes especiais de trabalho, como uniformes de combate a incêndios, uniformes da polícia, uniformes cirúrgicos, roupas de proteção polar, etc .; também pode ser usado para roupas de esqui, roupas de montanhismo, roupas esportivas, etc. Calçados esportivos, tendas, etc .; Os tecidos Diary e Azekura desenvolvidos pela Mitsubishi, no Japão, podem ser usados ​​como roupas esportivas e fraldas para bebês, etc., que podem controlar a permeabilidade à umidade do tecido por meio da temperatura corporal. Veja a Figura 4 para o tecido impermeável e respirável.

C: \ Users \ Administrator \ Desktop \ Figura 4 Tecido impermeável e respirável.jpgFigura 4 Tecido impermeável e respirável

Figura 4 Tecido impermeável e respirável

Têxtil Inteligente de Informação Eletrônica

Definição e classificação de informações eletrônicas têxteis de tecido inteligente

Têxtil inteligente de informação eletrônica é uma combinação de componentes microeletrônicos flexíveis e têxteis de tecido, de modo que o sensor pode perceber mudanças no ambiente externo, o processador de informações processa as informações e faz julgamentos e emite instruções, e então altera o estado inicial do material através do motorista para se adaptar ao mundo exterior Mudanças no ambiente, de modo a alcançar o autodiagnóstico, a autorregulação, a autorreparação e outras funções. As principais tecnologias adotadas de acordo com as diferentes formas de combinação de componentes microeletrônicos e tecidos têxteis são a tecnologia modular, a tecnologia embarcada e a tecnologia baseada em fibras.

A tecnologia modular consiste em integrar diretamente componentes eletrônicos como módulos funcionais em tecidos, como adicionar vários sensores diretamente ao tecido para monitorar a temperatura do corpo humano, o ritmo cardíaco e outros dados; tecnologia embarcada é integrar diretamente componentes eletrônicos em peças em tecidos, como conectar placas de circuito por meio de fios condutores, sensores flexíveis baseados em tecido, circuitos integrados, etc .; a tecnologia baseada em fibra usa fibras ou tecidos para formar diretamente componentes eletrônicos e sensores, como telas flexíveis têxteis, materiais sensíveis à pressão flexíveis, etc.

Aplicação de Informação Eletrônica Têxtil Inteligente

Os têxteis de tecido inteligente de informação eletrónica são amplamente utilizados e são um dos têxteis de tecido inteligentes mais promissores. Pode ser usado em aspectos médicos e de saúde, como camisetas médicas, conforme mostrado na Figura 5. Ele pode monitorar a temperatura corporal do usuário, batimentos cardíacos, pressão arterial e outros dados para realizar o monitoramento remoto de pacientes no hospital. Quando ocorre uma emergência, o hospital pode localizá-lo por meio do sistema de posicionamento na camisa. Para pacientes de emergência, existem meias inteligentes, macacões inteligentes para bebês e outras roupas inteligentes semelhantes usadas para fins médicos; para esportes e preparação física, é conveniente para os usuários verificarem o tempo de exercício, intensidade, distância, consumo de energia e outros parâmetros de exercício, como frequência cardíaca. usado em produtos digitais multimídia, como a jaqueta de música, mostrada na Figura 6. Ele pode não apenas tocar música armazenada previamente pelo usuário, mas também ouvir programas de rádio. A função de reprodução de música é fornecida por um controle de teclado capacitivo de tecido completo, a principal fonte de energia é a energia solar, energia eólica, etc .; para fins militares, como uniformes de combate com sensores ultra-micro, que podem identificar partes feridas e sangrando de soldados. Os uniformes desta parte podem expandir e contrair imediatamente para parar o sangramento. Existem também pára-quedas inteligentes que podem detectar as condições do ar e do solo e alterar a direção e velocidade do vôo no tempo.

Figura 5 camisa médica

Figura 5 camisa médica

Figura 6 Sutiã de monitoramento de frequência cardíaca

Figura 6 Sutiã de monitoramento de frequência cardíaca

Figura 7 jaqueta musical

Figura 7 jaqueta musical

A tendência de desenvolvimento de tecidos inteligentes

Os têxteis de tecido inteligente não só promovem a transformação e atualização da indústria têxtil, mas também promovem o desenvolvimento de indústrias emergentes disruptivas. No futuro, a tendência de desenvolvimento de têxteis de tecido inteligente é a seguinte.

As funções de um único produto são mais diversas. Atualmente, as funções da maioria das peças individuais de têxteis de tecido inteligente são relativamente únicas e o monitoramento fisiológico, impermeável e permeabilidade à umidade, controle de temperatura e outras funções devem ser concentradas em uma peça de roupa para aumentar a diversificação das funções de um único produto.

O desempenho da tomada é mais perfeito. A pesquisa sobre tecidos têxteis inteligentes ainda está em sua infância, e a direção da pesquisa está focada principalmente nos aspectos funcionais, enquanto a lavabilidade, dobrabilidade e conforto de uso da roupa ainda precisam ser continuamente melhorados.

Os produtos são mais seguros e ecológicos. Em particular, os têxteis de tecido inteligente de informação eletrônica não devem apenas reduzir o dano potencial ao corpo humano, como radiação eletromagnética, mas também prestar atenção à conservação de energia e proteção ambiental no processo de produção.

O preço é mais acessível. Os têxteis de tecido inteligente têm um espaço mais amplo para o desenvolvimento apenas se forem acessíveis às pessoas e geralmente aceitos e usados ​​pelos consumidores.

Conclusão

Os têxteis de tecido inteligente têm uma ampla gama de aplicações e terão um grande impacto na área médica e de saúde, esportes e lazer, aeroespacial, militar e outros aspectos. Ao mesmo tempo que promove o desenvolvimento tecnológico de tecidos, têxteis e vestuário, informação eletrônica, materiais e outros campos, também melhora muito as pessoas. A qualidade de vida adiciona mais possibilidades à nossa vida melhor.

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