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智能纤维的研究与开发 天津工业大学 香港理工大学 张兴祥 陶肖明 一．前言 近年来，一类新颖的高技术纤维——智能纤维正日益受到工业发达国家的重视，一些专家将智能纺织品和 智能服装着成是纺织服装工业的未来|l、川。 Fiber是指能够感知环境的变化或刺激，如机械、热、化学、光、湿度、电和滋等，并 智能纤维(Smart 做出反应的纤维f3i。1979年问世的形状记忆丝绸被认为是最早的智能纤维川，目前光纤传感器、导电纤维、变色 纤维、形状记忆纤维、调温纤维和选择性抗菌纤维等已经实验了规模化生产。本文结合实例综述了智能纤维的发 展现状，并对智能纤维的未来发展趋势进行展望。 二．光学纤维 石英、蓝宝石或塑料光纤技术同时具有信号探测和传输功能，在复合材料、智能高速公路水泥结构、桥梁 和飞机蒙皮等方面有广泛的应用。光纤传感器可以探测应变、温度。位移、化学物质浓度、加速度、压强、电流、 磁场以及其他一些信号，是迄今为止发展最为成熟的纤维传感器131。 布拉格光纤光栅及其衍生光栅被认为是最好的多点和分布情况探测传感器，在水泥和复合材料等刚性体系 中的应用已经较为成熟。 光纤在柔性体系中的应用研究也已经展开。香港理工大学应用具有超级结构的光栅传感器实现了温度和应 力的同步探测…。，并成功实现纱线上应力分布情况探测，扭转信号的探测技术也在研究中。 美国Drexel大学的研究人员将光纤传感器植入降落伞中，即时探测降落伞飞行过程中的动态应力变化情况 …。他们还将采用聚乙炔和聚苯胺等为包敷层的光纤传感器植入织物，利用聚苯胺吸收酸性或碱性物质后光吸收 性能的变化实现物质探测，希望用于战场上化学或生物物质的探测№l。 计划根据光纤断裂后光传输信号的变化，用于判断战场上士兵受伤部位和受伤程度。据预测该衬衣用于儿童和病 Tex公司将该产品市场化。 人的日常健康监护也有很好的前景，已准备由美国Sensa 加拿大Tactex 制成I训。发光二极管发出的光线在通过光纤时，会由于光纤的弯曲而改变方向或反射，探测多根光纤中光线传输 情况的变化，可以监测织物所受压力情况，精确设计光纤的排布，可以获得很高的探测灵敏性，这利-织物用于乐 器和游戏机键盘具有很好的前景。 三．导电纤维 电信号的探测和传输是探测技术中很重要的一个方面，导电纤维传感器在柔性材料方面的应用非常成功和 普遍。根指导电聚合物的反应方式，可以有光学传感器(输出信号是光)、电流传感器(输出信号是电流)和电 导传感器(输出信号是传导率)，另外也有以质量和电阻为反应方式的传感器。表1中列出了目前已经获得应用 的导电纤维的特征。 七十年代末以来，导电聚合物技术的快速发展为传感器技术的进步提供良好的基础，目前导电聚合物已被 用于与光纤传感器结合或单独用于温度、应力、电磁辐射、化学物质种类和浓度等的检测。近年来由英国Durham 表面制成的织物传感器，美国Florida大学利用聚吡咯分子链上的掺杂物质变化引起纤维导电信号变化的特点，直 。 78 接用于氨和酸的探测。聚吡咯与其他聚合物结合可以组装成探测气体混合物的传感器。 表l导电纤维特征 直径 电导率 断裂强度 断裂伸长 名 称 组成特征 制造方法 稳定性 柔韧性 ／“m ／s．cm一1 ／Mpa ，■q 铜丝 铜 模口拉伸 12 106 105 好 中等 不锈钢丝 不锈钢 模口拉伸 5 105 好 中等