电子纤维及其应用

丁 帅，王德保,李娟娟

(1.山东省纺织科学研究院, 山东 青岛 266032;2.山东省特种纺织品加工技术重点实验室, 山东 青岛 266032)

当前“可穿着电脑”这一概念逐步出现在服装和时尚饰品中。现代科技已经能用织物纤维制造出整个电子回路，不仅可以传送数据和能量，还可以通过传感器制造象肌肉键盘之类的交互电子元件。所以我们又叫它电子纤维。随着对服装、织物的功能性需求不断增加，电子纤维在智能服装中的应用随处可见，步数计、绑胸心跳带和“头上型”电脑等高科技智能织物都使用到了电子纤维[1]。

电子纤维分成两大类，第一类纤维与传统电子元件配合使用，例如导线、集成电路、LED和镶嵌在服装中的传统电池。这类电子纤维是最常见的。第二类电子纤维是将晶体管、二极管和太阳能电池等现代电子元件直接织造到织物中，所以也叫纤维电子件。

电子纤维被应用到医用织物，可以监测病人的体温、心率和血压。现在有一种有监视器功能的服装，能准确监测出穿着者的各项物理指标和位置，并把数据传输到信息中心。例如，在衣服的腋窝位置安装温度传感器，温度读数可以显示在一块带在手腕上的数字屏幕上[2]。

当代科技已经研制出传导纤维，并广泛应用于装饰性产品、声控交流以及数据信号传输等方面。下面我们来详细看一下它们的最佳用途。我们首先来看一下欧旦纱,也叫柯根纱，覆盖于丝绸的表面，纬纱缠绕在细铜箔上，这种带有金属的织物就好像用胶布包裹的导线一样，传导性非常强。丝绸有很强的张力，因此这种传导纤维可以承载与机器摩擦产生的高温。纱线之间的空隙可以把织物分成一条一条的，每一条都是一根“电缆”。

1 金属纤维制造过程

原材料使用一卷宽50 cm，厚度为0.001 cm铝箔，两面涂有热塑粘合剂。铝箔加热至90～95℃后，将一片透明醋酸丁酸盐纤维素膜在13790 kPa的压力下压塑到铝箔两面，压榨好的铝箔被切割成需要的尺寸。热塑粘合剂的作用很重要，能直接影响铝箔颜色。如果需要金属铝箔，就可以把金黄色的染料涂到热塑粘合剂上。如果需要银色的铝箔就不需要处理，因为铝箔本身就是银色的。如果需要黄铜色、红色和靛蓝色，只需把相应的染料涂到铝箔上即可。如果我们需要多种颜色混合在一起的铝箔，就可以在将图案事先印制在纤维素膜上，然后压榨到铝箔上[3]。

2 切割工艺

切割工艺主要包括两种，粗切和精切。所喂入的聚酯薄膜需符合以下工艺参数：厚度为12～25 μm，长度为5000～10000 m，宽度为510～1000 mm。

2.1.1粗切

这种切割方法把大片的聚酯薄膜切成小片，每一小片的宽度为54 mm，两边各留2 mm作为富余，所以实际宽度为58 mm。操作过程中会用到不同尺寸的切割机，有0.2 mm、0.23 mm、0.25 mm、0.30 mm以及0.376 mm等。每一小片成卷状，喂入精切环节。

2.1.2精切

在这个过程中小聚酯片将通过切割和卷绕被制成一束束细丝带，切割小片和卷绕长丝同时进行。切割机有两个平行的轴，每个轴上并排排列着许多刀片，并且一个轴上的刀片能恰好刚刚碰到另一个轴的刀片，丝带的宽度决定切割机之间的距离，确定好距离后，用支持件将切割机固定好。卷绕过程中卷绕机由单独的电机驱动，并且通过往复运动来卷绕平行的长丝。卷绕机的速度比切割机快2.5%～5%[4]。

金属纤维的外表是平的，象缎带一样的长丝，一般宽约0.2～3.0 mm。它们表面光滑，可以染色。它的特点是传导性强，质量轻，防静电以及不易折断。图1 为金属纤维示意图。

图1 金属纤维

2.1.3生产

金属纤维在提花织带机中制作成金属条，其中银纤维的传导性最好，铜纤维和金纤维次之。生产以前首先将纤维喂入捻线机，通常开始先喂入4根纱线，但由于纱线打结容易产生断头，我们选择喂入6根纱线[5]。

金属纤维还可以与棉纤维、羊毛纤维、尼龙纤维和合成纤维混合起来，制成新型服装。金、银和铜金属纤维都是服装设计师的最爱。金属纤维可以使他们的服装系列更加前卫，更具奢华。金属纤维还可以制成手提包、腰带等饰品，军工服装等其他产品。

在护理和保养方面，金属织物可以用全氯乙烯干洗，也可以在冷水中用羊毛洗涤剂手洗，不能漂白。与其它合成织物一样，金属织物可以用低温熨烫，不能用蒸汽熨烫。

3 应用

金属纤维可以在织物中传输信号。金属纤维在纺织领域应用非常广，不仅限于装饰性服装和时尚饰品。在制作过程中若使用了正确的热塑粘合剂和薄膜，金属纤维就不会起静电，不会被盐水或者氯化的水腐蚀，不会受天气情况影响，因此最适宜做防护服或者工作服。

金属纤维特别适用于织造金银锦缎之类的室内装潢用织物，它们都是制作高级窗帘和沙发的上等材料。钢纤维和其他纤维混合起来制作而成的防静电地毯，在微机室等高静电区域非常实用。基于相同的原理制作抗静电防护服，对于保证高压电工人的生命安全有重要作用。金属纤维还可以制成防切割手套，在机械车间的应用也非常广泛。

3.1 “发光”夹克

目前，在一些危险场所需要警示的地方或者表演舞台上，经常会看到一种发光夹克，它的工作原理与金属纤维密不可分。将金属纤维用魔术贴固定在夹克上，然后把发光二极管(LED)通过缝在织物上的小钩子固定在夹克上，一般情况下固定在两个胳膊上。这样，只需要一块9V的干电池，通过夹克内金属纤维传输信号，就可以让夹克亮起来，成为发光夹克[6]。

3.2 “步话机”衣服

声音传输系统也可以通过魔术贴固定在衣物表面，在合适的位置固定好发射器和接收器用来发射和接收信号，发射器和接收器距离越近，信号越强。用9V电池提供能量，衣物内金属纤维充当“导线”，就可以把衣服当成一部步话机使用。

3.3 测量体温的衬衫

首先通过衬衫上的温度感应器测量出人体体温，为使读数准确，温度感应器一般安装在衬衫的腋窝位置。测得的温度转换成数字信号，通过金属纤维回路传送到LCD显示器上，LCD显示器一般固定在袖口或者衣服下摆等方便查看的位置，这样穿衣者就可以随时掌控自己的体温了。

4 结论

金属纤维电阻系数小，因此应用效果非常好。它不但具有金属材料本身固有的一切优点,还具有非金属纤维的一些特殊性能。由于金属纤维表面积非常大,因此在磁性、热阻、熔点和内部结构等方面有着超常的效果,具有良好的导热性、导电性、柔韧性和耐腐蚀性，活跃在众多学科领域。由于技术复杂，价格昂贵，相对于越来越成熟的天然纤维和人造纤维来说，金属纤维还属于起步阶段，有非常广阔的研究和发展空间，必将成为纺织行业的又一支生力军。

参考文献：

[1] 胡志波，武继松，蔡少林.导电纤维及其抗静电织物设计[J].陕西纺织,2011, (1):58—59.

[2] 庾莉萍.金属纤维特性及其开发应用[J].青岛大学学报(工程技术版),2008, 32(1):18—20.

[3] 杨晓，刘妍.金属纤维混纺织物力学性能研究[J].印染,2011, 37(4):18—20.

[4] 金永良.金属纤维的性能特点及产品开发[J].棉纺织技术,2003, 31(5):28—31.

[5] 王建忠，奚正平，汤慧萍,等.金属纤维电磁屏蔽材料的研究进展[J].稀有金属材料与工程,2011,40 (9):1688—1692.

[6] 石风俊，郑德均.金属纤维混纺屏蔽织物屏蔽功能[J].纺织科技进展,2006, (3):37—38.